Giáo trình Động cơ đốt trong (Phần 1) - Nguyễn Văn Trạng

Nội dung text: Giáo trình Động cơ đốt trong (Phần 1) - Nguyễn Văn Trạng

1. TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP.HOÀ CHÍ MINH KHOA CÔ KHÍ ÑOÄNG LÖÏC ___ oo0oo ___ BOÄ MOÂN ÑOÄNG CÔ (ÑAÏI HOÏC, CAO ÑAÚNG, KHOÁI K) Ngöôøi bieân soaïn: NGUYEÃN VAÊN TRAÏNG Thaùng 12/2005
2. pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - MUÏC LUÏC Trang Chöông 1 MÔÛ ÑAÀU I. Giôùi thieäu 1 II. Caùc khaùi nieäm. 1 III.1. Ñoäng cô nhieät. 1 III.2. Ñoäng cô ñoát trong vaø ñoäng cô ñoát ngoaøi 1 III.3. So saùnh ñoäng cô ñoát trong vaø ñoäng cô ñoát ngoaøi 2 III.4. Ñònh nghóa vaø caùc khaùi nieäm cô baûn treân ñoäng cô ñoát trong 3 III. Phaân loaïi ñoäng cô ñoát trong. 5 III.1. Theo phöông phaùp thöïc hieän chu trình coâng taùc 5 IV.2. Theo nhieân lieäu söû duïng 5 IV.3. Theo phöông phaùp naïp cuûa chu trình coâng taùc 5 IV.4. Theo toác ñoä ñoäng cô. 6 IV.5. Theo ñaëc ñieåm caáu taïo ñoäng cô 6 IV. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô ñoát trong kieåu piston. 7 IV.1. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô 4 kyø (taêng aùp vaø khoâng taêng aùp) 7 IV.2. So saùnh ñoäng cô xaêng vaø ñoäng cô Diesel 11 IV.3. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô hai kyø 12 IV.4. So saùnh ñoäng cô hai kyø vaø ñoäng cô boán kyø. 15 V. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô piston quay (Wankel) – Ñoäng cô tuabin 16 Chöông 2 NHÖÕNG CHI TIEÁT COÁ ÑÒNH TRONG ÑOÄNG CÔ ÑOÁT TRONG I. Thaân maùy - xilanh 18 I.1. Nhieäm vuï, ñieàu kieän laøm vieäc vaø vaät lieäu cheá taïo 18 I.2. Keát caáu cuûa thaân maùy, oáng loùt. 18 II. Naép maùy (naép xylanh) 22 II.1. Nhieäm vuï., ñieàu kieän laøm vieäc vaø vaät lieäu cheá taïo 22 II.2. Keát caáu naép maùy ñoäng cô xaêng – ñoäng cô Diesel 23 III. Gioaêng naép maùy, Carter, Goujon 31 III.1. Gioaêng naép maùy 31 III.2. Carte 32 III.3. Gujoâng 33 Chöông 3 NHOÙM PISTON – NHOÙM THANH TRUYEÀN – TRUÏC KHUYÛU – BAÙNH ÑAØ I. Nhoùm Piston. 34 I.1. Coâng duïng, ñieàu kieän laøm vieäc vaø vaät lieäu cheá taïo 34 I.2. Keát caáu cuûa piston ñoäng cô xaêng – ñoäng cô Diesel 35 I.3. Bieän phaùp giaûm maøi moøn vaø giaûm va ñaäp giöõa piston - xylanh. 39 II. Choát piston. 40 II.1. Coâng duïng, ñìeâu kieän laøm vieäc vaø vaät lieäu cheá taïo 40 II.2. Keát caáu vaø caùc phöông phaùp laép gheùp choát piston. 40 III. Xeùcmaêng 42 III.1. Coâng duïng, ñieàu kieän laøm vieäc vaø vaät lieäu cheá taïo. 42 III.2. Keát caáu xeùcmaêng 43 I
3. IV. Nhoùm thanh truyeàn 45 IV.1. Coâng duïng, ñieàu kieän laøm vieäc vaø vaät lieäu cheá taïo. 45 IV.2. Keát caáu thanh truyeàn, buloâng vaø baïc loùt thanh truyeàn 45 V. Truïc khuyûu 51 V.1. Coâng duïng, ñieàu kieän laøm vieäc vaø vaät lieäu cheá taïo 51 V.2. Keát caáu truïc khuyûu vaø bieän phaùp naâng cao ñoä beàn truïc khuyûu 51 V.3. Baïc loùt vaø oå chaën doïc truïc 56 VI. Baùnh ñaø 56 VI.1. Coâng duïng vaø vaät lieäu cheá taïo. 56 VI.2. Keát caáu cuûa baùnh ñaø 56 Chöông 4 HEÄ THOÁNG PHAÂN PHOÁI KHÍ I. Coâng duïng vaø phaân loaïi 59 I.1. Coâng duïng. 59 I.2. Phaân loaïi 59 II. Yeâu caàu 59 III. Caùc phöông aùn boá trí supap vaø daãn ñoäng cô caáu phoái khí. 59 III.1. Phöông aùn boá trí supap vaø daãn ñoäng supap. 59 III.2. Phöông aùn daãn ñoäng truïc cam 61 IV. Keát caáu caùc chi tieát chính trong cô caáu phaân phoái khí 63 IV.1. Supap 63 IV.2. Ñeá supap, loø xo supap vaø oáng daãn huôùng supap 69 IV.3. Truïc cam, con ñoäi, coø moå vaø ñuõa ñaåy. 72 Chöông 5 HEÄ THOÁNG BOÂI TRÔN I. Coâng duïng cuûa heä thoáng boâi trôn . 76 II. Daàu laøm trôn vaø caùc ñaëc tính cô baûn 76 II.1. Coâng duïng cuûa daàu boâi trôn 76 II.2. Moät soá thoâng soá söû duïng cuûa daàu boi trôn 76 II.3. Caùc ñaëc tính cô baûn cuûa daàu boâi trôn 77 III. Phaân loaïi heä thoáng boâi trôn 79 III.1. Heä thoáng boâi trôn baèng muoãng taùc daàu 79 III.2. Heä thoáng boâi trôn cho ñoäng cô hai kyø (daàu pha trong nhieân lieäu) 79 III.3. Heä thoáng boâi trôn cöôõng böùc. 79 IV. Keát caáu moät soá boä phaän chính. 82 IV.1. Maïch daàu laøm trôn cho ñoäng cô xaêng - Diesel 82 IV.2. Bôm daàu. 82 IV.3. Loïc daàu 84 IV.4. Boä laøm maùt. 88 IV.5. Caùc ñoàng hoà cuûa heä thoáng boâi trôn. 88 Chöông 6 HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT I. Coâng duïng cuûa heä thoáng laøm maùt vaø nhieät ñoä toái öu cuûa ñoäng cô 91 I.1. Coâng duïng cuûa heä thoáng laøm maùt 91 I.1. Nhieät ñoä laøm vieäc toái öu cuûa ñoäng cô 91 II. Phaân loaïi heä thoáng laøm maùt. 92 II.1. Heä thoáng laøm maùt baèng khoâng khí (baèng gioù) 92 II
4. II.2. Heä thoáng laøm maùt baèng chaát loûng 93 II.3. So saùnh heä thoáng laøm maùt baèng nöôùc vaø heä thoáng laøm maùt baèng khoâng khí 96 III. Keát caáu caùc chi tieát chuû yeáu trong heä thoáng laøm maùt baèng chaát loûng. 97 III.1. Bôm nöôùc 97 III.2. Keùt nöôùc vaø naép keùt nöôùc 97 III.3. Van ñieàu nhieät vaø phöông phaùp boá trí. 100 IV. Chaát loûng laøm maùt. 104 Chöông 7 NHIEÂN LIEÄU I. Yeâu caàu ñoái vôùi nhieân lieäu söû duïng trong ñoäng cô ñoát trong. 106 II. Caùc loaïi nhieân lieäu söû duïng trong ñoäng cô ñoát trong. 106 II.1. Xaêng 106 II.2. Daàu Diesel. 108 II.3. Caùc loaïi nhieân lieäu khí 110 III. Caùc tính chaát cô baûn cuûa nhieân lieäu söû duïng treân ñoäng cô ñoát trong 112 III.1. Nhieät trò cuûa nhieân lieäu 112 III.2. Nhieät ñoä beùn löûa vaø nhieät ñoä töï boác chaùy 115 III.3. Tính choáng kích noå cuûa nhieân lieäu duøng cho ñoäng cô ñaùnh löûa cöôõng böùc 115 III.4. Tính töï chaùy cuûa nhieân lieäu duøng cho ñoäng cô Diesel. 116 IV. Phaûn öùng chaùy cuûa nhieân lieäu vaø heä soá dö löôïng khoâng khí 116 IV. Phaûn öùng chaùy cuûa nhieân lieäu 116 IV.2. Heä soá dö löôïng khoâng khí 118 Chöông 8 CHU TRÌNH NHIEÄT ÑOÄNG CUÛA ÑOÄNG CÔ ÑOÁT TRONG I. Caùc ñònh nghóa 119 I.1. Chu trình coâng taùc 119 I.2. Chu trình lyù töôûng 119 II. Chu trình lyù töôûng aùp duïng cho ñoäng cô khoâng taêng aùp 120 II.1. Chu trình lyù töôûng toång quaùt cuûa ñoäng cô ñoát trong 120 II.2. Chu trình hoãn hôïp 122 II.3. Chu trình lyù töôûng ñaúng tích 124 II.4. Chu trình ñaúng aùp 124 II.5. So saùnh hieäu suaát nhieät t cuûa caùc chu trình 125  III. Chu trình lyù töôûng cuûa ñoäng cô taêng aùp 126 III.1. Chu trình lyù töôûng cuûa ñoäng cô taêng aùp truyeàn ñoäng cô khí 126 III.2. Chu trình lyù töôûng cuûa ñoäng cô taêng aùp tua bin khí 128 IV. Chu trình coâng taùc cuûa ñoäng cô ñoát trong. 130 IV.1. Quaù trình naïp 130 IV.2. Quaù trình neùn 147 IV.3. Quaù trình chaùy. 135 IV.4. Quaù trình giaõn nôû 175 IV.5. Quaù trình thaûi vaø vaán ñeà ñoäc haïi cuûa khí thaûi. 179 IV.6. Vaán ñeà ñoäc haïi cuûa khí thaûi Chöông 9 TÍNH NAÊNG KINH TEÁ KYÕ THUAÄT CUÛA ÑOÄNG CÔ ÑOÁT TRONG I. Caùc thoâng soá ñaùnh giaù tính naêng kinh teá, kyõ thuaät cuûa ñoäng cô ñoát trong. 194 I.1. Thoâng soá chæ thò: 194 III
5. I.2. Thoâng soá coù ích: 198 I.3. Coâng lít cuûa ñoäng cô 199 I.4. Xaùc ñònh ñöôøng kính xylanh, haønh trình piston vaø theå tích coâng taùc cuûa ñoäng cô. 200 II. Xaây döïng ñöôøng ñaëc tính toác ñoä ñoäng cô 201 II.1. Ñöôøng ñaëc tính toác ñoä ngoaøi vaø toác ñoä boä phaän cuûa ñoäng cô xaêng 201 II.2. Ñöôøng ñaëc tính toác ñoä ngoaøi vaø toác ñoä boä phaän cuûa ñoäng cô Diesel 204 II.3. So saùnh ñöôøng ñaëc tính toác ñoä ngoaøi ñoäng cô xaêng vaø ñoäng cô Diesel 206 II.4. Caùc bieän phaùp caûi thieän ñöôøng ñaëc tính cuûa ñoäng cô. 207 II.5. Ñaëc tính ñieàu chænh 208 II.6. Ñaëc tính taûi 209 Chöông 10 TAÊNG AÙP ÑOÄNG CÔ I. Caùc bieän phaùp naâng cao coâng suaát cuûa ñoäng cô 212 I.1. Giaûm soá kyø 212 I.2. Taêng toác ñoä ñoäng cô 212 I.3. Taêng soá xylanh ñoäng cô 213 I.4. Taêng theå tích coâng taùc cuûa ñoäng cô 213 I.5. Taêng aùp cho ñoäng cô 213 II. Caùc phöông phaùp taêng aùp chuû yeáu 213 II.1. Taêng aùp daãn ñoäng baèng cô khí 214 II.2. Taêng aùp baèng tuabin khí. 215 II.3. Taêng aùp hoãn hôïp. 216 III. Nhöõng vaán ñeà caàn löu yù khi taêng aùp cho ñoäng cô 217 III.1. Tyû soá neùn 218 III.2. Pha phaân phoái khí 218 III.3. Heä thoáng cung caáp nhieân lieäu 219 III.4. OÁng naïp vaø oáng thaûi 219 III.5. Laøm maùt trung gian cho khoâng khí taêng aùp 219 III.6. Laøm maùt piston 220 Chöông 11 HEÄ THOÁNG NHIEÂN LIEÄU TREÂN ÑOÄNG CÔ XAÊNG I. Caùc phöông phaùp hình thaønh hoãn hôïp trong ñoäng cô xaêng 221 I.1. Phöông phaùp söû duïng boä cheá hoaø khí 221 I.2. Phöông phaùp phun xaêng treân ñöôøng oáng naïp 221 I.3. Phöông phaùp phun xaêng tröïc tieáp vaøo buoàng chaùy (GDI) 222 I.4. Phöông phaùp taïo hoãn hôïp phaân lôùp 222 II. Boä cheá hoaø khí. 223 II.1. Sô ñoà heä thoáng nhieân lieäu söû duïng boä cheá hoøa khí 223 II.2. Ñöôøng ñaëc tính lyù töôûng cuûa boä cheá hoaø khí. 225 II.3. Heä thoáng phun chính vaø phöông phaùp ñieàu chænh thaønh phaàn hoãn hôïp 227 II.4. Caùc heä thoáng phuï cuûa cheá hoaø khí 230 III. Nguyeân lyù laøm vieäc vaø keát caáu boä cheá hoøa khí ñieån hình (TOYOTA 4A – F) 234 IV. Nguyeân lyù heä thoáng phun xaêng treân ñöôøng oáng naïp. 241 IV.1. Heä thoáng phun xaêng K-Jetronic 241 IV.2. Heä thoáng phun xaêng L-Jectronic. 251 IV.3. Heä thoáng phun xaêng Motronic 266 IV
6. IV.4. So saùnh caùc heä thoáng phun xaêng. 272 V. Nguyeân lyù phun xaêng tröïc tieáp (GDI). 273 V.1. Nhöõng ñaëc ñieåm cuûa heä thoáng GDI 274 V.2. Nhöõng keát quaû ñaït ñöôïc cuûa ñoäng cô GDI 275 Chöông 12 HEÄ THOÁNG NHIEÂN LIEÄU ÑOÄNG CÔ DIESEL I. Nhieäm vuï – yeâu caàu. 278 I.1. Döï tröõ nhieân lieäu 278 I.2. Cung caáp nhieân lieäu cho ñoäng cô 278 I.3. Caùc tia nhieân lieäu phun vaøo xylanh 278 II. Sô ñoà heä thoáng 278 III. Nguyeân lyù laøm vieäc vaø keát caáu cuûa bôm cao aùp PE, VE, GM 279 III.1. Bôm cao aùp PE 279 III.2. Bôm cao aùp (VE). 284 III.3. Kim bôm lieân hôïp (GM). 290 IV. Quaù trình phun nhieân lieäu vaø caùc thoâng soá 294 IV.1. Quaù trình phun nhieân lieäu 294 IV.2. Caùc thoâng soá cuûa quaù trình phun. 295 V. Ñaëc tính cuûa bôm cao aùp 299 V.1. Giôùi thieäu 299 V.2. Nhöõng yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình phun. 300 VI. Voøi phun vaø ñaëc tính cuûa voøi phun. 301 VI.1. Nhieäm vuï cuûa voøi phun. 301 VI.2. Nguyeân lyù laøm vieäc vaø keát caáu cuûa voøi phun 301 VI.3. Ñaëc tính cuûa voøi phun 303 VII. Giôùi thieäu heä thoáng EDC 305 VII.1. Sô ñoà nguyeân lyù heä thoáng EDC 306 VII.2. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa heä thoáng EDC 308 VIII. Giôùi thieäu heä thoáng common-rail 309 VIII.1. Sô ñoà heä thoáng 309 VIII.2. Keát caáu moät soá chi tieát chính. 310 Chöông 13 TÖÏ ÑOÄNG ÑIEÀU CHÆNH SOÁ VOØNG QUAY ÑOÄNG CÔ I. Cô sôû lyù thuyeát 315 I.1. Coâng duïng 316 I.2. Phaân loaïi 317 II. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa boä ñieàu toác. 317 II.1. Boä ñieàu toác cô khí. 317 II.2. Boä ñieàu toác thuyû löïc 319 II.3. Boä ñieàu toác chaân khoâng. 320 III. Caùc chæ tieâu ñaùnh giaù chaát löôïng laøm vieäc cuûa boä ñieàu toác 322 III.1. Ñoä khoâng ñoàng ñeàu. 322 III.2. Ñoä khoâng nhaïy. 325 III.3. Caùc bieän phaùp caûi thieän ñoä khoâng ñoàng ñeàu, ñoä khoâng nhaïy 326 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 327 V
7. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Chöông 1 MÔÛ ÑAÀU I. GIÔÙI THIEÄU Ñoäng cô ñoát trong laø nguoàn ñoäng löïc chính ñeå daãn ñoäng cho caùc phöông tieän giao thoâng vaän taûi, trong ñoù phoå bieán nhaát laø daãn ñoäng cho oâtoâ chuyeån ñoäng. Ñoäng cô ñoát trong hieän nay goàm coù: ñoäng cô ñoát trong piston, tua bin khí vaø ñoäng cô phaûn löïc. Hieän nay veà cô baûn ñoäng cô söû duïng treân oâtoâ laø ñoäng cô ñoát trong kieåu piston, nhieân lieäu söû duïng chính laø xaêng hoaëc Diesel. Veà hoaït ñoäng thì hai loaïi ñoäng cô naøy coù nguyeân lyù gaàn gioáng nhau, chuùng chæ khaùc nhau veà phöông phaùp ñoát chaùy hoãn hôïp (khoâng khí – nhieân lieäu). Ñoäng cô xaêng vaø ñoäng cô Diesel laø hai loaïi cuûa ñoäng cô nhieät, chuùng bieán ñoåi hoaù naêng do ñoát chaùy nhieân lieäu thaønh nhieät naêng vaø töø nhieät naêng bieán thaønh cô naêng ñeå truyeàn coâng suaát cho ñoäng cô hoaït ñoäng. Ñoäng cô xaêng coù toác ñoä cao, raát cô ñoäng, coâng suaát phaùt ra lôùn, buoàng ñoát goïn, ñöôïc söû duïng roäng raõi ôû caùc xe con vaø xe taûi nhoû Ñoäng cô Diesel coù hieäu suaát nhieät lôùn, coâng suaát cao hôn, tieát kieäm nhieân lieäu vaø toác ñoä ñoäng cô nhoû hôn ñoäng cô xaêng. Chính vì vaäy noù thöôøng ñöôïc duøng ñeå daãn ñoäng treân caùc loaïi oâtoâ buyùt, oâtoâ taûi, caùc loaïi phöông tieän thöông maïi II. CAÙC KHAÙI NIEÄM II.1. Ñoäng cô nhieät Ñoäng cô nhieät laø loaïi thieát bò thöïc hieän vieäc ñoåi naêng löôïng ôû daïng hoaù naêng thaønh nhieät naêng (baèng caùch ñoát chaùy nhieân lieäu) vaø töø nhieät naêng chuyeån thaønh cô naêng ñeå sinh coâng daãn ñoäng maùy coâng taùc. Sô ñoà nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô nhieät: HOÙA NAÊNG NHIEÄT NAÊNG Ñoát chaùy Daõn nôû CÔ NAÊNG (nhieâu lieäu ôû daïng (hôi nöôùc, khí coù (sinh coâng) raén, loûng, khí) nhieät ñoä cao) II.2. Ñoäng cô ñoát trong vaø ñoäng cô ñoát ngoaøi Ñoäng cô ñoát trong laø moät loaïi ñoäng cô nhieät vôùi caùc quaù trình ñoát chaùy nhieân lieäu vaø chuyeån bieán nhieät naêng thaønh cô naêng ñöôïc thöïc hieän cuøng moät nôi ngay beân trong ñoäng cô. Ñoäng cô ñoát trong goàm coù: ñoäng cô ñoát trong kieåu piston, tua bin khí, ñoäng cô phaûn löïc vaø tua bin phaûn löïc (hình 1.1). Ñoäng cô ñoát ngoaøi laø moät loaïi ñoäng cô nhieät vôùi caùc quaù trình ñoát chaùy nhieân lieäu vaø chuyeån bieán nhieät naêng thaønh cô naêng ñöôïc thöïc hieän ôû hai nôi khaùc nhau. Nhieân lieäu ñöôïc ñoát chaùy beân ngoaøi ñoäng cô (cuûi, than ñaù ) ñeå laøm noùng nöôùc, nöôùc boác hôi (coù nhieät ñoä vaø aùp suaát cao) laøm chuyeån ñoäng caùc tuabin hay ñaåy piston sinh coâng, daãn ñoäng ñöôïc maùy coâng taùc. Ñoäng cô ñoát ngoaøi goàm coù: maùy hôi nöôùc, tuabin hôi nöôùc 1
8. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng a – Ñoäng cô piston. b – Tuabin khí. c – Ñoäng cô phaûn löïc. d – Tuabin phaûn löïc. Chuù thích: 1 – cacte; 2 – xylanh; 3 – naép xylanh; 4- piston; 5 – thanh truyeàn; 6 – truïc khuyûu ; 7 – bôm nhieân lieäu; 8 – buoàng ñoát; 9 – loã phun vaøo caùnh tua bin; 10 – tuabin; 11- maùy neùn; 12 – bình chöùa nhieân lieäu; 13 – bình chöùa chaát oxy hoaù; 14 – bôm; 15 – mieäng phun phaûn löïc; 16 – voøi phun nhieân lieäu. Hình 1.1. Sô ñoà caáu taïo cuûa ñoäng cô ñoát trong. II.3. So saùnh ñoäng cô ñoát trong vaø ñoäng cô ñoát ngoaøi II.3.1. Ñoäng cô ñoát trong Öu ñieåm o Hieäu suaát coù ích he cao, vì nhieät ñoä cöïc ñaïi trong quaù trình chaùy coù theå ñaït 1.800 ÷ 2.800 K, o coøn nhieät ñoä khí xaû chæ 900 ÷ 1.500 K. Ñoäng cô Diesel taêng aùp tua bin khí coù theå ñaït he = 40 ÷ 52%. Neáu coù cuøng coâng suaát thì ñoäng cô ñoát trong goïn nheï hôn ñoäng cô ñoát ngoaøi vì toaøn boä chu trình laøm vieäc cuûa ñoäng cô ñoát trong ñöôïc thöïc hieän ngay trong baûn thaân ñoäng cô, khoâng coù caùc thieát bò phuï nhö: noài hôi, buoàng ñoát, nhö ôû ñoäng cô ñoát ngoaøi. Ñoäng cô ñoát trong khôûi ñoäng nhanh hôn (töø 3 ÷ 5 giaây), ñieàu ñoù coù yù nghóa lôùn trong quaân söï vaø giao thoâng. Coøn ñoäng cô ñoát ngoaøi phaûi khôûi ñoäng haøng giôø. Ít hao nöôùc, ñieàu ñoù coù yù nghóa khi söû duïng ôû vuøng sa maïc, nuùi röøng. Ñoäng cô ñoát trong deã chaêm soùc, baûo döôõng (chæ caàn 1 ñeán 2 ngöôøi). Khi ngöøng hoaït ñoäng, ñoäng cô ñoát trong khoâng caàn tieâu hao theâm nhieâu lieäu, coøn maùy hôi nöôùc vaãn phaûi toán nhieâu lieäu vì khoâng theå daäp loø than ngay ñöôïc. Khuyeát ñieåm Duøng nhieân lieäu loûng hoaëc khí saïch khoâng chöùa taïp chaát cô hoïc (ñaõ qua tinh cheá), daãn ñeán giaù thaønh cuûa nhieân lieäu cuõng cao. Coâng suaát bò giôùi haïn, coâng suaát ñoäng cô Diesel khoâng theå vöôït quaù 37.000 kW (trong khi tua bin hôn nöôùc coù theå ñaït 200.000 kW). 2
9. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Keát caáu phöùc taïp hôn vaø soá löôïng caùc chi tieát nhieàu hôn so vôùi ñoäng cô ñoát ngoaøi. Ñoäng cô ñoát trong phaûi duøng thieát bò rieâng ñeå khôûi ñoäng vaø khi khôûi ñoäng khoâng ñöôïc keùo taûi. Ñoäng cô ñoát trong laøm vieäc khaù oàn, nhaát laø ñoäng cô cao toác. Ñeå coù theå thay ñoåi moâmen cuûa ñoäng cô trong phaïm vi roäng, treân heä thoáng truyeàn ñoäng phaûi coù ly hôïp vaø hoäp soá. II.3.2. Ñoäng cô ñoát ngoaøi Öu ñieåm Duøng nhieân lieäu reû tieàn (than, cuûi, daàu caën, ) Coâng suaát cao, tua bin hôi nöôùc coù theå ñaït 200.000 kW Ñoäng cô coù theå töï khôûi ñoäng ñöôïc, khi aùp suaát vaø nhieät ñoä moâi chaát ñuû lôùn vaø khoâng phaûi duøng thieát bò rieâng ñeå khôûi ñoäng. Khuyeát ñieåm Hieäu suaát coù ích he thaáp, hieäu suaát cuûa maùy hôi nöôùc he = 9 ÷ 14%, tua bin hôi nöôùc he = 22 ÷ 28% vaø cuûa tua bin khí he < 3%. ÔÛ ñoäng cô ñoát ngoaøi do coù caùc thieát bò phuï nhö: noài hôi, buoàng ñoát, neân laøm cho thieát bò raát naëng vaø coàng keành. Thôøi gian khôûi ñoäng raát lôùn, ñoäng cô hôi nöôùc phaûi khôûi ñoäng haøng giôø. Phaûi tieâu thuï moät löôïng nöôùc lôùn. Baûo döôõng phöùc taïp, nhaát laø ñoái vôùi caùc thieát bò ñoäng löïc hôi nöôùc. So vôùi ñoäng cô ñoát ngoaøi, ñoäng cô ñoát trong coù nhieàu öu ñieåm hôn neân ngaøy nay noù ñöôïc söû duïng raát roäng raõi. Theo thoáng keâ thì hieän nay: ñoäng cô ñoát trong chieám ñeán 80% treân theá giôùi; 10% söû duïng naêng löôïng söùc gioù vaø maët trôøi, coøn 10% söû duïng caùc loaïi ñoäng cô khaùc. Chính vì vaäy maø ngaønh coâng nghieäp cheá taïo ñoäng cô ñoát trong luoân ñöôïc coi troïng vaø laø moät boä phaän taát yeáu cuûa ngaønh cô khí trong neàn kinh teá. Cho ñeán nay, ñoäng cô ñoát trong kieåu piston duøng nhieân lieäu truyeàn thoáng coù saün nhö ñoäng cô xaêng vaø ñoäng cô Diezen vaãn laø nguoàn ñoäng löïc chính cho oâtoâ, tuy nhieân noù coù nhöõng nhöôïc ñieåm lôùn maø chuùng ta phaûi ñoái maët nhö: Gaây oâ nhieãm cho moâi tröôøng soáng (oâ nhieãm khoâng khí, tieáng oàn, hieäu öùng nhaø kính, ) vaø söï leä thuoäc hoaøn toaøn vaøo nhieân lieäu hoaù thaïch, daãn ñeán nguy cô caïn kieät nguoàn daàu moû. Vì vaäy caùc nöôùc ñeàu quan taâm ñaøo taïo ñoäi nguõ chuyeân gia ñeå coù theå sôùm giaûi quyeát ñöôïc caùc yeâu caàu veà thieát keá, gia coâng, cheá taïo, baûo döôõng vaø söûa chöõa ñoäng cô ñoát trong cho nöôùc mình. II.4. Ñònh nghóa vaø caùc khaùi nieäm cô baûn treân ñoäng cô ñoát trong II.4.1. Ñieåm cheát Ñieåm cheát laø vò trí cuoái cuøng cuûa piston khi chuyeån ñoäng moät haønh trình trong xylanh. Taïi vò trí naøy vaän toác cuûa piston baèng khoâng vaø piston baét ñaàu ñoåi chieàu chuyeån ñoäng. Nhö vaäy, theo ñònh nghóa naøy ñieåm cheát seõ coù hai vò trí: Ñieåm cheát treân (ÑCT): laø vò trí maø piston naèm xa ñöôøng taâm truïc khuyûu nhaát. Ñieåm cheát döôùi (ÑCD): laø vò trí maø piston naèm gaàn ñöôøng taâm truïc khuyûu nhaát. 3
10. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng II.4.2. Haønh trình cuûa piston (S) Haønh trình cuûa piston laø khoaûng caùch dòch chuyeån cuûa piston giöõa hai ñieåm cheát, kyù hòeäu laø S. S = 2.R Vôùi R laø baùn kính quay cuûa truïc khuyûu. Hình 1.2. Sô ñoà caáu taïo ñoäng cô ñoát trong. a) Piston ôû ñieåm cheát treân ; b) Piston ôû ñieåm cheát döôùi. II.4.3. Theå tích coâng taùc (Vh) Theå tích coâng taùc laø khoaûng khoâng gian trong xylanh ñöôïc giôùi haïn bôûi hai maët caét vuoâng goùc vôùi ñöôøng taâm xylanh qua hai ñieåm cheát, kyù hieäu laø Vh. Ñoái vôùi ñoäng cô chæ coù moät xylanh thì theå tích coâng taùc ñöôïc tính nhö sau: p.D 2 V = .S h 4 Ñoái vôùi ñoäng cô coù i xylanh thì theå tích coâng taùc cuûa ñoäng cô laø Vhå = Vh.i Trong ñoù: D – ñöôøng kính cuûa xylanh. S – haønh trình cuûa piston. i – soá xylanh cuûa ñoäng cô. II.4.4. Theå tích buoàng chaùy (Vc) Theå tích buoàng chaùy laø khoaûng khoâng gian trong xylanh ñöôïc giôùi haïn bôûi ñænh piston vaø naép xylanh khi piston ôû ñieåm cheát treân, kyù hieäu laø Vc. II.4.5. Theå tích toaøn boä (Va) Theå tích toaøn boä laø khoaûng khoâng gian trong xylanh ñöôïc giôùi haïn bôûi ñænh piston vaø naép xylanh khi piston ôû ñieåm cheát döôùi, kyù hieäu laø Va. 4
11. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Va = Vh + Vc II.4.6. Tæ soá neùn (e) Tyû soá neùn laø tæ soá giöõa theå tích toaøn boä vaø theå tích buoàng chaùy cuûa ñoäng cô. V V + V V e = a = c h = 1+ h Vc V c Vc II.4.7. Kyø (thì) Kyø (hay thì) laø haønh trình thöïc hieän ñöôïc cuûa piston giöõa hai ñieåm cheát. Khi ñoäng cô hoaït ñoäng, trong xylanh phaûi dieãn ra tuaàn töï caùc quaù trình: naïp, neùn, chaùy giaõn nôû vaø thaûi taïo neân chu trình coâng taùc (laøm vieäc) cuûa ñoäng cô ñoát trong. Neáu chu trình coâng taùc cuûa ñoäng cô ñöôïc hoaøn thaønh trong boán haønh trình cuûa piston, coù nghóa laø sau hai voøng quay cuûa truïc khuyûu thì ñoäng cô ñoù goïi laø ñoäng cô boán kyø. Neáu ñoäng cô hoaøn thaønh moät chu trình coâng taùc chæ trong hai haønh trình cuûa piston, töông öùng vôùi moät voøng quay cuûa truïc khuyûu thì ñoäng cô ñoù goïi laø ñoäng cô hai kyø. II.4.8. Chu trình coâng taùc (chu trình laøm vieäc) Chu trình coâng taùc laø taäp hôïp toaøn boä caùc quaù trình: naïp, neùn, chaùy giaõn nôû vaø thaûi ñöôïc dieãn ra trong xylanh laäp ñi laäp laïi coù tính chu kyø ñöôïc goïi laø chu trình coâng taùc hay chu trình laøm vieäc cuûa ñoäng cô ñoát trong. III. PHAÂN LOAÏI ÑOÄNG CÔ ÑOÁT TRONG III.1. Theo phöông phaùp thöïc hieän chu trình coâng taùc Ñoäng cô boán kyø: ñeå hoaøn thaønh moät chu trình coâng taùc thì piston thöïc hieän 4 haønh trình hoaëc truïc khuyûu phaûi quay 2 voøng. Ñoäng cô hai kyø: ñeå hoaøn thaønh moät chu kyø coâng taùc thì piston thöïc hieän 2 haønh trình hoaëc truïc khuyûu phaûi quay moät voøng. III.2. Theo nhieân lieäu söû duïng Ñoäng cô söû duïng nhieân lieäu loûng, loaïi nheï (xaêng, benzen, coàn ). Ñoäng cô söû duïng nhieân lieäu loûng, loaïi naëng (daàu mazut, Diesel ). Ñoäng cô söû duïng nhieân lieäu khí (khí thieân nhieân, khí hoaù loûng, ). Ñoäng cô söû duïng nhieân lieäu khí keát hôïp vôùi nhieân lieäu loûng (trong ñoù nhieân lieäu khí laø chính, coøn nhieân lieäu loûng ñoùng vai troø laø nhieân lieäu moài). Ñoäng cô chaïy baèng nhieàu loaïi nhieân lieäu, töùc laø loaïi ñoäng cô coù theå chaïy baèng nhieàu loaïi nhieân lieäu loûng khaùc nhau, töø nheï tôùi naëng (loaïi ñoäng cô naøy raát hieám). III.3. Theo phöông phaùp naïp cuûa chu trình coâng taùc Ñoäng cô khoâng taêng aùp: laø loaïi ñoäng cô döïa vaøo söï cheânh leäch aùp suaát ngoaøi vaø trong xylanh ñeå naïp hoøa khí vaøo xylanh. Ñoäng cô taêng aùp: laø loaïi ñoäng cô duøng maùy neùn ñeå naïp khoâng khí hoaëc hoøa khí vaøo xylanh, laøm taêng khoái löôïng moâi chaát môùi qua ñoù laøm taêng coâng suaát ñoäng cô. 5
12. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng III.4. Theo toác ñoä ñoäng cô Toác ñoä cuûa ñoäng cô ñöôïc ñaùnh giaù qua moät thoâng soá trung gian laø toác ñoä trung bình cuûa piston. Toác ñoä trung bình cuûa piston kyù hieäu laø Cm n C = S. (m/s) m 30 Trong ñoù: S – haønh trình cuûa piston (m) n – soá voøng quay ñoäng cô (voøng/phuùt) - Ñoäng cô coù toác ñoä thaáp (ñoäng cô thaáp toác): Cm 9 m/s. III.5. Theo ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa ñoäng cô (hình 1.3) Hình 1.3. Sô ñoà veà ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa ñoäng cô ñoát trong a) Ñoäng cô moät xylanh (1 – caùn piston, 2 – guoác tröôït); b) Ñoäng cô chöõ V (1 – truïc khuyûu, 2 – thanh truyeàn chính, 3 – thanh truyeàn phuï); c) Ñoäng cô hình sao; d,e) Ñoäng cô piston ñoái ñænh; f) Ñoäng cô taùc duïng keùp xylanh naèm ngang; g) Ñoäng cô chöõ V nhieàu haøng xylanh. 6
13. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Theo soá xylanh ñoäng cô - Ñoäng cô moät xylanh. - Ñoäng cô nhieàu xylanh (soá xylanh töø hai trôû leân). Theo caùch boá trí xylanh - Ñoäng cô coù xylanh thaúng ñöùng. - Ñoäng cô coù xylanh naèm ngang. - Ñoäng cô coù moät haøng xylanh, ñöôøng taâm cuûa caùc xylanh song song vôùi nhau vaø cuøng naèm trong moät maët phaúng. - Ñoäng cô coù 2 haøng xylanh ñaët song song hay kieåu chöõ V. - Ñoäng cô coù xylanh boá trí hình sao, moät haøng hoaëc nhieàu haøng caùc ñöôøng taâm xylanh ñaët höôùng kính vaø cuøng naèm treân moät maët phaúng. - Ñoäng cô coù piston ñoái ñænh, coù theå coù moät hoaëc nhieàu truïc khuyûu. IV. NGUYEÂN LYÙ LAØM VIEÄC CUÛA ÑOÄNG CÔ ÑOÁT TRONG KIEÅU PISTON IV.1. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô 4 kyø Ñoái vôùi ñoäng cô 4 kyø, ñeå hoaøn thaønh moät chu trình coâng taùc piston ñoäng cô phaûi thöïc hieän 4 haønh trình töông öùng vôùi caùc quaù trình dieãn ra trong xylanh goàm: naïp, neùn, chaùy giaõn nôû vaø thaûi. Trong ñoù coâng coù ích chæ do quaù trình chaùy giaõn nôû sinh ra. Do caùc quaù trình dieãn ra laäp ñi laäp laïi coù tính chu kyø neân khi khaûo saùt nguyeân lyù laøm vieäc ta chæ khaûo saùt moät chu trình coâng taùc trong toaøn boä quaù trình laøm vieäc cuûa ñoäng cô. Trong moät chu trình coâng taùc cuûa ñoäng cô 4 kyø ñöôïc thöïc hieän nhö sau: IV.1.1. Kyø moät (quaù trình naïp) Laø quaù trình naïp moâi chaát môùi vaøo trong loøng xylanh ñoäng cô (hoaø khí ñoái vôùi ñoäng cô xaêng, khoâng khí ñoái vôùi ñoäng cô Diesel). 4 a b c d Hình 1.4. Sô ñoà nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô xaêng boán kyø a) quaù trình naïp ; b) quaù trình neùn ; c) quaù trình chaùy – giaûn nôû ; d) quaù trình thaûi. 1 – supap naïp; 2 – supap thaûi; 3 – piston; 4 – bougie. 7
14. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Vaøo ñaàu kyø moät, piston ôû vò trí ñieåm cheát treân. Toaøn boä theå tích buoàng chaùy Vc chöùa ñaày saûn vaät chaùy do haønh trình tröôùc ñeå laïi vôùi aùp suaát cao hôn aùp suaát khí trôøi, aùp suaát naøy coøn goïi laø aùp suaát khí soùt. Khi truïc khuyûu quay theo chieàu muõi teân, thoâng qua thanh truyeàn laøm cho piston dòch chuyeån töø ÑCT xuoáng ÑCD, cô caáu phaân phoái khí ñieàu khieån supap naïp môû thoâng ñöôøng oáng naïp vôùi khoâng gian trong xylanh. Vôùi chuyeån ñoäng ñi xuoáng cuûa piston, ñoä chaân khoâng trong xylanh hình thaønh laøm cho aùp suaát trong loøng xylanh nhoû hôn aùp suaát treân ñöôøng oáng naïp. Möùc ñoä cheânh leäch aùp suaát naøy khoaûng 0,01 – 0,03 MPa, taïo neân quaù trình naïp moâi chaát môùi töø ñöôøng oáng naïp vaøo xylanh (hình 1.4a). IV.1.2. Kyø hai (quaù trình neùn) Piston di chuyeån töø ÑCD leân ÑCT, cô caáu phaân phoái khí ñieàu khieån laøm cho supap naïp vaø supap thaûi ñoùng laïi, moâi chaát ñöôïc neùn trong xylanh. Vaøo cuoái quaù trình naïp, khi piston ôû vò trí òÑCD aùp suaát trong xylanh pa coøn nhoû hôn aùp suaát treân ñöôøng oáng naïp pk. Taän duïng ñieàu naøy, ñeå hoaøn thieän quaù trình naïp, cô caáu phaân phoái khí ñieàu khieån supap naïp ñoùng muoän sau khi piston qua khoûi ÑCD. Vieäc ñoùng muoän supap naïp nhö treân coù taùc duïng naïp theâm moâi chaát môùi vaøo xylanh, ñieàu naøy coù ñöôïc laø do taùc duïng cuûa ñoäng naêng vaø cheânh leäch aùp suaát cuûa doøng moâi chaát ñi vaøo. Sau khi supap naïp ñoùng, piston chuyeån ñoäng leân phía ÑCT laøm cho aùp suaát vaø nhieät ñoä moâi chaát trong xylanh taêng daàn. Giaù trò aùp suaát cuoái quaù trình neùn phuï thuoäc vaøo: tæ soá neùn e, ñoä kín khít cuûa khoâng gian chöùa moâi chaát, möùc ñoä taûn nhieät cuûa thaønh xylanh vaø aùp suaát cuûa moâi chaát ñaàu quaù trình neùn (hình 1.4b). Ñeå taïo ñieàu kieän toát cho moâi chaát chaùy moät caùch kòp thôøi vaø nhieät löôïng sinh ra ñöôïc taän duïng trieät ñeå thì vieäc ñoát chaùy hoãn hôïp phaûi ñöôïc thöïc hieän tröôùc khi piston tôùi ÑCT. Cuï theå, ñoái vôùi ñoäng cô xaêng (ñoát chaùy cöôõng böùc baèng tia löûa ñieän) thì bougie phaûi taïo ra tia löûa tröôùc khi piston ñeán ÑCT, ñoái vôùi ñoäng cô Diesel thì nhieân lieäu phun vaøo töø voøi phun tröôùc khi pison ñeán ÑCT. IV.1.3. Kyø ba (quaù trình chaùy – giaûn nôû) Vaøo kyø ba moâi chaát bò neùn trong xylanh ôû cuoái kyø neùn ñöôïc boác chaùy vôùi toác ñoä raát nhanh. Toác ñoä gia taêng aùp suaát vaø nhieät ñoä cuûa moâi chaát raát cao, taïo aùp löïc sinh coâng ñaåy piston dòch chuyeån veà phía ÑCD thöïc hieän quaù trình giaõn nôû moâi chaát trong xylanh. Chính vì vaäy kyø ba coøn goïi laø kyø sinh coâng, trong quaù trình naøy caû hai supap ñeàu ñoùng (hình 1.4c). 1 2 3 4 a b c d Hình 1.5. Sô ñoà nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô Diesel boán kyø a) quaù trình naïp ; b) quaù trình neùn ; c) quaù trình chaùy giaûn nôû ; d) quaù trình thaûi. 1 – supap naïp; 2 – supap thaûi; 3 – piston; 4 – voøi phun. 8
15. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng IV.1.4. Kyø boán (quaù trình thaûi) Piston dòch chuyeån töø ÑCD leân ÑCT ñaåy saûn vaät chaùy ra khoûi xylanh ñoäng cô qua supap thaûi ñang môû. Do aùp suaát moâi chaát trong xylanh vaøo cuoái kyø chaùy giaõn nôû coøn khaù cao neân supaùp xaû phaûi môû sôùm tröôùc khi piston xuoáng ñeán ÑCD khoaûng 40 ÷ 60o töông öùng vôùi goùc quay truïc khuyûu. Nhôø ñoù laøm giaûm ñöôïc löïc caûn ñoái vôùi chuyeån ñoäng cuûa piston vaø taïo ñieàu kieän toát nhaát cho saûn vaät chaùy thaûi saïch ra khoûi xylanh ñoäng cô. Khi kyø boán keát thuùc thì ñoäng cô ñaõ thöïc hieän ñöôïc moät chu trình coâng taùc, tieáp theo nhôø quaùn tính quay cuûa baùnh ñaø giuùp ñoäng cô thöïc hieän chu trình coâng taùc tieáp theo. Chính vì vaäy maø ñoäng cô coù theå laøm vieäc ñöôïc lieân tuïc. Nhaän xeùt ñoái vôùi ñoäng cô boán kyø – Chu trình coâng taùc ñöôïc hoaøn thaønh trong boán haønh trình cuûa piston hay trong hai voøng quay cuûa truïc khuyûu. – Trong boán kyø thì chæ coù kyø chaùy giaõn nôû (kyø ba) laø kyø sinh coâng, caùc kyø coøn laïi thöïc hieän ñöôïc laø nhôø quaùn tính quay cuûa baùnh ñaø vaø caùc chi tieát chuyeån ñoäng hoaëc nhôø coâng cuûa caùc xylanh khaùc (ñoái vôùi ñoäng cô nhieàu xylanh). Ñoái vôùi ñoäng cô boán kyø, ñeå naâng cao ñöôïc coâng suaát vaø hieäu suaát cuûa ñoäng cô phaûi ñaûm baûo ñöôïc hai ñieàu sau: thaûi caøng saïch saûn vaät chaùy ra khoûi xylanh vaø naïp caøng nhieàu moâi chaát môùi vaøo ñoäng cô. Ñieàu naøy ñöôïc thöïc hieän baèng caùch phoái hôïp môû sôùm vaø ñoùng muoän caùc supap naïp, supap thaûi hình thaønh neân quy luaät phoái khí nhaát ñònh tuyø thuoäc vaøo töøng loaïi ñoäng cô. Chuùng ta coù theå tham khaûo goùc ñoä phaân phoái khí, vaø goùc phun daàu sôùm cuûa ñoäng cô Diesel boán kyø, thöôøng naèm trong phaïm vi sau (baûng 1). Baûng 1 Cô caáu phaân Ñoäng cô khoâng taêng aùp Ñoäng cô taêng aùp phoái khí Môû tröôùc ÑCT Ñoùng sau ÑCT Môû tröôùc ÑCT Ñoùng sau ÑCT Supap naïp 15 ¸ 300 10 ¸ 300 0 ¸ 800 20 ¸ 400 Supap thaûi 35 ¸ 450 10 ¸ 200 40 ¸ 55o 40 ¸ 500 Goùc phun daàu 10 ¸ 300 tröôùc ÑCT 10 ¸ 200 tröôùc ÑCT Ñoà thò coâng P – V vaø giaûn ñoà pha phoái khí Ñoà thò coâng P –V theå hieän bieán thieân cuûa aùp suaát theo söï thay ñoåi cuûa theå tích trong loøng xylanh ñoäng cô, trong ñoù: P – aùp suaát trong loøng xylanh. V – theå tích cuûa moâi chaát trong xylanh. Vh/Vc – theå tích coâng taùc/theå tích buoàng chaùy 2 p0 – aùp suaát khí trôøi (p0 = 0,1 MN/m ). 2 pr – aùp suaát khí soùt (pr = 0,113 ÷ 0,115 MN/m ). r – ñieåm khí soùt. 9
16. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng o Pmax – aùp suaát cöïc ñaïi (xuaát hieän sau ÑCT töø 10 ÷ 15 goùc quay truïc khuyûu ñoäng cô). P Pmax 5 6 4 7 1 r 8 Pr 3 2 p0 9 ĈCT ĈCD V Vc Vh Va Hình 1.6. Ñoà thò coâng P – V cuûa ñoäng cô 4 kyø khoâng taêng aùp. Nhö ñaõ ñeà caäp ôû phaàn treân, caùc supap naïp vaø thaûi khoâng ñoùng môû taïi vò trí cuûa ñieåm cheát maø thöïc hieän vieäc môû sôùm vaø ñoùng muoän nhaèm naâng cao hieän quaû cuûa quaù trình naïp thaûi töø ñoù naâng cao ñöôïc coâng suaát vaø hieäu suaát cuûa ñoäng cô. Theo ñoà thò treân hình 1.6, ta coù: Supap naïp: - Môû sôùm taïi vò trí 1, tröôùc khi piston leân tôùi ÑCT. - Ñoùng muoän taïi vò trí 3, sau khi piston qua khoûi ÑCD. Supap thaûi: - Môû sôùm taïi vò trí 7, tröôùc khi piston tôùi ÑCD. - Ñoùng muoän taïi vò trí 9, sau khi piston qua khoûi ÑCT. Nhö vaäy, trong moät chu trình coâng taùc coù moät khoaûng thôøi gian nhaát ñònh caû supap naïp vaø thaûi cuøng môû ôû laân caän vò trí ÑCT vaøo ñaàu quaù trình naïp vaø cuoái quaù trình thaûi. Goùc quay cuûa truïc khuyûu töông öùng vôùi thôøi ñieåm caû hai supap cuøng môû goïi laø goùc truøng ñieäp cuûa supap. Ngoaøi ñoà thò coâng P –V, ñeå bieåu dieãn moái quan heä giöõa aùp suaát trong loøng xylanh theo goùc quay truïc khuyûu cuûa ñoäng cô boán kyø, ngöôøi ta coøn duøng ñoà thò coâng trieån khai P – j nhö (hình 1.7): Phaàn coù daáu (+) : coâng döông. Phaàn coù daáu (-) : coâng aâm. 10
17. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng P Pmax p0 r o 0o 180o 360o 540o 720o j ÑCT ÑCD ÑCT ÑCD ÑCT Hình 1.7. Ñoà thò coâng trieån khai P – j. Giaûn ñoà pha phoái khí cuûa ñoäng cô boán kyø, cho bieát quy luaät phaân phoái khí hay quy luaät ñoùng môû caùc supap cuûa cô caáu phaân phoái khí. Treân (hình 1.8) coù O laø taâm quay cuûa truïc khuyûu ñoäng cô vaø chieàu quay cuûa ñoäng cô cuøng chieàu kim ñoàng hoà nhö hình veõ. 01 – vò trí môû supap naïp. j* 02 – vò trí ñoùng supap naïp. 6 0 ® 2 – toaøn boä goùc môû supap naïp. 4 3 1 2 ® 3 – toaøn boä goùc cuûa quaù trình neùn. 04 – vò trí baät tia löûa ñieän (ñoäng cô xaêng) hoaëc phun 0 nhieân lieäu (ñoäng cô Diesel). 4 ® 5 – toaøn boä goùc cuûa quaù trình chaùy giaõn nôû. 2 05 – vò trí môû sôùm cuûa supap thaûi. 5 06 – vò trí ñoùng muoän cuûa supap thaûi. 5 ® 6 – toaøn boä goùc môû cuûa supap thaûi. Hình 1.8. Giaûn ñoà phaân phoái khí cuûa * ñoäng cô boán kyø j – goùc truøng ñieäp cuûa caùc supap naïp vaø xupap thaûi. IV.2. So saùnh ñoäng cô xaêng vaø ñoäng cô Diesel IV.2.1. Veà tính hieäu quaû Hieäu suaát cuûa ñoäng cô Diesel lôùn hôn khoaûng 1,5 laàn so vôùi ñoäng cô xaêng. Nhieân lieäu duøng cho ñoäng cô Diesel reû tieàn hôn xaêng, 1 lít Diesel khi chaùy hoaøn toaøn nhaän ñöôïc khoaûng 8.755 calo trong khi 1 lít xaêng chaùy hoaøn toaøn cho khoaûng 8.140 calo. Suaát tieâu hao nhieân lieäu (ge) cuûa ñoäng cô Diesel nhoû hôn cuûa ñoäng cô xaêng: ge (Diesel) = 200 ÷ 285 (g/kW.h) ge (xaêng) = 260 ÷ 380 (g/kW.h) 11
18. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Nhieân lieäu Diesel khoâng boác chaùy ôû nhieät ñoä thöôøng neân ít nguy hieåmhôn nhieân lieäu xaêng. Ñoäng cô Diesel ít hö hoûng laët vaët vì khoâng coù heä thoáng ñaùnh löûa vaø boä cheá hoaø khí. Neáu so saùnh hai loaïi ñoäng cô xaêng vaø Diesel coù cuøng coâng suaát thì troïng löôïng ñoäng cô Diesel lôùn hôn ñoäng cô xaêng. Tæ soá neùn cuûa ñoäng cô Diesel lôùn, vaät lieäu vaø coâng ngheä cheá taïo heä thoâng nhieân lieäu treân ñoäng cô Diesel (bôm cao aùp) ñoøi hoûi cao hôn, do ñoù ñoäng cô Diesel ñaét tieàn hôn ñoäng cô xaêng. Toác ñoä ñoäng cô Diesel nhoû hôn ñoäng cô xaêng. IV.2.2. Veà nguyeân lyù THÌ ÑOÄNG CÔ DIESEL ÑOÄNG CÔ XAÊNG Naïp - Huùt khoâng khí vaøo xilanh - Huùt hoaø khí vaøo xilanh - Neùn khoâng khí - Neùn hoaø khí - P = (30 ÷ 35) KG/cm2, t = (500 ÷ 600)0C - P = (8 ÷ 10) KG/cm2, t = (250 ÷ 350)0C Neùn c c c c - Cuoái quaù trình neùn nhieân lieäu ñöôïc phun - Cuoái quaù trình neùn bougie baät tia löûa sôùm vaøo xilanh. ñieän ñeå ñoát chaùy hoãn hôïp. - Nhieân lieäu phun vaøo xilanh hoaø troän vôùi - Tia löûa ñieän baät ra ôû bougie ñoát chaùy Chaùy – khoâng khí vaø töï boác chaùy. cöôõng böùc hoaø khí. giaûn nôû - Caáp nhieät hoãn hôïp (ñaúng tích, ñaúng aùp). - Caáp nhieät trong ñieàu kieän ñaúng tích. - Thaûi saûn vaät chaùy ra ngoaøi qua supap - Thaûi saûn vaät chaùy ra ngoaøi qua supap Thaûi thaûi. thaûi. IV.3. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng hai kyø Trong ñoäng cô hai kyø, ñeå hoaøn thaønh moät chu trình coâng taùc piston thöïc hieän hai haønh trình vaø truïc khuyûu cuûa ñoäng cô phaûi quay moät voøng. Khaùc vôùi ñoäng cô boán kyø, treân ñoäng cô hai kyø quaù trình thay ñoåi moâi chaát coâng taùc (quaù trình naïp moâi chaát môùi vaø thaûi saûn vaät chaùy) ñöôïc thöïc hieän khi piston ôû laân caän ÑCT, khoâng coù quaù trình naïp vaø xaû rieâng bieät. Khi ñoù vieäc thaûi saûn vaät chaùy ra khoûi xylanh ñöôïc thöïc hieän nhôø khoâng khí (ñoäng cô Diesel) hoaëc hoaø khí (ñoäng cô xaêng) ñöôïc neùn tröôùc tôùi moät aùp suaát nhaát ñònh, khoâng nhôø vaøo söùc ñaåy cöôõng cuûa piston nhö ñoäng cô boán kyø. Chính vì ñieàu naøy ñaõ laøm cho quaù trình thay ñoåi moâi chaát cuûa ñoäng cô hai kyø xaûy ra toån thaát do moâi chaát môùi chöa tham gia vaøo quaù trình chaùy cuøng vôùi khí xaû ñi ra ngoaøi theo ñöôøng oáng thaûi. Treân ñoäng cô hai kyø, ngöôøi ta duøng maùy neùn khí ñaët beân ngoaøi ñoäng cô (hình 1.10) hoaëc duøng khoâng gian cacte keát hôïp vôùi cô caáu piston truïc khuyûu thanh truyeàn ñeå laøm bôm queùt khí (hình 1.9). Treân (hình 1.9) giôùi thieäu sô ñoà nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô xaêng: hai kyø töông öùng vôùi hai haønh trình cuûa piston ñoäng cô, bao goàm : IV.3.1. Kyø moät Töông öùng vôùi haønh trình piston töø ÑCT veà ÑCD. Sôû dó piston dòch chuyeån ñöôïc laø do trong xylanh vöøa môùi thöïc hieän quaù trình chaùy giaõn nôû moâi chaát coâng taùc, sinh coâng vaø taùc duïng leân piston. Khi piston saép môû cöûa queùt 1 thì cöûa thaûi 4 ñöôïc môû tröôùc, saûn vaät chaùy coù aùp suaát töông ñoái cao töø trong xylanh thoaùt ra ngoaøi qua oáng thaûi, aùp suaát trong xylanh giaûm daàn. Piston tieáp tuïc ñi xuoáng ñeå môû cöûa queùt, khi aùp suaát trong xylanh xaáp xæ vaø thaáp hôn aùp suaát moâi chaát trong bôm queùt khí. Do 12
19. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng moâi chaát môùi qua cöûa queùt vaøo trong xylanh, tieáp tuïc ñaåy saûn vaät chaùy ra ngoaøi qua cöûa xaû 2 neân quaù trình naøy coøn goïi laø quaù trình thay ñoåi moâi chaát trong xylanh ñoäng cô. Nhö vaäy ôû kyø moät, trong xylanh ñoäng cô thöïc hieän caùc quaù trình : chaùy giaõn nôû cuûa moâi chaát coâng taùc, xaû khí thaûi, queùt vaø naïp ñaày moâi chaát môùi vaøo xylanh ñoäng cô. Hình 1.9. Sô ñoà nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô xaêng hai kyø duøng cöûa queùt vaø cöûa thaûi. 1 – cöûa queùt; 2 – cöûa thaûi; 3 – cöûa naïp; 4 – voøi phun cuûa boä cheá hoaø khí; 5 – bougie. IV.3.2. Kyø hai Töông öùng vôùi haønh trình piston ñi töø ÑCD leân ÑCT. Vaøo ñaàu kyø hai quaù trình thay ñoåi moâi chaát vaãn tieáp tuïc thöïc hieän trong xylanh. Ñeán khi cöûa queùt vaø cöûa xaû ñöôïc ñoùng kín thì quaù trình neùn ñöôïc baét ñaàu, cöûa queùt coù theå ñoùng ñoàng thôøi hoaëc sôùm hôn so vôùi cöûa thaûi (hoaëc supap thaûi). Tröôùc khi piston leân ñeán ÑCT khoaûng 10 ÷ 30o töông öùng vôùi goùc quay truïc khuyûu nhieân lieäu ñöôïc phun qua voøi phun vaøo xylanh ñoäng cô (ñoäng cô Diesel) hoaëc bougi baät tia löûa ñieän ñeå ñoát chaùy hoãn hôïp (ñoäng cô xaêng). Saûn vaät chaùy Khoâng khí Khoâng khí Khoâng khí a – Queùt khí b – neùn c – phun nhieân lieäu d – thaûi saûn vaät chaùy Hình 1.10. Sô ñoà laøm vieäc cuûa ñoäng cô Diesel hai kyø queùt thaúng qua supap thaûi. Nhö vaäy ôû kyø hai, trong xylanh thöïc hieän caùc quaù trình : keát thuùc caùc quaù trình thaûi, queùt - naïp ñaày moâi chaát môùi vaø xylanh vaø thöïc hieän quaù trình neùn. 13
20. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Khi truïc khuyûu quay ñöôïc moät voøng, luùc naøy ñoäng cô ñaõ thöïc hieän xong moät chu trình coâng taùc. Naêng löôïng töø baùnh ñaø vaø caùc chi tieát chuyeån ñoäng khaùc laøm cho piston tieáp tuïc dòch chuyeån töø ÑCT veà ÑCD vaø baét ñaàu moät chu trình coâng taùc tieáp theo, cöù nhö vaäy giuùp cho ñoäng cô laøm vieäc ñöôïc lieân tuïc. Nhaän xeùt ñoái vôùi ñoäng cô hai kyø – Chu trình coâng taùc ñoäng cô hai kyø ñöôïc thöïc hieän trong moät voøng quay cuûa truïc khuyûu vaø hai haønh trình cuûa piston. – Trong hai haønh trình chæ coù moät haønh trình sinh coâng, haønh trình coøn laïi tieâu thuï löôïng coâng dö cuûa haønh trình sinh coâng. – Trong quaù trình queùt khí coù moät löôïng moâi chaát môùi theo saûn vaät chaùy ra ngoaøi xylanh (ñoái vôùi ñoäng cô Diesel laø khoâng khí, ñoäng cô xaêng laø hoaø khí), laøm toån thaát daãn ñeán hieäu suaát ñoäng cô hai kyø thaáp hôn ñoäng cô boán kyø. – Ñoái vôùi ñoäng cô hai kyø duøng khoâng gian cacte keát hôïp cô caáu piston, truïc khuyûu, thanh truyeàn laøm bôm queùt khí thì khoâng gian naøy phaûi ñaûm baûo ñoä kín khít toát ñeå ñoäng cô coù theå laøm vieäc bình thöôøng. Ñoà thò coâng P – V vaø giaûn ñoà pha phoái khí Töông töï nhö ñoäng cô boán kyø, ñeå bieåu dieãn moái quan heä giöõa aùp suaát vaø theå tích trong xylanh cuûa ñoäng cô hai kyø ngöôøi ta duøng ñoà thò coâng P – V, ñöôïc bieåu dieãn treân (hình 1.11). P 6 Pmax 5 4 7 8 Pk 3 2 1 p0 ĈCT ĈCD V Vc Vh Va Hình 1.11. Ñoà thò P – V cuûa ñoäng cô hai kyø. Trong ñoù: P – aùp suaát trong loøng xylanh. V – theå tích cuûa moâi chaát trong xylanh. 2 p0 – aùp suaát khí trôøi (P0 = 0,1 MN/m ). 14
21. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Pk – aùp suaát treân ñöôøng oáng naïp (aùp suaát moâi chaát sau khi qua bôm queùt khí). Nhö chuùng ta ñaõ phaân tích, caùc quaù trình naïp vaø thaûi treân ñoäng cô hai kyø khoâng rieâng bieät vaø ñoäc laäp nhö ñoäng cô boán kyø maø chuùng coù moái quan heä xen laãn vaøo nhau. Cöûa naïp vaø cöûa thaûi (hay supap naïp) khoâng ñoùng môû ñuùng taïi vò trí caùc ñieåm cheát ñeå thöïc hieän quaù trình queùt khí nhaèm naâng cao hieän quaû cuûa quaù trình naïp thaûi töø ñoù naâng cao ñöôïc coâng suaát cuûa ñoäng cô. Theo ñoà thò treân hình 1.11, ta coù: Cöûa queùt: - Môû taïi vò trí 8. - Ñoùng taïi vò trí 2. Supap thaûi (ñoái vôùi ñoäng cô hai kyø queùt thaúng qua supap thaûi) hoaëc cöûa thaûi: - Môû taïi vò trí 7. - Ñoùng taïi vò trí 3. Nhö vaäy, trong moät chu trình coâng taùc coù moät khoaûng thôøi gian caû cöûa queùt vaø cöûa thaûi cuøng môû, giai ñoaïn naøy trong xylanh thöïc hieän quaù trình queùt khí, töông öùng treân ñoà thò laø ñoaïn 8 – 1 – 2. Treân ñoäng cô hai kyø khoâng duøng supap naïp vaø supap thaûi nhö ñoäng cô boán kyø (neáu duøng supap thì ñoù laø supap thaûi), piston cuûa ñoäng cô ñoùng vai troø nhö moät van tröôït ñieàu khieån ñoùng môû cöûa queùt vaø cöûa thaûi. Giaûn ñoà pha phoái khí cuûa ñoäng cô hai kyø, cho bieát quy luaät phaân phoái khí hay quy luaät ñoùng môû cöûa queùt vaø cöûa thaûi cuûa ñoäng cô. Treân (hình 1.12) coù O laø taâm quay cuûa truïc khuyûu ñoäng cô vaø 5 6 chieàu quay cuûa ñoäng cô cuøng chieàu kim ñoàng hoà nhö hình veõ. 01 – vò trí môû cöûa queùt. O 3 02 – vò trí ñoùng cöûa queùt. 4 2 1 03 – vò trí môû cöûa thaûi (supap thaûi). 04 – vò trí ñoùng cöûa thaûi (supap thaûi). 05 – vò trí baät tia löûa ñieän (ñoäng cô xaêng) hoaëc phun nhieân lieäu (ñoäng cô Diesel). Hình 1.12. Giaûn ñoà phaân phoái khí 1 ® 2 – thôøi gian môû cöûa queùt. cuûa ñoäng cô hai kyø 3 ® 4 – thôøi gian môû cöûa thaûi (supap thaûi). IV.4. So saùnh ñoäng cô hai kyø vaø ñoäng cô boán kyø Neáu so saùnh ñoäng cô hai kyø vaø ñoäng cô boán kyø coù cuøng kích thöôùc xylanh, cuøng toác ñoä ñoäng cô n thì veà maët lyù thuyeát coâng suaát ñoäng cô hai kyø coù theå gaáp hai laàn ñoäng cô boán kyø. Nhöng treân thöïc teá chæ lôùn hôn 1,6 ¸1,8 laàn do coù toån thaát trong quaù trình thay ñoåi moái chaát vaø moät löôïng coâng ñeå daãn ñoäng bôm khí queùt. Hieäu suaát ñoäng cô boán kyø cao hôn ñoäng cô hai kyø, bôûi vì ñoäng cô hai kyø coù toån thaát xaûy ra trong quaù trình queùt khí. 15
22. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Quaù trình thay ñoåi moâi chaát cuûa ñoäng cô boán kyø hoaøn haûo hôn ñoäng cô hai kyø vì quaù trình naïp thaûi ñöôïc thöïc hieän moät caùch ñoäc laäp vaø thôøi gian dieãn ra daøi hôn. Veà caáu taïo ñoäng cô hai kyø ñôn giaûn vaø ít chi tieát hôn so vôùi ñoäng cô boán kyø. Moment xoaén cuûa ñoäng cô hai kyø ñeàu ñaën hôn so vôùi ñoäng cô boán kyø vì toaøn boä chu trình coâng taùc dieãn ra vôùi moät voøng quay cuûa truïc khuyûu. IV.5. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô piston quay (Wankel) vaø ñoäng cô tua-bin IV.5.1. Ñoäng cô Wankel 6 1 2 5 3 4 Hình 1.13. Ñoäng cô Wankel. 1 – ñöôøng naïp. 4 – bougie. 2 – piston. 5 – baùnh raêng trung taâm. 3 – thaân maùy. 6 – ñöôøng thaûi. Ñoäng cô Wankel ñöôïc phaùt trieån bôûi moät nhaø phaùt minh ngöôøi Ñöùc teân laø Felix Wankel, vaøo naêm 1920 ñoäng cô coøn trong giai ñoaïn thieát keá treân baûn veõ vaø taïo maãu. Phaùt minh ñaàu tieân cuûa OÂng veà ñoäng cô Wankel ñöôïc coâng nhaän vaøo naêm 1936. Ñeán naêm 1950, khi OÂng coäng taùc vôùi nhaø maùy saûn suaát oâ toâ cuûa Ñöùc NSU thì ñoäng cô naøy ñöôïc phaùt trieån hoaøn chænh vaø ñöôïc laép treân xe moâtoâ. Trong quaù trình laøm vieäc piston cuûa ñoäng cô chuyeån ñoäng quay, caùc ñænh cuûa noù queùt quanh thaønh cuûa xylanh coù daïng ñöôøng cong. Ñoäng cô Wankel coù piston hình tam giaùc 2 chuyeån ñoäng haønh tinh quanh baùnh raêng trung gian 5. Moãi maët caïnh cuûa roâto töông ñöông vôùi moät piston cuûa ñoäng cô moät xylanh. Caùc ñænh cuûa roâto luoân luoân tieáp xuùc vôùi thaønh xylanh coù daïng ñöôøng cong nhö (hình 1.13). Ñoäng cô Wankel truyeàn coâng suaát ra ngoaøi baèng moät truïc coù baùnh leäch taâm laép trong loøng cuûa roâto tam giaùc. Khi piston quay moät voøng, moãi caïnh cuûa piston ñeàu thöïc hieän caùc quaù trình: naïp moâi chaát môùi, neùn, chaùy giaõn nôû sinh coâng vaø thaûi saûn vaät chaùy ra ngoaøi. Coù nghóa laø khi piston quay moät voøng thì ñoäng cô thöïc hieän 3 laàn sinh coâng. 16
23. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng IV.5.2. Ñoäng cô tua bin Hình 1.14. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô tua bin Intake – khoâng khí naïp. Compressor – maùy neùn khí. Fuel injector – caùc voøi phun nhieân lieäu. Combustion Area – khoâng gian buoàng chaùy. Turbines – caùc caùnh tuabin. Output Shaft – truïc coâng suaát ra. Exhaust – khí thaûi. Ngaøy nay, ñoäng cô tua bin ñöôïc söû duïng roäng raõi treân nhieàu loaïi maùy bay phaûn löïc. Do treân thieát bò naøy chæ coù caùc chi tieát quay troøn, neân coù theå quay vôùi toác ñoä raát cao. Ngoaøi ra, caùc caùnh cuûa tua bin coù theå taän duïng trieät ñeå naêng löôïng cuûa doøng khí noùng. Khoâng khí töø moâi tröôøng beân ngoaøi ñöôïc ñöa vaøo maùy neùn, neùn vôùi aùp suaát töông ñoái lôùn sau ñoù ñi vaøo khoâng gian buoàng chaùy. Ñeán thôøi ñieåm thích hôïp, moät löôïng nhieân lieäu theo yeâu caàu ñöôïc phun vaøo buoàng chaùy qua caùc voøi phun ñeå ñoát chaùy hoãn hôïp giöõa nhieân lieäu vaø khoâng khí, khi moâi chaát ñöôïc ñoát chaùy seõ giaõn nôû sinh coâng taùc duïng leân caùc caùnh tua bin laøm quay truïc vaø daãn coâng suaát cuûa ñoäng cô ra ngoaøi. 17
24. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Chöông 2 NHÖÕNG CHI TIEÁT COÁ ÑÒNH TRONG ÑOÄNG CÔ ÑOÁT TRONG I. THAÂN MAÙY – XYLANH I.1. Nhieäm vuï, ñieàu kieän laøm vieäc vaø vaät lieäu cheá taïo Thaân maùy keát hôïp vôùi caùc chi tieát khaùc (xylanh, naép xylanh, piston, ) hình thaønh khoâng gian coâng taùc cuûa moâi chaát, thöïc hieän caùc quaù trình naïp, neùn, chaùy – giaõn nôû vaø thaûi saûn vaät chaùy ra khoûi ñoäng cô taïo neân chu trình laøm vieäc lieân tuïc. Trong quaù trình laøm vieäc, thaân maùy ñoùng vai troø truyeàn nhieät giöõa moâi chaát coâng taùc vaø moâi tröôøng ñeå laøm maùt ñoäng cô. Thaân maùy laø chi tieát boá trí caùc ñöôøng daàu boâi trôn ñeå daãn daàu ñeán oå truïc khuyûu, oå truïc cam, Laøm thaønh moät khung chòu löïc, treân ñoù boá trí caùc oå truïc khuyûu, caùc cô caáu vaø caùc heä thoáng cuûa ñoäng cô. Thaân maùy vaø xylanh thöôøng ñöôïc cheá taïo theo phöông phaùp ñuùc cho caùc ñoäng cô côõ nhoû vaø trung bình hoaëc haøn cho caùc ñoäng cô côõ lôùn. Vaät lieäu thöôøng duøng laø hôïp kim nhoâm, hôïp kim gang hoaëc caùc loaïi theùp taám vaø theùp ñònh hình. I.2. Keát caáu cuûa thaân maùy, oáng loùt I.2.1. Keát caáu cuûa thaân maùy Trong ñoäng cô ñoát trong, thaân maùy laø chi tieát coù keát caáu khaù phöùc taïp, coù kích thöôùc vaø khoái löôïng lôùn. Ñoái vôùi ñoäng cô oâ toâ, khoái löôïng cuûa thaân maùy thöôøng chieám khoaûng 30 ÷ 60% khoái löôïng toaøn boä ñoäng cô. Hình 2.1. Keát caáu thaân maùy. Keát caáu cuûa thaân maùy coù nhieàu daïng, thaân maùy coù theå laøm rieâng cho töøng xylanh hoaëc chung cho nhieàu xylanh. Keát caáu cuûa thaân maùy phuï thuoäc raát nhieàu vaøo kieåu laøm maùt. Khi laøm maùt baèng nöôùc, khoaûng khoâng gian bao quanh xylanh ñeå chöùa nöôùc laøm maùt goïi laø aùo nöôùc. Loaïi thaân maùy coù xylanh ñuùc lieàn vôùi thaân goïi laø thaân maùy kieåu thaân xylanh. Khi xylanh laøm rieâng thaønh oáng loùt roài laép vaøo thaân maùy goïi laø thaân maùy kieåu voû thaân. 18
25. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Khi thaân xylanh ñuùc lieàn vôùi hoäp truïc khuyûu, keát caáu naøy goïi laø thaân maùy kieåu thaân xylanh – hoäp truïc khuyûu. Neáu thaân xylanh vaø hoäp truïc khuyûu laøm rôøi nhau thì keát caáu naøy goïi laø thaân maùy kieåu thaân rôøi, vaø ñeå gheùp caùc phaàn cuûa thaân maùy vôùi nhau ngöôøi ta thöôøng duøng gujoâng daøi suoát töø ñeá maùy leân naép xylanh. I.2.2. Keát caáu thaân maùy ñoäng cô xaêng – ñoäng cô Diesel Thaân maùy cuûa ñoäng cô xaêng vaø ñoäng cô Diesel töông töï nhau veà maët keát caáu, tuøy thuoäc vaøo cô caáu phaân phoái khí vaø heä thoáng laøm maùt maø thaân maùy coù nhöõng ñaëc ñieåm caáu taïo khaùc nhau. Tuy nhieân, veà cô baûn keát caáu thaân maùy cuûa ñoäng cô ñoát trong ñöôïc phaân ra thaønh 2 loaïi: thaân maùy kieåu thaân xylanh – hoäp truïc khuyûu vaø thaân maùy kieåu thaân rôøi. a) Thaân maùy kieåu thaân xylanh – hoäp truïc khuyûu Loaïi thaân maùy kieåu thaân xylanh – hoäp truïc khuyûu ñöôïc duøng raát phoå bieán trong ñoäng cô oâ toâ, ñoäng cô tónh taïi vaø ñoäng cô taøu thuûy côõ nhoû. Caùc xylanh ñöôïc ñuùc lieàn vôùi thaân hoaëc laøm thaønh oáng loùt roài laép leân thaân maùy, chung quanh thaân maùy ñeàu coù nöôùc laøm maùt ñeå giaûi nhieät trong quaù trình ñoäng cô laøm vieäc. Keát caáu naøy duøng cho caû ñoäng cô xaêng vaø ñoäng cô Diesel. Do thaân maùy ñuùc lieàn vôùi hoäp truïc khuyûu neân giaûm bôùt ñöôïc maët laép gheùp khieán cho gia coâng ñôn giaûn vaø ôû maët laép thaân maùy vôùi hoäp truïc khuyûu chæ caàn laøm moûng nhö chieàu cuûa voû thaân, khoâng caàn laøm maët laép gheùp. Do nhöõng nguyeân nhaân treân neân thaân maùy naøy thöôøng nhoû goïn vaø ñôõ toán kim loaïi hôn loaïi thaân rôøi. Döïa vaøo tình traïng chòu löïc, thaân maùy kieåu thaân xylanh – hoäp truïc khuyûu ñöôïc chia ra ba loaïi: 1) Thaân xylanh chòu löïc Trong loaïi keát caáu naøy, löïc khí theå taùc duïng treân naép xylanh seõ truyeàn cho thaân xylanh qua caùc gujoâng naép xylanh. Löïc taùc duïng gaây ra öùng suaát keùo treân caùc tieát dieän cuûa thaân xylanh, thaân maùy cuûa ñoäng cô xaêng thöôøng duøng kieåu chòu löïc naøy (hình 2.2). Hình 2.2. Keát caáu thaân maùy kieåu thaân xylanh chòu löïc. 19
26. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng 2) Voû thaân chòu löïc Trong loaïi keát caáu naøy, löïc khí theå taùc duïng leân naép xylanh seõ truyeàn cho voû thaân qua caùc gujoâng naép xylanh. Löïc taùc duïng gaây öùng söùc keùo treân caùc tieát dieän cuûa voû thaân vuoâng goùc vôùi ñöôøng taâm xylanh. Do trong loaïi thaân maùy naøy, xylanh ñöôïc cheá taïo rieâng döôùi daïng oáng loùt roài laép vaøo voû thaân, neân oáng loùt khoâng chòu öùng suaát keùo treân phöông ñöôøng taâm xylanh. Khi caùc loùt xylanh moøn, coù theå thaùo ra thay môùi. Naép xylanh laép treân thaân maùy baèng caùc gujoâng caáy treân voû thaân maùy (hình 2.3). Hình 2.3. Keát caáu thaân maùy kieåu voû Hình 2.4. Keát caáu thaân maùy kieåu thaân chòu löïc. gujoâng chòu löïc. 3) Gujoâng chòu löïc Trong keát caáu naøy löïc taùc duïng naøy truyeàn cho caùc gujoâng lieân keát naép xylanh, thaân maùy – hoäp truïc khuyûu vôùi ñeá maùy. Caùc gujoâng naøy khaù daøi vaø chòu löïc keùo, coøn thaân xylanh trong tröôøng hôïp naøy khoâng chòu löïc keùo gaây ra bôûi löïc khí theå. Thaân maùy kieåu thaân xylanh – hoäp truïc khuyûu coù theå duøng loùt xylanh öùôt, loùt xylanh khoâ hoaëc khoâng coù loùt xylanh (hình 2.4). b) Thaân maùy kieåu thaân rôøi Do thaân maùy kieåu xylanh – hoäp truïc khuyûu cheá taïo raát khoù, nhaát laø ñoái vôùi caùc loaïi ñoäng cô coù ñöôøng kính xylanh lôùn .Vì vaäy ngöôøi ta thöôøng cheá taïo theo kieåu thaân rôøi ñeå thuaän tieän trong gia coâng vaø cheá taïo. Keát caáu naøy thöôøng duøng trong caùc ñoäng cô tænh taïi, taøu thuûy vaø ñoäng cô oâtoâ maùy keùo coù coâng suaát lôùn. Thaân maùy coù theå laøm rieâng töøng xylanh moät (ñoäng cô laøm maùt baèng khoâng khí) hay laøm cho nhieàu xylanh (ñoäng cô laøm maùt baèng nöôùc). Moät soá ñoäng cô taøu thuûy hoaëc ñoäng cô tænh taïi duøng chung cho 2, 3, 4 xylanh vaø coù khi caû daõy xylanh trong cuøng moät haøng duøng chung moät thaân. Laøm nhö theá vöøa taêng ñöôïc ñoä cöùng vöõng cho thaân maùy vöøa ruùt ngaén chieàu daøi vaø giaûm troïng löôïng thaân maùy. Thaân maùy kieåu thaân rôøi cuõng duøng loùt xylanh khoâ vaø loùt xylanh öôùt. Loaïi loùt khoâ thöôøng duøng cho ñoäng cô laøm maùt baèng gioù. Loaïi loùt öôùt duøng cho ñoäng cô Diesel taøu thuûy vaø tænh taïi. Ñeå taêng ñoä cöùng vöõng cho loùt xylanh, coù khi ngöôøi ta laøm theâm gaân ôû phía ngoaøi cuûa oáng loùt. 20
27. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Döïa vaøo tình traïng chòu löïc, thaân maùy kieåu rôøi ñöôïc chia ra ba loaïi: 1) Xylanh chòu löïc Trong keát caáu naøy, löïc taùc duïng seõ do xylanh chòu ñöïng. Keát caáu naøy thöôøng duøng trong caùc loaïi ñoäng cô laøm maùt baèng gioù. Naép xylanh laép coá ñònh treân xylanh baèng buloâng, xylanh laép coá ñònh treân hoäp truïc khuyûu baèng gujoâng. 2) Voû thaân chòu löïc Trong keát caáu naøy voû thaân chòu löïc keùo coøn xylanh khoâng chòu löïc keùo, keát caáu naøy coù theå phaân ra thaønh hai kieåu sau ñaây: Naép xylanh, voû thaân vaø hoäp truïc khuyûu laép vôùi nhau baèng caùc buloâng ngaén. Naép xylanh laép vôùi thaân maùy roài thaân maùy laép vôùi hoäp truïc khuyûu. Voû thaân vaø hoäp truïc khuyûu laép vôùi nhau baèng gujoâng daøi, coøn naép xylanh laép treân thaân maùy baèng caùc buloâng ngaén (hình 2.5). Hình 2.5. Thaân maùy kieåu voû thaân chòu löïc Hình 2.6. Thaân maùy kieåu gujoâng chòu cuûa ñoäng cô Diesel. löïc cuûa ñoäng cô taøu thuûy. 3) Gujoâng chòu löïc Trong keát caáu naøy löïc taùc duïng seõ do gujoâng chòu ñöïng. Keát caáu naøy thöôøng duøng khaù phoå bieán trong ñoäng cô laøm maùt baèng gioù vaø ñoäng cô chöõ V (hình 2.6). I.2.3. Loùt xylanh a) Nhieäm vuï Loùt xylanh laø chi tieát maùy coù daïng oáng, ñöôïc laép vaøo thaân maùy nhaèm muïc ñích keùo daøi tuoåi thoï cuûa maùy. Keát caáu thaân maùy phuï thuoäc raát nhieàu vaøo kieåu loùt xylanh. Thaân maùy coù theå duøng loùt xylanh khoâ, loùt xylanh öôùt hoaëc khoâng duøng loùt xylanh. Maët trong cuûa loùt xylanh ñöôïc gia coâng vôùi ñoä chính xaùc cao vaø ñöôïc maøi boùng ñöôïc goïi laø maët göông xylanh. Ñoä coân vaø ñoä oâ van cho pheùp cuûa maët göông xylanh naèm trong phaïm vi 0,01 ÷ 0,06mm. 21
28. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng b) Phaân loaïi Loùt xylanh coù hai loaïi: loùt xylanh khoâ vaø loùt xylanh öôùt. 1) Loùt xylanh khoâ laø loaïi oáng loùt laép vaøo trong loã xylanh ; maët ngoaøi cuûa oáng loùt tieáp xuùc vôùi maët trong loã xylanh khoâng tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi nöôùc laøm maùt (hình 2.7). Loùt xylanh khoâ coù caùc ñaëc ñieån sau: - Do keát caáu loùt xylanh coù ñoä cöùng vöõng toát neân coù theå laøm moûng vaø toán ít vaät lieäu. - Thaân maùy coù ñoä cöùng vöõng cao, do vaäy ít bieán daïng khi sieát buloâng naép xylanh. - Khoâng bò roø ræ nöôùc vaø loït khí do khoâng tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi nöôùc laøm maùt. - Truyeàn nhieät keùm vaø khoù thaùo laép trong quaù trình baûo döôõng söûa chöõa. 2) Loùt xylanh öôùt laø loaïi oáng loùt laép vaøo voû thaân, maët ngoaøi cuûa loùt xylanh tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi laøm maùt (hình 2.8). Loùt xylanh öôùt coù caùc ñaëc ñieån sau: - Hieäu quaû laøm maùt xylanh toát hôn loaïi loùt xylanh khoâ do loùt xylanh tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi nöôùc laøm maùt neân khoâng xaûy ra hieän töôïng quaù taûi nhieät. - Vaät lieäu vaø coâng ngheä ñuùc thaân maùy khi duøng loùt xylanh öôùt khoâng yeâu caàu cao. - Coâng ngheä gia coâng loùt xylanh cuõng ñôn giaûn hôn loùt xylanh khoâ. - Thuaän tieän trong vieäc baûo döôõng, söûa chöõa vaø thay theá. - Khoù bao kín, deã bò roø nöôùc laøm maùt vaø loït khí. - Ñoä cöùng vöõng keùm hôn loùt xylanh khoâ. Loùt xylanh khoâ Loùt xylanh öôùt Gôø loùt Thaønh xylanh xylanh AÙo nöôùc AÙo nöôùc Gioaêng loùt xylanh Hình 2.8. Loùt xylanh öôùt. Hình 2.7. Loùt xylanh khoâ. II. NAÉP MAÙY (NAÉP XYLANH) II.1. Nhieäm vuï, ñieàu kieän laøm vieäc vaø vaät lieäu cheá taïo Naép xylanh laø chi tieát ñaäy kín moät ñaàu phía treân cuûa xylanh, cuøng vôùi xylanh vaø piston taïo thaønh khoâng gian buoàng chaùy. Ñeå gaù laép caùc chi tieát vaø caùc heä thoáng khaùc nhö: bougie, voøi phun, cô caáu phaân phoái khí, Ngoaøi ra naép maùy coøn laø chi tieát ñeå boá trí caùc ñöôøng naïp, thaûi, daãn daàu boâi trôn, 22
29. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Ñieàu kieän laøm vieäc cuûa naép xylanh raát xaáu: chòu nhieät ñoä cao, aùp suaát lôùn vaø aên moøn hoaù hoïc bôûi caùc hôïp chaát coù trong saûn vaät chaùy. Ngoaøi ra naép xylanh coøn chòu öùng suaát neùn khi sieát caùc buloâng. Naép xylanh cuûa ñoäng cô Diesel laøm maùt baèng nöôùc thöôøng ñöôïc ñuùc baèng gang hôïp kim, ñuùc baèng khuoân caùt hoaëc baèng khuoân kim loaïi. Naép xylanh cuûa ñoäng cô laøm maùt baèng gioù thöôøng laøm baèng hôïp kim nhoâm vaø ñuùc baèng khuoân kim loaïi. Ña soá naép ñoäng cô xaêng ñeàu duøng hôïp kim nhoâm, vì hôïp kim nhoâm nheï vaø taûn nhieät toát. II.2. Keát caáu naép maùy ñoäng cô xaêng – ñoäng cô Diesel Naép xylanh ñöôïc gheùp leân thaân maùy baèng moät taám gioaêng. Buloâng laép gheùp xylanh vaø naép xylanh ñöôïc sieát ñeàu theo trình töï vaø trò soá löïc sieát nhaát ñònh (do nhaø saûn xuaát qui ñònh) ñeå traùnh roø ræ khí chaùy vaø hö hoûng gioaêng naép xylanh. Ñeå ñaûm baûo ñoä kín khít, caàn phaûi kieåm tra ñoä phaúng maët tieáp xuùc cuûa xylanh vaø naép xylanh moãi khi thaùo hoaëc laép. Khi nôùi loûng Khi sieát Hình 2.9. Thöù töï khi nôùi loûng vaø sieát buloâng naép xylanh. II.2.1. Keát caáu naép maùy ñoäng cô xaêng Keát caáu naép maùy ñoäng cuûa ñoäng cô tuøy thuoäc vaøo keát caáu cuûa buoàng chaùy, caùch boá trí cô caáu supap vaø soá supap cuûa cô caáu phaân phoái khí, bougie, kieåu laøm maùt ñoäng cô vaø ñöôøng naïp thaûi treân naép xylanh. Daïng buoàng chaùy treân ñoäng cô quyeát ñònh hieäu suaát naïp, thaûi vaø hieäu suaát cuûa quaù trình chaùy treân ñoäng cô. Naép xylanh coù buoàng chaùy daïng baùn caàu duøng treân ñoäng cô oâ toâ ñöôïc giôùi thieäu treân (hình 2.10). Loaïi naép xylanh treân duøng supap treo, supap naïp hôi lôùn hôn supap thaûi, buogie ñaët ôû beân hoâng buoàng chaùy, khoaûng caùch töø bougie ñeán ñieåm xa nhaát cuûa vuøng chaùy gaàn baèng ñöôøng kính xylanh. a) b) Hình 2.10. Naép xylanh coù buoàng chaùy baùn caàu vaø hình cheâm. 23
30. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Naép xylanh coù buoàng chaùy daïng hình cheâm duøng roäng raõi treân ñoäng cô chöõ V vaø ñoäng cô nhieàu haøng xylanh. Loaïi buoàng chaùy naøy coù öu ñieåm: goïn, coù cöôøng ñoä xoaùy loác toát. Treân naép xylanh coù caùc loã daãn nöôùc laøm maùt, loã baét gujoâng, loã ñeå luoàn ñuõa ñaåy v.v Vaùch buoàng chaùy ñöôïc laøm maùt toát ñeå traùnh kích noå. Nöôùc laøm maùt töø thaân maùy ñi leân naép xylanh baèng 4 loã troøn nhoû chung quanh moãi xylanh vaø hai loã deït ôû hai beân phía ñöôøng thaûi vaø ñöôøng naïp. ÖÙng vôùi moãi xylanh duøng 5 gujoâng ñeå baét chaët naép xylanh. Trong ñoäng cô xaêng moät haøng xylanh coøn thöôøng duøng loaïi buoàng chaùy khoái oâvan nhö (hình 2.11). Loaïi buoàng chaùy naøy coù hai dieän tích cheøn khí. Dieän tích cheøn khí thöù nhaát töông ñoái lôùn, naèm ñoái dieän vôùi bougie, laø phaàn xa bougie nhaát, dieän tích cheøn khí thöù hai nhoû hôn, naèm phía döôùi bougie. Caùc dieän tích cheøn khí treân naép xylanh sinh ra xoaùy loác vaø doàn khí hoãn hôïp vaøo vuøng gaàn bougie. Bougie boá trí ôû beân caïnh naép xylanh, leäch veà phía supap thaûi. Caùc ñeá supap laép treân naép xylanh laøm baèng gang traéng hoaëc gang xaùm, trong ñoù ñeá supap thaûi nhoû hôn ñeá supap naïp khoaûng 27%. Caùc supap naïp vaø supap thaûi boá trí cuøng veà moät phía, ñieàu naøy nhaèm lôïi duïng nhieät cuûa khí thaûi ñeå saáy noùng ñöôøng oáng naïp. Hình 2.11. Naép xylanh cuûa ñoäng cô Nöôùc laøm maùt naép xylanh ñi töø döôùi thaân coù buoàng chaùy oâvan. maùy leân, qua caùc loã daãn nöôùc khoan treân maët noùng (maët nöôùc) cuûa naép xylanh. Ñeå laøm maùt ñeá supap ñöôïc toát hôn, ngöôøi ta coøn duøng moät oáng daãn nöôùc rieâng ñaët phía ñoái dieän cuûa ñöôøng thaûi vaø ñöôøng naïp ñeå daãn nöôùc coù nhieät ñoä töông ñoái thaáp phun thaúng vaøo vuøng ñeá supap. Khoâng gian chöùa nöôùc laøm maùt trong naép xylanh khoâng neân quaù lôùn ñeå khoûi aûnh höôûng ñeán thôøi gian chaïy aám maùy quaù laâu. Naép xylanh cuõng duøng boán gujoâng chung quanh moãi xylanh ñeå coá ñònh vôùi thaân maùy, giöõa naép xylanh vaø thaân maùy cuõng duøng ñeäm naép xylanh ñeå bao kín. Loã ren laép bougie thöôøng coù kích thöôùc M18, M14, vaø M10 vaø coù theå boá trí ôû caùc vò trí sau: - Phía treân supap naïp, ñeå giaûm nhieät ñoä cuûa bougie. - Phía treân supap thaûi, ñeå caûi thieän quaù trình chaùy, coù khaû naêng choáng chaùy sôùm vaø kích noå. Tuy vaäy tình traïng thaûi nhieät cuûa bougie seõ raát nghieâm troïng vì bò luoàng khí thaûi ñoát noùng vaø chòu nhieät böùc xaï töø supap thaûi ñeán. Vì vaäy khi boá trí nhö theá thöôøng phaûi duøng loaïi bougie laïnh coù ñöôøng kín nhoû. - ÔÛ khoaûng caùch giöõa hai supap vaø leäch veà phía supap thaûi chöøng 1/3 khoaûng caùch. II.2.2. Keát caáu naép maùy ñoäng cô Diesel Keát caáu naép xylanh cuûa ñoäng cô Diesel phöùc taïp hôn naép xylanh cuûa ñoäng cô xaêng nhieàu vì treân noù phaûi boá trí raát nhieàu cô caáu vaø chi tieát maùy nhö: cô caáu supap, buoàng chaùy phuï, voøi phun, bougie saáy noùng, cô caáu khôûi ñoäng baèng khí neùn, ñöôøng nöôùc laøm maùt, ñöôøng thaûi naïp, v.v Ñieàu kieän laøm vieäc cuûa naép xylanh ñoäng cô Diesel raát xaáu. Noù chòu nhieät ñoäï cao vaø aùp suaát lôùn. ÖÙng suaát cô hoïc vaø öùng suaát nhieät trong quaù trình laøm vieäc cuûa ñoäng cô thöôøng raát lôùn vaø hay gaây ra raïn nöùt naép xylanh. Trong naép xylanh vuøng noùng nhaát thöôøng laø vuøng giöõa hai ñeá supap vaø 24
31. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng hoïng buoàng chaùy (nhieät ñoä vuøng naøy coù theå ñaït tôùi 723oK). Vì vaäy ñeå traùnh öùng suaát nhieät, caùc lôùp kim loaïi trong naép xylanh caàn coá gaéng thieát keá coù chieàu daøy ñoàng ñeàu, choã tieáp giaùp giöõa caùc lôùp kim loaïi caàn coù goùc löôïn lôùn. Ngoaøi ra caàn toå chöùc laøm maùt toát, boá trí nöôùc maùt laøm maùt ñi veà phía chòu nhieät nhieàu ñeå giaûm nhieät ñoä cuûa maët naép xylanh. Keát caáu naép xylanh cuûa ñoäng cô Diesel phuï thuoäc töøng loaïi ñoäng cô kieåu buoàng chaùy (phöông phaùp hình thaønh khí hoãn hôp), soá kyø vaø cô caáu phaân phoái khí cuûa ñoäng cô. Noùi chung noù phaûi thoaû maõn caùc yeâu caàu chính sau: - Buoàng chaùy phaûi taïo thaønh xoaùy loác maïnh ñeå caûi thieän quaù trình hình thaønh hoãn hôïp. - Keát caáu buoàng chaùy phaûi goïn, hôïp lyù, ñeå traùnh toån thaát nhieät vaø toån thaát löu ñoäng cuûa doøng khí trong quaù trình chaùy. - Vò trí cuûa voøi phun, supap naïp, supap thaûi vaø ñöôøng thaûi ñöôøng naïp phaûi hôïp lyù, thuaän lôïi cho quùa trình taïo thaønh khí hoãn hôïp vaø quaù trình thay ñoåi moâi chaát. Trong caùc loaïi naép xylanh cuûa ñoäng cô coù buoàng chaùy tröïc tieáp (buoàng chaùy treân ñænh piston), maët noùng cuûa naép xylanh thöôøng laøm phaúng. Voøi phun boá trí chính giöõa truøng vôùi ñöôøng taâm xylanh, hoaëc leäch ñi moät khoaûng khoâng lôùn laém. Caùch boá trí naøy thöôøng duøng trong ñoäng cô Diesel côõ lôùn. Trong ñoäng cô oâtoâ maùy keùo vaø ñoäng cô tónh taïi côõ nhoû, voøi phun boá trí leäch vôùi ñöôøng taâm xylanh moät goùc nhaát ñinh. Trong caùc loaïi ñoäng cô coù buoàng chaùy tröïc tieáp, ñeå taïo thaønh xoaùy loác cuûa doøng khí naïp, ngöôøi ta thöôøng thieát keá ñöôøng naïp coù ñoä nghieâng vaø thaét daàn laïi veà phía supap naïp hoaëc ñoâi khi duøng loaïi supap naïp coù baûn daãn höôùng doøng khí cuõng nhö lôïi duïng dieän tích cheøn khí giöõa ñænh piston vaø naép xylanh. Caùc loaïi xylanh coù buoàng chaùy phuï (buoàng chaùy döï bò, buoàng chaùy xoaùy loác vaø buoàng chaùy khoâng khí) boá trí treân naép xylanh thöôøng ñöôïc duøng trong ñoäng cô Diesel oâtoâ maùy keùo; ñoâi khi ñoäng cô ñaàu maùy Diesel cuõng duøng nhöng haàu nhö khoâng ñöôïc duøng trong ñoäng cô tónh taïi vaø taøu thuûy côõ lôùn. Keát caáu naép xylanh coù buoàng chaùy phuï raát phöùc taïp, giaù thaønh cheá taïo cao. Buoàng chaùy xoaùy loác vaø buoàng chaùy döï bò thöôøng cheá taïo theo kieåu toå hôp: nöûa treân cuûa buoàng chaùy xoaùy loác ñuùc lieàn vôùi naép xylanh; nöûa döôùi cuûa buoàng chaùy coù hoïng laøm baèng theùp chòu nhieät hoaëc gang chòu nhieät roài eùp vaøo naép xylanh, phaàn hoïng cuûa buoàng chaùy thoâng höôùng vôùi taâm xylanh. Buoàng chaùy döï bò cuõng ñöôïc gia coâng thaønh hình daïng nhaát ñònh roài eùp vaøo loã treân naép xylanh. Boá trí voøi phun vaø buoàng chaùy cuõng caàn phoái hôïp vôùi vieäc boá trí supap. Neáu duøng nhieàu supap (trong ñoäng cô tónh taïi vaø taøu thuûy côõ lôùn moãi xylanh thöôøng duøng 3÷4 supap), voøi phun thöôøng ñöôïc boá trí ôû chính giöõa. Trong ñoäng cô duøng hai supap, hoïng thoâng cuûa buoàng chaùy phuï thöôøng ñaët leäch moät beân ñeå coù theå coù ñöôïc tieát dieän löu thoâng lôùn nhaát. Do naép xylanh cuûa ñoäng cô Diesel raát deã bò raïn nöùt ôû vuøng giöõa ñeá supap thaûi – ñeá supap naïp – mieäng buoàng chaùy neân phaûi chuù yù laøm maùt thaät toát. Naép xylanh cuûa ñoäng cô Diesel cuûa ñoäng cô oâtoâ maùy keùo loaïi buoàng chaùy treân ñænh piston (hình 2.12). Loaïi naép xylanh naøy boá trí supap naïp vaø supap thaûi veà hai phía khaùc nhau; voøi phun boá trí nghieâng so vôùi moät goùc so vôùi ñöôøng taâm xylanh. Voøi phun ñöôïc laép trong moät oáng baèng ñoàng, oáng loùt naøy laép sít treân naép xylanh. Do loã laép oáng loùt voøi phun treân naép xylanh laøm taùch laøm hai ñoaïn neân phaàn oáng gaàn ñaàu voøi phun ñöôïc nöôùc tröïc tieáp laøm maùt. Ngoaøi ra, ñeå taêng cöôøng ñoä laøm maùt voøi 25
32. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng phun vaø phaàn ñeá supap, ngöôøi ta coøn thieát keá hai ñöôøng daãn nöôùc ñi qua hai oáng phun ñuùc lieàn vôùi maët oáng cuûa naép xylanh. Hình 2.12. Naép xylanh cuûa ñoäng cô Diesel loaïi buoàng chaùy treân ñænh piston. Naép xylanh ñöôïc coá ñònh treân thaân maùy baèng 6 gujoâng boá trí quanh xylanh. Caùc loã daãn nöôùc laøm maùt ñeàu boá trí treân maët noùng chung quanh xylanh vaø gaàn caùc gujoâng. Treân naép xylanh coøn boá trí ñöôøng daãn daàu boâi trôn cô caáu phaân phoái khí. Ñöôøng daàu naøy ñöôïc khoan ôû phaàn treân doïc theo chieàu daøi cuûa naép. Treân (hình 2.13) giôùi thieäu naép xylanh cuûa ñoäng cô Diesel coù buoàng chaùy tröïc tieáp (thoáng nhaát) kieåu w caïn, loaïi naép naøy ñöôïc ñuùc baèng gang. Voøi phun boá trí chính giöõa naép xylanh, chung quanh coù boán supap: hai supap thaûi vaø hai supap naïp (supap naïp hôi lôùn hôn supap thaûi). Khi ôû ñieåm cheát treân, phaàn ñænh cuûa piston chui vaøo phaàn loõm hình truï treân naép xylanh, cuøng vôùi maët noùng cuûa naép xylanh laøm thaønh buoàng chaùy. Hình 2.13. Naép xylanh cuûa ñoäng cô Diesel coù buoàng chaùy tröïc tieáp kieåu w. 26
33. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Naép xylanh cuûa ñoäng cô Diesel coù buoàng chaùy xoaùy loác hình caàu, buoàng chaùy phaân thaønh hai nöõa (hình 2.14). Nöûa treân ñuùc lieàn vôùi naép xylanh, nöûa döôùi laøm rieâng baèng theùp chòu nhieät hoaëc gang chòu nhieät roài laép vaøo naép xylanh. Ñeå ñaûm baûo nhieät ñoä thích hôïp cuûa buoàng chaùy, phaàn thaân cuûa nöûa döôùi buoàng chaùy laép coù khe hôû vôùi naép xylanh. Nöûa döôùi cuûa buoàng chaùy coù hoïng thoâng vôùi khoaûng khoâng gian beân treân ñænh piston. Tieát dieän cuûa hoïng coù raát nhieàu daïng: oâvan, baùn nguyeät, troøn hoaëc daïng phöùc taïp. Nöûa döôùi cuûa buoàng chaùy ñöôïc ñònh vì baèng moät choát ñoáng treân naép xylanh hoaëc baèng vít. Caùc supap ñeàu boá trí gaàn saùt vôùi ñöôøng taâm xylanh. Supap naïp lôùn hôn supap thaûi vaø ñeàu boá trí theo phöông thaúng ñöùng. Voøi phun laép vaøo nöûa phaàn treân cuûa buoàng chaùy xoaùy loác vaø nghieâng ñi moät goùc nhaát ñònh. Caùc ñöôøng thaûi naïp ñeàu naèm cuøng moät phía vaø hai xylanh keà nhau ñeàu chung ñöôøng Hình 2.14. Naép xylanh cuûa ñoäng cô Diesel coù thaûi, naïp. buoàng chaùy xoaùy loác hình caàu. Nöôùc laøm maùt töø thaân maùy ñi leân naép xylanh baèng 5 loã: 2 loã nhoû ôû hai beân buoàng chaùy xoaùy loác, 2 loã lôùn ôû hai beân supap vaø 1 loã ôû giöõa caùc hai ñöôøng thaûi naïp ñöa nöôùc laøm maùt vaøo thaúng vuøng coù nhieät ñoä cao nhaát cuûa vuøng giöõa hai ñeá supap vaø hoïng cuûa buoàng chaùy xoaùy loác (xem muõi teân treân hình 2.14). Sau khi laøm maùt naép xylanh, nöôùc laøm maùt theo ñöôøng oáng laép ôû phía ñaàu ñi ra khoûi naép xylanh roài vaøo keùt nöôùc. Naép xylanh laép chaët vôùi thaân maùy baèng gujoâng (phaàn naép xylanh giôùi thieäu treân hình veõ coù 8 loã gujoâng chung quanh xylanh). Hình 2.15 giôùi thieäu loaïi naép xylanh cuûa ñoäng cô Diesel coù buoàng chaùy döï bò. Naép xylanh ñuùc baèng gang hôïp kim, keát caáu theo kieåu naép chung cho 2 xylanh. Maët treân vaø maët döôùi naép ñeàu phaúng. Buoàng chaùy döï bò ñöôïc cheá taïo rieâng vaø laép Hình 2.15. Naép xylanh cuûa ñoäng cô Diesel coù buoàng chaùy döï bò. 27
34. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng vaøo trong naép xylanh vôùi ñoä nghieâng 15o nghieâng veà phía ñuõa ñaåy supap. Buoàng chaùy döï bò baèng theùp hai nöûa haøn chaép laïi vôùi nhau. Nöûa döôùi cuûa buoàng chaùy coù ren ñeå vaën vaøo naép xylanh. Ñeå nöôùc laøm maùt trong naép xylanh khoâng roø ra ngoaøi, treân maët phaúng laép gheùp cuûa nöûa döôùi cuûa buoàng chaùy coù ñeäm ñoàng vaø nöûa treân buoàng chaùy döï bò coù gioaêng cao su. Voøi phun laép luùn saâu vaøo nöûa treân cuûa buoàng chaùy. Theå tích cuûa buoàng chaùy döï bò baèng 24,6% theå tích cuûa buoàng chaùy. Ñöôøng kính cuûa hoïng thoâng töø buoàng chaùy phuï sang buoàng chaùy chính baèng 6,5mm. Nöôùc laøm maùt ñi qua 4 loã treân thaân maùy vaøo naép xylanh: hai loã boá trí veà phía buoàng chaùy döï bò vaø hai loã boá trí veà phía cô caáu daãn ñoäng supap. Ñeå ñaûm baûo ñöa nöôùc laøm maùt tôùi caùc vuøng noùng nhaát trong naép xylanh (nhö vuøng buoàng chaùy phuï thuoäc vaø vuøng ñeá supap thaûi ) trong caùc loã daãn nöôùc vaø naép xylanh ñeàu laép caùc oáng phun nöôùc ñeå phun caùc doøng nöôùc veà phía caùc vuøng naøy. II.2.3. Caùc daïng buoàng ñoát ñoäng cô xaêng vaø ñoäng cô Diesel a) Buoàng ñoát ñoäng cô xaêng v Buoàng ñoát kieåu hình baùn caàu (hình 2.16) Loaïi naøy coù ñaëc ñieåm laø dieän tích beà maët buoàng ñoát nhoû goïn. Trong buoàng ñoát boá trí moät supap naïp vaø moät supap thaûi, hai supap naøy boá trí veà 2 phía khaùc nhau. Truïc cam boá trí ôû giöõa naép maùy vaø duøng coø moå ñeå ñieàu khieån söï ñoùng môû cuûa supap. Söï boá trí naøy raát thuaän lôïi cho vieäc naïp hoãn hôïp khí vaø thaûi khí chaùy ra ngoaøi. Hình 2.16. Buoàng ñoát hình baùn caàu. Hình 2.17. Buoàng ñoát hình neâm. v Buoàng ñoát kieåu hình neâm (hình 2.17) Loaïi naøy cuõng coù ñaëc ñieåm laø dieän tích beà maët tieáp xuùc nhieät nhoû. Buoàng ñoát moãi xylanh ñöôïc boá trí moät supap naïp vaø moät supap thaûi, 2 supap naøy ñöôïc boá trí cuøng moät phía. Ñoái vôùi loaïi naøy truïc cam ñöôïc boá trí ôû thaân maùy hoaëc naép maùy, ñieàu khieån söï ñoùng môû caùc supap qua trung gian cuûa coø moå. v Buoàng ñoát kieåu BATHTUB (hình 2.18) Kieåu naøy moãi buoàng ñoát boá trí moät supap naïp vaø moät supap thaûi, 2 supap boá trí leäch cuøng moät phía vaø caùc supap ñaët thaúng ñöùng. Kieåu naøy coù khuyeát ñieåm laø ñöôøng kính ñaàu supap bò haïn cheá neân vieäc naïp vaø thaûi keùm. 28
35. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Hình 2.18. Buoàng ñoát kieåu BATHTUB. Hình 2.19. Buoàng ñoát kieåu PENTROOF. v Buoàng ñoát kieåu PENTROOF (hình 2.19) Ngaøy nay, loaïi buoàng ñoát naøy ñöôïc söû duïng khaù phoå bieán, moãi xylanh ñoäng cô thöôøng ñöôïc boá trí hai supap naïp vaø hai supap thaûi. Bougie ñöôïc ñaët thaúng ñöùng ôû giöõa buoàng ñoát giuùp cho quaù trình chaùy xaûy ra toát hôn. Hai truïc cam ñöôïc boá trí treân naép maùy, moät truïc ñieàu khieån caùc supap naïp vaø moät truïc coøn laïi ñieàu khieån caùc supap thaûi. b) Buoàng ñoát ñoäng cô Diesel v Buoàng ñoát thoáng nhaát (tröïc tieáp) Nhieân lieäu ñöôïc phun tröïc tieáp vaøo phaàn loõm cuûûa ñænh piston. Do khoâng khí di chuyeån chaäm trong buoàng ñoát neân loaïi naøy coù moät cöûa huùt daïng xoaén oác ñeå taïo xoaùy loác khí naïp voøng theo chu vi trong haønh trình huùt vaø 1 vuøng neùn theo phöông thaúng ñöùng ôû phaàn loõm ñaëc bieät treân ñænh piston. Voøi phun Vuøng xoaùy khí naïp Gioaêng Vuøng xoaùy Supap naïp Xoaùy loùc nheï Piston Phaàn loõm hình w Xoaùy loùc chính Hình 2.20. Buoàng ñoát thoáng nhaát. 29
36. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Vôùi buoàng chaùy naøy, khoâng khí vaø nhieân lieäu hoøa troän toát vaø chaùy hoaøn haûo trong thôøi gian ngaén. Buoàng ñoát phun tröïc tieáp söû duïng voøi phun coù nhieàu loã phun vôùi aùp suaát cao 150 ÷ 300 kg/cm2 vaøo moïi vò trí trong buoàng ñoát ñeå hoùa söông toát vaø ñaûm baûo chaùy hoaøn toaøn (hình 2.20). Öu ñieåm - Hieäu suaát nhieät cao, tieâu hao nhieân lieäu thaáp hôn khoaûng 10% so vôùi phun giaùn tieáp. - Nhieät ñoä khí xaû thaáp. - Deã khôûi ñoäng, khoâng caàn xoâng noùng maùy tröôùc khi khôûi ñoäng ôû nhieät ñoä bình thöôøng. - Hieäu suaát nhieät raát cao vaø toån thaát nhieät raát thaáp neân keùt nöôùc vaø quaït gioù coù theå laøm nhoû veà kích thöôùc vaø theå tích. - Ít chi tieát hôn vaø caáu taïo ñôn giaûn hôn so vôùi caùc loaïi khaùc. Nhöôïc ñieåm - AÙp suaát chaùy cao, taêng aùp suaát ñoät ngoät vaø tieáng oàn lôùn. - Vieäc ñoát chaùy phuï thuoäc vaøo chaát löôïng cuûa voøi phun. - Phaïm vi söû duïng nhieân lieäu heïp vì loaïi phun tröïc tieáp raát keùn nhieân lieäu. v Buoàng ñoát tröôùc Buoàng ñoát phuï cuûa loaïi naøy coù theå tích baèng 30% ÷ 45% toång theå tích buoàng ñoát, vaø loã thoâng buoàng ñoát chính vaø buoàng ñoát phuï coù dieän tích baèng 0,3% ÷ 0,6% dieän tích ñænh piston. Loã thoâng 2 buoàng ñoát ñöôïc ñieàu tieát ñeå duøng nhö laø 1 loã phun hoãn hôïp khí. Buoàng ñoát tröôùc khoâng coù ñuû khoâng khí ñeå coù theå ñoát chaùy toaøn boä nhieân lieäu. Do ñoù, khi nhieân lieäu ñöôïc phun vaøo buoàng ñoát tröôùc, moät phaàn caùc haït nhieân lieäu seõ chaùy vaø quaù trình naøy seõ laøm taêng aùp suaát noäi taïi trong buoàng ñoát tröôùc. Moät löôïng lôùn khí ñaõ chaùy dôû dang vaø nhöõng haït nhieân lieäu chöa ñöôïc chaùy coøn laïi trong buoàng ñoát tröôùc seõ ñöôïc phun vaøo buoàng ñoát chính ôû daïng xoaùy loác maõnh lieät, hoaø troän kyõ vôùi khí naïp vaø chaùy tieáp. Hình 2.21. Buoàng ñoát tröôùc. Öu ñieåm - Loaïi naøy coù hieäu quaû söû duïng tyû leä khí naïp cao, coù theå chaùy hoaøn toaøn nhieân lieäu maø khoâng ra khoùi ñen. - Hoaït ñoäng eâm vì ôû buoàng ñoát chính aùp suaát thaáp vaø khoâng taêng ñoät ngoät maëc duø ôû buoàng ñoát tröôùc coù aùp suaát chaùy cao. - Söï chaùy haàu nhö ñoäc laäp vôùi vieäc phun nhieân lieäu, vaø ñoäng cô naøy thöôøng duøng voøi phun loaïi ñoùt kín, neân ít bò söï coá hôn caùc loaïi voøi phun khaùc. Vì vaäy, hoaït ñoäng oån ñònh ñöôïc duy trì trong moät chu kyø daøi vaø phaïm vi söû duïng nhieân lieäu ñaït hieäu quaû roäng hôn. 30
37. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Nhöôïc ñieåm - Hieäu quaû nhieät thaáp maëc duø chaùy hoaøn toaøn bôûi vì phaàn chaùy chính haàu heát xaûy ra khi piston ñaõ qua ñieåm cheát treân. Toån thaát qua loã thoâng buoàng ñoát vaø toån thaát laøm maùt taêng do dieän tích buoàng ñoát lôùn, do ñoù möùc tieâu hao nhieân lieäu seõ taêng. - Nhieät ñoä khí xaû cao. - Khoù khôûi ñoäng khi ñoäng cô nguoäi neáu khoâng xoâng maùy. - Cheá taïo maët naép xylanh phöùc taïp. Loã thoâng buoàng ñoát chòu nhieät ñoä cao vaø deã bò söï coá do nhieät khi ñoäng cô taïo coâng suaát cao. v Buoàng ñoát xoaùy loác Buoàng ñoát xoaùy loác coù buoàng ñoát phuï lôùn vaø loã thoâng buoàng ñoát lôùn hôn loaïi buoàng ñoát tröôùc. Noù taïo ra doøng khí xoaùy maïnh ôû buoàng xoaùy loác trong haønh trình neùn, vaø 1 löôïng lôùn nhieân lieäu ñöôïc phun vaøo doøng khí ñeå boác chaùy. Buoàng ñoát xoaùy loác chieám khoaûng 60% ÷ 75% toång theå tích vaø tieát dieän loã thoâng chieám 1% ÷ 3,5% dieän tích ñænh piston. Loã thoâng coù vò trí vaø höôùng cuûa noù sao cho taïo xoaùy loác maõnh lieät. Aùp suaát taêng leân trong buoàng ñoát chính khi piston ñeán gaàn ñieåm cheát treân seõ lôùn hôn so vôùi loaïi buoàng ñoát tröôùc bôûi vì tyû leä chaùy hoãn hôïp khí khi ôû buoàng ñoát xoaùy loác cao hôn. Ñaëc ñieåm - Hieäu quaû cuûa quaù trình chaùy cao khi ñoäng cô laøm vieäc ôû toác ñoä cao, do ñoù taïo ra coâng suaát lôùn vaø möùc tieâu hao nhieân lieäu thaáp. - Toån thaát nhieät töø buoàng ñoát xoaùy loác Hình 2.22. Buoàng ñoát xoaùy loác. khaù lôùn ñeán möùc raát khoù khôûi ñoäng khi ñoäng cô nguoäi neáu khoâng coù heä thoáng xoâng maùy. III. Gioaêng naép maùy, carte vaø gujoâng III.1. Gioaêng naép maùy Gioaêng naép maùy (gioaêng naép xylanh) ñöôïc ñaët naèm giöõa khoái xylanh vaø naép xylanh, duøng ñeå bao kín, traùnh loït khí vaø roø nöôùc laøm maùt ôû maët laép gheùp naép xylanh vôùi thaân maùy. Gioaêng naép xylanh phaûi coù ñoä ñaøn hoài toát ñeå coù theå laøm kín caùc choã khoâng phaúng treân maët laép gheùp cuûa thaân maùy vaø naép xylanh (do gia coâng hoaëc do bieán daïng trong quaù trình thaùo laép). Keát caáu vaø kieåu gioaêng bao kín phuï thuoäc vaøo loaïi ñoäng cô. Ñoäng cô xaêng thöôøng duøng caùc loaïi gioaêng naép xylanh baèng amiaêng boïc ñoàng hoaëc baèng amiaêng vieàn meùp baèng theùp. Ñoäng cô Diesel duøng caùc loaïi gioaêng naép xylanh baèng ñoàng, baèng theùp laù, nhoâm hôïp kim hoaëc baèng amiaêng nhö cuûa ñoäng cô xaêng. Caáu taïo cuûa gioaêng thöôøng ñöôïc laøm nhö (hình 2.23) vaø gioaêng cho ñoäng cô Diesel thöôøng duøng loaïi theùp keát hôïp chaát chòu nhieät. 31
38. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng A – A Hình 2.23. Hình daïng vaø caáu taïo gioaêng naép xylanh. 1 – Lôùp cô baûn, 2 – Lôùp phía treân, 3 – Lôùp trong. 4 – Lôùp trong, 5 – Lôùp ñeäm döôùi. Hieän nay ngöôøi ta thöôøng duøng caùc loaïi gioaêng naép xylanh sau: Teân Caáu taïo Vaät lieäu Ñaëc ñieåm - Theùp taám. Kim loaïi - Ñoàng taám. - Chòu nhieät toát. - Nhoâm taám. - Gioaêng laminate boå sung cho tính - Theùp taám. Laminate naêng cuûa loaïi gioaêng kim loaïi. - Voøng daây. - Chaát löôïng laép gheùp ban ñaàu toát - Theùp taám. - Chaát chòu nhieät ñöôïc keïp giöõa lôùp saét vaø lôùp ñoàng. Sandwich - Ñoàng taám. - Ñoä oån ñònh lôùn, duøng cho ñoäng cô - Chaát chòu nhieät. côõ lôùn. Theùp - - Theùp taám. - Chaát löôïng laép gheùp ban ñaàu toát, Chaát chòu - Chaát chòu nhieät. thöôøng duøng cho ñoäng cô xaêng. nhieät - Voøng daây. - Sôïi, theùp. - Voøng daây ñöôïc eùp vôùi hoãn hôïp Sôïi deät - Chaát chòu nhieät. chaát chòu nhieät vaø cao su. - Voøng daây. - Chaát löôïng laép gheùp ban ñaàu toát. III.2. Carte Carte ñöôïc keát noái vôùi nöûa döôùi cuûa hoäp truïc khuyûu qua trung gian cuûa gioaêng laøm kín. Carte duøng ñeå chöùa daàu laøm maùt vaø boâi trôn khi ñoäng cô laøm vieäc, ngoaøi ra noù coøn coù taùc duïng che kín caùc chi tieát beân trong hoäp truïc khuyûu. Carte cuûa ñoäng cô oâ toâ thöôøng laøm baèng theùp caùn, moät soá khaùc coøn duøng hôïp kim gang hoaëc hôïp kim nhoâm. Beân döôùi coù boá trí nuùt xaû nhôùt, beân trong coù boá trí moät vaùch ngaên vaø beân döôùi vaùch 32
39. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng ngaên boá trí löôùi loïc cuûa heä thoáng laøm trôn. Vaùch ngaên duøng ñeå giaûm dao ñoäng cuûa nhôùt khi xe chuyeån ñoäng, ñoàng thôøi baûo ñaûm ñöôïc nhôùt luoân luoân ngaäp loïc thoâ khi xe chuyeån ñoäng ôû maët ñöôøng nghieâng, khi phanh xe hoaëc taêng toác. Taám ngaên daàu Carte daàu soá 1 Carte daàu soá 2 Hình 2.24. Carte chöùa daàu boâi trôn ñoäng cô III.3. Gujoâng Gujoâng laø chi tieát maùy duøng ñeå lieân keát naép xylanh, thaân maùy vôùi ñeá maùy. Caùc gujoâng naøy coù chieàu daøi khaù lôùn, khi laøm vieäc chuùng cuõng chòu löïc keùo do aùp suaát khí theå trong xylanh. Gujoâng lieân keát naép xylanh, thaân maùy vôùi ñeá maùy ñöôïc theå hieän treân (hình 2.25) Gujoâng lieân keát Hình 2.25. Gujoâng lieân keát naép xylanh, thaân maùy vôùi ñeá maùy. 33
40. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Chöông 3 NHOÙM PISTON – NHOÙM THANH TRUYEÀN – TRUÏC KHUYÛU – BAÙNH ÑAØ Nhoùm piston bao goàm: piston, choát piston, xeùcmaêng khí, xeùcmaêng daàu vaø caùc chi tieát haõm choát piston. Trong quaù trình laøm vieäc nhoùm piston coù caùc nhieäm vuï chính sau: - Bao kín buoàng chaùy, khoâng cho khí chaùy trong buoàng chaùy loït xuoáng carte vaø ngaên khoâng cho daàu boâi trôn töø carte leân buoàng chaùy. - Tieáp nhaän löïc khí theå vaø bieán chuyeån ñoäng tònh tieán cuûa piston thaønh chuyeån ñoäng quay cuûa truïc khuyûu; neùn khí trong quaù trình neùn, thaûi saûn vaät chaùy ra khoûi xylanh trong quaù trình thaûi vaø naïp moâi chaát môùi vaøo xylanh trong quaù trình naïp. - Trong ñoäng cô 2 kyø nhoùm piston coøn ñoùng vai troø nhö moät van tröôït laøm nhieäm vuï phoái khí (ñoùng môû cöûa queùt vaø Hình 3.1. Nhoùm piston cuûa ñoäng cô. cöûa thaûi). I. PISTON I.1. Coâng duïng, ñieàu kieän laøm vieäc vaø vaät lieäu cheá taïo I.1.1. Coâng duïng Trong quaù trình laøm vieäc, piston tieáp nhaän löïc khí theå truyeàn qua thanh truyeàn ñeå laøm quay truïc khuyûu vaø nhaän löïc quaùn tính töø truïc khuyûu giuùp cho ñoäng cô laøm vieäc ñöôïc lieân tuïc. I.1.2. Ñieàu kieän laøm vieäc Piston laø moät chi tieát raát quan troïng cuûa ñoäng cô ñoát trong. Trong quaù trình ñoäng cô laøm vieäc piston chòu löïc lôùn, nhieät ñoä cao, ma saùt vaø aên moøn raát lôùn. Caùc taûi troïng taùc duïng leân piston goàm coù: Taûi troïng cô hoïc - Chòu taùc duïng cuûa aùp löïc khí theå raát lôùn cuûa quaù trình chaùy – giaõn nôû. - Löïc quaùn tính taùc duïng leân piston raát lôùn, nhaát laø vôùi ñoäng cô toác ñoä cao. Caùc taûi troïng cô hoïc taùc duïng leân piston gaây neân öùng suaát vaø bieán daïng lôùn, neáu vöôït quaù giôùi haïn cho pheùp seõ laøm hoûng piston. Taûi troïng nhieät Trong quaù trình chaùy piston tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi khí chaùy coù nhieät ñoä cao (2.300 ÷ 2.8000K) neân nhieät ñoä cuûa piston nhaát laø phaàn ñænh cuõng raát cao (khoaûng 500 ÷ 8000K). Nhieät ñoä cao gaây ra caùc taùc haïi sau: - ÖÙng suaát nhieät lôùn, coù theå laøm raïn nöùt piston. - Gaây bieán daïng piston, taêng ma saùt hoaëc coù theå laøm boù keït piston trong xylanh. 34
41. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng - Laøm giaûm söùc beàn piston. - Laøm giaûm chaát löôïng cuûa daàu boâi trôn. - Deã gaây ra hieän töôïng chaùy kích noå treân ñoäng cô xaêng. - Laøm giaûm heä soá naïp vaø aûnh höôûng ñeán coâng suaát ñoäng cô. Ma saùt vaø aên moøn hoaù hoïc Trong quaù trình laøm vieäc, do ñieàu kieän boâi trôn giöõa piston vaø xylanh khoâng ñaày ñuû neân piston chòu ma saùt raát lôùn. Hôn nöõa do löïc quaùn tính, nhieät ñoä vaø löïc ngang N laøm cho piston bieán daïng neân ma saùt caøng taêng. Piston tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi saûn vaät chaùy neân coøn bò saûn vaät chaùy aên moøn (axít sunfuarít). I.1.3. Vaät lieäu cheá taïo Do ñieàu kieän laøm vieäc nhö treân neân khi cheá taïo piston, vaät lieäu phaûi baûo ñaûm caùc yeâu caàu sau: - Ñuû söùc beàn khi piston laøm vieäc ôû nhieät ñoä cao vaø taûi troïng thay ñoåi. - Troïng löôïng rieâng nhoû. - Heä soá giaõn nôû vì nhieät nhoû vaø heä soá daãn nhieät lôùn. - Chòu moøn toát trong ñieàu kieän boâi trôn keùm vaø nhieät ñoä cao. - Choáng ñöôïc aên moøn hoùa hoïc cuûa khí chaùy. Ngaøy nay, vaät lieäu ñeå cheá taïo piston thöôøng duøng gang hôïp kim (cheá taïo piston cuûa ñoäng cô coù toác ñoä thaáp) vaø hôïp kim nheï (duøng trong ñoäng cô coù toác ñoä cao) ñeå giaûm löïc quaùn tính. I.2. Keát caáu cuûa piston ñoäng cô xaêng – ñoäng cô Diesel Veà maët keát caáu piston ñöôïc chia ra 3 phaàn chính (hình 3.2): I.2.1. Ñænh piston Ñænh piston laø phaàn treân cuøng cuûa piston, cuøng vôùi xylanh vaø naép xylanh taïo thaønh khoâng gian buoàng chaùy. Ñænh piston coù raát nhieàu daïng, ñöôïc giôùi thieäu treân (hình 3.3). 1 4 2 1 – Ñænh piston. 2 – Ñaàu piston. 3 – Thaân piston. 6 4 – Raõnh laép xeùcmaêng khí. 5 – Raõnh laép xeùcmaêng daàu. 3 6 – Beä choát piston. 5 7 – Chaân piston. 7 Hình 3.2. Keát caáu piston. 35
42. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng 1) Ñænh baèng (hình 3.3a) Coù dieän tích chòu nhieät beù, keát caáu ñôn giaûn deã cheá taïo. Vì vaäy noù ñöôïc duøng trong ñoäng cô xaêng vaø ñoäng cô Diesel coù buoàng chaùy döï bò vaø xoaùy loác, ñaây laø loaïi phoå bieán nhaát. 2) Ñænh loài (hình 3.3b, e) Coù ñoä cöùng vöõng cao. Loaïi naøy coù theå khoâng caàn boá trí caùc ñöôøng gaân döôùi ñænh neân troïng löôïng piston coù theå giaûm. Ñænh loài ít keát muoäi than nhöng do beà maët chòu nhieät lôùn neân aûnh höôûng xaáu ñeán quaù trình laøm vieäc cuûa piston. Keát caáu ñænh loài thöôøng ñöôïc söû duïng trong caùc ñoäng cô xaêng coù buoàng chaùy choûm caàu duøng supap treo vaø trong caùc ñoäng cô xaêng hai kyø côõ nhoû. 3) Ñænh loõm: (hình 3.3c) Thöôøng duøng trong moät soá ñoäng cô xaêng (buoàng chaùy choûm caàu) vaø ñoäng cô Diesel (buoàng chaùy döï bò xoaùy loác). Phaàn loõm coù theå laø toaøn ñænh hoaëc chæ laø moät phaàn. Choûm caàu loõm coù theå ñoàng taâm, cuõng coù theå leäch taâm. Loaïi ñænh loõm coù phaàn dieän tích chòu nhieät lôùn hôn loaïi ñænh baèng nhöng coù öu ñieåm laø taïo ra xoaùy loác nheï trong quaù trình neùn vaø trong quaù trình chaùy. 4) Ñænh loài: (hình 3.3d) Chæ duøng cho ñoäng cô xaêng hai kì côõ nhoû, phoái khí baèng heä thoáng cöûa queùt vaø cöûa thaûi. Phaàn loài leân laép saùt veà beân phía cöûa queùt ñeå daãn höôùng doøng khí ñi vaøo xylanh. 5) Ñænh loõm: (hình 3.3g, h, i, j, k, l) Thöôøng döôïc söû duïng treân caùc ñoäng cô Diesel boán kyø vaø hai kyø coù buoàng chaùy thoáng nhaát (buoàng chaùy treân ñænh piston). Tuyø theo daïng loõm maø caùc loaïi buoàng chaùy naøy coù caùc teân goïi khaùc nhau: buoàng chaùy hình caàu, hình oâmeâga, hình denta Caùc loaïi buoàng chaùy naøy taïo ra xoaùy loác raát maïnh trong quaù trình neùn ñeå hình thaønh hoãn hôïp khí ñöôïc toát nhaát. a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) Hình 3.3. Caùc daïng ñænh piston cuûa ñoäng cô Diesel vaø ñoäng cô xaêng. 36
43. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng I.2.2. Ñaàu piston Bao goàm ñænh piston, vuøng ñai laép caùc xeùcmaêng daàu vaø xeùcmaêng khí laøm nhieäm vuï bao kín. Trong quaù trình ñoäng cô laøm vieäc, ñaàu piston truyeàn phaàn lôùn nhieät löôïng (khoaûng 70 ÷ 80%) do khí chaùy truyeàn qua phaàn ñai xeùcmaêng – xeùcmaêng – xylanh ñeán moâi chaát laøm maùt ñeå laøm maùt ñoäng cô. Khi thieát keá phaàn ñaàu piston caàn chuù yù giaûi quyeát ba vaán ñeà sau: 1) Vaán ñeà taûn nhieät Thieát keá ñænh piston moûng nhöng coù gaân taûn nhieät ôû phía döôùi ñænh piston ñeå taêng dieän tích tieáp xuùc (hình 3.4). Duøng raõnh chaén nhieät treân (hình 3.5a) hoaëc boá trí xeùcmaêng khí thöù nhaát caøng gaàn khu vöïc nöôùc laøm maùt caøng toát (hình 3.5b). Hình 3.4. Caùc kieåu boá trí gaân taûn nhieät döôùi ñænh piston. Duøng hôïp kim nhoâm coù heä soá daãn nhieät lôùn ñeå giaûm nhieät ñoä cuûa piston hoaëc boá trí caùc ñöôøng daàu boâi trôn töø phía döôùi ñænh ñeå laøm maùt ñænh piston. a) b) Hình 3.5. Piston duøng raõnh chaén nhieät vaø vò trí xeùcmaêng khí thöù nhaát. 2) Vaán ñeà bao kín Bieän phaùp bao kín duy nhaát laø duøng xeùcmaêng vaø soá xeùcmaêng caøng nhieàu thì bao kín caøng toát. Nhöng xeùcmaêng caøng nhieàu thì raõnh xeùcmaêng cuõng phaûi nhieàu, ñieàu naøy laøm cho ñaàu piston caøng daøi vaø naëng hôn nöõa coøn laøm taêng ma saùt. Vì vaäy khi choïn xeùcmaêng caàn chuù yù ñaày ñuû caùc maët. Thoâng thöôøng neáu aùp suaát khí theå caøng cao, toác ñoä ñoäng cô caøng thaáp, ñöôøng kính xylanh caøng lôùn thì phaûi choïn soá xeùcmaêng caøng nhieàu. - Ñoäng cô xaêng duøng töø 3 ÷ 4 xeùcmaêng khí, 1 ÷ 2 xeùcmaêng daàu. - Ñoäng cô Diesel cao toác duøng töø 3 ÷ 6 xeùcmaêng khí, 1 ÷ 3 xeùcmaêng daàu. - Ñoäng cô Diesel toác ñoä taáp duøng töø 5 ÷ 7 xeùcmaêng khí, 1 ÷ 4 xeùcmaêng daàu. Ngoaøi caùch duøng xeùcmaêng ñeå bao kín thì khe hôû giöõa phaàn ñaàu piston – xylanh vaø khe hôû giöõa xeùcmaêng – raõnh xeùcmaêng cuõng phaûi naèm trong giôùi haïn cho pheùp. 3) Vaán ñeà söùc beàn Ñoái vôùi piston laøm baêng hôïp kim nheï, ñeå ñaûm baûo ñoä cöùng vöõng vaø söùc beàn cuûa ñænh vaø ñaàu piston, ngoaøi vieäc laøm gaân chòu löïc phía döôùi ñænh ngöôøi ta coøn thöôøng laøm caùc gaân doïc noái vôùi beä 37
44. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng choát piston. Laøm nhö vaäy vöøa taêng ñoä cöùng vöõng cho phaàn ñaàu piston laïi vöøa taêng ñoä cöùng vöõng cho beä choát (hình 3.6). Hình 3.6. Caùc loaïi gaân chòu löïc laøm taêng söùc beàn cho piston. I.2.3. Thaân piston Thaân piston laø phaàn phía döôùi raõnh xeùcmaêng daàu cuoái cuøng, taùc duïng cuûa phaàn thaân laø daãn höôùng cho piston chuyeån ñoäng trong xylanh vaø chòu löïc ngang N. Ñeå daãn höôùng toát, ít va ñaäp thì khe hôû giöõa phaàn thaân piston vaø xylanh caàn phaûi beù. Khi thieát keá phaàn thaân phaûi chu yù caùc vaán ñeà sau: 1) Chieàu daøi thaân piston Chieàu daøi thaân piston phuï thuoäc vaøo kieåu loaïi ñoäng cô. Caùc ñoäng cô Diesel coù löïc ngang lôùn neân phaàn thaân thöôøng laøm daøi hôn so vôùi phaàn thaân piston cuûa ñoäng cô xaêng. Tuy nhieân thaân piston quaù daøi cuõng khoâng coù lôïi vì coù giaûm ñöôïc aùp suaát do löïc ngang N gaây neân ñeå taïo maøng boâi trôn nhöng piston quaù naëng gaây toån thaát do ma saùt cuõng lôùn. Ngöôïc laïi neáu ta choïn nhoû quaù thì aùp suaát neùn treân xylanh lôùn vaø taùc duïng daãn höôùng keùm. Ngoaøi ra ñoái vôùi ñoäng cô hai kyø, phaàn thaân piston phaûi ñuû daøi ñeå ñaûm baûo khi ñeán ñieåm cheát treân, noù vaãn ñoùng kín cöûa thaûi vaø cöûa queùt. 2) Vò trí cuûa loã beä choát piston Trong quaù trình laøm vieäc piston chòu löïc ngang N. Neáu choát piston ñaët chính giöõa chieàu daøi cuûa thaân piston thì ôû traïng thaùi tónh aùp suaát phaân boá ñeàu nhöng khi piston chuyeån ñoäng, do löïc ma saùt taùc duïng laøm cho piston coù xu höôùng xoay quanh choát neân aùp suaát cuûa piston neùn treân xylanh seõ phaân boá khoâng ñeàu nöõa. Vì vaäy ngöôøi ta thöôøng ñaët choát piston ôû vò trí cao hôn troïng taâm cuûa phaàn thaân ñeå aùp suaát do löïc ngang N gaây neân phaân boá ñeàu hôn. Hình 3.7. Vò trí loã beä choát piston. Thoâng thöôøng laáy. H ch = ()0,6 ¸ 0,74 H t . 3) Daïng cuûa thaân piston Daïng cuûa phaàn thaân piston thöôøng khoâng phaûi hình truï, maø tieát dieän ngang thöôøng coù daïng ovan hoaëc vaùt ôû phía hai ñaàu beä choát piston. Sôû dó phaûi laøm nhö vaäy laø ñeå khi piston bò bieán daïng do löïc khí theå Pz, löïc ngang N vaø nhieät taùc duïng thì piston khoâng bò boù keït trong xylanh. Trong quaù trình laøm vieäc piston bò bieán daïng nhö (hình 3.8). Khi piston chòu nhieät ñoä cao, do kim loaïi treân phaàn thaân phaân boá khoâng ñeàu (kim loaïi taäp trung nhieàu ôû hai heä choát) neân khi chòu nhieät thaân piston bò giaõn nôû theo phöông ñöôøng taâm choát (hình a). 38
45. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng T N Pz a) b) c) Hình 3.8. Traïng thaùi bieán daïng cuûa piston. a) Khi chòu taûi troïng nhieät ñoä T. b) Khi chòu aùp löïc khí theå Pz c) Khi chòu löïc ngang N. Khi piston chòu aùp löïc khí theå Pz, aùp suaát khí theå eùp ñænh loõm xuoáng laøm thaân cuõng bieán daïng theo chieàu ñöôøng taâm choát piston (hình b). Khi piston chòu löïc ngang N, löïc eùp thaân piston leân vaùch xylanh neân cuõng laøm cho thaân bieán daïng theo chieàu ñöôøng taâm choát piston (hình c). I.3. Bieän phaùp giaûm maøi moøn vaø giaûm va ñaäp giöõa piston – xylanh Do trong quaù trình laøm vieäc piston chòu caùc taûi troïng nhö ñaõ phaân tích neân ñeå giaûm maøi moøn vaø va ñaäp ngöôøi ta duøng caùc bieän phaùp veà maët keát caáu nhö sau: - Laøm thaân piston daïng oâ van maø truïc ngaén cuûa noù truøng vôùi ñöôøng taâm choát piston. - Tieän vaùt bôùt moät phaàn kim loaïi cuûa phaàn thaân ôû hai ñaàu beä choát piston. - Giaûm ñoä cöùng vöõng cuûa thaân piston baèng caùch xeû caùc raõnh chöõ T hoaëc chöõ P treân thaân. - Ñuùc gaén mieáng hôïp kim invar hoaëc theùp cacbon ñeå ñôõ beâï choát piston do heä soá giaõn nôû nhieät cuûa hôïp kim naøy raát nhoû. - Thieát keá khe hôû giöõa piston vaø xylanh naèm trong giôùi haïn cho pheùp. - Laøm beä choát piston coù daïng leäch taâm ñeå giaûm löïc ngang N töø ñoù laøm giaûm löïc va ñaäp. Nhoû hôn Truïc daøi Truïc ngaén Lôùn hôn Hình 3.9. Thieát keá phaàn thaân piston coù daïng hình oâ van. 39
46. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Trong quaù trình neùn, khi thanh truyeàn ñaåy piston ñi leân (giaû söû chieàu quay cuûa truïc khuyûu laø chieàu kim ñoàng hoà). Döôùi taùc duïng cuûa löïc ngang N seõ laøm cho piston tieáp xuùc vôùi xylanh ôû beân phaûi. ÔÛ kyø chaùy – giaõn nôû, döôùi taùc duïng cuûa aùp suaát chaùy, löïc ngang N sinh ra höôùng traùi laøm cho piston thay ñoåi chieàu ñoät ngoät, gaây va ñaäp piston vaøo vaùch xylanh gaây ra tieáng goõ. Ñöôøng taâm Ñöôøng taâm piston choát piston Hình 3.10. Hoaït ñoäng cuûa piston leäch taâm II. CHOÁT PISTON II.1. Coâng duïng, ñieàu kieän laøm vieäc vaø vaät lieäu cheá taïo II.1.1. Coâng duïng Choát piston duøng ñeå keát noái piston vôùi ñaàu nhoû thanh truyeàn, noù truyeàn chuyeån ñoäng töø piston ñeán thanh truyeàn laøm quay truïc khuyûu vaø ngöôïc laïi. II.1.2. Ñieàu kieän laøm vieäc Trong quaù trình laøm vieäc, choát piston chòu löïc khí theå vaø löïc quaùn tính raát lôùn. Caùc löïc naøy thay ñoåi coù tính chaát chu kyø vaø va ñaäp maïnh. Ngoaøi ra choát piston coøn chòu nhieät ñoä cao (> 100oC) trong ñieàu kieän boâi trôn keùm, ñieàu naøy laøm cho choát piston deã bò moøn. II.1.3. Vaät lieäu cheá taïo Do ñieàu kieän laøm vieäc nhö ñaõ phaân tích neân vaät lieäu cheá taïo choát piston phaûi coù ñuû ñoä beàn vaø ñoä cöùng vöõng. Trong quaù trình cheá taïo, choát piston phaûi nhieät luyeän theo coâng ngheä ñaëc bieät, ñaûm baûo beà maët laøm vieäc coù ñoä cöùng vöõng cao, choáng moøn toát vaø beân trong phaûi deûo ñeå choáng moûi toát. Khi laép gheùp choát vôùi ñaàu nhoû thanh truyeàn, khe hôû phaûi nhoû ñeå chòu ñöôïc löïc va ñaäp lôùn. Vaät lieäu hay duøng laø theùp cacbon hay theùp hôïp kim coù thaønh phaàn cacbon thaáp nhö theùp 20, 20X, 15XA, II.2. Keát caáu vaø caùc phöông aùn laép gheùp choát piston Keát caáu cuûa choát piston ñeàu coù daïng hình truï roãng ñeå giaûm troïng löôïng, (hình 3.11). Hình 3.11a: Caû maët ngaøi vaø maët trong ñeàu coù daïng hình truï, loaïi naøy tuy coù öu ñieåm laø deã gia coâng nhöng söùc beàn treân choát piston phaân boá khoâng ñeàu. Hình 3.11b, c, d, e: Tuy vieäc gia coâng raát phöùc taïp nhöng nheï hôn vaø coù söùc beàn ñoàng ñeàu hôn. Caùc loaïi choát naøy thöôøng duøng treân ñoäng cô cao toác. 40
47. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng a) d) b) e) c) Hình 3.11. Caùc daïng keát caáu choát piston. Laép gheùp choát piston thöôøng duøng ba kieåu sau: 1) Coá ñònh choát piston treân beä choát piston: Choát piston ñöôïc coá ñònh treân beä choát baèng moät hoaëc nhieàu buloâng (ngaøy nay khoâng duøng nöõa) (hình 3.12). Öu ñieåm: - Do khoâng coù söï chuyeån ñoäng töông ñoái vôùi beä choát neân beä choát coù theå laøm ngaén laïi vaø khoâng caàn toå chöùc boâi trôn cho beä choát. - Ñaàu nhoû thanh truyeàn ñöôïc laøm daøi hôn neân deã boâi trôn vaø giaûm aùp suaát tieáp xuùc. Nhöôïc ñieåm: - Do beä choát laøm ngaén ñi, khoaûng caùch hai goái ñôõ taêng neân ñoä voõng cuûa choát cuõng lôùn. - Treân beä choát vaø choát phaûi gia coâng ren neân gaây öùng suaát taäp trung. - Tình traïng chòu löïc vaø maøi Hình 3.12. Laép coá ñònh choát piston treân beä choát. moøn cuûa choát khoâng ñeàu. - Laøm taêng khoái löôïng chuyeån ñoäng tònh tieán do duøng buloâng laép gheùp. 2) Coá ñònh choát piston treân ñaàu nhoû thanh truyeàn: Choát piston ñöôïc coá ñònh treân ñaàu nhoû thanh truyeàn baèng buloâng (chæ duøng cho piston hôïp kim gang) (hình 3.13). Hình 3.13. Laép coá ñònh choát piston treân ñaàu nhoû thanh truyeàn. 41
48. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng Öu ñieåm: - Coù theå laøm giaûm chieàu daøi ñaàu nhoû thanh truyeàn vaø khoâng caàn boâi trôn cho ñaàu nhoû. - Taêng chieàu daøi choát neân laøm giaûm ñoä voõng cuûa choát. Nhöôïc ñieåm: - Vuøng chòu löïc khoâng ñeàu neân choát bò moøn khoâng ñeàu. - Beä choát piston thöôøng duøng baïc loùt. 3) Choát piston laép töï do: Choát pison khoâng coá ñònh treân ñaàu nhoû thanh truyeàn cuõng khoâng coá ñònh treân beä choát. Trong quaù trình laøm vieäc choát coù theå xoay töï do quanh ñöôøng taâm vaø di chuyeån doïc truïc. Haàu heát caùc ñoäng cô hieän nay ñeàu duøng phöông phaùp naøy vì coù raát nhieàu öu ñieåm: - Choát xoay töï do quanh taâm neân moøn ñeàu vaø maët chòu löïc thay ñoåi neân ít bò moûi. - Neáu vì lyù do naøo ñoù laøm keït choát vôùi ñaàu Hình 3.14. Choát piston laép töï do. nhoû hay beä choát thì choát vaãn laøm vieäc nhö moät trong hai phöông phaùp treân. III. XEÙCMAÊNG III.1. Coâng duïng, ñieàu kieän laøm vieäc vaø vaät lieäu cheá taïo III.1.1. Nhieäm vuï Xeùcmaêng coù nhieäm vuï bao kín khoâng gian buoàng chaùy trong xylanh vaø ngaên khoâng cho daàu boâi trôn ñi vaøo buoàng chaùy. Ñeå piston chuyeån ñoäng deã daøng trong xylanh thì giöõa piston vaø xylanh phaûi coù khe hôû nhaát ñònh ñoàng thôøi phaûi toå chöùc boâi trôn toát vaø coù ñoä kín khít cao. Do ñoù phaûi duøng xeùcmaêng khí vaø xeùcmaêng daàu, xeùcmaêng khí coù nhieäm vuï bao kín buoàng chaùy ngaên khoâng cho khí chaùy loït xuoáng carte coøn xeùcmaêng daàu coù nhieäm vuï ngaên daàu boâi trôn ñi ngöôïc leân buoàng chaùy. III.1.2. Ñieàu kieän laøm vieäc Xeùcmaêng laøm vieäc trong ñieàu kieän chòu nhieät ñoä cao, chòu va ñaäp maïnh, bò ma saùt lôùn vaø aên moøn hoaù hoïc cuûa khí chaùy. - Chòu nhieät ñoä cao: xeùcmaêng tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi khí chaùy vaø do piston truyeàn nhieät cho xylanh qua xeùcmaêng neân xeùcmaêng coù nhieät ñoä raát cao, nhaát laø xeùc-maêng ñaàu tieân (623 ÷ 6730oK). Nhieät ñoä cao laøm giaûm söùc beàn cô hoïc, ñoä ñaøn hoài cuûa xeùcmaêng. - Chòu löïc va ñaäp lôùn: xeùcmaêng laép trong raõnh bao giôø cuõng coù moät khe hôû nhaát ñònh do ñoù khi piston chuyeån ñoäng seõ sinh ra löïc va ñaäp lôùn giöõa xeùcmaêng vôùi raõnh xeùcmaêng vaø löïc naøy caøng lôùn treân caùc ñoäng cô cao toác. - Chòu maøi moøn: khi laøm vieäc xeùcmaêng coï saùt vaøo vaùch xylanh sinh ra ma saùt lôùn, coâng ma saùt cuûa xeùcmaêng khoaûng 50 ÷ 60% toaøn boä coâng toån thaát cuûa ñoäng cô. Ñieàu naøy coù ñöôïc do aùp suaát tieáp xuùc cuûa xeùcmaêng vôùi thaønh xylanh lôùn trong khi ñieàu kieän boâi trôn 42
49. Giaùo trình Ñoäng cô ñoát trong 1 Bieân soaïn: ThS. Nguyeãn Vaên Traïng keùm neân ñoä maøi moøn taêng nhanh. Ngoaøi ra ngay caû khi ñoäng cô khoâng laøm vieäc xeùcmaêng cuõng chòu öùng suaát lôùn. III.1.3. Vaät lieäu cheá taïo Vaät lieäu cheá taïo xeùcmaêng phaûi baûo ñaûm caùc yeâu caàu sau ñaây: - Söùc beàn vaø ñoä ñaøn hoài toát trong ñieàu kieän laøm vieäc ôû nhieät ñoä cao. - Chòu moøn toát ôû ñieàu kieän ma saùt lôùn. - Coù khaû naêng kín khít cao vôùi heä soá ma saùt nhoû vôùi maët xylanh. Hieän nay vaät lieäu toát nhaát ñeå cheá taïo xeùcmaêng laø gang xaùm hôïp kim do kim loaïi naøy coù nhieàu öu ñieåm maø caùc vaät lieäu khaùc khoâng coù ñöôïc: - Neáu maët ma saùt bò caøo xöôùc thì trong quaù trình laøm vieäc veát xöôùc töï maát daàn vaø beà maët ñöôïc khoâi phuïc nhö ban ñaàu. - Do graphít trong hôïp kim gang coù khaû naêng boâi trôn ma saùt neân heä soá ma saùt nhoû. - Ít gaây ra öùng suaát taäp trung sinh ra ôû caùc cuøng veát xöôùc. III.2. Keát caáu xeùcmaêng III.2.1. Keát caáu cuûa xeùcmaêng khí (xeùcmaêng laøm kín) Xeùcmaêng coù caáu taïo ñôn giaûn laø moät voøng theùp hôû mieäng. Ñöôøng kính D cuûa xeùcmaêng laø ñöôøng kính ngoaøi cuûa xeùcmaêng khi laép vaøo trong xylanh. Keát caáu cuûa xeùcmaêng khí nhö (hình 3.15). Trong ñoäng cô, khí chaùy coù theå loït xuoáng carte theo 3 ñöôøng: - Qua khe hôû giöõa maët xylanh vaø maët löng xeùcmaêng. - Qua khe hôû giöõa xeùcmaêng vaø raõnh xeùcmaêng. - Qua khe hôû phaàn mieäng xeùcmaêng. a) 0,4 Hình 3.16. Caùc daïng tieát dieän ngang Hình 3.15. Keát caáu cuûa xeùcmaêng khí. cuûa xeùcmaêng khí. 1 – maët ñaùy; 2 – maët löng; 3 – maët buïng; 4 – phaàn mieäng; fo – khe hôû mieäng. 43