CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN - CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - CHƯƠNG 3: KHÁO SÁT VÀ LẮP ĐẶT MÔ HÌNH - CHƯƠNG 4: CÁC BÀI THỰC HÀNH THÁO LẮP, KIỂM TRA VÀ SỬA CHỮA - CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN SVTH: Tính, Viên, Việt, Trung Trang 10 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu tổng quan về động cơ diesel - Động cơ diesel là một loại động cơ đốt trong, trong đó việc đánh lửa nhiên liệu được gây ra bởi nhiệt độ cao của không khí trong xy-lanh do nén cơ học. Điều này trái ngược với các động cơ đánh lửa như động cơ xăng hay động cơ khí gas (sử dụng nhiên liệu khí) sử dụng bộ đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu hoặc không khí. - Động cơ diesel lần đầu được thử nghiệm vào năm 1897.
Từ đó đã mở ra cuộc cách mạng lớn trong khoa học kỹ thuật cho đến nay. - Động cơ là các máy biến một dạng năng lượng này (hóa năng, nhiệt năng,.) thành một năng lượng khác (cơ năng). Động cơ có nhiều loại, trên ô tô thường dùng động cơ nhiệt. Động cơ nhiệt là loại thiết bi ̣cơ khí có nhiệm vụ biến đổi nhiệt năng (do đốt cháy nhiên liệu) thành cơ năng (làm quay trục khuỷu).
Động cơ nhiệt hoạt động với hai quá trình cơ bản như sau: + Đốt cháy nhiên liệu, giải phóng hóa năng thành nhiệt năng và gia nhiệt cho môi chất công tác. Trong giai đoạn này xảy ra các hiện tượng hoá lý rất phức tạp. + Biến đổi trạng thái của môi chất công tác, hay nói cách khác, môi chất công tác thực hiện chu trình nhiệt động để biến đổi một phần nhiệt năng thành cơ năng. Trên cơ sở đó có thể phân loại động cơ nhiệt thành hai loại chính là động cơ đốt ngoài và động cơ đốt trong.
- Trên động cơ các hệ thống chính như: hệ thống truyền động, hệ thống cố định, hệ thống phân phối khí, hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát, hệ thống khởi động. Cấu tạo hệ thống nhiên liệu diesel - Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel gồm 4 bộ phận chính: + Bình chứa nhiên liệu: dùng chứa nhiên liệu và hỗ trợ nhiên liệu cho động cơ. + Lọc nhiên liệu: nhiên liệu sẽ di chuyển từ bình nhiên liệu đi qua lọc thô sau đó được chuyển qua lọc tinh và đi đến bơm phun nhiên liệu. Chức năng chính của bộ phận lọc nhiên liệu là làm sạch, tách nước có trong nhiên liệu.
Nâng cao công suất hoạt động của động cơ. SVTH: Tính, Viên, Việt, Trung Trang 11 Đồ án tốt nghiệp + Vòi phun: dòng nhiên liệu được nén ở áp suất cao từ bơm phun nhiên liệu thành dạng sương bằng cách phun vào buồng đốt. Nhiên liệu phun vào ở áp suất cao và vận tốc cao, tạo sương mù trộn và cải thiện giai đoạn bắt lửa. + Bơm phun nhiên liệu: bơm phun nhiên liệu sẽ đẩy nhiên liệu tới từng vòi phun, có công năng kiểm soát năng lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu.
Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel - Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel Gồm 4 chu trình chính: Nạp - Nén - Nổ - Xả.1 Sơ đồ quá trình làm việc của động cơ diesel 4 kỳ. - Quá trình hoạt động: + Kỳ nạp (a): piston đi từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐTD), xupap nạp mở, xupap thải đóng. Piston được trục khuỷu dẫn động đi xuống, áp suất trong xy-lanh giảm, không khí trong đường ống nạp đi vào xy-lanh qua cửa nạp nhờ sự chênh lệch áp suất. + Kỳ nén (b): piston đi từ ĐTD lên ĐCT hai xupap đều đóng.
Piston được trục khuỷu dẫn động đi lên làm thể tích trong xy-lanh giảm nên áp suất và nhiệt độ của khí trong xy-lanh tăng. Cuối kỳ nén, vòi phun phun một lượng nhiên liệu diesel với áp suất cao vào buồng cháy. SVTH: Tính, Viên, Việt, Trung Trang 12 Đồ án tốt nghiệp + Kỳ cháy - dãn nở sinh công (c): piston đi từ ĐCT xuống ĐCD, hai xupap đều đóng. Nhiên liệu được phun tơi vào buồng cháy (từ cuối kỳ nén) hòa trộn với khí nóng tạo thành hòa khí.
Trong điều kiện áp suất và nhiệt độ trong xy-lanh cao hòa khí tự bốc cháy sinh ra áp suất cao đẩy piston đi xuống, qua thanh truyền làm trục khuỷu quay và sinh công. + Kỳ thải (d): piston đi từ ĐCD lên ĐCT, xupap nạp đóng xupap xả mở. Piston được trục khuỷu dẫn động đi lên đẩy khí thải trong xy-lanh qua cửa thải ra ngoài. Khi piston đi đến ĐCT xupap thải đóng, xupap nạp mở, trong xy-lanh lại diễn ra kỳ nạp của chu trình mới.
250,0 pn(mm) pgn(mm) 200,0 Đoạn hút Đoạn cuối nén 150,0 Đoạn thải đến hút 100,0 50,0 0,0 0 50 100 150 200 250 Hình 2.2 Các đồ thị biểu diễn chu trình công tác của động cơ. - Trong đó: a) Đồ thị công; b) Đồ thị góc. cf - thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu. Z - thời điểm áp suất cháy đạt giá trị cực đại.
b1 - thời điểm xupap xả bắt đầu mở. r1 - thời điểm xupap xả đóng hoàn toàn. d1 - thời điểm xupap nạp bắt đầu mở. a1 - thời điểm xupap nạp đóng hoàn toàn.
SVTH: Tính, Viên, Việt, Trung Trang 13 Đồ án tốt nghiệp Bảng 2. Tóm tắt chu trình công tác của động cơ diesel 4 kỳ. Hành trình Nạp Nén Nổ Xả Chuyển vị của piston ĐCT ĐCD ĐCD ĐCT ĐCT ĐCD ĐCD ĐCT Xupap nạp Mở Đóng Đóng Đóng Xupap xả Đóng Đóng Đóng Mở Khí mới vào xy-lanh Môi chất - - - Vòi phun nhiên liệu Đóng Mở tại cf Đóng tại ckf Đóng Môi chất công tác KK+Khí sót KK+Khí sót Hỗn hợp Khí thải Góc quay trục khuỷu 0 1800 180 3600 360 5400 540 7200 2. Ưu nhược điểm của động cơ diesel * Ưu điểm: - Đạt hiệu suất cao nhất trong tất cả các loại động cơ đốt trong.
- Có thể đốt cháy số lượng lớn loại nhiên liệu khách nhau. - Chi phí nhiên liệu khá thấp. - Đặc tính bôi trơn tốt. - Mật độ năng lượng cao.
- Nguy cơ bắt lửa thấp. - Có thể dùng turbo tăng áp để nâng cao công suất. - Lực kéo cao. * Nhược điểm: - Động cơ diesel có khối lượng nặng.
- Giá thành chế tạo động cơ diesel đắt hơn nên chi phí sửa chữa cũng cao. - Tốc độ chạy của động cơ diesel thấp hơn so với động cơ xăng. - Tiếng ồn động cơ lớn. - Khí thải nhiều hơn.
Buồng cháy - Buồng đốt, hay còn gọi là buồng cháy (tiếng Anh: combustion chamber), là một buồng kín bên trong động cơ đốt trong, nơi xảy ra quá trình cháy hoặc nổ. Buồng đốt có khả năng chịu được những thay đổi đột ngột về áp suất và nhiệt độ, đồng thời giúp hỗ trợ SVTH: Tính, Viên, Việt, Trung Trang 14 Đồ án tốt nghiệp thực hiện công hoặc lực tác động gây ra do quá trình đốt cháy, trước khi sản phẩm cháy được thải ra ngoài. Cấu tạo - Có 3 loại buồng đốt: + Buồng đốt phun trực tiếp là loại buồng đốt chỉ có một buồng đốt (buồng đốt thống nhất) ở phía trên. + Buồng đốt trước là loại buồng đốt có một buồng đốt chính ở phía trên piston và một buồng đốt phụ lớn được nối với buồng đốt chính thông qua một lỗ nhỏ.
+ Buồng đốt xoáy lốc là loại buồng đốt phụ lớn hơn và lỗ thông hai buồng đốt lớn hơn so với loại buồng đốt trước. 1 - Buồng đốt trực tiếp: - Nhiên liệu được phun trực tiếp vào phần lõm của đỉnh piston. Do không khí di chuyển chậm trong buồng đốt, nên loại này có 1 cửa hút dạng xoắn ốc để tạo xoáy lốc khí nạp vòng theo chu vi trong hành trình hút, và 1 vùng nén theo phương thẳng đứng ở phần lõm đặc biệt trên đỉnh piston trong hành trình nén để không khí và nhiên liệu hòa trộn tốt và cháy hoàn hảo trong thời gian ngắn. Buồng đốt phun trực tiếp sử dụng vòi phun có nhiều lỗ phun với áp suất cao 150 - 300 kg/cm2 vào mọi vị trí trong buồng đốt để hóa sương tốt và đảm bảo cháy hoàn toàn.3 Kiểu buồng cháy trực tiếp SVTH: Tính, Viên, Việt, Trung Trang 15 Đồ án tốt nghiệp Ưu điểm: - Hiệu suất nhiệt cao, mức tiêu hao nhiên liệu thấp hơn 10% so với phun gián tiếp.
- Nhiệt độ khí xả thấp. - Dễ khởi động. - Không cần xông nóng máy trước khi khởi động ở nhiệt độ bình thường. - Hiệu suất nhiệt rất cao và tổn thất nhiệt rất thấp nên két nước và quạt gió có thể làm nhỏ về kích thước và thể tích.
- Ít chi tiết hơn và cấu tạo đơn giản hơn so với các loại khác. Nhược điểm: - Áp suất cháy cao, tăng áp suất đột ngột và tiếng ồn lớn. - Việc đốt cháy phụ thuộc vào chất lượng của vòi phun. - Phạm vi sử dụng nhiên liệu rộng không phù hợp vì loại phun trực tiếp rất kén nhiên liệu.
- Cường độ xoáy lốc thay đổi giữa tốc độ chậm và tốc độ nhanh và khói đen được tạo ra ở tốc độ chậm. 2 - Buồng đốt trước. - Buồng đốt phụ của loại này có thể tích bằng 30% - 45% tổng thể tích buồng đốt, và lỗ thông buồng đốt chính và buồng đốt phụ có diện tích bằng 0,3% - 0,6% diện tích đỉnh piston. - Lỗ thông hai buồng đốt được điều tiết để dùng như là một lỗ phun hỗn hợp khí.
- Buồng đốt trước không có đủ không khí để có thể đốt cháy toàn bộ nhiên liệu. Do đó, khi nhiên liệu được phun vào buồng đốt trước, một phần các hạt nhiên liệu sẽ cháy và quá trình này sẽ làm tăng áp suất nội tại trong buồng đốt trước. Một lượng lớn khí đã cháy dở dang và những hạt nhiên liệu chưa được cháy còn lại trong buồng đốt trước sẽ được phun vào buồng đốt chính ở dạng xoáy lốc mãnh liệt, hoà trộn kỹ với khí nạp và cháy tiếp. Ưu điểm: - Loại này có hiệu quả sử dụng tỷ lệ khí nạp cao, có thể cháy hoàn toàn nhiên liệu mà không ra khói đen.
- Hoạt động êm vì ở buồng đốt chính áp suất thấp và không tăng đột ngột mặc dù SVTH: Tính, Viên, Việt, Trung Trang 16 Đồ án tốt nghiệp ở buồng đốt trước có áp suất cháy cao. - Việc cháy hầu như độc lập với việc phun nhiên liệu, và động cơ này thường dùng vòi phun loại đót kín, loại này ít bị trục trặc hơn các loại vòi phun khác. Vì vậy, hoạt động ổn định được duy trì trong một chu kỳ dài và phạm vi sử dụng nhiên liệu đạt hiệu quả sẽ rộng hơn.
