Bài giảng Cấu tạo động cơ đốt trong (Học viện kỹ thuật quân sự) - Chương 1

Chia sẻ: Trần Long | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

354
lượt xem 88
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cấu tạo động cơ đốt trong là môn học đầu tiên về động cơ, nhằm giới thiệu những kiến thức đại cương cơ bản nhất về động cơ đốt trong (ĐCĐT), làm cơ sở để nghiên cứu các môn học tiếp theo. Tài liệu này giới thiệu đến các bạn Chương 1: Các khái niệm và định nghĩa cơ bản của Bài giảng Cấu tạo động cơ đốt trong (Học viện kỹ thuật quân sự).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cấu tạo động cơ đốt trong (Học viện kỹ thuật quân sự) - Chương 1

Häc viÖn Kü thuËt Qu©n sù khoa ®éng lùc - Bé m«n §éng c¬ Bµi gi¶ng CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Hà Nôi, 2012
Môc ®Ých : Lµ m«n häc ®Çu tiªn vÒ ®éng c¬, nh»m giíi thiÖu nh÷ng kiÕn thøc ®¹i c¬ng c¬ b¶n nhÊt vÒ ®éng c¬ ®èt trong (§C§T), lµm c¬ së ®Ó nghiªn cøu c¸c m«n häc tiÕp theo: - Lý thuyÕt ®éng c¬ ®èt trong - KÕt cÊu & tÝnh to¸n ®éng c¬ ®èt trong - Khai th¸c xe vµ ®éng c¬ Yªu cÇu : + BiÕt ph©n lo¹i §C§T và hiÓu ®îc nguyªn lý lµm viÖc cña §C§T dïng pÝt t«ng, c¸c th«ng sè ®¸nh gi¸ chu tr×nh c«ng t¸c, tÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu cña §C. + N¾m ®îc c«ng dông, c¸ch ph©n lo¹i, ®Æc ®iÓm cÊu t¹o, nguyªn lý lµm viÖc cña c¸c c¬ cÊu, hÖ thèng chÝnh trªn §C. 2
Néi dung Ch¬ng 1. C¸c kh¸i niÖm vµ ®Þnh nghÜa c¬ b¶n  Những đặc điểm của động cơ đốt trong (ĐCĐT) và phạm vi ứng dụng  Lịch sử phát triển ngành ĐCĐT  Sơ đồ bố trí chung của động cơ, các sơ đồ của chu trình công tác, các khái niệm và định nghĩa cơ bản.  Nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ  Nguyên lý làm việc của động cơ 2 kỳ  Các thông số đánh giá chu trình công tác, tính kinh tế, tính môi trường, và mức độ hoàn thiện về kết cấu ĐC Ch¬ng 2. Nhiªn liÖu, dÇu b«i tr¬n, chÊt láng lµm m¸t Ch¬ng 3. C¸c c¬ cÊu chÝnh cña ®éng c¬  C¬ cÊu khuûu trôc thanh truyÒn (CCKTTT)  C¬ cÊu phèi khÝ (CCPK) Ch¬ng 4. C¸c hÖ thèng cña ®éng c¬  HÖ thèng nhiªn liÖu cña §C diesel vµ §C x¨ng  HÖ thèng b«i tr¬n  HÖ thèng lµm m¸t  HÖ thèng sÊy nãng vµ khëi ®éng §C 3
C¸c tµi liÖu tham kh¶o chÝnh 1. L¹i V¨n §Þnh. §¹i c¬ng ®éng c¬ ®èt trong, NXB Häc viÖn KTQS. 2006, 143 tr. 2. TËp Atlat §éng c¬ ®èt trong (TËp 1, TËp 2). Bé m«n §éng C¬ - Khoa §éng Lùc – Häc viÖn KTQS. 2003. 3. Шатров М.Г., Морозов К.А., Алексеев И.В. Автомобильные двигатели. М.: Издательский центр “Академия” 2010, 464 c. 4. Алексеев В.П., Воронин В.Ф. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. под общ. ред А.С. Орлина - М.: Машиностроение. 1990, 288 с. 4
Ch¬ng 1. C¸c kh¸i niÖm vµ ®Þnh nghÜa c¬ b¶n  Những đặc điểm của động cơ đốt trong (ĐCĐT) và phạm vi ứng dụng  Lịch sử phát triển ngành ĐCĐT  Sơ đồ bố trí chung của động cơ, các sơ đồ của chu trình công tác, các khái niệm và định nghĩa cơ bản.  Nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ  Nguyên lý làm việc của động cơ 2 kỳ  Các thông số đánh giá chu trình công tác, tính kinh tế, tính môi trường, và mức độ hoàn thiện về kết cấu ĐC 5
1.1. Nh÷ng ®Æc ®iÓm cña §C§T vµ ph¹m vi øng dông S¬ lîc vÒ §C§T • §C nhiÖt: chuyÓn nhiÖt n¨ng (do ®èt ch¸y n.liÖu) thµnh c¬ n¨ng • §éng c¬ ®èt trong (§C§T) lµ mét lo¹i §C nhiÖt: qóa tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu, gi¶i phãng nhiÖt n¨ng vµ biÕn mét phÇn nhiÖt n¨ng thµnh c«ng d·n në ®îc thùc hiÖn bªn trong xy lanh §C. §C§T bao gåm: - §C pÝt t«ng, - §C hçn hîp - §C r« to - §C tuabin khÝ - §C ph¶n lùc. • §C ®èt ngoµi: M¸y h¬i níc, tua bin h¬i ... • Trong m«n häc, chØ ®Ò cËp ®Õn §C kiÓu pÝt t«ng vµ gäi t¾t lµ §C§T. • §C§T kiÓu pÝt t«ng (®Æc biÖt lµ §C diesel t¨ng ¸p tua-bin khÝ) lµ lo¹i §C nhiÖt cã hiÖu suÊt cao nhÊt trong hä §C nhiÖt. 6
u ®iÓm cña §C§T • cã tÝnh kinh tÕ cao (§C diesel t¨ng ¸p tuabin khÝ e=0,4-0,52; M¸y h¬i níc e=0,09-0,14; §C tua bin khÝ e
Nhîc ®iÓm cña §C§T kiÓu pÝt t«ng • C«ng suÊt bÞ giíi h¹n (so víi tua bin khÝ, tua bin h¬i). • ChØ sö dông ®îc nhiªn liÖu láng vµ khÝ s¹ch (kh«ng chøa c¸c thµnh phÇn g©y ¨n mßn ho¸ häc vµ t¹p chÊt c¬ häc) • Tèc ®é cÇn thiÕt ®Ó khëi ®éng lín vµ khi khëi ®éng ph¶i t¸ch §C khái thiÕt bÞ tiªu thô c«ng suÊt • G©y « nhiÔm m«i trêng (khÝ th¶i, khÝ c¸c-te, nhiªn liÖu bay h¬i, rung chÊn, tiÕng ån …). • PÝt t«ng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña lµm h¹n chÕ viÖc t¨ng tèc ®é §C vµ g©y mÊt c©n b»ng. 8
C¸c lÜnh vùc sö dông §C§T • dïng réng r·i trong kinh tÕ quèc d©n, quèc phßng (®Æc biÖt lµ trong giao th«ng vËn t¶i vµ n«ng nghiÖp). • lµ nguån n¨ng lîng chñ yÕu trªn c¸c xe « t« (c«ng suÊt cña §C « t« ®· vît qu¸ 1500 kW). GÇn ®©y, mÆc dï ®· ®¹t ®îc mét sè thµnh tùu trong viÖc ph¸t triÓn mét sè lo¹i §C thay thÕ kh¸c (§C ®iÖn, §C lai, §C dïng n¨ng lîng mÆt trêi ...), song chóng míi chØ ë giai ®o¹n thö nghiÖm vµ ®Æc tÝnh cßn kÐm xa so víi §C§T kiÓu pÝt t«ng. • Trong vËn t¶i ®êng s¾t, c¸c ®Çu m¸y lµ §C diesel (c«ng suÊt mét ®Çu m¸y diesel cã thÓ ®¹t tíi 3000 kW). • Trong thuû s¶n, hµng h¶i, §C§T ®îc dïng phæ biÕn trªn c¸c tµu 9
• Trong hµng kh«ng, diesel t¨ng ¸p c«ng suÊt tíi 3.750 kW cho m¸y bay. HiÖn nay §C§T kiÓu pÝt t«ng chØ cßn ®îc sö dông trªn m¸y bay tËp l¸i, m¸y bay thÓ thao, vËn t¶i. • lµ nguån n¨ng lîng chñ yÕu nh»m c¬ giíi hãa n«ng nghiÖp. Trªn m¸y kÐo, m¸y liªn hîp vµ c¸c m¸y n«ng nghiÖp kh¸c ngêi ta chØ sö dông §C§T (chñ yÕu lµ §C diesel). C«ng suÊt cña nh÷ng §C m¸y kÐo ®· ®· tíi 350 kW. • cã vai trß ®Æc biÖt quan träng trong ngµnh x©y dùng (trªn m¸y khoan, m¸y ñi, m¸y cµo ®Êt, m¸y san nÒn, cÇn trôc, xe t¶I, xe chë bª t«ng, m¸y trén bª t«ng…) • dïng trong c¸c øng dông tÜnh t¹i, (m¸y ph¸t ®iÖn, hÖ thèng cøu ho¶, m¸y b¬m cung cÊp khÝ ®èt…). 10
1.2. LÞch sö ph¸t triÓn ngµnh §C§T • N¨m 1860, §C 2 kú dïng nhiªn liÖu khÝ vµ ®èt ch¸y b»ng tia löa ®iÖn ®Çu tiªn ®îc chÕ t¹o t¹i Ph¸p do L¬noa thiÕt kÕ. • N¨m 1876, ¤tt« (ngêi §øc) ®· chÕ t¹o §C 4 kú dïng nhiªn liÖu khÝ nhng lîng tiªu hao nhiªn liÖu nhá h¬n 2 lÇn so víi §C cña L¬noa vµ ®· ®îc dïng rÊt nhiÒu trong c«ng nghiÖp. • N¨m 1908, t¹i Nga, §C ch¹y b»ng nhiªn liÖu khÝ ®Çu tiªn ®îc chÕ t¹o vµo t¹i nhµ m¸y K«l«mensky. • C¸c §C tÜnh t¹i dïng dÇu háa vµ c¸c lo¹i nhiªn liÖu nÆng h¬n xuÊt hiÖn vµo nh÷ng n¨m 1884 1890, tuy nhiªn tÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu cña chóng kh«ng cao (ge  0,4 kg/kW.h). • N¨m 1899, nhµ m¸y E.Noben (nay lµ Ruski-Diesel) chÕ t¹o §C dïng nhiªn liÖu diesel (thay dÇu háa, §C nµy cã ge = 0,3 (kg/kW.h) thÊp h¬n 30% so víi §C ch¹y b»ng dÇu háa). ChØ khi dïng nhiªn liÖu nÆng (nhiªn liÖu diesel), §C diesel míi cã tÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu cao nhÊt, vµ hiÖn ®îc sö dông réng r·i kh¾p thÕ giíi. 11
• Cïng víi viÖc chÕ t¹o §C, ngêi ta b¾t ®Çu nghiªn cøu vÒ mÆt lý thuyÕt chu tr×nh c«ng t¸c (CTCT) vµ kÕt cÊu §C.N¨m 1906, V.I.Grineveski ®· ®a ra c¸ch tÝnh to¸n CTCT, sau ®ã ®· ®îc N.R.Briling, E.K.Mading, B.S.Str«kin hoµn thiÖn thªm. • N¨m 1906, c¬ së lý thuyÕt CTCT cña §C hçn hîp vµ s¬ ®å kÕt cÊu cña nã ®· ®îc V.I.Grineveski nghiªn cøu vµ ®Ò xuÊt . • HiÖn nay sö dông réng r·i kü thuËt t¨ng ¸p tua-bin khÝ n©ng cao ®¸ng kÓ c¸c chØ tiªu kinh tÕ, kü thuËt cña §C. • C«ng nghiÖp chÕ t¹o §C§T ®îc coi lµ bé phËn tÊt yÕu cña ngµnh c¬ khÝ vµ nÒn kinh tÕ quèc d©n cña hÇu hÕt c¸c quèc gia. • Ngµnh CN chÕ t¹o §C§T ViÖt Nam tuy cßn rÊt non trÎ, song c¸c doanh nghiÖp: C¬ khÝ TrÇn Hng §¹o, C¬ khÝ Duyªn H¶i- H¶i Phßng, C.ty Diesel S«ng C«ng, C.ty M¸y n«ng nghiÖp MiÒn nam-VIKYNO... ®Òu tËp trung chÕ t¹o §C diesel. 12
• Giai ®o¹n 2001-2005, mét trong c¸c Ch¬ng tr×nh c¬ khÝ träng ®iÓm cÊp Nhµ níc lµ thiÕt kÕ, chÕ t¹o §C diesel 3, 4 xylanh víi c«ng suÊt 40  60 m· lùc vµ phô tïng thay thÕ cho c¸c §C diesel cã c«ng suÊt 400  600 m· lùc. • §C§T lµ mét thiÕt bÞ c¬ khÝ phøc t¹p (trong §C thùc hiÖn nhiÒu QT kh¸c nhau : biÕn ®æi ho¸ häc, nhiÖt ®éng häc, c¸c QT c¬ khÝ …. C¸c c¬ cÊu ®¶m b¶o ®Ó thùc hiÖn c¸c QT trªn ®Òu cã kÕt cÊu phøc t¹p. Khi chÕ t¹o c¸c chi tiÕt ®ßi hái nhiÒu lo¹i nguyªn vËt liÖu kh¸c nhau, víi c¸c m¸y c«ng cô ®Æc chñng cã ®é chÝnh x¸c cao…) • ViÖc b¶o dìng, söa ch÷a §C§T ®ßi hái ph¶i cã hiÓu biÕt vÒ nhiÒu lo¹i kiÕn thøc phong phó  c¸c quèc gia ®Òu rÊt coi träng ®µo t¹o ®éi ngò chuyªn gia vÒ thiÕt kÕ, chÕ t¹o, sö dông b¶o dìng, söa ch÷a §C§T. 13
1.3. S¬ ®å Bè trÝ chung cña §C, chu tr×nh c«ng t¸c, c¸c kh¸i niÖm vµ ®N c¬ b¶n S¬ ®å bè trÝ chung cña §C Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động cơ đốt trong kiểu pít tông 1. Hộp trục khuỷu; 2. Xy lanh; 3. Xu páp nạp; 4. Xu páp thải; 5. Nắp máy; 6. Pít tông; 7. Thanh truyền; 8. Trục khuỷu; 9. Các te dưới. 14
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động cơ đốt trong hỗ hợp 1. Phần động cơ pít tông; 2. Tua bin khí; 3. Máy nén khí. 15
S¬ ®å CTCT •TËp hîp tÊt c¶ c¸c QT kh¸c nhau x¶y ra trong XL theo mét tr×nh tù x¸c ®Þnh, ®îc gäi lµ chu tr×nh c«ng t¸c (CTCT). •Chu tr×nh c«ng t¸c ®îc lÆp l¹i theo chu kú. Kh«ng khÝ Nhiªn liÖu Kh«ng khÝ Hèn hîp ch¸y N¹p N¹p NÐn Phun nhiªn liÖu NÐn T¹o hçn hîp - Tù bèc ch¸y Ch©m löa vµ ch¸y Gi·n në Gi·n në Th¶i Th¶i Xilanh a) b) S¬ ®å CTCT cña §C§T dïng pÝt t«ng a. §C t¹o hçn hîp bªn ngoµi (x¨ng, khÝ ga); b. §C t¹o hçn hîp bªn trong (diesel). 16
§éng c¬ t¹o hçn hîp bªn ngoµi: • NL vµ KK theo tû lÖ cÇn thiÕt ®îc hßa trén ë bªn ngoµi XL (t¹o HH ch¸y), ®îc n¹p vµo XL vµ ®îc nÐn l¹i (nh»m t¨ng c«ng cho chu tr×nh vµ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho QT ch¸y). • Thµnh phÇn HH ch¸y ®îc ®Æc trng b»ng hÖ sè d lîng kh«ng khÝ (DLKK) . Khi t¨ng hÖ sè DLKK , hçn hîp trë nªn nh¹t (nghÌo) h¬n; khi gi¶m hÖ sè DLKK , hçn hîp sÏ ®Ëm h¬n (giÇu). LuongKK_ napthucte_ vao _ XL  LuongKK_ CThietLT_ dotchay_ luongNL_ napvao_ XL • HH ch¸y ®îc ®èt ch¸y b»ng tia löa ®iÖn (Spark-Ignition Engine - SE). Do tèc ®é ch¸y nhanh cña HH ch¸y mµ T vµ p trong XL t¨ng ®ét ngét. pkhÝ ch¸y t¸c dông lªn ®Ønh PT lµm cho PT dÞch chuyÓn Thanh truyÒn  quay Trôc Khuûu thiÕt bÞ tiªu thu c«ng suÊt. 17
• Trong qu¸ tr×nh gi·n në, khÝ ch¸y thùc hiÖn c«ng cã Ých, p vµ T sÏ gi¶m xuèng. • Sau khi gi·n në, cÇn ph¶i ®Èy s¹ch s¶n phÈm ch¸y ra khái XL (th¶i) vµ mét CTCT míi ®îc lËp l¹i tõ ®Çu. •ViÖc chuÈn bÞ HH ch¸y x¶y ra chñ yÕu ë bªn ngoµi XL, v× vËy §C lµm viÖc theo s¬ ®å nµy ®îc gäi lµ §C t¹o HH bªn ngoµi (§C x¨ng, §C khÝ ga, §C phun x¨ng ®êng èng n¹p). • ViÖc nÐn HH ch¸y trong nh÷ng §C t¹o HH bªn ngoµi chØ thùc hiÖn ®Õn møc sao cho p vµ T cuèi QT nÐn kh«ng g©y ch¸y sím (hoÆc kÝch næ) Do h¹n chÕ vÒ tû sè nÐn nªn tÝnh kinh tÕ cña §C kiÓu nµy kh«ng cao (so víi §C diesel). 18
§éng c¬ t¹o hçn hîp bªn trong: • QT t¹o HH chØ x¶y ra bªn trong XL. - Kh«ng khÝ ®îc ®a vµo trong xilanh ë QT n¹p (XL ®îc n¹p ®Çy kh«ng khÝ) vµ sau ®ã ®îc nÐn l¹i. - Nhiªn liÖu ®îc phun vµo XL ë cuèi QT nÐn (víi ¸p suÊt cao) díi d¹ng s¬ng mï vµ hoµ trén víi kh«ng khÝ ®· nÐn trong XL HH ch¸y. §Æc ®iÓm •ë §C nµy sù bèc ch¸y nhiªn liÖu lµ do t¸c dông cña T vµ p cao cña kh«ng khÝ nÐn g©y ra. Khi nhiªn liÖu ®· b¾t ®Çu ch¸y, QT phun nhiªn liÖu vÉn tiÕp tôc. • HH ch¸y ®îc t¹o ra trong QT phun nhiªn liÖu vµo kh«ng khÝ nÐn lµ kh«ng ®ång nhÊt, do ®ã viÖc ®èt ch¸y hoµn toµn nhiªn liÖu chØ cã thÓ x¶y ra víi hÖ sè DLKK ®ñ lín ( >= 1,2  1,4). 19
• Do møc ®é nÐn cao h¬n nªn §C lµm viÖc theo s¬ ®å nµy sÏ cã hiÖu suÊt cao h¬n so víi §C t¹o hçn hîp bªn ngoµi. • Sau QT ch¸y lµ QT gi·n në vµ th¶i s¶n phÈm ch¸y ra ngoµi nh ë §C t¹o hçn hîp bªn ngoµi. • Do QT t¹o HH vµ chuÈn bÞ ch¸y ®îc thùc hiÖn trong XL nªn §C kiÓu nµy ®îc gäi lµ §C t¹o HH bªn trong. §C lo¹i nµy cã thÓ lµm viÖc víi c¶ nhiªn liÖu thÓ láng (phÇn lín) vµ thÓ khÝ. Chóng cßn cã tªn lµ §C ®èt ch¸y do nÐn (Compression Ignition Engine - CE) hay §C diesel. • QT t¹o HH bªn trong còng ®îc thùc hiÖn ë §C x¨ng phun nhiªn liÖu trùc tiÕp (GDI-Gasoline Direct Injection Engine). 20