Bài giảng Động cơ diesel tàu thủy

	ĐỘNG CƠ DIESEL CHƯƠNG IV4-1. NHỮNG ĐỊNH NGHĨA VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢNI. Giới thiệu chung về động cơ đốt trong1. Định nghĩa động cơ đốt trong và động cơ diesel tàu thuỷ§éng c¬ ®èt trong: Lµ lo¹i ®éng c¬ nhiÖt trong ®ã viÖc ®èt ch¸y nhiªn liÖu, sù to¶ nhiÖt vµ qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ tõ nhiÖt n¨ng cña m«i chÊt c«ng t¸c sang c¬ n¨ng,®­îc tiÕn hµnh ngay trong b¶n th©n ®éng c¬. §éng c¬ diesel lµ mét lo¹i ®éng c¬ ®èt trong kiÓu piston dïng nhiªn liÖu láng dầu, mµ trong ®ã nhiªn liÖu ®­îc ®­a vµo xilanh cuèi qu¸ tr×nh nÐn, tù b¾t löa trong kh«ng khÝ cã nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cao do bÞ nÐn trong xilanh. §éng c¬ diesel cßn gäi lµ ®éng c¬ tù ch¸y (trªn tµu thuû chØ dïng lo¹i nµy).2. 3. Ưu nhược điểm của động cơ đốt trongƯ u ®iÓm - HiÖu suÊt cã Ých cao - NÕu hai ®éng c¬ ®èt trong vµ ®èt ngoµi cïng c«ng suÊt th× ®éng c¬ ®èt trong gän vµ nhÑ h¬n - TÝnh c¬ ®éng cao - DÔ tù ®éng ho¸ vµ ®iÒu khiÓn tõ xa.- Ýt g©y nguy hiÓm khi vËn hµnh - NhiÖt ®é xung quanh t­¬ng ®èi thÊp t¹o ®iÒu kiÖn tèt cho thî m¸y lµm viÖc.- Kh«ng tèn nhiªn liÖu khi dõng ®éng c¬.- Kh«ng cÇn nhiÒu ng­êi vËn hµnh b¶o d­ìng 2. 3. Ưu nhược điểm của động cơ đốt trongNh­îc ®iÓm:- Kh¶ n¨ng qu¸ t¶i kÐm - Kh«ng æn ®Þnh khi lµm viÖc ë tèc ®é thÊp.- RÊt khã khëi ®éng khi ®· cã t¶i.- C«ng suÊt lín nhÊt cña thiÕt bÞ kh«ng cao l¾m8(m/s)4-3. PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG8. Theo kh¶ n¨ng thay ®æi chiÒu quay trôc khuûu* §éng c¬ chØ quay mét chiÒu nhÊt ®Þnh.- §éng c¬ quay ph¶i: Trôc khuûu quay cïng chiÒu kim ®ång hå.- §éng c¬ quay tr¸i: Trôc khuûu quay ng­îc chiÒu kim ®ång hå.* §éng c¬ cã thÓ ®¶o chiÒu quay: 9. Dùa theo ph­¬ng thøc t¸c dông lªn ®Ønh piston* §éng c¬ t¸c dông ®¬n: Trong ®ã chu tr×nh c«ng t¸c chØ thùc hiÖn ë kh«ng gian phÝa trªn cña ®Ønh piston.* §éng c¬ t¸c dông kÐp: Trong ®ã chu tr×nh c«ng t¸c ®­îc thùc hiÖn ë c¶ kh«ng gian phÝa trªn vµ kh«ng gian phÝa d­íi cña piston.4-3. PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG10. Theo cÊu t¹o cña ®éng c¬a) Theo sè xilanh:* §éng c¬ 1 xilanh* §éng c¬ cã nhiÒu xilanhb) Theo c¸ch ph©n bè xilanh* §éng c¬ trong ®ã xilanh ®­îc bè trÝ th¼ng ®øng (®¹i ®a sè ®éng c¬)* §éng c¬ trong ®ã xilanh ®­îc bè trÝ n»m ngang (Ýt gÆp).* §éng c¬ ph©n bè xilanh theo mét hµng däc* §éng c¬ ph©n bè xilanh theo hai hµng däc song song hoÆc theo mét gãc nµo ®ã (§éng c¬ h×nh ch÷ V)* §éng c¬ ph©n bè xilanh theo nhiÒu hµng víi nh÷ng gãc ®é kh¸c nhau: §éng c¬ h×nh ch÷ X, H, h×nh sao.* §éng c¬ cã piston nèi ®Ønh: c) Theo hÖ truyÒn ®éng (ph­¬ng ph¸p nèi thanh truyÒn víi piston)* §éng c¬ piston liªn kÕt trùc tiÕp víi thanh truyÒn qua chèt piston. * §éng c¬ trong ®ã piston liªn kÕt víi thanh truyÒn th«ng qua c¸n piston. 4-4. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG DIESEL CƠ 4 KỲI. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động theo chu trình lý thuyết NẠP NÉN NỔ XẢHình 4-6. Đồ thị chỉ thị lý thuyết của động cơ diesel 4 kỳzcbaPVz’d1ree’VcVsVmaxd2P0c’5) Các nhận xét về chu trình lý thuyết:Chu trình công tác của động cơ diesel 4 kỳ 1) Quá trình nạp khíPiston ®i tõ §CT xuèng §CD. Xup¸p hót më, xup¸p x¶ ®ãng. ThÓ tÝch trong xilanh t¨ng lªn lµm ¸p suÊt trong xilanh gi¶m xuèng. Nhê sù chªnh lÖch ¸p suÊt mµ kh«ng khÝ tõ bªn ngoµi ®­îc hót vµo xilanh .Khi piston xuèng ®Õn ®iÓm chÕt d­íi th× xup¸p hót ®ãng l¹i hoµn toµn kÕt thóc qu¸ tr×nh n¹p khÝ.ViÖc n¹p kh«ng khÝ vµo xilanh biÓu diÔn trªn ®å thøc chØ thÞ b»ng ®­êng ba 2) Quá trình nén khí C¸c xup¸p hót vµ xup¸p x¶ ®Òu ®ãng kÝn. Piston ®i tõ §CD lªn §CT. Kh«ng khÝ trong xilanh bÞ nÐn l¹i rÊt nhanh do thÓ tÝch cña xilanh gi¶m dÇn nªn ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é khÝ nÐn t¨ng lªn rÊt cao. Cuèi qu¸ tr×nh nÐn, ¸p suÊt khÝ nÐn cã thÓ lªn tíi 40 - 50Kg/cm2 kÌm theo viÖc t¨ng nhiÖt ®é kh«ng khÝ lªn tíi 500-7000c, cao h¬n nhiÒu so víi nhiÖt ®é tù ch¸y cña nhiªn liÖu. Qu¸ tr×nh nÐn kh«ng khÝ ®­îc biÓu thÞ trªn ®å thøc b»ng ®­êng ac.VÒ mÆt lý thuyÕt th× khi piston lªn ®Õn §CT, nhiªn liÖu sÏ ®­îc phun vµo buång ®èt d­íi d¹ng s­¬ng mï kÕt thóc qu¸ tr×nh nÐn khÝ Chu trình công tác của động cơ diesel 4 kỳ3) Quá trình cháy giãn nở sinh công (kỳ nổ)-C¸c xup¸p vÉn ®ãng kÝn. Piston ë §CT-Nhiªn liÖu phun vµo buång ®èt gÆp khÝ nÐn cã nhiÖt ®é cao sÏ tù bèc ch¸y. -Qu¸ tr×nh ch¸y kho¶ng 40% nhiªn liÖu gÇn nh­ lµ qu¸ tr×nh ®¼ng tÝch , ®­êng cz'. Sè 60% nhiªn liÖu cßn l¹i ch¸y ë trong ®iÒu kiÖn gÇn nh­ lµ ®¼ng ¸p (®­êng z'z)..- Qu¸ tr×nh ch¸y vµ gi·n nở kÕt thóc ®­êng (z'ze) ®iÓm e øng víi lóc piston ë §CD.4) Quá trình thải khí (kỳ xả) -Xup¸p x¶ më, xup¸p hót ®ãng piston ®i tõ §CD lªn §CT. -Khi piston ë §CD xup¸p x¶ b¾t ®Çu më, khÝ th¶i trong xilanh tù x¶ ra ngoµi, sau ®ã piston ®i lªn tiÕp tôc ®Èy khÝ th¶i ra.- Khi piston lªn ®Õn §CTth× xup¸p x¶ ®ãng l¹i, xup¸p hót l¹i më ra, kh«ng khÝ l¹i ®­îc n¹p vµo xilanh ®Ó b¾t ®Çu mét chu tr×nh míi.- Qu¸ tr×nh th¶i khÝ ®­êng eb trªn ®å thøc. C¸c nhËn xÐt vÒ chu tr×nh lý thuyÕt:Trong 4 hµnh tr×nh cña piston chØ cã mét hµnh tr×nh sinh c«ngC¸c qu¸ tr×nh cßn l¹i ®iÒu tiªu tèn c«ng vµ lµm nhiÖm vô phôc vô cho qu¸ tr×nh sinh c«ng. Sù quay trôc ®éng c¬ trong thêi gian cña ba hµnh tr×nh cßn l¹i x¶y ra nhê dù tr÷ n¨ng l­îng mµ b¸nh ®µ ®· tÝch luü ®­îc trong thêi gian hµnh tr×nh c«ng t¸c cña piston hoặc nhê c«ng cña c¸c xilanh kh¸c.Mçi qu¸ tr×nh (hót, nÐn, næ, x¶) ®Òu ®­îc thùc hiÖn trong mét hµnh tr×nh cña piston t­¬ng øng b»ng 180o gãc quay cña trôc khuûu C¸c xup¸p ®Òu b¾t ®Çu më hoÆc ®ãng kÝn ®óng khi piston ë vÞ trÝ ®iÓm chÕt th× sÏ kh«ng tèt v×: NÕu nhiªn liÖu ®­îc phun vµo buång ®èt ®óng lóc piston ë §CT th× sÏ kh«ng tèt v×: Sù ®iÒu chØnh cho ®éng c¬ diesel 4 kú lµm viÖc theo chu tr×nh thùc tÕ Qua ph©n tÝch nh­îc ®iÓm cña chu tr×nh lý thuyÕt vµ qua kh¶o s¸t thùc tÕ cho thÊy: Thêi ®iÓm ®ãng më c¸c xup¸p vµ thêi ®iÓm phun nhiªn liÖu cã ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn c«ng suÊt cña ®éng c¬ NÕu ®éng c¬ ho¹t ®éng theo chu tr×nh lÝ thuyÕt sÏ kh«ng tèt, thËm chÝ cã thÓ ®ộng cơ kh«ng ho¹t ®éng ®­îc. V× vËy ph¶i ®iÒu chØnh l¹i c¸ch ph©n phèi khÝ vµ thêi ®iÓm phun nhiªn liÖu. C¸c qu¸ tr×nh ho¹t ®éng thùc tÕ cña ®éng c¬ theo gãc quay trôc khuûu cã thÓ tr×nh bµy trªn gi¶n ®å trßn d¹ng xo¾n èc. II. Sự điều chỉnh cho động cơ diesel 4 kỳ làm việc theo chu trình thực tế 1 (18  30o): Góc mở sớm xupáp nạp2 (18  45o): Góc đóng muộn xupáp nạp3 (35  45o): Góc mở sớm xupáp xả4 (18  25o): Góc đóng muộn xupáp xả (10  30o): Góc phun sớm nhiên liệu1432nénnạpnổxảỞ quá trình nạp khí:2) Ở quá trình thải khí: 3) Thời điểm phun nhiên liệu:4-5.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 2 KỲ123456781091. Piston2. Ống góp khí xả3. Các cửa xả4. Sơmi xilanh5. Nắp xilanh6. Vòi phun7. Các cửa nạp8. Hộp khí quét9. Bơm quét khí10. Bầu lọc khíHình 4-8. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ quét vòng. Đồ thị chỉ thị lý thuyết của động cơ 2 kỳ- bk: Quá trình thay khí- ka: Quá trình xả khí sót- ac: Quá trình nén- cz’: Quá trình cháy đẳng tích- z’z: Quá trình cháy đẳng áp- ze: Quá trình dãn nở- ek: Quá trình xả tự dozcbaPVz’ekVcVs 0PVĐồ thị phân phối khí động cơ Diesel 2 kỳ quét vòng1: Toàn bộ góc mở của cửa nạp2: Toàn bộ góc mở của cửa xả : Góc phun sớm nhiên liệu21nénnạpnổxả4-5.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 2 KỲ QUÐT VßNGHành trình thứ nhất: -Piston ®i tõ §CD lªn§CT.-piston n»m ë §CD, c¸c cöa n¹p vµ th¶i ®Òu më.-khÝ n¹p ®­îc b¬m quÐt khÝ thæi vµo xilanh -Do cã ¸p suÊt >¸p suÊt khÝ th¶i trong xilanh nªn khÝ n¹p sÏ ®Èy khÝ th¶i ra ngoµi. -Giai ®o¹n nµy gäi lµ giai ®o¹n quÐt khÝ - Piston ®i tõ §CD lªn, c¸c cöa n¹p vµ th¶i dÇn dÇn ®Òu ®ãng l¹i. Piston ®i lªn mét ®o¹n th× ®ãng kÝn cöa n¹p tr­íc (®­êng bk trªn ®å thøc chØ thÞ).- Khi cöa n¹p ®· ®ãng, khÝ n¹p ®· ngõng kh«ng vµo xilanh n÷a, nh­ng v× cöa th¶i vÉn cßn më nªn khÝ th¶i vÉn tiÕp tôc qua cöa th¶i ra ngoµi. Giai ®o¹n nµy cßn gäi lµ giai ®o¹n x¶ khÝ sãt. (®­êng ka trªn ®å thÞ).-Piston tiÕp tôc ®i lªn§CT, giai ®o¹n nµy lµ nÐn khÝ, (®­êng ac trªn ®å thÞ)..- Khi piston ®Õn gÇn §CT th× nhiªn liÖu ®­îc phun vµo xilanh qua vßi phun 4-5.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 2 KỲ QUÐT VßNG2. Hành trình thứ hai:- Nhiªn liÖu phun vµo xilanh gÆp khÝ nÐn cã nhiÖt ®é cao sÏ tù bèc ch¸y. Mét phÇn nhiªn liÖu ch¸y ë thÓ tÝch kh«ng ®æi theo ®­êng (cz') phÇn cßn l¹i ch¸y theo ¸p suÊt kh«ng ®æi (®­êng z'z) tiÕp ®ã diÔn ra qu¸ tr×nh gi·n në s¶n phÈm ch¸y (®­êng ze). S¶n phÈm ch¸y gi·n në rÊt m¹nh ®Èy piston ®i xuèng giai ®o¹n sinh c«ng.- Khi piston ®i xuèng ®­îc mét ®o¹n th× më cöa th¶i tr­íc (t¹i ®iÓm e). KhÝ th¶i trong xilanh sÏ tù do x¶ ra ngoµi lµm ¸p suÊt trong xilanh gi¶m gÇn b»ng ¸p suÊt bªn ngoµi. Giai ®o¹n nµy gäi lµ giai ®o¹n x¶ tù do biÓu thÞ b»ng ®­êng ek.- Piston ®i xuèng mét ®o¹n n÷a th× më c¸c cöa n¹p (øng víi ®iÓm k) khÝ n¹p l¹i ®­îc thæi vµo xilanh lïa khÝ th¶i ra vµ thay khÝ míi chuÈn bÞ cho qu¸ tr×nh sau.4-5.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 2 KỲ QUÐT VßNG3. Nhận xét:-Trong hai hµnh tr×nh cña piston cã mét hµnh tr×nh sinh c«ng.- Mçi hµnh tr×nh cña piston kh«ng lµm riªng mét nhiÖm vô nh­ ë ®éng c¬ bèn kú mµ lµm nhiÒu nhiÖm vô.Hµnh tr×nh 1: Lµm c¸c nhiÖm vô x¶, n¹p, nÐn.Hµnh tr×nh 2: lµm c¸c nhiÖm vô sinh c«ng, x¶, n¹p.Trong hµnh tr×nh 1, giai ®o¹n x¶ khÝ sãt (lät khÝ) lµ kh«ng cã lîi v× nã lµm tæn thÊt mét phÇn khÝ n¹p. Giai ®o¹n nµy cµng nhá cµng tèt nh­ng l¹i phô thuéc vµo giai ®o¹n x¶ tù do cña hµnh tr×nh 2.II. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ diesel 2 kỳ quét thẳng1. Piston2. Hộp khí nạp3. Các cửa nạp4. Xilanh5. Vòi phun nhiên liệu6. Xupáp xả7. Nắp xilanh8. Sinh hàn khí tăng áp9. Bơm quét khí10.Fin lọc khí12345678109Đặc điểm cấu tạo: Đồ thị phân phối khí động cơ Diesel 2 kỳ quét thẳng1: Toàn bộ góc mở xupáp nạp2: Toàn bộ góc mở xupáp xả1: Góc xả khí sót2: Góc xả tự do (1 2 lÇn N ®éng c¬ 4 kú.Nh­ng thùc tÕ N ®éng c¬ hai kú =1,6 ÷ 1,8 lÇn N cña ®éng c¬ bèn kú v× nh÷ng lý do sau:- Tæn thÊt c«ng suÊt ®Ó lai b¬m quÐt khÝ.- Mét phÇn hµnh tr×nh cña piston cña ®éng c¬ hai kú dïng ®Ó n¹p vµ th¶i khÝ cã mét phÇn khÝ n¹p míi bÞ lät ra ngoµi khi cöa quÐt ®· ®ãng mµ cöa th¶i vÉn më.- Th¶i khÝ kh«ng s¹ch, n¹p khÝ kh«ng ®Çy nªn ch¸y kh«ng tèt.III. So sánh động cơ diesel 2 kỳ và động cơ diesel 4 kỳ2. Qu¸ tr×nh quÐt s¹ch khÝ th¶i vµ n¹p khÝ míi vµo xilanh ë ®éng cá 4 kú tiÕn hµnh hoµn h¶o h¬n ®éng c¬ 2 kú 3. §éng c¬ 2 kú cÊu t¹o ®¬n gi¶n h¬n. Tuy vËy ®Ó thùc hiÖn viÖc trao ®æi khÝ cÇn ph¶i cã b¬m quÐt khÝ.4. M« men quay t¸c dông lªn trôc khuûu cña ®éng c¬ hai kú so víi ®éng c¬ 4 kú cã cïng sè xilanh th× ®Òu ®Æn h¬n 5. §éng c¬ 4 kú cã thÓ thay ®æi ®­îc gãc ph©n phèi dÔ dµng h¬n so víi ®éng c¬ 2 kú6.Gãc øng víi qu¸ tr×nh ch¸y vµ gi·n në cña ®éng c¬ 4 kú lín h¬n cña ®éng c¬ 2 kú (ë ®éng c¬ 4 kú kho¶ng 140o, cßn ë ®éng c¬ 2 kú kho¶ng 100 - 120o).4-6. KẾT CẤU PHẦN TĨNH CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL Sơ mi xilanhThân xilanhSơ mi xilanhThân xilanhI. XilanhNhiệm vụ:Sơ mi xilanh- KÕt hîp víi piston vµ n¾p xilanh ®Ó t¹o thµnh buång ®èt ch¸y nhiªn liÖu cña ®éng c¬.- Lµm èng dÉn h­íng (èng tr­ît) cho piston chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn lªn xuèng.- §èi víi ®éng c¬ 2 kú, trªn xilanh cßn cã c¸c cöa ®Ó n¹p vµ th¶i khÝ.I. Xilanh2.Cấu tạo Xilanh gåm 2 phÇn chÝnh:- Th©n xilanh (Blèc xilanh).a. Th©n xilanh: Chøa s¬mi xilanh, c¸c kh«ng gian n­íc lµm m¸t vµ c¸c c¬ cÊu phô kh¸c (trôc ph©n phèi khÝ, b¬m cao ¸p ...).- S¬mi xilanh (èng lãt xilanh).b.S¬ mi xilanh (èng lãt xilanh) lµ mét èng h×nh trô ®­îc gia c«ng chÝnh x¸c vµ l¾p chÆt víi th©n xilanh b»ng c¸ch Ðp tõ trªn xuèng. PhÝa trªn s¬mi cã gê ®Ó ®Þnh vÞ, phÝa d­íi ®Ó gi·n në tù do.Hình 4-13. Sơmi xilanh động cơ 2 kỳ quét thẳngĐường nước làm mátCửa nạpVai sơ mi xilanhII. Nắp xilanh:1) Nhiệm vụ:2) Cấu tạo: Thân xilanhSơ mi xi lanhNắp xi lanhXupáp khởi độngVòi phunKhoang nước mátIII. Bệ máy1) Nhiệm vụ:2) Cấu tạo:4-7. KẾT CẤU CÁC PHẦN ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESELI. Piston1) Nhiệm vụ:2) Cấu tạo:1. Đỉnh piston2. Rãnh xéc măng khí3. Rãnh xéc măng dầu4. Lỗ thoát dầu xéc măng5. Chốt pistona. Phần đỉnh piston (đầu piston)a) Đỉnh bằng a. Phần đỉnh piston (đầu piston)b) Đỉnh lồic)Đỉnh lõmHình 4-17:Kết cấu hình dáng đỉnh Pistonb. Phần thân piston: c. Phần dẫn hướng: II. Chốt pistonChốt pistonVòng hãm chốtIII. Xéc măng 1. Xéc măng khíP1P2P3Hình 4-19.Tác dụng làm kín của xéc măngHình 4-20.Tác dụng bơm dầu của xéc măng Hình 4-21: Hình dạng mặt cắt ngang xéc măng khíHình 4-22: Hình dạng mối cắt miệng của xéc măng2. Xéc măng dầu:Hình 4-23: Hình dạng mặt cắt ngang xéc măng dầuIV. Biên (thanh truyền)1) Nhiệm vụ: 2) Cấu tạo:Kết cấu mặt cắt ngang tay biênd. Bu lông biên: 123456Đầu bu lông 2. Thân 3. Phần ren 4. Lỗ lắp chốt chẻ 5. Đai ốc 6. Chốt chẻHình4-25: Kết cấu bu lông biênV. Trục khuỷuCổ trục 	2. Má khuỷu 3. Cổ biên 	4. Đường dầu bôi trơnHình 4-26: Kết cấu một đơn vị trục khuỷuThứ tự nổ:Chạy tiến: 1 - 4 - 2 - 6 - 3 - 5Chạy lùi: 1 - 3 - 5 - 6 - 2 - 4 1-6 2-5 3-4 1 2 3 4 5 6