Cơ cấu chính trong động cơ Diesel

Các cơ cấu chính của động cơ Diesel[19/04/2010]
Động cơ điêzen có ưu điểm là tiêu thụ nhiên liệu ít hơn động cơ xăng do hao hụt bơm nhiên liệu ít hơn và tỷ lệ nén cao .Chúng ta cùng tìm hiểu về các cơ cấu chính của động cơ Diesel

 
1. Pít tông
Pít tông của động cơ điêzen được chế tạo chắc chắn do áp suất nén, nhiệt độ đốt cháy và do áp suất đốt cháy cao hơn của động cơ xăng. Ở một số kiểu động cơ, vành chắn nhiệt được đặt ở trên rãnh xéc-măng số 1 hoặc phần đầu pít tông đến rãnh xéc-măng số 1 được làm bằng FRM là một hợp kim đặc biệt được làm từ nhôm và các sợi gốm. Một số pít tông lại có rãnh làm mát bên trong đầu pít tông để làm mát rãnh xéc-măng số1. Dầu được phun vào từ vòi phun dầu, qua rãnh làm mát này và làm mát pít tông.

2. Xéc măng
Có các loại xéc-măng sau:
 
Xéc-măng số 1 (Xéc măng hơi số 1)
 
A. Xéc măng có vát mặt trên
 
Xéc-măng số 2 (Xéc măng hơi số 2)
 
B. Xéc măng côn
 
C. Xéc măng côn-cắt phía dưới
 
Xéc-măng số 3 (Xéc măng dầu)
 
D. Xéc măng có lò-xo
 
E. Xéc măng loại 3 vòng

Vai trò của xéc măng có vát mặt trên :
Bề mặt trên cùng của xec-măng được làm côn để ngăn xéc-măng không bị dính muội than. Khi động cơ chạy, pít tông cũng chuyển động một chút theo chiều ngang, làm khe hở giữa rãnh xéc-măng và xéc măng thay đổi. Điều này làm bong muội than bên trong rãnh xéc-măng và đẩy chúng ra ngoài rãnh xéc-măng cùng với dầu.
 

3. Buồng đốt
Trong động cơ điêzen, nhiên liệu được phun vào dưới dạng sương từ vòi phun và trộn với không khí được đánh lửa và đốt cháy. Để giai đoạn đốt tốt thì nhiên liệu đưa vào và không khí cần phải trộn đều trong buồng đốt.

Buồng đốt kiểu phun nhiên liệu trực tiếp
Trong buồng đốt kiểu phun nhiên liệu trực tiếp, buồng đốt chính được tạo thành giữa nắp quy lát và pít tông. Với kiểu này, nhiên liệu được đốt cháy bằng cách phun nhiên liệu nén ở áp suất cao vào không khí ở nhiệt độ và áp suất cao.
 
Do cấu trúc đơn giản, công suất cao, hiệu suất nhiệt cao và hao mòn làm mát thấp, tiêu thị năng lượng nhỏ và tính dễ khởi động cao.
 
Do đó, một số động cơ sử dụng bộ sấy không khí nạp hoặc bugi sấy mặc dầu một số động cơ không có hệ thông sấy nóng sơ bộ.
 
Khi áp suất cháy tăng lên, độ ồn và độ rung trong khi chạy cũng tăng.
 

Buồng đốt kiểu xoáy lốc
Buồng đốt này gồm có buồng xoáy hình cầu và buồng đốt chính. Những buồng này được nối thông với nhau. Dòng không khí xoáy được tạo ra trong buồng xoáy trong hành trình nén, đốt và cháy phần lớn nhiên liệu. Sau đó một phần nhiên liệu còn lại cháy trong buồng đốt chính.
 

Bằng cách này động cơ có thế chạy tốt do tốc độ tối đa hoặc áp suất nén cao hơn hoặc dải điều chỉnh tốc độ rộng. Tuy nhiên, nhiệt độ của không khí bên trong buồng xoáy giảm vì nắp quy lát hấp thụ nhiệt. Do đó, tính dễ khởi động kém hơn so với loại đốt cháy trực tiếp. Điều này giải thích tại sao phải sử dụng bugi sấy trong hệ thống sấy nóng sơ bộ.
 

5. Áo xi-lanh
Xi-lanh được chia làm hai loại: loại không có áo và loại có áo xi-lanh gắn vào thân máy.

Loại có áo xi lanh
Có hai loại áo xi-lanh: loại ướt trong đó nước làm mát tiếp xúc trực tiếp mặt sau, và loại khô trong đó nước làm mát không tiếp xúc trực tiếp.
 
Đỉnh của áo xi-lanh được làm nhô ra một chút trên đỉnh mặt thân máy.
 
Phần nhô ra này (A) ngăn rò rỉ khí, nhờ lún sâu vào gioăng nắp quy lát.

Loại không áo xi lanh
Loại không áo dùng gang hợp kim đặt biệt chống mòn tốt hơn. Động cơ được làm gọn nhẹ hơn nhờ thu hẹp khoảng cách giữa các lỗ xi-lanh.
 
Thân máy của hầu hết các động cơ điêzen được làm bằng gang. Gần đây, một số động cơ đã sử dụng thân máy làm bằng nhôm có gắn áo xi lanh.
 

6. Gioăng nắp quy lát
Giữa thân máy và nắp quy lát đặt một gioăng nắp quy lát.
 
Tấm gioăng này ngăn khí cháy, nước làm mát, dầu không rò rỉ giữa thân máy và nắp quy lát. Nó phải chịu được áp suất, chịu nhiệt và có độ đàn hồi thích hợp.
 
Gioăng nắp quy lát loại thép cán mỏng được dùng để tăng tuổi thọ của gioăng nắp quy lát do đó ngăn được sự rò rỉ khí cháy.
 
Lựa chọn độ dày của nắp quy lát để tăng độ chính xác tỷ số nén theo động cơ. Độ dày của gioăng nắp quy lát được xác định theo độ nhô của pít tông.
 

Ví dụ: Động cơ 3L
 
Động cơ 3L của toyota có 3 loại gioăng nắp quy lát.
 
Dấu B: 1.40 - 1.50 mm (0.0551 - 0.0591 in.)
 
Dấu D: 1.50 - 1.60 mm (0.0591 - 0.0630 in.)
 
Dấu F: 1.60 - 1.70 mm (0.0630 - 0.0669 in.)

7. Cơ cấu phối khí
Cơ cấu phối khí 4 xupáp
Về cơ bản, cơ cấu phối khí của động cơ điêzen giống như của động cơ xăng. Tuy nhiên mỗi động cơ lại có sự khác biệt. Cơ cấu phối khí 4 xupáp gồm cò mổ xu páp và cầu xupáp. Khi trục cam đẩy cò mổ lên thì cầu xupáp trượt dọc theo chốt dẫn hướng và đẩy cho hai xupáp đồng thời mở ra. Bằng cách này, một trục cam duy nhất có thể vận hành 4 xupáp cho một xi lanh. Thông qua việc sử dụng 4 xupáp, không chỉ giúp tăng hiệu quả xả và nạp mà còn có thể đặt vòi phun tại trung tâm buồng đốt.
 

Sử dụng hai vít điều chỉnh, (1) và (2) để điều chỉnh khe xupáp.

Chu kỳ thay thế đai cam
Tuỳ thuộc vào kiểu động cơ, cứ 100.000 km hoặc 150.000 km phải thay đai cam của động cơ điêzen. Trong một số xe, có đèn báo thay đai cam. Đèn này sẽ sáng lên vào thời điểm cần thay đai cam đã định trước. Sau khi thay đai cam, cần phải chỉnh lại đèn báo thay cam. Phương thức đặt lại tuỳ thuộc vào loại động cơ.
 

Ví dụ 1:
 
Tháo vòng đệm dưới đồng hồ đo tốc độ và đẩy núm đặt lại đèn báo bằng một que mảnh.
 
Ví dụ 2:
 
Tháo vít ngắt công tắc và lắp lại vào một lỗ lắp khác.
 

NGUYÊN LÝ HỌAT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 4 THÌ ( Cập nhật : 02/02/2011 20:16:41 ) Bài này lược giảng nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 4 thì.

NGUYÊN LÝ HỌAT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL Động cơ Diesel là một loại động cơ đốt trong, khác với động cơ xăng (hay động cơ Otto). Sự cháy của nhiên liệu, tức dầu diesel, xảy ra trong buồng đốt khi piston đi tới gần điểm chết trên trong kỳ nén, là sự tự cháy dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cao của không khí nén. Động cơ Diesel do một kỹ sư người Đức, ông Rudolf Diesel, phát minh ra vào năm 1892. Chu trình làm việc của động cơ cũng được gọi là chu trình Diesel. Do những ưu việt của nó so với động cơ xăng, như hiệu suất động cơ cao hơn hay nhiên liệu diesel rẻ tiền hơn xăng, nên động cơ Diesel được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt trong ngành giao thông vận tải thủy và vận tải bộ. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 4 KỲ 1.2.1. Kỳ một- Kỳ nạp:Pittông còn nằm ở ĐCT. Lúc này trong thể tích buồng cháy Vc còn đầy khí sót của chu trình trước, áp suất khí sót bên trong xilanh cao hơn áp suất khí quyển. Trên đồ thị công, vị trí bắt đầu kỳ nạp tương ứng với điểm r. Khi trục khuỷu quay, thanh truyền làm chuyển dịch pittông từ ĐCT đến ĐCD, xuppap nạp mở thông xilanh với đường ống nạp. Cùng với sự tăng tốc của pittông, áp suất môi chất trong xilanh trở 0,01-»pk Dnên nhỏ dần hơn so với áp suất trên đường ống nạp pk ( 0,03Mpa). Sư giảm áp suất bên trong xilanh so với áp suất của đường ống nạp tạo nên quá trình nạp (hút) môi chất mới (không khí) từ đường ống nạp vào xilanh. Trên đồ thị công, kỳ nạp được thể hiện qua đường r-a. Áp suất môi chất đối với động cơ ta xét bằng với áp suất khí quyển. 1.2.2. Kỳ hai- kỳ nén:Pittông chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT, các xupap hút và xả đều đóng, môi chất bên trong xilanh bi nén lại. Cuối kỳ nạp khi pittông còn ở tại ĐCD, áp suất môi chất bên trong xilanh pa còn nhỏ hơn pk. Đầu kỳ nén, pittông từ ĐCD đến ĐCT khi tới điểm a’ áp suất bên trong xilanh mới đạt tới giá trị pk. Do đó, để hoàn thiện quá trình nạp người ta vẫn để xupap nạp tiếp tục mở (trước điểm a’). Việc đóng xupap nạp là nhằm để lợi dụng sự chênh áp giữa xilanh và đường ống nạp cũng như động năng của dòng khí đang lưu động trên đường ống nạp để nạp thêm môi chất mới vào xilanh. Sau khi đóng xupap nạp, chuyển động đi lên của pittông sẽ làm áp suất và nhiệt độ của môi chất tiếp tục tăng lên. Giá trị của áp suất cuối quá , độ kín của buồngetrình nén pc (tại điểm c) phụ thuộc vào tỷ số nén đốt, mức độ tản nhiệt của thành vách xilanh và áp suất của môi chất ở đầu quá trình nén pa. Việc tự bốc cháy của hỗn hợp khí phải cần một thời gian nhất định, mặc dù rất ngắn. Muốn sử dụng tốt nhiệt lượng do nhiên liêu cháy sinh ra thì điểm bắt đầu và điểm kết thúc quá trình cháy phía ở lân cận ĐCT. Do đó việc phun nhiên liệu vào xilanh động cơ đều được thực hiện trước khi pittông đến ĐCT. Trên đồ thị công kỳ nén được thể hiện qua đường cong a-c.       1.2.3. Kỳ ba- kỳ cháy và giãn nở:Đầu kỳ cháy và giãn nở, hỗn hợp không khí-nhiên liệu được tạo ra ở cuối quá trình nén được bốc cháy nhanh. Do có một nhiệt lượng lớn được toả ra, làm nhiệt độ và áp suất môi chất tăng mạnh, mặt dù thể tích làm việc có tăng lên chút ít (đường c-z trên đồ thị công). Dưới tác dụng đẩy của lực do áp suất môi chất tạo ra, pittông tiếp tục đẩy xuống thực hiện quá trình giãn nở của môi chất trong xilanh. Trong quá trình giãn nở môi chất đẩy pittông sinh công, do đó kỳ cháy và giãn nở được gọi là hành trình công tác (sinh công). Trên đồ thị kỳ cháy và giãn nở được biểu diễn qua đường c-z-b. 1.2.4. Kỳ bốn- kỳ thải:Kỳ thải trong kỳ này, động cơ thực hiện quá trình xả sạch khí thải ra khỏi xilanh. Pittônng chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT đẩy khí thải ra khỏi xilanh qua đường xupap thải đang mở vào đường ống thải, do áp suất bên trong xilanh ở cuối quá trình thải còn khá cao, nên xupap xả bắt đầu mở khi pittông còn cách ĐCD 430 góc quay của truc khuỷu. nhờ vậy, giảm được lực cản đối với pittông trong quá trình thải khí và nhờ sự chênh áp lớn tạo sự thoát khí dễ dàng từ xilanh ra đường ống thải, cải thiện được việc quét sạch khí thải ra khỏi xilanh động cơ. Trên đồ thị công, kỳ thải được thể hiện qua đường b-r. Kỳ thải kết thúc chu trình công tác, tiếp theo pittông sẽ lặp lại kỳ nạp theo trình tự chu trình công tác động cơ nói trên. Để thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xilanh, xupap xả không đóng tại vị trí ĐCT mà chậm hơn một chút, sau khi pittông qua khỏi ĐCT 170 góc quay trục khuỷu, nghĩa là khi đã bắt đầu kỳ một. Để giảm sức cản cho quá trình nạp, nghĩa là cửa nạp phải được mở dần trong khi pittông đi xuống trong kỳ một, xupap nạp cũng được mở sớm một chút trước khi pittông đến điểm chết trên 170 góc quay trục khuỷu. Như vậy vào cuối kỳ thải và đầu kỳ nạp cả hai xupap nạp và xả đều mở. Tóm lại, quá trình động cơ thực hiện hoàn thiện bốn kỳ xem như là quá trình làm việc của động cơ diesel bốn kỳ nói chung.   Mô phỏng hoạt động của động cơ 4 xilanh, thẳng hàng Mô phỏng hoạt động của động cơ 6 xilanh, xếp hình chữ V (V6) Mô phỏng hoạt động của động cơ 4 xilanh, đối đỉnh Mô phỏng hoạt động của cơ cấu phối khí Ưu Nhược Điểmcủa Động cơ Diesel Động cơ diesel ra đời sớm hơn và có nhiều ưu điểm vượt trội như khả năng tiết kiệm nhiên liệu hơn động cơ xăng khoảng 30%. Nhưng đến nay, nhìn chung động cơ diesel vẫn ít phổ biến hơn động cơ xăng chỉ do vấn đề về tiếng ồn và khí thải. Công nghệ hiện đại đang khắc phục được nhiều nhược điểm của động cơ diesel. Sự ra đời củacác công nghệ như tăng áp và hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp cách đây vài năm đã khiến động cơ diesel mạnh mẽ không thua kém gì những động cơ xăng tốt nhất, mà vẫn giữ nguyên ưu điểm tiết kiệm nhiên liệu. Bên cạnh đó, giờ đây đã có những công nghệ động cơ diesel gần “sạch” bằng động cơ xăng. Động cơ diesel là phát minh của Rudolf Diesel, người đã tốt nghiệp Đại học Kỹ thuật ở Munich, Đức, với số điểm cao nhất trong lịch sử của trường. Ông đã được cấp bằng sáng chế cho động cơ diesel đầu tiên vào năm 1892. Từ đó, công nghệ động cơ diesel vẫn không ngừng được cải tiến, và bất chấp nhiều quan điểm hoài nghi từ trong ngành, hãng Mercedes-Benz của Đức đã cho ra mắt chiếc ô tô lắp động cơ diesel đầu tiên trên thế giới, xe 260D, vào năm 1936. Mercedes-Benz dự kiến trước tiên sẽ dùng xe 260D làm taxi, với tính toán rằng chi phí đầu tư ban đầu khá cao có thể được bù đắp bằng tần suất sử dụng. Tuy nhiên, sau đó, hãng nhận ra rằng hiệu quả kinh tế và tuổi thọ của xe 260D đã thu hút được sự chú ý của cả những khách hàng bình thường. Bắt đầu có nhiều hãng ô tô nhập cuộc, như Ford, Cadillac, Audi, Buick, Chevrolet, Pontiac, Volvo và BMW, đặc biệt là khi xảy ra 2 cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào thập kỷ 70 và 80. Trong suốt quãng thời gian thăng trầm này, công nghệ động cơ diesel liên tục có những bước cải tiến lớn. Đến nay, tiếng ồn của động cơ đã giảm, nhờ hệ thống cách âm và kiểm soát quá trình đốt nhiên liệu tốt hơn; khói thải giảm xuống và thời gian khởi động nhanh gần bằng động cơ xăng, nhờ cải tiến buồng đốt. Cần lưu ý rằng một trong những điểm khác biệt cơ bản nhất giữa động cơ diesel và động cơ xăng là cơ chế đánh lửa. Trong khi động cơ xăng cần có bugi để kích hoạt cháy nổ của hỗn hợp xăng-không khí, thì động cơ diesel không có bộ phận đánh lửa mà nén khí và phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt. Chính sức nóng của khí nén sẽ đốt cháy nhiên liệu. Không khí bị đốt nóng nhờ tỷ số nén cao. Động cơ xăng nén hòa khí với tỷ số từ 8:1 đến 12:1, trong khi động cơ diesel nén với tỷ số từ 14:1 đến 25:1. Chính cơ chế tự cháy nổ này khiến động cơ diesel có hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu cao hơn động cơ xăng. Tuy nhiên, quá trình đốt cháy nhiên liệu của động cơ diesel sinh ra nhiều bụi than hơn nên khói xả thường đen. Diesel có nồng độ lưu huỳnh thấp đã khắc phục đáng kể nhược điểm này. Như một minh chứng thuyết phục cho hiệu quả cũng như sự mạnh mẽ của động cơ diesel so với động cơ xăng, xe R10 chạy bằng diesel của Audi đã giành chiến thắng tại các giải đua xe thể thao danh tiếng như LeMans, France 24-hour, và Sebring, Florida 12-hour. Bên cạnh đó, động cơ diesel cũng đã chứng minh rằng xe hạng sang hoàn toàn có thể chạy bằng diesel, với sự xuất hiện của xe Mercedes-Benz E320 CDI Bluetec, Jaguar S-Type 2.7, BMW 318d, 325d….