Nguyên lý động cơ đốt trong

Công nghệ cơ khí hay kỹ thuật cơ khí là ngành ứng dụng các nguyên lý vật lý để tạo ra các loại máy móc và thiết bị hoặc các vật dụng hữu ích. Cơ khí áp dụng các nguyên lý nhiệt động lực học, định luật bảo toàn khối lượng và năng lượng để phân tích các hệ vật lý tĩnh và động, phục vụ cho công tác thiết kế trong các lĩnh vực như ô tô, máy bay và các phương tiện giao thông khác, các hệ thống gia nhiệt và làm lạnh, đồ dùng gia đình, máy...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nguyên lý động cơ đốt trong§Æng TiÕn Hßa Ch−¬ng 1 §¹i c−¬ng vÒ ®éng c¬ ®èt trong 1.1 Kh¸i qu¸t vÒ ®éng c¬ ®èt trong Trong c¸c lo¹i ®éng c¬ nhiÖt, nhiÖt l−îng do ®éng c¬ ®èt ch¸y t¹o ra, ®−îc trë thµnhc«ng cã Ých th× ®éng c¬ ®èt trong ®−îc dïng réng r·i nhÊt víi sè l−îng lín nhÊt trong mäi lÜnhvùc: giao th«ng vËn t¶i (®−êng bé, ®−êng s¾t, ®−êng thuû, hµng kh«ng), n«ng nghiÖp, x©ydùng, c«ng nghiÖp, quèc phßng... Tæng c«ng suÊt do ®éng c¬ ®èt trong t¹o ra chiÕm kho¶ng 90% c«ng suÊt thiÕt bÞ ®énglùc do mäi nguån n¨ng l−¬ng t¹o ra (nhiÖt n¨ng, ®éng n¨ng, n¨ng l−îng nguyªn tö, n¨ngl−îng mÆt trêi...) Trong ®éng c¬ ®èt trong, c¸c qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu, vµ chuyÓn biÕn nhiÖt n¨ngthµnh c¬ n¨ng ®−îc th−c hiÖn bªn trong ®éng c¬. §éng c¬ ®èt trong gåm cã: ®éng c¬ ®èt trong pitt«ng, tua bin khÝ vµ ®éng c¬ ph¶n lùc(h×nh 1.1). C¸c chi tiÕt chÝnh cña ®éng c¬ pitt«ng (h×nh 1.1a) gåm: xilanh 2, n¾p xilanh 3, c¸cte 1,pitt«ng 4, thanh truyÒn 5 vµ trôc khuûu 6. Nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ cÇn cho qu¸ tr×nh ch¸y®−îc ®−a vµo thÓ tÝch xilanh ®éng c¬, giíi h¹n bëi n¾p xilanh, thµnh xilanh vµ ®Ønh pitt«ng. -1-§Æng TiÕn HßaKhÝ thÓ ®−îc t¹o ra sau khi ch¸y cã nhiÖt ®é lín t¹o nªn ¸p suÊt ®Èy pitt«ng chuyÓn dÞch trongxilanh. ChuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña pitt«ng th«ng qua thanh truyÒn chuyÓn tíi trôc khuûu, l¾ptrong c¸cte, t¹o thµnh chuyÓn ®éng quay cña trôc khuûu. Trong tua bin khÝ (h×nh 1.1b), viÖc ®èt ch¸y nhiªn liÖu ®−îc thùc hiÖn trong buång ch¸y 8.Nhiªn liÖu vµo buång ch¸y lµ nhê b¬m 7 vµ ®−îc xÐ t¬i qua vßi phun. Kh«ng khÝ cÇn cho sùch¸y, ®−îc m¸y nÐn 11 (l¾p trªn ®Çu trôc cña tua bin khÝ 10) cung cÊp cho buång ch¸y, s¶n vËtch¸y qua lç phun 9 ®i vµo c¸c c¸nh b¸nh c«ng t¸c cña tua bin 10 ®Ó gi·n në vµ sinh c«ng. Tua bin khÝ, chØ cã c¸c chi tiÕt quay trßn, nªn cã thÓ ch¹y ë tèc ®é cao. Ngoµi ra, c¸c c¸nhcña tua bin cã thÓ lîi dông triÖt ®Ó n¨ng l−îng cña khÝ nãng. Nh−îc ®iÓm chÝnh cña tua bin lµhiÖu suÊt thÊp vµ c¸c c¸nh tua bin ph¶i ho¹t ®éng trong m«i tr−êng nhiÖt ®é cao (gi¶m nhiÖt®é cña khÝ thÓ ®Ó t¨ng ®é tin cËy cña c¸c c¸nh sÏ lµm gi¶m hiÖu suÊt cña tua bin). Tua bin khÝ®−îc dïng réng r·i lµm thiÕt bÞ phô cña ®éng c¬ pitt«ng vµ ®éng c¬ ph¶n lùc Trong ®éng c¬ ph¶n lùc dïng chÊt «xy ho¸ thÓ láng (h×nh 1.1c), nhiªn liÖu vµ chÊt «xyho¸ thÓ láng tõ thïng chøa 12 vµ 13 ®−îc b¬m 14 cÊp cho buång ch¸y 8. S¶n vËt ch¸y gi·n nëtrong èng phun 15, vµ phun ra m«i tr−êng víi tèc ®é lín. L−u ®éng cña dßng khÝ ra khái c¸cèng phun lµ nguyªn nh©n s¶n sinh ph¶n lùc( lùc kÐo) cña ®éng c¬. H×nh 1.1d giíi thiÖu ®éngc¬ ph¶n lùc dïng chÊt «xy ho¸ thÓ khÝ (kh«ng khÝ). §Æc ®iÓm chÝnh cña ®éng c¬ ph¶n lùc lµlùc kÐo hÇu nh− kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é cña thiÕt bÞ ph¶n lùc, cßn c«ng suÊt cña ®éng c¬tØ lÖ thuËn víi tèc ®é kh«ng khÝ vµo m¸y tøc lµ tèc ®é chuyÓn ®éng cña thiÕt bÞ ph¶n lùc. ®Æc®iÓm trªn ®−îc sö dông trong ®éng c¬ tua bin ph¶n lùc cña m¸y bay. Nh−îc ®iÓm chÝnh cña®éng c¬ ph¶n lùc lµ hiÖu suÊt t−¬ng ®èi thÊp. §éng c¬ ®èt trong pitt«ng cã hiÖu qu¶ cao nhÊt v× nhiÖt ®é cùc ®¹i trong qu¸ tr×nh ch¸ycã thÓ tíi 1800 ÷ 2800 K, cßn nhiÖt ®é khÝ x¶ th¶i ra ngoµi trêi chØ lµ 900 ÷ 1500 K Tuy nhiÖt®é cao nh− vËy nh−ng do qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña ®éng c¬ cã tÝnh chu kú vµ c¸c chi tiÕt tiÕpxóc víi khÝ nãng lu«n ®−îc lµm m¸t nªn kh«ng g©y ¶nh h−ëng ®Õn ®é tin cËy trong ho¹t ®éngcña ®éng c¬. Nh−îc ®iÓm chÝnh cña ®éng c¬ pitt«ng lµ ë c¬ cÊu trôc khuûu – thanh truyÒn ; c¬cÊu nµy lµm cho cÊu t¹o cña ®éng c¬ phøc t¹p vµ cßn h¹n chÕ kh¶ n¨ng t¨ng tèc ®é ®éng c¬. Ngµy nay ng−êi ta sö dông réng r·i ®éng c¬ t¨ng ¸p tua bin khÝ, ®ã lµ lo¹i ®éng c¬ liªnhîp gåm ®éng c¬ pitt«ng 1, m¸y nÐn khÝ 3 vµ tua bin khÝ 2 (h×nh 1.2) liªn kÕt víi nhau. KhÝ x¶cña ®éng c¬ pitt«ng cã nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cao, truyÒn n¨ng l−îng cho c¸nh tua bin khÝ 2®ÓdÉn ®éng c¬ m¸y nÐn khÝ 3. M¸y nÐn khÝ hót kh«ng khÝ tõ m«i tr−êng nÐn tíi ¸p suÊt nµo ®ãråi n¹p vµo xilanh ®éng c¬ pitt«ng. ViÖc t¨ng l−îng khÝ n¹p vµo xilanh ®éng c¬ b»ng c¸cht¨ng ¸p suÊt kh«ng khÝ trªn ®−êng n¹p ®−îc gäi lµ t¨ng ¸p. Khi t¨ng ¸p, mËt ®é kh«ng khÝ sÏt¨ng, do ®ã lµm t¨ng l−îng m«i chÊt míi n¹p vµo xilanh ®éng c¬ so víi tr−êng hîp kh«ng t¨ng¸p. Muèn ®èt nhiªn liÖu phun vµo xilanh ®éng c¬, cÇn cã mét l−îng kh«ng khÝ thÝch hîp(vÝ dô muèn ®èt kiÖt 1kg nhiªn liÖu láng vÒ mÆt lÝ thuyÕt cÇn cã kho¶ng 15kg kh«ng khÝ). Do®ã kh«ng khÝ n¹p vµo xilanh cµng nhiÒu th× sè nhiªn liÖu cã thÓ ®èt ch¸y cµng nhiÒu tøc lµ®−îc c«ng suÊt cµng lín. §éng c¬ t¨ng ¸p tua bin khÝ so víi ®éng c¬ kh«ng t¨ng ¸p kh«ng nh÷ng cã c«ng suÊtlín h¬n mµ hiÖu suÊt còng cao h¬n, v× nã ®· sö dông thªm n¨ng l−îng cña khÝ x¶. -2-§Æng TiÕn Hßa ¦u ®iÓm chÝnh cña ®éng c¬ t¨ng ¸p tua bin khÝ lµ khèi l−îng vµ thÓ tÝch cña ®éng c¬qui vÒ 1kW nhá h¬n vµ hiÖu suÊt cao h¬n so víi ®éng c¬ kh«ng t¨ng ¸p. ë ®éng c¬ ®èt trong, viÖc sö dông ho¸ n¨ng cña nhiªn liÖu ngay bªn trong xilanh ®éngc¬ lµ mét trong c¸c ph−¬ng ph¸p tèt nhÊt, v× nã kh«ng cÇn ®Õn m«i chÊt trung gian (vÝ dô h¬in−íc trong m¸y h¬i vµ tua bin h¬i nhê ®ã kh«ng cã c¸c thiÕt bÞ phô kh¸c (nh− nåi h¬i, thïngng−ng h¬i, bé qu¸ nhiÖt...) tr¸nh ®−îc nhiÒu tæn thÊt nhiÖt. §éng c¬ ®èt trong pitt«ng, ®Æc biÖt lµ ®éng c¬ t¨ng ¸p tua bin khÝ lµ lo¹i cã hiÖu suÊtcao nhÊt trong c¸c ®éng c¬ nhiÖt hiÖn nay. Ngµy nay ®éng c¬ ®èt trong pitt«ng chiÕm sè l−îng lín nhÊt vµ ®−îc sö dông réng r·inhÊt. V× vËy thuËt ng÷ “®éng c¬ ®èt trong” ®−îc dïng víi ý kh¸i qu¸t chung cho c¸c lo¹i ®éngc¬ ®èt trong, ®ång thêi còng cã ý dïng ng¾n gän ®Ó chØ ®éng c¬ ®èt trong pitt«ng.1.2. ¦u, khuyÕt ®iÓm vµ lÜnh vùc sö dông ®éng c¬ ®èt trong So víi c¸c lo¹i ®éng c¬ nhiÖt kh¸c, −u ®iÓm chÝnh cña ®éng c¬ ®èt trong lµ: 1. HiÖu suÊt cã Ých η e cao, ®éng c ...