Giáo trình tính toán kết cấu động cơ đốt trong - Đặng Tiến Hòa

Nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức cơ bản về đại cương động cơ đốt trong, các quá trình trong động cơ đốt trong và phương pháp tính toán. Nội dung cuốn giáo trình tính toán kết cấu động cơ đốt trong gồm 8 chương trình bày đại cương về động cơ đốt trong, nhiên liệu và môi trường công tác của động cơ đốt trong, chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong, các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật của động cơ, chế độ làm việc và đặc tính của động cơ đốt trong, hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ xăng, hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ dùng nhiên liệu Diêzel. Mời bạn đọc tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình tính toán kết cấu động cơ đốt trong - Đặng Tiến Hòa §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 thµnh c«ng cã Ých th× ®éng c¬ ®èt trong ®−îc dïng réng r·i nhÊt víi sè l−îng lín nhÊt trong mäi lÜnh vùc: giao th«ng vËn t¶i (®−êng bé, ®−êng s¾t, ®−êng thuû, hµng kh«ng), n«ng nghiÖp, x©y dùng, 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 ®éng lùc do mäi nguån n¨ng l−¬ng t¹o ra (nhiÖt n¨ng, ®éng n¨ng, n¨ng l−îng nguyªn tö, n¨ng l−îng mÆt trêi...) Trong ®éng c¬ ®èt trong, c¸c qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu, vµ chuyÓn biÕn nhiÖt n¨ng thµnh 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 Hßa KhÝ thÓ ®−îc t¹o ra sau khi ch¸y cã nhiÖt ®é lín t¹o nªn ¸p suÊt ®Èy pitt«ng chuyÓn dÞch trong xilanh. ChuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña pitt«ng th«ng qua thanh truyÒn chuyÓn tíi trôc khuûu, l¾p trong 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 sù ch¸y, ®−îc m¸y nÐn 11 (l¾p trªn ®Çu trôc cña tua bin khÝ 10) cung cÊp cho buång ch¸y, s¶n vËt ch¸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¸nh cña tua bin cã thÓ lîi dông triÖt ®Ó n¨ng l−îng cña khÝ nãng. Nh−îc ®iÓm chÝnh cña tua bin lµ hiÖu 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 «xy ho¸ 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 në trong èng phun 15, vµ phun ra m«i tr−êng víi tèc ®é lín. L−u ®éng cña dßng khÝ ra khái c¸c èng phun lµ nguyªn nh©n s¶n sinh ph¶n lùc( lùc kÐo) cña ®éng c¬. H×nh 1.1d giíi thiÖu ®éng c¬ ph¶n lùc dïng chÊt «xy ho¸ thÓ khÝ (kh«ng khÝ). §Æc ®iÓm chÝnh cña ®éng c¬ ph¶n lùc lµ lùc 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¸y cã 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 tiÕp xóc víi khÝ nãng lu«n ®−îc lµm m¸t nªn kh«ng g©y ¶nh h−ëng ®Õn ®é tin cËy trong ho¹t ®éng cña ®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¬ liªn hîp 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®Ó dÉn ®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 ®ã råi n¹p vµo xilanh ®éng c¬ pitt«ng. ViÖc t¨ng l−îng khÝ n¹p vµo xilanh ®éng c¬ b»ng c¸ch t¨ng ¸p suÊt kh«ng khÝ trªn ®−êng n¹p ®−îc gäi lµ t¨ng ¸p. Khi t¨ng ¸p, mËt ®é kh«ng khÝ sÏ t¨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 suÊt lín 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 ®éng c¬ 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¬i n−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, thïng ng−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 suÊt cao 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·i nhÊt. V× vËy thuËt ng÷ “®éng c¬ ®èt trong” ®−îc dïng víi ý kh¸i qu¸t chung cho c¸c lo¹i ®éng c¬ ®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. ...