Phân tích cơ sở lý thuyết và mô phỏng đặc điểm, nguyên lý làm việc, quy trình tháo lắp, kiểm tra, điều chỉnh, sửa chữa hệ thống trao đổi khí, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát động cơ diesel

LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ đốt trong từ khi ra đời cho đến nay đã góp phần vào việc giải
phóng sức lao động cho con người, nâng cao năng suất lao động, thúc đẩy khoa học
kỹ thuật phát triển. Cùng với sự phát triển của cuộc cách mạng khoa học- công nghệ
như hiện nay, động cơ đốt trong không ngừng được cải thiện với nhiều tính năng
hiện đại hơn.
Với quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hóa đang ngày càng phát triển mạnh
mẽ nước ta đang phấn đấu trở thành một nước công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Để
đạt được mục tiêu đó đòi hỏi phải có một nguồn nhân lực dồi dào, có trình độ khoa
học kỹ thuật tốt. Vấn đề đào tạo nhân lực, phát triển nhân tài luôn được Đảng và
Nhà Nước ta đặc biệt chú trọng. Xuất phát từ chủ trương đó, các trường dạy học của
cả nước nói chung và trường Đại Học Nha Trang nói riêng rất chú trọng đến công
tác đào tạo, nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo trong nhà trường. Trường Đại
Học Nha Trang đã và đang xây dựng chương trình giáo trình điện tử với mục đích
đáp ứng nhu cầu học tập ngày càng cao của sinh viên. Giúp sinh viên có điều kiện
quan sát những mô hình lý thuyết, từ đó dễ dàng tiếp cận thực tế.
Xuất phát từ lý do đó nên tôi quyết định chọn đề tài :“ Phân tích cơ sở lý
thuyết và mô phỏng đặc điểm, nguyên lý làm việc, quy trình tháo lắp, kiểm tra,
điều chỉnh, sửa chữa hệ thống trao đổi khí, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm
mát động cơ diesel ” làm đồ án tốt nghiệp cho mình, nhằm góp phần nhỏ bé của
mình vào việc xây dựng bài giảng điện tử để phục vụ giảng dạy môn động cơ tại
trường Đại Học Nha Trang. Nội dung của đề tài này bao gồm có 6 chương:
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình tháo lắp, kiểm
tra, điều chỉnh, sửa chữa hệ thống trao đổi khí động cơ diesel.
Chương 3: Đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình tháo lắp, kiểm
tra, điều chỉnh, sửa chữa hệ thống bôi trơn động cơ diesel.
Chương 4: Đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình tháo lắp, kiểm
tra, điều chỉnh, sửa chữa hệ thống làm mát động cơ diesel.
- 2 -
Chương 5: Thiết kế mô phỏng.
Chương 6: Kết luận và đề xuất ý kiến.
Sau 3 tháng làm việc nghiêm túc cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy
giáo Th.s Nguyễn Đình Long nay tôi đã hoàn thành bản đồ án của mình.
Vì đây là lĩnh vực mới, khả năng của bản thân có hạn nên đề tài còn bị thiếu
sót. Qua đây tôi rất mong được sự góp ý của quý thầy cô giáo cùng bạn đọc và cuối
cùng tôi xin được bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong bộ môn đã tận
tình truyền thụ kiến thức, đặc biệt là thầy giáo Th.S Nguyễn Đình Long đã quan
tâm, hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án này.

CHƯƠNG 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Giới thiệu chung về động cơ
Động cơ đốt trong từ khi ra đời cho đến nay đã góp phần vào việc giải phóng
sức lao động cho con người, nâng cao năng suất lao động, thúc đẩy khoa học kỹ
thuật phát triển. Với cuộc cách mạng khoa học công nghệ như hiện nay, động cơ đốt
trong không ngừng được cải thiện với nhiều tính năng hiện đại hơn góp phần vào sự
phát triển của sản xuất.
Vậy, động cơ là gì và động cơ đốt trong là gì?
Động cơ là loại máy có chức năng biến đổi một dạng năng lượng nào đó
thành cơ năng.
Ta có thể phân loại tổng quát động cơ như hình 1.1
Động cơ nhiệt là loại máy có chức năng biến đổi nhiệt năng thành cơ năng.
……
Động cơ
Đốt trong
Động cơ
Đốt ngoài
Tuabin k hí
Đ T Đ T k i ểu
notsip…………
Động cơ
Động cơ
Điện
Động cơ
Gió
Động cơ
Nhiệt
Động cơ
Thủy lực
Đ /cơ p h ản
lự c
Tên l ử a
Hình 1.1. Phân loại tổng quát động cơ
- 4 -
Căn cứ vào vị trí đốt nhiên liệu, người ta phân chia động cơ nhiệt thành hai:
động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài. Ở động cơ đốt trong, nhiên liệu được đốt
cháy bên trong không gian công tác động cơ. Ở động cơ đốt ngoài, nhiên liệu được
đốt cháy trong lò đốt riêng biệt để cấp nhiệt cho môi chất công tác (MCCT), sau đó
MCTC được dẫn vào không gian công tác của động cơ, tại đó MCCT dãn nở để
chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng.
Theo cách phân loại như trên thì các loại động cơ có tên thường gọi như:
động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ piston quay, động cơ piston tự do, động cơ
phản lực, tuabin khí… đều có thể xếp vào nhóm động cơ đốt trong; còn động cơ hơi
nước kiểu piston, động cơ stirling, tuabin hơi nước thuộc nhóm động cơ đốt ngoài.
Tuy nhiên theo quy ước, thuật ngữ “động cơ đốt trong” ( internal combustion
Engine ) thường được dùng chỉ loại động cơ có cơ cấu truyền lực kiểu piston –
thanh truyền – trục khuỷu, trong đó piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong
xylanh động cơ. Các loại động cơ khác thường được gọi bằng các tên riêng, ví dụ:
động cơ piston quay ( rotary engine ), động cơ phản lực ( jet engine ), tuabin khí
(gas tuabin ).
Động cơ đốt trong được phân loại theo các tiêu chí khác nhau như bảng 1.1.
Động cơ đốt cháy bằng tia lửa – loại động cơ đốt trong hoạt động theo nguyên
lý: nhiên liệu được đốt cháy bằng tia lửa được sinh ra từ nguồn nhiệt bên ngoài
không gian công tác của xylanh. Chúng ta có thể gặp những kiểu động cơ đốt cháy
bằng tia lửa với các tên gọi khác như: động cơ Otto, động cơ carburetor, động cơ
phun xăng, động cơ đốt trong cưỡng bức, động cơ hình hành hỗn hợp cháy từ bên
ngoài, động cơ xăng, động cơ gas .v.v. Nhiên liệu dùng cho động cơ đốt cháy bằng
tia lửa thường là nhiên liệu lỏng dễ bay hơi như: xăng, cồn, benzol, khí hóa lỏng…
Trong các loại nhiên liệu kể trên thì nhiên liệu xăng là sử dụng phổ biến nhất từ thời
kỳ đầu phát triển động cơ cho đến nay.
- 5 -
Bảng 1.1
Tiêu chí Phân loại
Loại nhiên liệu Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng dễ bay hơi như:
xăng, cồn, benzol…
Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng khó bay hơi như:
gas oil, mazout…
Động cơ chạy bằng khí đốt.
Phương pháp đốt
cháy
Động cơ đốt cháy bằng tia lửa
Động cơ diesel
Động cơ semidiesel
Cách thực hiện
CTCT
Động cơ 4 kỳ
Động cơ 2 kỳ
Phương pháp nạp
khí mới
Động cơ không tăng áp
Động cơ tăng áp
Đặc điểm kết cấu Động cơ một hàng xylanh
Động cơ Hình sao, Hình chữ V, W, H…
Động cơ có một hàng xylanh thẳng đứng, ngang,
nghiêng.
Theo tính năng Động cơ thấp tốc, trung tốc và cao tốc
Động cơ công suất nhỏ, vừa và lớn
Theo công dụng Động cơ cơ giới đường bộ
Động cơ thủy
Động cơ máy bay
Động cơ tĩnh tại
Động cơ diesel – là loại động cơ đốt trong hoạt động theo nguyên lý: nhiên
liệu tự đốt cháy khi được phun vào buồng đốt chứa khí nén có áp suất và nhiệt độ
cao.
- 6 -
Động cơ 4 kỳ - loại động cơ đốt trong có chu trình công tác được hoàn thành
sau 4 hành trình của piston.
Động cơ 2 kỳ - loại động cơ đốt trong có chu trình công tác được hoàn thanh
sau 2 hành trình của piston.
 Ưu, nhược điểm của động cơ đốt trong so với các loại động cơ nhiệt khác là:
- Ưu điểm
+ Hiệu suất có ích e cao , động cơ diesel tăng áp bằng tua bin khí hiện đại
có hiệu suất có ích đạt tới e = (0,4 0,52) , trong khi đó hiệu suất có ích của máy
hơi nước e =(0,09 0,14), của tuabin hơi nước e = (0,02  0,28) và của tuabin khí
e không quá 0,3.
+ Kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhẹ vì toàn bộ chu trình của động cơ đốt
trong được thực hiện trong một thiết bị duy nhất.
+ Khởi động, vận hành, chăm sóc dễ dàng.
- Nhược điểm
+ Không phát ra mômen lớn tại tốc độ quay nhỏ nên không khởi động được
khi có tải.
+ Khả năng quá tải kém.
+ Công suất cực đại không cao.
+ Nhiên liệu đắt và cạn dần trong thiên nhiên.
+ Ô nhiễm môi trường vì khí xả và ồn.
Mặc dù vậy, do những ưu điểm kể trên, nên động cơ đốt trong được sử dụng
rộng khắp trên các lĩnh vực công nghiệp, nông lâm ngư nghiệp, giao thông vận tải...
Do đó, trong vài ba thập niên tới, động cơ đốt trong vẫn là loại động cơ
không thể thay thế, do những động cơ khác tuy ưu việt hơn nhưng vì lý do kinh tế
và kỹ thuật nên chưa được chế tạo hàng loạt.
Trong đồ án tốt nghiệp này ta chỉ nghiên cứu động cơ đốt trong, đối tượng
nghiên cứu cụ thể là động cơ diesel.
1.2. Cấu tạo động cơ diesel
Cấu tạo của động cơ bao gồm các bộ chính phận sau:
- 7 -
- Bộ phận cố định
- Cơ cấu dẫn động
- Các hệ thống phục vụ
1.3. Các hệ thống phục vụ động cơ diesel
1.3.1. Nhiệm vụ
Để đảm bảo cung cấp đủ nhiên liệu, dầu nhờn, nước và không khí cho động
cơ diesel chính và phụ, cũng như loại bỏ sản phẩm cháy của thiết bị năng lượng tàu
và điều khiển nó, người ta trang bị các hệ thống phục vụ.
1.3.2. Phân loại hệ thống phục vụ động cơ
Rõ ràng sự làm việc tin cậy của động cơ diesel phụ thuộc trực tiếp vào sự
hoạt động của các hệ thống phục vụ. Do vậy yêu cầu độ tin cậy của các hệ thống
phục vụ không được thấp hơn độ tin cậy của chính động cơ. Các hệ thống phục vụ
động cơ bao gồm:
- Hệ thống nhiên liệu
- Hệ thống trao đổi khí
- Hệ thống bôi trơn
- Hệ thống làm mát
- Hệ thống khởi động động cơ
- Hệ thống điều khiển
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
+ Đối tượng nghiên cứu: động cơ diesel
+ Phạm vi nghiên cứu: gồm các hệ thống
- Hệ thống trao đổi khí
- Hệ thống bôi trơn
- Hệ thống làm mát
Ở các khía cạnh: mô phỏng đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình
tháo lắp các bộ phận của 3 hệ thống nói trên.
- 8 -
CHƯƠNG 2
ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, QUY TRÌNH THÁO LẮP,
KIỂM TRA, ĐIỀU CHỈNH, SỬA CHỮA HỆ THỐNG TRAO ĐỔI KHÍ
ĐỘNG CƠ DIESEL
2.1. Tổng quan về hệ thống trao đổi khí động cơ diesel
2.1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu
2.1.1.1. Nhiệm vụ
Hệ thống thay đổi khí có nhiệm vụ đóng và mở các xupap xả và nạp đối với
động cơ 4 kỳ, còn ở động cơ 2 kỳ thì piston điều khiển việc đóng mở các cửa quét
và cửa xả, phục vụ cho việc xả sạch hết sản vật cháy trong xylanh từ chu trình trước
ra khỏi xylanh và nạp đầy không khí mới, sạch vào xylanh động cơ nhằm đảm bảo
đốt cháy hết nhiên liệu trong chu trình tiếp theo, lượng không khí nạp vào xylanh
càng nhiều và công suất động cơ sinh ra càng lớn.
2.1.1.2. Yêu cầu
Các xupap phải đóng mở đúng thời điểm quy định. Đối với động cơ 2 kỳ,
piston cũng phải đóng mở cửa nạp, cửa xả đúng thời điểm, các bộ phận truyền động
của hệ thống phải hoạt động chính xác.
Các xupap phải kín khít, không để nó lọt khí để đảm bảo công suất động cơ
và hiệu suất cao. Độ mở của các xupap phải đủ lớn để khí lưu thông dễ dàng.
Việc nạp phải đầy, nghĩa là hệ số nạp phải cao, việc xả phải sạch, nghĩa là hệ
số khí sót phải thấp. Yêu cầu này đạt đến đâu tùy thuộc vào từng loại động cơ 4 kỳ
hay 2 kỳ, phương pháp trao đổi khí, cấu tạo các bộ phận của cơ cấu.
2.1.2. Phân loại
 Động cơ không tăng áp
- Động cơ diesel 4 kỳ
+ Xupap treo
+ Xupap đặt
- Động cơ diesel 2 kỳ
+ Quét vòng
- 9 -
+ Quét thẳng
 Động cơ tăng áp
- Tăng áp cơ khí
- Tăng áp nhờ năng lượng khí thải
- Tăng áp hỗn hợp
2.2. Đặc điểm, nguyên lý làm việc, quy trình tháo lắp, kiểm tra, điều chỉnh, sửa
chữa hệ thống trao đổi khí động cơ diesel
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý các hệ thống phân phối khí
2.2.1.1. Động cơ không tăng áp
1. Động cơ diesel 4 kỳ
a. Xupap treo
Sơ đồ của hệ thống trao đổi khí có xupap treo được thể hiện như hình 2.1.
Hình 2.1. Cơ cấu phân phối khí có xupap treo
1. trục cam; 2. con đội; 3. lò xo xupap; 4. xupap; 5. nắp máy; 6. thân máy; 7. đũa
đẩy; 8. đòn gánh; 9. cò mổ
- 10 -
- Nguyên lý hoạt động
Khi động cơ hoạt động, trục khuỷu quay sẽ truyền chuyển động cho trục cam
1. Khi trục cam 1 quay, quả cam truyền chuyển động tịnh tiến cho con đội 2, đũa
đẩy 7 làm cho đòn gánh 8 quay quanh trục của nó. Đầu đòn gánh sẽ đè xupap 4
xuống mở cửa cho khí đi vào xylanh, khi vấu cam ở vị trí cao nhất thì xupap mở
hoàn toàn.
Trục cam tiếp tục quay làm vấu cam đi xuống, lúc này cam không còn đội
con đội nữa, dưới tác dụng của lực lò xo 4 làm cho xupap đậy kín bệ xupap, đồng
thời đũa đẩy đi xuống theo chiều ngược lại.
Tùy loại xupap nạp hay xả, mà ta có thể điều chỉnh khe hở nhiệt của các
xupap này. Sở dĩ cần phải có khe hở nhiệt là vì khi động cơ hoạt động, dưới tác
dụng của nhiệt độ và áp suất của môi chất công tác trong buồng đốt rất cao, xupap
tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ cao nên giãn nở, làm tăng chiều dài xupap, buồng đốt
bị hở, động cơ hoạt động với công suất không đạt yêu cầu, hiệu suất không cao.
Ngoài ra hệ thống còn có trục giảm áp dùng để đóng hoặc mở hé xupap xã để thực
hiện việc giảm áp cho xylanh khi cần.
Thông thường, khe hở nhiệt của xupap xả nằm trong khoảng (0,3  1,5) mm,
còn xupap nạp nằm trong khoảng (0,1  0,2) mm.
Số xupap trên nắp xylanh, tỷ số kết cấu của xupap được bố trí và chọn sao
cho phù hợp. Động cơ diesel 4 kỳ bố trí từ 2 đến 4 xupap trên nắp xylanh. Góc côn
của đĩa xupap thường chọn  = (30  45).
- Ưu nhược điểm của loại cơ cấu này: Có nhiều chi tiết hơn và được bố trí ở
thân máy và nắp xylanh nên làm tăng chiều cao động cơ. Lực quán tính của các chi
tiết tác dụng lên bề mặt cam và con đội lớn hơn. Nắp máy của động cơ phức tạp hơn
nên khó khăn khi chế tạo. Tuy nhiên, do xupap bố trí trong phần không gian của
xylanh dạng treo nên buồng cháy rất gọn. Đây là điều kiện tiên quyết có tỷ số nén
cao. Mặt khác, dòng khí lưu động ít bị ngoặt nên tổn thất nhỏ, tạo điều kiện thải
sạch và nạp đầy hơn.
- 11 -
b. Xupap treo có trục cam đặt trên nắp xylanh
Sơ đồ hệ thống trao đổi khí xupap treo có trục cam đặt trên nắp xylanh được
thể hiện trên hình 2. 2.
- Nguyên lý hoạt động
Khi động cơ làm việc, trục cam 3 quay thì quả cam trên trục cam quay sẽ
truyền chuyển động tịnh tiến trực tiếp cho xupap 1, khi đó trục cam trực tiếp điều
khiển quá trình làm việc của các xupap, không cần thông qua con đội, đũa đẩy, đòn
gánh …
- Ưu nhược điểm của cơ cấu này: Hệ thống phân phối khí này tuy hệ trục và
2 cặp bánh răng côn có phức tạp, chế tạo khó, nhưng cơ cấu làm việc dịu êm hơn.
Bởi vì không có chi tiết máy chuyển động tịnh tiến qua lại có điểm dừng.
Loại này có xupap rỗng, ghép. Bulông 5 giúp ta điều chỉnh chiều dài xupap,
sẽ cho phép điều chỉnh khe hở nhiệt (giữa mặt tựa của cam và đuôi xupap). Tuy
nhiên khi làm việc, xupap xả thường nóng tới (300  400)C, vì vậy các đường ren
dễ bị kẹt do han rỉ, làm cho việc điều chỉnh bulông 5 khó khăn.
Hình 2.2. Cơ cấu phân phối khí có xupap treo, trục cam đặt trên nắp xylanh
1. xupap xả; 2. lò xo xupap; 3. trục cam; 4. đĩa tựa ; 5. bulông điều chỉnh;
6. thân xupap rỗng; 7. vành tựa; 8. mặt trụ; 9. đĩa tựa lò xo
- 12 -
Lò xo xupap ở đây gồm 2 cái khác nhau, đường kính khác nhau, chiều xoắn
ngược nhau, chiều dài bằng nhau, có tác dụng tránh cộng hưởng nên tăng độ bền,
hạn chế khả năng rơi xupap vào xylanh.
Ở các động cơ nhỏ đôi khi người ta đúc xupap thành một khối, như vậy
không điều chỉnh được khe hở nhiệt. Trong trường hợp này người ta để khe hở nhiệt
lớn một chút, khi mòn càng lớn ta có thể nghe tiếng gõ khi máy làm việc. Nhưng hệ
thống này cấu tạo đơn giản, làm việc an toàn.
c. Xupap đặt
Sơ đồ hệ thống trao đổi khí có xupap đặt được thể hiện trên hình 2.3.
- Nguyên lý hoạt động
Khi động cơ làm việc, trục cam quay, quả cam truyền chuyển động cho con
đội, con đội đẩy xupap lên mở cửa cho khí đi vào xylanh mà không cần thông qua
đũa đẩy, đòn gánh …Vào lúc cam không còn đội con đội nữa thì lò xo 3 giãn ra đậy
nắp xupap lại.
Hình 2.3. Hệ thống trao đổi khí có xupap đặt
1. trục cam;
2. con đội;
3. lò xo xupap;
4. xupap;
5. nắp máy;
6. thân máy;
- 13 -
Hệ thống phân phối khí này hoạt động thông qua con đội 2 trực tiếp truyền
chuyển động cho xupap 4. Khi thay đổi chiều cao tuyệt đối của con đội sẽ điều
chỉnh được khe hở nhiệt.
- Ưu nhược điểm của cơ cấu này: Hệ thống thay đổi khí có xupap đặt làm
tăng diện tích buồng đốt nhưng ít chi tiết và làm việc an toàn hơn hệ thống thay đổi
khí có xupap treo. Vì giả sử móng hãm xupap có tuột ra, xupap cũng không rơi vào
trong buồng đốt, không gây hư hỏng cho nhóm xylanh-piston.
Cơ cấu phân phối khí xupap đặt chỉ được dùng trong một số động cơ xăng và
phương tiện vận tải.
d. Lắp ráp
Khi lắp ráp hệ thống trao đổi khí kiểu xupap treo cần lưu ý những vấn đề
sau:
- Vị trí ăn khớp giữa bánh răng trung gian với bánh răng trục khuỷu và trục
phân phối khí phải đúng. Truyền động xích, đai và các dạng khác cũng vậy.
- Khe hở nhiệt phải đảm bảo. Khi để khe hở nhỏ quá sẽ hở buồng đốt hoặc
gây nguy hiểm cho piston.
Khe hở nhiệt được điều chỉnh khi động cơ nguội, lúc xupap đóng hoàn toàn.
Vào cuối thời kỳ nén, khi piston ở điểm chết trên, các xupap nạp và xả đóng kín,
tiến hành điều chỉnh vào lúc này là đúng.
Trên bánh đà của động cơ lúc nào cũng có dấu để xác định thời điểm này của
xylanh số 1 theo thứ tự sinh công của máy, dễ dàng xác định các thời điểm tương tự
của các xylanh còn lại.
2. Động cơ diesel 2 kỳ
Dựa theo hướng chuyển động của dòng khí quét, người ta chia ra kiểu quét
vòng và quét thẳng.
a. Hệ thống trao đổi khí quét vòng
Với phương án quét vòng, dòng khí chuyển động từ cửa quét lên nắp xylanh,
sau đó theo hướng ngược lại từ nắp xylanh xuống cửa xả, dựa vào các cửa quét và
- 14 -
cửa xả quanh chu vi xylanh người ta phân ra sơ đồ trao đổi khí quét vòng ngang và
quét vòng về một phía.
+ Sơ đồ trao đổi khí quét vòng ngang
Phương án này dùng cho nhiều loại động cơ, các cửa quét được bố trí đối
diện với các cửa xả, được chế tạo có góc nghiêng với trục tâm và đường kính
xylanh, chiều cao cửa xả lớn hơn chiều cao cửa quét. Sơ đồ hệ thống được thể hiện
trên hình 2.4.
Khi piston đi xuống, đến cuối hành trình giãn nở, các cửa xả mở, từ thời
điểm này đến lúc mở cửa quét, sản vật cháy tự do xả ra khỏi xylanh.
Piston tiếp tục đi xuống, và khi đỉnh của nó đi qua mép của cửa quét, khí nạp
mới đã được nén tới áp suất lớn hơn áp suất khí quyển tràn vào xylanh qua cửa quét,
đẩy phần khí cháy còn lại ra khỏi xylanh động cơ, đồng thời nạp đầy không gian
công tác của xylanh. Khi piston gần điểm chết dưới, một phần không khí thổi từ cửa
quét sang cửa xả, vì thế chất lượng làm sạch xylanh kém.
Sơ đồ thay đổi khí kiểu này có nhược điểm là: từ lúc đóng cửa quét đến lúc
đóng cửa xả thì một phần không khí bị rò lọt ra ngoài. Do làm sạch xylanh không
Hình 2.4. Sơ đồ trao đổi khí quét vòng ngang
- 15 -
hoàn thiện và tổn thất khí nạp, nên ở hệ thống thay đổi khí quét vòng ngang, lượng
khí sót tăng lên.
+ Sơ đồ trao đổi khí quét vòng về một phía
Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 2.5
Ở sơ đồ này, các cửa quét a và cửa xả b được bố trí về một phía, đường ống
xả, bình chứa khí quét bố trí về một bên, làm giảm chiều rộng động cơ. Các cửa xả
được bố cao hơn các cửa quét. Khi piston dịch chuyển xuống phía dưới, các cửa xả
được mở ra, lúc này diễn ra quá trình xả tự do. Piston tiếp tục dịch chuyển và mở
cửa quét. Lúc này diễn ra các quá trình quét và xả cưỡng bức cho đến khi đóng cửa
quét. Độ nghiêng xuống của các cửa quét và độ lõm của đỉnh piston tạo nên hướng
chuyển động của dòng khí về phía đỉnh, sau đó quét dọc lên nắp xylanh và quay trở
lại về cửa xả. Như vậy không khí nạp qua các cửa quét chuyển động vòng theo
xylanh. Phần lớn thời gian của thời kỳ này, không khí nạp vào xylanh đẩy sản vật
cháy ra ngoài. Gần cuối thời kỳ diễn ra sự hòa trộn không khí với khí xả và tổn thất
qua cửa xả. Trong các động cơ có sơ đồ thay đổi khí quét vòng về một phía, chất
Hình 2.5. Sơ đồ trao đổi khí quét về 1 phía của động cơ MAN
a. cửa quét; b. cửa xả
- 16 -
lượng làm sạch xylanh tốt hơn ( r = 0,05  0,09 ), nhưng suất tiêu hao không khí
quét không lớn ( a = 1,6 ).
Sau khi đóng các cửa quét, các cửa xả còn mở nên piston dịch chuyển đi lên
sẽ gây ra tổn thất khí nạp. Để rút ngắn thời kỳ này, các cửa quét được chế tạo cao
dần từ tâm ra ngoài, còn các cửa xả thì ngược lại.
b. Hệ thống trao đổi khí quét thẳng
Dòng không khí chuyển động dọc theo tâm xylanh và đẩy sản vật cháy ra
ngoài, không khí ít hòa trộn với khí cháy. Nhờ trao đổi khí tốt, các động cơ tàu thủy
2 kỳ quét thẳng có hệ số khí sót thấp ( r = 0,05  0,09 ). Dựa vào kết cấu của cơ cấu
điều khiển xả, sơ đồ hệ thống thay đổi khí quét thẳng được phân ra: quét thẳng qua
xupap và quét thẳng qua cửa.
+ Sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua xupap thải (hình 2.6)
Các cửa quét 2 trong tất cả các trường hợp đều nằm phía dưới lót xylanh và
bố trí đều theo chu vi. Nhờ vậy đảm bảo tiết diện lưu thông khi chiều cao các cửa
quét không lớn, đồng thời phân bố đều không khí theo tiết diện ngang của xylanh.
Tất cả các cửa sổ được chế tạo đều nhau về hình dáng và chiều cao.
Hình 2.6. Sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua xupap thải
1. xupap xả; 2. cửa quét
- 17 -
Việc phân bố các cửa kiểu tiếp tuyến ( hình cắt A-A ) đảm bảo xoáy dòng
khí nạp vào xylanh và chuyển động hình vít từ cửa quét đến cửa xả 1. Vận động
xoáy kiểu tiếp tuyến của không khí được giữ nguyên cho đến cuối hành trình nén sẽ
tạo điều kiện hòa trộn tốt hỗn hợp.
Sản vật cháy từ xylanh xả qua các xupap bố trí ở nắp xylanh. Đối với các
động cơ khác nhau, số xupap thay đổi từ 1 đến 4. Các xupap được đẫn động bằng
trục phối khí thông qua cơ cấu cam hoặc dẫn động thủy lực. Khi piston dịch chuyển
xuống điểm chết dưới, các xupap xả được mở ra trước, từ thời điểm này đến thời
điểm mở cửa quét diễn ra xả tự do. Trong thời kỳ mở cửa, diễn ra đồng thời quét
xylanh và xả cưỡng bức. Các xupap xả được đóng muộn hơn các cửa quét, nhưng
tổn thất khí nạp không đáng kể, do đó có thể coi kết thúc quá trình trao đổi khí và
bắt đầu quá trình nén tương ứng với thời điểm đóng các cửa quét.
Việc sử dụng xupap xả cho phép lựa chọn pha phối khí có lợi nhất khi chế
tạo động cơ. Để giảm tổn thất khí nạp, một số động cơ dùng pha đóng mở các xupap
không đối xứng so với điểm chết dưới: góc mở sớm lớn hơn góc đóng muộn (so với
điểm chết dưới). Trong đó các động cơ thấp tốc hiện đại, nhờ tính kinh tế của chúng
và hiệu quả cao của hệ thống tăng áp mà không thể dùng các pha phối khí đối xứng
làm giảm ứng suất nhiệt xupap xả và không cần đảo chiều cơ cấu dẫn động các
xupap xả.
+ Sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua cửa thải
Sơ đồ hệ thống được dùng trong các loại động cơ piston đối đỉnh được thể
hiện trên hình 2.7. Sơ đồ trao đổi khí kiểu này có cửa xả 1 và cửa quét 2 được bố trí
ở 2 phía của xylanh. Một piston đóng mở cửa xả, một piston đóng mở cửa quét.
Để đảm bảo mở sớm các cửa xả và xả khí tự do thì cơ cấu trục khuỷu-thanh
truyền-piston đóng mở cửa xả được đặt sớm hơn (6  12) góc quay trục khuỷu so
với cửa quét, theo chiều quay của trục khuỷu. Nhờ vậy lúc bắt đầu trao đổi khí, các
cửa xả mở sớm hơn các cửa quét, đảm bảo xả tự do.
- 18 -
Cuối thời kỳ thay đổi khí, các cửa quét đóng muộn hơn các cửa xả nên có thể
nạp thêm. Các cửa được bố trí đều xung quanh lót xylanh, các cửa quét được bố trí
theo hướng tiếp tuyến, đảm bảo vận tốc xoáy lốc dòng khí trong xylanh giống như ở
sơ đồ thay đổi khí quét thẳng qua xupap. Hệ thống này có nhược điểm là kết cấu
phức tạp, ứng suất nhiệt của piston đóng mở cửa xả cao, làm xấu quá trình thay đổi
khí đối với động cơ tự đảo chiều khi làm việc ở hành trình lùi.
Để hướng dòng khí theo hướng xác định khi nạp vào xylanh thì các cửa quét
được chế tạo có góc nghiêng với trục và tâm của nó.
2.2.1.2. Động cơ diesel tăng áp
1.Tăng áp dẫn động cơ khí
Truyền động từ trục khuỷu động cơ, qua bánh răng, xích hoặc dây đai dẫn
động máy nén khí kiểu li tâm, kiểu rôto, phiến gạt hoặc kiểu trục vít …Việc truyền
động bằng cơ khí giữa động cơ và máy nén có thể với tỷ số truyền không đổi hoặc
thay đổi.
Máy nén khí 1 được truyền động từ động cơ qua bộ truyền động 2. Không
khí sạch ở bên ngoài môi trường được máy nén đẩy qua các cánh ống khuếch tán 3
sau đó cung cấp cho động cơ.
Hình 2.7. Sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua cửa thải
1. cửa xả; 2. cửa quét
- 19 -
Ưu điểm: có kết cấu tương đối đơn giản, chi phí cho lắp đặt, bảo dưỡng, vận
hành không cao mà hoạt động rất an toàn. Đảm bảo tính lai dắt động cơ là tốt nhất
so với các loại động cơ đang được tăng áp bằng các phương pháp khác.
Phương pháp tăng áp truyền động cơ giới chỉ áp dụng cho các động cơ có áp
suất tăng áp pk  (1,5 1,6) kG/cm2 , thường được sử dụng độc lập ở những động cơ
công suất nhỏ, mức độ tăng áp thấp, hoặc kết hợp với phương pháp tăng áp dùng
TBK-MN trong các động cơ cỡ lớn.
2. Tăng áp nhờ năng lượng khí thải
Nguồn năng lượng để nén không khí được lấy từ khí thải. Nhóm này lại được
chia làm 2 loại:
+ Tăng áp tuabin khí: Máy nén khí được dẫn động từ tuabin khí, hoạt động nhờ
năng lượng khí thải động cơ. Không khí từ ngoài trời qua máy nén được nén tới áp
suất pk > po rồi vào xylanh động cơ.
Do tăng áp tuabin khí được dẫn động nhờ năng lượng khí thải, không phải
tiêu thụ