Nội dung chính Công nghệ 11 - Công nghệ cơ khí Kết nối tri thức bài 20: Các hệ thống trong động cơ đốt trong

BÀI 20. CÁC HỆ THỐNG TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I. HỆ THỐNG BÔI TRƠN

1. Nhiệm vụ và phân loại hệ thống bôi trơn

- Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt làm việc của các chi tiết để giảm ma sát và nhiệt độ giữa các chi tiết. 

- Động cơ đốt trong sử dụng nhiều loại hệ thống bôi trơn khác nhau. Một số hệ thống bôi trơn thường gặp trên các động cơ thông thường gồm:

+ Bôi trơn bằng vung té.

+ Bôi trơn qua nhiên liệu.

+ Bôi trơn cưỡng bức.

2. Hệ thống bôi trơn cưỡng bức

- Khi hệ thống làm việc bình thường, dầu bôi trơn được bơm (3) hút từ các te (1) qua lưới lọc (2), sau đó đi qua bầu lọc số (6), qua van (7) đến đường dầu chính (10) và tiếp tục đến các đường dầu (11), (12), (13) để đến bôi trơn các bề mặt chi tiết, sau đó trở về các te. 

- Nếu áp suất dầu ở trên các đường dầu vượt quá giá trị cho phép, van an toàn (4) mở để dầu quay về trước bơm (3) nhằm làm giảm áp suất lên các đường ống. Còn trong trường hợp bầu lọc (6) bị tắc, van an toàn (5) của bầu lọc sẽ mở dầu qua van (5) đề lên đường dầu chính. 

- Nếu nhiệt độ dầu quá cao (khoảng 80 °C), van (7) đóng một phản, dầu đi qua két làm mát (8) và tại đây, dầu được làm mát rồi tiếp tục được đưa đến các đường dầu (10). (11) (12), (13) để bôi trơn bề mặt các chi tiết.

II. HỆ THỐNG LÀM MÁT

1. Nhiệm vụ và phân loại

- Hệ thống có nhiệm vụ giữ cho nhiệt độ của các chi tiết của động cơ không vượt quá giới hạn cho phép để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ đốt trong.

- Căn cứ vào môi chất làm mát, hệ thống làm mát được chia thành: hệ thống làm mát bằng nước và hệ thống làm mát bằng không khí.

2. Hệ thống làm mát bằng nước

3. a) Cấu tạo

- Nước được dùng làm môi chất trung gian tải nhiệt khỏi các chi tiết. Trong quá trình làm việc, tốc độ lưu động của nước chủ yếu do bơm quyết định.

1. b) Nguyên lí làm việc

- Khi động cơ đốt trong làm việc, nhiệt từ động cơ sẽ làm cho áo nước nóng dần lên. Nước làm mát có nhiệt độ thấp được bơm (10) hút từ bình chứa phía dưới két nước (5) qua các đường ống để làm mát các chi tiết. 

- Khi nhiệt độ nước làm mát còn thấp (nhỏ hơn 80 °C), van hằng nhiệt (4) đóng đường thông với két (5), mở hoàn toàn đường thông với ống (8) để nước làm mát được chảy thẳng về bom và tiếp tục được bơm đầy vào động cơ. Điều này sẽ giúp nhiệt độ nước trong áo nước tăng nhanh, rút ngắn thời gian hâm nóng động cơ.

- Khi nhiệt độ nước làm mát đạt đến giới hạn (từ 80°C đến 90°C), van hằng nhiệt (4) mở cả hai đường thông với kết (5) và ống (8).

- Khi nhiệt độ nước làm mát vượt quá giới hạn (lớn hơn 90 °C), van hằng nhiệt (4) mở hoàn toàn đường thông với két nước (5), đường thông với ống (8) đóng. 

- Nước nóng qua két (5) sẽ được làm mát nhờ quạt gió (7) hút không khí vào, sau đó nước làm mát sẽ được bơm (10) hút trở lại áo nước và tiếp tục vòng làm việc mới.

3. Hệ thống làm mát bằng không khí

4. a) Cấu tạo

- Hệ thống gồm các cánh tản nhiệt được đúc bao ngoài xi lanh và nắp máy, ngoài ra ở một số động cơ tĩnh tại nhiều xi lanh, để tăng hiệu suất làm mát còn có quạt gió được dẫn động từ trục khuỷu và có các tấm hướng gió.

1. b) Nguyên lí làm việc

- Nhiệt từ các chi tiết khi động cơ làm việc sẽ được truyền tới các cánh tản nhiệt rồi tỏa ra không khí.

- Hệ thống có sử dụng quạt gió làm mát sẽ làm tăng lưu lượng gió để tăng hiệu quả làm mát. Các tấm hướng gió (3) có tác dụng phân phối không khí sao cho các xi lanh được làm mát đồng đều nhất.

III. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU

1. Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng

2. a) Nhiệm vụ và phân loại

- Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng có nhiệm vụ dự trữ, cung cấp nhiên liệu và tạo thành hóa khí phù hợp với chế độ làm việc của động cơ.

- Hiện nay hệ thống nhiên liệu động cơ xăng chính là: hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí; hệ thống nhiên liệu dùng vòi phun.

1. b) Cấu tạo và nguyên lí làm việc

- Nguyên lí làm việc của hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí: Xăng từ thùng chứa (1) được bơm (3) hút qua lọc (2) đến buồng phao (4) của bộ chế hoà khí. Tại kì nạp, không khí được hút vào động cơ đi qua họng khuếch tán (6) với vận tốc cao, xăng được hút từ buồng phao qua gíc lơ (5) hoà trộn với không khí trở thành hoà khí và được nạp vào xi lanh của động cơ. Lượng hoà khí nạp vào động cơ phụ thuộc vào độ mở của bướm ga (7), phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ.

- Nguyên lí làm việc của hệ thống nhiên liệu dùng vòi phun: Xăng được bơm xăng hút từ thùng xăng, qua bầu lọc và bộ điều chỉnh áp suất dến vòi phun với áp suất cao và ổn định. Sau đó xăng được phun vào đường ống nạp để hòa trộn cùng với không khí và nạp vào xi lanh.

2. Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

3. a) Nhiệm vụ và phân loại

- Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel có nhiệm vụ dự trữ, cung cấp không khí và dầu diesel vào trong xi lanh phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ.

- Hệ thống nhiên liệu diesel có hai loại chính sau: hệ thống nhiên liệu diesel thông thường và hệ thống  nhiên liệu diesel điều khiển điện tử.

1. b) Cấu tạo và nguyên lí làm việc

- Khi động cơ làm việc, ở kì nạp, không khí được hút qua bầu lọc khí, qua đường ống nạp đi vào xi lanh. Dầu diesel được bơm hút từ thùng chứa qua bầu lọc thô đến bầu lọc tinh và đưa tới khoang chứa của bơm cao áp để tạo áp suất cao. Đến cuối kì nén, dầu diesel được vòi phun phun với áp suất cao vào trong xi lanh và hòa trộn với không khí có nhiệt độ và áp suất cao nên tự bốc cháy.

IV. HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

1. Nhiệm vụ và phân loại

- Hệ thống khởi động có nhiệm vụ làm quay trục khuỷu cơ đến số vòng quay nhất định để động cơ có thể tự nổ máy được.

- Hệ thống khởi động gồm có: hệ thống khởi động bằng tay, hệ thống khởi động bằng động cơ điện, hệ thống khởi động bằng động cơ phụ, hệ thống khởi động bằng khí nén.

2. Cấu tạo và nguyên lí làm việc

- Khi khoá khởi động (8) được đóng, lõi thép của rơ le điện (10) bị hút sang trái, qua cần dẫn động (11), khớp bánh răng khởi động (12) được đẩy sang phải đề vành răng của nó ăn khớp với vành răng của bánh đà (14) của động cơ đốt trong, Đồng thời khi đó tiếp điểm K-K đóng lại ở đưa điện vào mạch nối tiếp stato (2) có góp (6) rô to (4) của động cơ điện khởi động, làm động cơ điện quay, mô men quay của nó được truyền qua vành răng của bánh đà (14), do đó làm quay trục khuỷu động cơ đốt trong đến tốc độ vòng quay cần thiết để khởi động động cơ. 

- Khi động cơ đốt trong đã làm việc, khoá khởi động (8) được tắt để ngắt dòng điện vào rơ le điện (10) tiếp điểm K-K mở sẽ ngắt dòng điện vào động cơ điện làm đồng cơ điện dừng hoạt động. Đồng thời khi đó lò xo (9) đẩy rơ le (10) dịch chuyển sang phải (vị trí ban đầu). Khớp bánh răng khởi động (12) tách khỏi vành răng của bánh đà (14).

V. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG

1. Nhiệm vụ và phân loại

- Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện năng lượng cao để đốt cháy hòa khí trong xi lanh động cơ xăng đúng thời điểm.

- Hệ thống đánh lửa có thể phân chia thành hệ thống đánh lửa thường và hệ thống đánh lửa điện tử.

2. Cấu tạo và nguyên lí làm việc

- Khi động cơ làm việc, khoá điện (2) đóng, dòng điện sơ cấp từ cực dương của nguồn đi qua điện trở (3) tới cuộn sơ cấp W1 của biến áp đánh lửa (5) rồi đến bộ tạo xung (7). Bộ tạo xung (7) thực chất có một cặp tiếp điểm đóng mở do một trục cam, trục cam này thường đồng trục với bộ chia điện (9) và được dẫn động từ trục khuỷu động cơ. Khi cặp tiếp điểm đóng, dòng điện sơ cấp đi qua cặp tiếp điểm rồi về cực âm của nguồn. Khi trục cam quay làm cặp tiếp điểm mở, dòng điện sơ cấp đột ngột về không do vậy sẽ gây biến thiên đột ngột từ thông cảm ứng sang cuộn W2 của biến áp đánh lửa (5) nên đã sinh ra một suất điện động cảm ứng E2 rất cao (khoảng 15 kV - 20 kV). Điện thế này được dẫn đến bộ chia điện (9), qua con quay phân phối và dây cao áp (10) đến các bu gi (11) tạo ra tia lửa điện để đốt hỗn hợp trong xi lanh động cơ. 

- Tại thời điểm cặp tiếp điểm của bộ tạo xung (7) mở, cuộn dây W1 sinh ra một suất điện động tự cảm E1 khá cao (khoảng 200 V - 300 V) có thể tạo ra tia lửa điện tại cặp tiếp điểm và sẽ làm giảm tuổi thọ của cặp tiếp điểm. Nhờ tụ điện (6) lắp song song với cặp tiếp điểm nên tia lửa điện được dập tắt hoặc giảm đáng kể. 

- Khi khởi động bằng acquy, điện áp acquy bị sụt khá nhiều do phải cung cấp điện cho động cơ điện khởi động, lúc này dòng sơ cấp nhỏ dẫn tới E2 nhỏ, nên chất lượng đánh lửa kém làm động cơ khó khởi động. Để khắc phục hiện tượng này, nên khi khởi động khoá hỗ trợ khởi động (4) sẽ đóng, điện trở (3) bị nối tắt nên dòng sơ cấp không bị giảm so với chế độ động cơ đang làm việc. Sau khi kết thúc khởi động, khoá (4) phải được mở ra.

VI. HỆ THỐNG XỬ LÍ KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ

1. Nhiệm vụ và phân loại

- Hệ thống xử lí khí thải động cơ có nhiệm vụ xử lí, giảm bớt nồng độ các chất độc hại trong khí thảo của động cơ trước khi thải ra môi trường trong quá trình động cơ làm việc

- Hệ thống xử lí khí thải gồm hai loại chính sau: hệ thống xử lí khí thải sử dụng trên động cơ Diesel và hệ thống xử lí khí thải sử dụng trên động cơ xăng.

2. Hệ thống luận hồi khí thải EGR kết hợp DOC và DPF trên động cơ Diesel 

3. a) Cấu tạo

- Hệ thống EGR: tuần hoàn khí thải.

- Bộ lọc DOC: đốt cháy muội than, oxi hóa NO trên đường xả động cơ Diesel.

- Bộ lọc hạt DPF: loại bỏ thành phần PM trong khí thải.

1. b) Nguyên lí làm việc

- Khí thải đi qua bộ xử lí oxi hóa DOC, các thành phần CO, HC và NO trong khí thải bị oxi hóa để tạo thành CO2, H2O và NO2. Sau đó khí thải tiếp tục đi qua bộ lọc DPF để giữ lại PM.

- Một phần thích hợp khí thải sau khi ra khỏi DPF được đưa quay trở lại đường nạp thông qua định lượng EGR để hòa trộn với khí nạp mới trước khi nạp vào xi lanh. Mục đích của luân hồi khí thải là để giảm phát thải NOx. Để đảm bảo nhiệt độ khí nạp không quá cao trước khi vào xi lanh, khí luân hồi cần được làm mát.

3. Bộ xử lí ba thành phần trên động cơ xăng

4. a) Cấu tạo

- Bộ xử lí ba thành phần được bố trí nằm giữa đường ống thải động cơ và bộ giảm âm, nhưng gần đường ống thải hơn để tận dụng nhiệt lượng có các phản ứng hóa học, vật liệu chế tạo là thép không gỉ, hình trụ tròn hoặc ô van, ở hai đầu có lắp mặt bích để nối với các đường ống trung gian trong hệ thống thải.

1. b) Nguyên lí làm việc

Khí thải của động cơ đi qua bộ xử lí ba thành phần, các thành phần CO, HC và NO trong khí thải bị oxi hóa để tạo thành CO2, H2O và NO2 dựa theo phản ứng oxi hóa CO và HC với các chất xúc tác là Pt, Pd; phản ứng khử NO với chất xúc tác Rh.