Động cơ đốt trong loại 4 kỳ bao gồm các kỳ như sau: Kỳ hút, kỳ nén, kỳ nổ, kỳ xả. Tương ứng với 1 kỳ pít tong sẽ đi hết 1 hành trình từ điểm chết trên đến điểm chết dưới hoặc ngược lại.
Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong 4 kỳ
Quá trình nạp
Quá trình nạp được tiến hành chủ yếu do piston chuyển động từ điểm chết trên đến điểm chết dưới tạo ra sự chênh áp, do đó môi chất được hút vào xilanh. Khí nạn mới của động cơ xăng nói chung [trừ loại động có phun xăng trực liếp vào buồng cháy] là hỗn hợp của xăng và không khí còn của động cơ diesel và động cơ phun xăng trực tiếp là không khí.
Trong thực tế, quá trình nạp bắt đầu tại điểm d1 [hình 1 - 5a ] tướng ứng với vị trí góc phi 1 trước điểm chết trên, xupap nạp mở. Góc phi 1 được gọi là góc mở sớm xu páp nạp.
Hình 1-5. Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ không tăng áp
a. Đồ thị công ; b. Đồ thị pha
Sau khi đến điểm chết trên, piston bất đầu đi xuống, áp suất trong xylanh giảm dần. Từ thời điểm ấp suất trong xylanh bằng áp suất trên đường ống nạp Px trở đi cho đến khi piston tới điểm chết dưới tại điểm a, khí nạp mới đước hút vào trong xylanh. Mở sóm xupap nạp nhằm mục đích, khi khí nạp mới thực sự đi vào xylanh thì diện tích thông qua của xupap nạp đã khá lớn nên sức cản khí động nhỏ, do đó nạp được nhiều khí nạp mới.
Tân dụng quán tính của dòng khí nạp để nạp thêm, xupap nạp chưa đóng tại điểm chết dưới mà đóng sau đó một góc Phi 2 [hình 1-5b] tại điểm d2; [hình 1-5b] Góc Phi 2 gọi là góc đóng muộn xupap nạp, Từ a đến điểm d2 gọi là thời kỳ nạp thêm
Về mặt nguyên tắc, người ta sử dụng các biện pháp có thể để nạp được nhiều khí nạp mới, do đó đốt dược nhiều nhiên liệu, nhằm tận dụng khả năng động cơ phát ra công suất cao. Để đánh giá chất lượng quá trình nạp, người ta đưa ra thông số hệ số nạp. Đây là tỷ số giữa khối lượng môi chất thực tế nạp vào xylanh và lượng môi chất theo lý thuyết.
Do tổn thất khí động qua xupap nạp, do khí sót trong xylanh giãn nở ở đầu quá trình nạp và do môi chất môi được sấy nóng bởi khí sót và các chi tiết có nhiệt độ cao trong xylanh.
Quá trình nén
Pison tiếp lục chuyển động hướng tối điểm chết trên, Từ điểm dạ, là điểm xupap nạp đóng trồ đi, môi chất thực sự được nón. Trong quá trình nén, nhiệt độ và áp suấi trong xylanh tăng dần. Giữa môi chất và các chỉ tiết trong xylanh diễn ra quá Irinh trao đổi nhiệt rất phức tạp Để đơn giản trong tính toán, người ta coi quá trình nén là một quá trình đa biến với chỉ số nén đa biến trung bình n1. Trên có số đó có thế tính nhiệt độ T, và áp suất P, cuối quá trình nén đa biển tại điểm c [không cháy]
Đối với động có diesel, để nhiên liệu có thể tự cháy phải lớn hơn nhiệt độ tự chảy của nhiên liệu. Từ đó ta rút ra tỷ số nén £ phải lớn hơn một tỷ số nén giới hạn £gh Trong thực tế, tý số nén của động có diesel từ 12 đến 24. Mgước lại đối với động có xăng, nhiệt độ trong quá trình nén cao rất dễ gây ra kích nổ. Vì vậy tỷ số nén của động có xăng không cao và nằm trong khoảng 6 đến 12. Cuối quá trình nén tại góc Phi S, [hình 1-5b] trước điểm chết trên tại điểm c' [hình 1-5, a], nhiên liệu có áp suất cao được phun vào buồng cháy qua vòi phun đối với động có diesel để hòa trộn với không khí tạo thành hỗn họp ; còn đối với động có xăng bugi bật tia lửa điện để đốt hỗn hợp. Góc Phi S, dược gọi là góc phun sớm [động có diesel] hay góc đánh lứa sớm [động có xăng]
Quá trình cháy
Bản chất của quá trình cháy là quá trình ðxy hóa nhiên liệu, phản ứng này tỏa nhiệt. Sau mội khoảng thời gian ngấn chuẩn bị tính từ lúc bắt đầu phun nhiên liệu [động có diesel] hay bắt đầu bật tia lửa điện [động có xăng] quá trình cháy thực sự xảy ra. Giai đoạn này gọi là thời kỳ cháy trễ còn T¡ gọi là thời gian cháy trể [s]. Trong động có diesel, do hỗn họp hình thành bên trong xylanh nên đầu tiên phần hỗn họp được chuẩn bị và tích tụ trong giai đoạn cháy trễ sẽ cháy rất nhanh, tốc độ tăng áp suất rất lớn, tạo ra tiếng gõ rất đanh đặc thù cho động cơ diesel. Tiếp sau đó là giai đoạn vừa chuẩn bị hỗn hợp vừa cháy nên: cháy từ từ hơn. Vi thế, chu trình làm việc của động có diesel giống vối chu trình cấp nhiệt hỗn hợp [hình 1- 6a].
Còn ở hầu hết động có xăng, do hỗn họp được chuẩn bị bên ngoài xyianh nên khi vào trong xylanh hỗn họp có thành phần tướng đối đồng đều, do đó phần lón cháy rất nhanh sau thời gian cháy trễ, Vì thế chu trình làm việc của động cơ xăng gần với chu trình cấp nhiệt đẳng tích [hình 1-6b]
Hình 1-6. Quá mình cháy của động cơ diesel a] động cơ xăng b]
Tuy nhiên ở cả hai loại động cơ, sau khi cháy phần lớn hỗn hợp quá trình cháy còn tiếp tục với tốc độ cháy nhỏ kéo dài trên đường giãn nở do cháy nối phần hỗn họp chưa cháy gọi là cháy rút. Cháy rót chỉ làm nóng các chỉ tiết, hiệu quả sử dụng nhiệt thấp nên người ta cố gắng nghiên cứu và áp dụng các biện pháp để hạn chế chảy rốt như chọn góc phối khí và góc phun sớm hay đánh lửa sớm thích hợp, tận dụng Koáy lốc của môi chất trong quá trình nạp để hoàn thiện quá trình nạp và tăng tốc độ cháy ...
Quá trình giãn nở
Tiếp theo quá trình cháy là quá trình giãn nở sinh công [từ điểm z đến biểm b', hình l-5a]. Thực ra đầu quá trình giãn nỗ còn có quá trình cấp nhiệt do cháy rói. Mặt khác còn có hiện tượng trao đổi nhiệt giữỦa môi chất với thành vách các chí tiếU Vì vậy quá trình giản nö là một quá trình nhiệt động phúc tạp. Tướng tự như quá trình nén, người ta coi gần đúng đây là mội quá trình đa biến với chỉ số giản nó đa biến nạ. :
Quá trình xả
Cuối quá trình giãn nở, xupap thải được mở tại điểm b [hình 1-5a] tướng ứng với góc [hình 1-5 b] trước điểm chết dưới nhằm lợi dụng độ chênh áp Ộ trong xylanh với đường thải rhứi fq/ đo một lượng đáng kể khí đã cháy. Góc ga được gọi là góc nà sớm xupap [hải. Tiếp theo, do pisiton đi lên, khí cháy được thửi cưỡng bức qua xupap ra ngoài. Do tổn thất khí động khi qua xupap thải, áp suất trong xylanh trong quá trình thải cao hón so với áp suất trên đường thải pị. Nếu ấp suất p, càng cao, công bom trong quá trình thải càng lớn, mặt khác khí sót càng nhiều sẽ làm bẩn môi chất công tác của chu trình tiếp theo. Vĩ vậy người ta cố gắng tìm các biện pháp giảm p, như chọn góc m sốm xupap thải và thiết kế đường thải hợp lý. Miuốn lợi dụng quán tính của đòng khí thải để thải sạch thêm, cuối quá trình thải, xupap thải không đóng lại điểm chết trên mà đóng lại
điểm r' [hình 1- 5a] sau điểm chết trên tưởng ứng với góc [hình 1-5b] tức là ở đầu quá trình nạp của chu trình tiếp theo.
Như vậy cuối qua trinh thải và đầu quá trình nạp, cả bai xupap nạp và thải đều mở trong khoảng gọi là góc trùng điệp [hình 1- 5b]. Do chênh áp nhỏ và tiết điện thông qua của xupap nạp còn rất nhỏ nên lướng khí thải lọt vào đường nạp không đáng kể.
Tóm lại, một chu trình làm việc của động có 4 kỳ tưởng ứng với 4 hành trình của piston gồm có các quá trình đã xéi Ö trên. Để thải sạch uà nạp đầy, phải lựa chọn các góc mỏ sớm, đóng muộn của các xupap còn gọi là pha phối khí hợp lý. Pha phốt khi cũng như góc phun sóm [động có diesel} hay đánh lửa sốm [động có xăng] tối ưu thường được lựa chọn bằng thực nghiệm.
Động cơ đốt trong loại 2 kỳ thì 1 kỳ làm việc 2 nhiệm vụ: hút nên và 1 kỳ làm nhiệm vụ nổ xả.
Nguyên lý làm việc của động cơ 2 kỳ
Chu trinh làm việc của động có 2 kỳ, động có diesel cũng như động cơ xăng, được thực hiện sau 2 hành trình của piston. Tuy nhiên chỉ có các quá trình nạp, nén, giãn nö và thải có một số điểm khác biệt còn quá trình cháy vẫn giống như động có 4 kỳ. Do đó, dưới đây chỉ trình bày tóm tất diễn, biến các quá trịnh trong động có 2 kỳ trên có sở một mộ hình đón giản trình bày trên hình 1-7 mà không trình bày tỷ mỷ như ở động có 4 kỳ.
Hình 1.7 Nguyên lý làm việc động cơ 2 kỳ
Diễn biến của quá trình
Hành trình 1
Pision đi chuyển từ điểm chết trên đến điểm chết dưới, khí đã cháy và đang cháy trong xvlanh giãn nở sinh công. Khi pision mỏ cửa thải A, khí chấy có áp suất cao được thải tự do ra đường thải. Từ khi pision mở cửa quét B cho đến khi đến điểm chết dưới, khí nạp mi có áp suấi cao nạp vào xyianh đồng thời quét khí đã cháy ra cửa A.
Như vậy trong hành trình Ï gồm các quá trình ; cháy giãn nở, thải tự do, quét khí và nạp khí mốt.
Hành trình 2
Piston di chuyển từ điểm chết dưới đến điểm chết trên, quá trình quế: nạp vấn [tiếp tục cho đến khi pision đóng cửa Hình AT. Nguyệt T M rệc của động cơ 2 kỳ quét B. Từ dó cho đến khi pision đóng cửa thải Á, môi chất trong xylanh bị đẩy qua cửa thải ra ngoài, vì vậy giải đoạn này gọi là giai đoạn iọt khí Tiếp theo là quá trình nén bất đầu từ khi piston đóng cửa thải A cho tối khi nhiên liệu phun vào xylanh [động có diesel] hoặc bugi [động có xăng] bật tia lửa điện. Sau mội thồi gian cháy trễ rất ngấn quá trình cháy sẽ xảy ra.
Như vậy trong hành trình HH gồm có : quế vả nạp khí, lọt khí, nên và cháy. Theo cách tổ chức quét khí, người ta phân biệt các loại quếi khác nhau. Nếu quét khí như hình I-7 và 1-8a qua cửa thải gọi là quét vòng, còn như hình 1- Rhquét qua xupap thải và qua pion đối dinh như hình T-8c gọi là quét thẳng. Šo với quét vòng, dòng khí quét khi quét thẳng ít bị ngoặt nên chất lượng quá trình quét nạp tốt hơn.
Hình 1-8. Các kiểu quét khí của động cơ 2 kỳ
a] quét vòng b] và c] quét thẳng
Đặc điểm của động có 2 kỳ là khí nạp mối phải có áp suất pị đủ lớn để quét khí đã cháy ra đường thải có áp suất pạ. Thông thường người ta thiết kế máy nén khi riêng lắp trên động cơ hoặc tận dụng không gian bên dưới piston hộp trục khuỷyu để nén khí nạp như ở một vài động có xăng c nhỏ, hình 1- 9
Hình 1-9 Khí nén quét bằng hộp các te trục khuỷu