THƯ VIỆN
DẠI HỌC THU‫ ؟‬SẢN

M

٠

‫ ا‬N THẾ SAN (Biên s ạn) - Đỗ DŨNG (Hiệu dinh)
KHOA CO KHÍ ĐỘNG L ự c

NG DẠI HỌC Sư PHẠM kY

thuật

TP.

hổ

CHÍ MINH

623.8
T r 121 S

.
C H Ữ H -B riũ TR Í

Hệlkếũạdim


TRAN TH Ế SAN — ĐỖ DŨNG
Khoa Co Khi Dộng Lực Trường Dại Học

sư

Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chi Mtnh

SỬA CHỮA-BẢO T R Ì
MẤY TÀU & HỆ THONG ĐIỆN

NHÀ xuAt bản dà nẩng


K^IỚ
Í uueu
gày nay động cơ diesel được sử dụng rộng rãi trên các tàu
thuyền hoạt động trên sông, ven biển, và ra khơi xa vài
trăm hải lý. Động cơ diesel có độ tin cậy cao trong môi
trường biển, tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn động cơ xăng, hiệu
quả hơn khi tàu thuyền có tải nhẹ đến tải toàn phần; khí
thải ít ô nhiễm hơn, và tính an toàn cao hơn. Công suất động cơ diesel trên
tàu thuyền hiện nay là từ vài chục đến vài trăm mã lực (HP), với nguyên lý
vận hành, cấu tạo, yêu cầu bảo trì, và quy trình sửa chữa hầu như không
khác nhau, dù có vài khác biệt giữa các nhà chế tạo động cơ (Detroit,
Cummins, Caterpillar, Nhật, ...).
Dù được sử dụng ngày càng rộng rãi, động cơ diesel vẫn còn một số
nhược điểm cần tiếp tục cải tiến. Hầu hết các thợ máy hiện nay đã vận
hành động cơ diesel nhiều năm với kinh nghiệm và bản lĩnh cao hơn,
nhưng có lẽ họ không có thời gian để nghiên cứu các quy trình bảo trì, sửa
chữa động cơ diesel và hệ thống điện trên tàu thuyền một cách bài bản và
hệ thống. Nội dung cuốn sách gồm 5 phần cơ bản;


N

+ Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel trên tàu thuyền.
+ Các quy trình bảo trì thường xuyên và bảo trì dự phòng động cơ diesel.
+ Các kỹ thuật xử lý sự cố phát sinh trong quá trình sử dụng động cơ
diesel.
+ Các quy trình sửa chữa động cơ diesel.
+ Hệ thống điện, nguyên lý vận hành, kiểm tra và các quy trình xử lý sự
cố mạng điện. ٠
Bảo trì thường xuyên và bảo trì dự phòng là biện pháp tốt nhất bảo
đảm cho các chuyến đi biển dài ngày, giúp bạn giảm chi phí, kéo dài tuổi
thọ các trang thiết bị trên tàu thuyền. Cuốn sách cung cấp nhiều bản vẽ,
hình ảnh, sơ đồ minh họa, các quy trình thực hiện theo từng bước, được
trình bày có hệ thống, rõ ràng, dễ hiểu, sẽ là bạn đồng hành tốt với những
người đi biển.
Cuốn sách còn rất có ích cho các bạn học viên đang theo học các lớp
máy tàu, các thầy cô giáo dạy nghề, và mọi người có liên quan đến nghề
sông biển.


(Lliui

'ơ n ^

1

NGUYEN LÝ VÂN HÀNH ĐỘNG
Trong các tài liệu kỹ thuật, động cơ
Diesel thường được gọi là động cơ cháy
bằng quá trình nén (CI), còn động cơ xăng

được COI l à động cơ đánh lửa (SI). Cháy
bằng quá trĩnh nén là bản chất để hiểu
về động cơ diesel.
Khi lượng khí bất kỳ bị nén, áp suất
và nhiệt độ đều tăng. Sự tăng nhiệt độ
trong điều kiện lý tưởng luôn luôn tỷ lệ
thuận với tăng áp suất và có quan hệ chặt
chẽ vứi mức độ nén, thường được gọi là tỷ
số nén.

cơ DIESEL

Hình 1-1. Quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất với
tỷ số nén.

Sự cháy do nén
Mọi động cơ đốt trong đều có một hoặc
nhiều cylinder xếp sát nhau, đóng kín ở
một đầu và piston chuyển động bên trong.
Trong động cơ diesel không khí đi vào
cylinder, piston chuyển động và nén không
khí.
Khi không khí bị nén, thể tích giảm
dần, áp suất và nhiệt độ tăng ổn định,
trong động cơ Diesel, quá trình này xảy
ra liên tục cho đến khi không khí đạt được
nhiệt độ khoảng 1000.F (540.C). Nhiệt độ
này đạt được chỉ bằng quá trình nén (Hình

tích của cylinder khi piston ở cuối hành

trình (điểm chết dưới, TDD) và phần thể
tích cylinder khi piston ở đầu hành trình
(điểm chết trên, ĐCT) (Hình 1.2)
Hầu hết các động cơ diesel đều có tỷ
số nén trong khoảng 16:1 đến 23:1. Giá
trị này cao hơn nhiều so với tỷ số nén của
động cơ xăng, tỷ số nén của động cơ xăng
trong khoảng 7:1 đến 10:1. Tỷ số nén thấp
của động cơ xăng tạo ra áp suất và nhiệt
độ trong cylinder thấp hơn, do đó quá trình

1. 1)

Để nhận được nhiệt độ đủ cao bảo đảm
sự cháy cho nhiên liệu diesel, không khí
thường được nén đến tỷ lệ tối thiếu là
14:1, nghĩa là thể tích ban đầu là 14 phần,
sau đó nén thể tích không khí chỉ còn 1
phần. Điều này được gọi là tỷ số nén. Tỷ
số nén được hiểu là tỷ số giữa phần thể

F7
١٠f

Tỉ số nén là tỉ
sô’ thể tích ‘A’
trên thể tích

Nhiên liệu diesel cháy ở khoảng 750.F
(400.0; do đó nhiên liệu được phun vào

cylinder và bốc cháy, không cần sự đánh
lửa độc lập.

âè
Piston ờ cuối
hành trình

Piston ở đầu
hành trinh

Hình 1-2. Tỷ số nén ỉrong cylinder


cho phép xác định hiệu suất nhiệt của dộng
cơ, lượng nhiệt năng của nhiên liệu dược
chuyển thành cơ nđng hữu dụng.
Nói chung, dộng cơ diesel có hiệu suất
nhiệt khoảng 30-40%. Nói cách khác, chỉ
khoảng 1/3 nhiệt năng của nhiên liệu dược
chụyển thành cơ năng hưu d.ụng. Khoảng
một nửa nhiệt còn lại bị tổn thất qua hệ
thống xả ở dạng khi nOng. Nửa cOn lại bị
tiêu tán ra xung quanh thOng qua hệ thống
làm mát và bề mặt dộng cơ (Hình 1.3). Sự
tổn thất nhiệt này là khá lớn, nhưng vẫn
hiệu quả hơn so với dộng cơ xăng, chỉ có
hiệu suất nhiệt từ 25% dến 35%.
Hình 1-3. Phân phối nhiệt năng trong động cơ
diesel.


Dãn nở và làm nguộỉ

Nói chung, khi nén chất khi sẽ tăng
nén không đạt dến nhiệt độ tự cháy của nhiệt độ, khi giảm áp suất, chất khi sẽ
xăng, hỗn hợp nhiên liệu/không khí phải giảm nhiệt độ. Biều này là do chất khi
được đánh lửa bằng nguồn riêng - bougie dãn nở và tăng thể tích. Áp suất càng
(do đó động cơ xăng được gọi là động cơ thấp, nhiệt độ càng giảm.
đánh lửa)

Chuyển nhiệt năng thành cơ năng
Các định luật về chất khí cho biết khi
chất khí bị nén, nhiệt độ sẽ tăng và ngược
lại khi chất khí được cấp nhiệt trong buồng
kín, áp suất sẽ tăng. Các định luật này
được ứng dụng cho động cơ đốt trong.
Không khí được đưa vào cylinder và
được nén do chuyển động của piston, nhiệt
độ tăng lên. Nhiên liệu được đưa vào cylinder và bốc cháy. Sự cháy nhiên liệu làm
cho nhiệt độ tăng nhanh, do đó làm tăng
áp suất khí. Áp suất tăng làm cho piston
chuyển động xuống dưới, quá trình này
được gọi là thì nén. Động cơ chuyển nhiệt
năng phát sinh trong quá trình cháy nhiên
liệu thành cơ năng, vì thế động cơ đốt
trong đôi khi còn được gọi là động cơ nhiệt.
Có thể tính toán nhiệt lượng của nhiên
liệu bằng cách đo nhiệt trị do một đơn vị
nhiên liệu (lít, gallon...) phát ra khi cháy.
Công suất (mã lực) của động cơ có thể được
tính theo đơn vị nhiệt lượng (một mã lực

tương đương 2544 BTƯ - đơn vị nhiệt
Anh). Bằng cách này, nhiệt năng trong
động cơ có thể dược so sánh với cơ năng,
8

H'.nh 1.4. Đường cong àp suất thề ttch cùa dộng
cO diesel. Từ vị tr‫ ؛‬t (P1) dẽn V‫ ؛‬tri 2 (P2) àp
suất tàng từ từ dển khoảng 600 psi kh‫ ؛‬thể tích
cylinder g 'iảm dần. Tạ‫ ؛‬P2, xảy ra sự phun nh‫؛‬ên
٥ á liệu vá‫ ؛‬đầu quá trinh cháy. Nhiệt độ tăng
nhanh ‫؛‬àm tăng àp suất dển 850 ps ‫( ؛‬P3). Piston
bắt dầu dl xuổng trong cylinder, làm tăng thể
tich và g ‫؛‬ẳm ảp suất. Tuy nhiên, nhiên iiệu dang
chảy, sự tầng nh١ẹt độ tạm thờ ١'cân bằng vd‫ ؛‬sự
tăng thể tích do dO ảp suất hầu nhu khOng dổi
tu P3 dến P4.Tạ ‫ ؛‬dây sự chảy dUng Ịại, thể tlch
cylinder tíếp tục tăng, diều này làm glàm dần
ảp suất và nhíệt độ trong khi piston vấn trong
thl nén tu P4 dển P5. TU P5 dến P t. dộng cO xà
khi chảy ra ngoài và nhận không khi mOi. Chu
trtnh lặp l ạ i ố P t .


Khi piston đi xuống trong thì nén, thể
tích tăng dần, làm giảm áp suất và do đó
nhiệt độ này phản ánh quá trình chuyển
đổi nhiệt năng của khí cháy thành cơ năng;
chuyển động của piston (Hình 1.4)
Tỷ số nén của động cơ càng cao, sự
dãn nở của khí cháy trong, thì nén càng

lớn. Ví dụ, trong động cơ với tỷ số nén
22:1, khí cháy sẽ dãn nở đến thể tích gấp
22 lần buồng đốt. Động cơ tỷ số nén 7:1,
độ dãn nở là 7.
Động cơ diesel có tỷ số nén cao, có
khả năng chuyển đổi nhiệt khí cháy thành
cơ năng tốt hơn động cơ xăng, do đó có
hiệu suất nhiệt cao hơn.

Động cơ xăng
Có thể phát sinh câu hỏi, tại sao không
tăng tỷ số nén trong động cơ đốt trong để
tăng hiệu suất nhiệt?
Động cơ xăng nhận nhiên liệu và không
khí trước khi nén, thông qua bộ chế hòa
khí hoặc hệ thống phun, đưa vào bộ góp
nạp (thay vì cylinder). Còn động cơ diesel,
nhiên liệu phun sau khi nén không khí.
Sự tăng tỷ số nén cho động cơ xăng sẽ
làm tăng nhiệt độ nén vượt quá điểm cháy
của xăng, dẫn đến hỗn hợp nhiên liệu/
không khí cháy sớm hơn thời điểm tối ưu,
điều này gây hư hại động cơ, và không
thể điều khiển quá trình cháy. Để tránh
sự cháy sớm, tỷ số nén của động cơ xăng
phải đủ thấp và hỗn hợp nhiên liệu/không
khí được đánh lửa vào thời điểm thích
hợp, do đó cần có hệ thống đánh lửa riêng.
Đôi khi động cơ xăng bị quá nhiệt đủ
để hỗn hợp nhiên liệu/không khí cháy

trước thời điểm đánh lửa. Điều này được
gọi là sự tự cháy hoặc cháy sớm và thường
xảy ra khi tắt động cơ bị quá nhiệt, dù đã
tắt cả hệ thống đánh lửa.
Câu hỏi thứ hai, để tăng hiệu suất tại
sao không tăng tỷ số nén cho động cơ xăng
và sử dụng sự phun nhiên liệu trực tiếp
vào cylinder để tránh sự cháy sớm, như
được thực hiện trong động cơ diesel? vấn
đề ở đáy là bản chất của xăng, có tính bốc
hơi cao hơn nhiều so với diesel.

Dù động cơ diesel có thể đạt đến 3000 v/
phút, với thì nén của piston bất kỳ không
thể vưẹrt quá 1/100 giây, nhiên liệu diesel
được phun vào cylinder phải cháy với tốc
độ được kiểm soát, thay vì nổ. Nếu tốc độ
cháy không được kiểm soát, sẽ xảy ra các
vấn đề cháy và động cơ bị hư hại.
Do có độ bốc hơi cao hơn, rất khó kiểm
soát tốc độ cháy của xăng khi tăng tỷ số
nén. Sự nổ có thể xảy ra, gây hư hại động
cơ. Động cơ xăng, với mức công nghệ hiện
tại bị giới hạn tỷ số nén và hiệu suất nhiệt.
٨',

Tỷ số công suất - trọng lượng
Tuy động cơ diesel có tỷ số nén cao
hơn động cơ xăng, nhưng chịu ứng suất
lớn hơn và được chế tạo bền hơn. Để chịu

được tải và tỷ số nén cao, động cơ diesel
được chế tạo với độ chính xác cao. Kết cấu
lớn và độ chính xác cao làm tăng giá thành
và trọng lượng của động cơ diesel so với
động cơ xăng có cùng công suất. Nói chung,
khi tăng công suất, trọng lượng động cơ
diesel tăng nhanh.

Các kiểu động cơ diesel
Động cơ diesel có thể vận hành theo
chu trình 4 thì hoặc chu trình 2 thì. Giữa
hai chu trình này có các khác biệt rõ rệt.
Động cơ 4 thì
1. Piston ở đỉnh cylinder, valve mở khi
piston đi xuống. Khi piston đến ĐCD
(điểm chết dưới), valve nạp đóng để
giữ không khí bên trong cylinder (Hình
1.5) chuyển động của piston từ ĐCT
(điểm chết trên) đến ĐCD được gọi là
thì. Đây là 1 trong 4 thì của động cơ 4
thì, được gọi là thì nạp hoặc thì hút.
2. Piston đi lên ĐCT và nén không khí,
áp suất trong không khí tăng đến 450700 psi (trong động cơ xăng áp suất
chỉ khoảng 80-150 psi) và nhiệt độ
không dưới 1000.F (540.C). Đây là thì
nén.
3. Nhiên liệu được đưa vào cylinder
(buồng đốt) thông qua bộ phun nhiên
liệu và đốt cháy. Nhiệt độ tăng nhanh



Động cơ 2 thì
Phần này trình bày sự vận hành của
loại động cơ diesel 2 thì phổ biến, được sử
dụng rộng rãi. Có thể có các kiểu vận hành
động cơ 2 thì khác, nhưng ít được dùng
trên tàu thủy.
Động cơ diesel 2 thì vận hành về cơ
bản tương tự động cơ 4 thì nhưng chuyển
4 thì của piston thành hai - một chuyển
động lên và một chuyển động xuống.
Hình 1.5. Các thì của động cơ diesel 4 thì. ( 1) Thì
nạp— Piston hút không khí vào cylinder qua
valvenạp. (2) Thì nén— Piston nén không khí.
(3) Phun nhiên liệu— Nhiên liệu được phun vào
khí nén và bốc cháy có kiểm soát. (4) Thì xả —
Piston đẩy khí cháy ra ngoài qua valve xả.

đến khoảng 2000-5000.F (11002750.C). Sự tăng nhiệt độ này làm cho
áp suất tăng đến 850-1000 psi, đẩy
piston đi xuống. Khi piston đi xuống,
thể tích cylinder tăng nhanh, dẫn đến
giảm áp suất và nhiệt độ. Đây là thì
thứ ba, dược gọi là thì sinh công.
4. Khi piston đến gần cuối thì thứ ba,
valve xả bắt đầu mở. Trong cylinder
vẫn còn áp suất và nhiệt đủ lớn, để
đẩy khí cháy ra ngoài. Piston chuyển
động lên phía trên, đẩy hết khí cháy
ra ngoài. Đây là thì thứ tư, dược gọi là

thì xả.
ở cuối thì xả, valve xả đóng, valve
nạp mở, đưa không khí vào cylinder
khi piston đi xuống, chu trình lặp lại.

1. Piston ở đỉnh cylinder trong thì nén.
Phần buồng đôt của cylinder chứa
không khí bị nén với áp suất và nhiệt
độ cao. Dầu diesel được phun vào và
bốc cháy. Piston bắt đầu đi xuống và
sinh công. Khi piston đi xuống, áp suất
và nhiệt độ trong cylinder giảm. Khi
piston đến gần cuối thì sinh công, valve
xả mở, khí cháy ra khỏi cylinder (Hình
1.6), hoàn toàn tương tự động cơ 4 thì.
Khi piston tiếp tục đi xuống, để lộ
các lỗ, còn gọi là các cổng, ở vách cyl­
inder. Bộ turbocharger thổi không khí
nén thông qua các lỗ này, đẩy phần
khí cháy còn lại ra ngoài và đưa không
khí mới vào cylinder. Piston đến ĐCD
và bắt đầu đi lên, valve xả đóng lại.
2. Khi piston đi lên, sẽ chắn các cổng
nạp không khí, giữ không khí trong
cylinder, và nén không khí đó. Khi
piston đến đỉnh cylinder, nhiên liệu
được phun vào và đốt cháy, chu trình
lặp lại. Động cơ thực hiện hai thì thay
vì bốn như động cơ 4 thì.


Hình 1.6. Sự vận hành của động cơ diesel hai thì (Hãng Detroit)

10


Cylinder

C hốt p is t.n

P ìs t.n

T rụ . khuỷU

Tay quay

V ..

"Thanh truyền

Hinh 1.7. Đổi chuyền âộng hnh t‫؛‬ển thành chuyển động guay.
Do đó, động cơ 2 thì có hai thì sinh
công so với động cơ 4 thì. Đối với động cơ
cùng kích thước, động cơ 2 thì có công
suất cao hơn 4 thì, do đó giám chi phí và
cải thiện tỷ số nén.
Tuy nhiên, động cơ 2 thì có hiệu suất
nhiệt thấp hơn và tiêu thụ nhiên liệu cao
hơn động cơ 4 thì. Tuổi thọ động cơ 2 thì
thường ngắn hơn động cơ 4 thì do tải động
cơ lớn hơn, khi vận hành có tiếng ồn lớn

hơn.

Trục khuỷu
Chuyển động tịnh tiến của piston trong
cylinder được đổi thành chuyển động quay
để có thể sử dụng, điều này được thực hiện
bằng thanh truyền và trục khuỷu.
Trục khuỷu được đặt trên các ổ lăn ở
hai đầu động cơ. Dưới từng cylinder, trục
khuỷu có chốt khuỷu và má khuỷu. Thanh
truyền nối piston với phần chốt khuỷu.
Các ổ trượt ở hai đầu thanh truyền cho
phép chốt khuỷu quay bên trong đầu to
của thanh truyền, còn piston được lắp với
chốt piston, dao động xung quanh đầu nhỏ
thanh truyền. Piston chuyển động lên
xuống làm cho trục khuỷu quay (Hình 1.7)

Điều này được gọi là thời chuẩn phun
nhiên liệu và đóng/mở valve.
Các valve được bố trí ở đầu cylinder
và đóng chặt bằng lò xo valve. Đòn bẩy
được gọi là cò mổ hoạt động để mở valve.
Cò mổ chuyển động lên xuống trực tiếp
hoặc gián tiếp thông qua trục cam, xoay ở
phía trên đầu cylinder (Hình 1.8)
Dọc trục cam có các mấu hình ellipse,
được gọi là cam (mỗi valve một cam). Khi
trục cam quay, cam sẽ đẩy cò mổ lên xuống.
Một số trục cam được lắp trong đầu cylin­

der có các cam tiếp xúc trực tiếp với cò
mổ được gọi là trục cam phía trèn. Số khác
được lắp trong block máy, tác động gián
tiếp đến cò mổ thông qua thanh đẩy.

Bộ phận phun
Thanh dẩy

Ống dẫn
hướng,va!٧e
Bạc ^ston
Chốt piston

Ổ dỡ chinh

Các valve và thời chuẩn
Sự vận hành hiệu quả động cơ 2 thì và
4 thì đòi hỏi phối hợp chính xác chuyển
động của piston với các thời điểm mở và
đóng valve, và thời điểm phun nhiên liệu.

‫ ﺃ‬0 ‫ﺍﻵ‬0 \‫\ﺓﻝ‬١‫ﺟﻞ‬

hanh truyền
dỡ dắu tay quay
Nắp thanh truyền

Cam
Trục cam


‫ إة‬Vỏ bao che
tay quay
Nắp ổ dỡ chinh

H'inh1٠8. Cảc bộ phận ch‫ﺃ‬nh cùa dộng cơ dìesel.


Bơm phun
nhiên liệu

Bánh răng
truyền động

Bơm dầu và các bánh răng

Hình 1.9. Các bánh răng thời chuẩn.

Bánh răng, lắp ở đầu trục khuỷu, quay
đồng bộ với trục này. Bánh răng thứ hai
lắp ở đầu trục cam, được gọi là bánh răng
cam, quay cùng với trục cam. Sự thời chuẩn
valve, đóng/mở valve, được phối hợp với
chuyển động của piston bằng cách nối hai
bánh răng đó thông qua bánh răng trung
gian, đai, hoặc xích, cho phép chúng quay
với nhau (Hình 1.9).
Trên động cơ 4 thì, các valve nạp và
xả lần lượt mở và đóng trong từng thì, do
dó bánh răng trên trục cam có kích thước
gấp đôi bánh răng trên trục khuỷu, làm

cho bánh răng trục cam quay với tốc độ
bánh răng trục khuỷu, các valve lần lượt
mở và đóng theo từng vòng bằng một nửa
vòng quay của động cơ.
Động cơ 2 thì chỉ có các valve xả. Valve
xả mở mỗi khi piston đi xuống, do đó bánh
răng trục cam có cùng kích thước với bánh
răng trục khuỷu. Hai trục này quay cùng
tốc độ, các valve mở và đóng trong từng
vòng quay động cơ،
Bằng cách xác lập các bánh răng trục
cam và trục khuỷu theo các quan hệ khác
nhau, có thể đóng mở các valve ở vị trí
bất kỳ của hành trình piston. Sự chính
xác bảo đảm hiệu suất tối ưu cho động cơ.
Sự thời chuẩn phun nhiên liệu được
xác lập theo phương pháp tương tự. Bánh
răng lắp ở đầu trục truyền động bơm phun
nhiên liệu được dẫn động bằng trục khuỷu
12

thông qua bánh răng trung gian, đai. hoặc
xích. Sự thay đổi quan hệ các bánh răng
này cho phép phun nhiên liệu ở vi trí bất
kỳ của hành trình piston. Do sự phun xảy
ra theo từng cặp vòng quay trên động cơ 4
thì, bánh răng truyền động bơm có kích
thước gấp đôi bánh răng trên trục khuỷu,
bơm quay theo một nửa tốc độ dộng cơ.
Trên động cơ 2 thì, các bánh răng có cùng

kích cỡ, sự phun nhiên liệu xảy ra một
lần trong mỗi vòng quay.

Động cơ và các bộ phận khác
Phần nặng nhất của động cơ !à block
máy (Hình 1.10). Trên tất cả các dộng cơ,
trừ loại được làm mát bằng không khí,
đây là khối gang đúc chứa các đương dẫn
không khí, nước làm mát, dầu, va các bộ
phận khác của động cơ, kể cả trục cam và
trục khuỷu.
Có hai loại cylinder, hoặc ống tót (chemise-sơ mi), được dùng cho động cơ diesel
- loại khô và loại ướt. Trong động cơ ống
lót khô, các cylinder và block tiếp xúc sát
nhau theo toàn bộ mặt ngoài ống lót. Với
loại ống lót ướt, block chỉ tiếp xúc với cyl­
inder ở phần trên và dưới, nước làm nguội
tuần hoàn xung quanh thân ống lót (Hình
1.11). Ông lót ướt có ưu điểm là dễ thay
thế khi cần sửa chữa lớn, còn đối với ống
lót khô phải đưa toàn bộ khối bbck vào
xưởng.
Piston có các vòng găng (bạc, segment),
được lắp vào rãnh trên chu vi pistcn. Vòng
găng ép lên vách cylinder để bảo dảm kín
khí, Phần trên cylinder được che l١ín bằng
nắp máy, trong đó có bộ phận phuQ nhiên
liệu, valve, buồng đốt, đường dẫn nước, ...
Các valve được lắp trong ống dẫn hướng,
ống này có thể tháo dễ dàng.

Khi động cơ bị mòn, các ống dấn valve
được ép ra ngoài và thay mới. Cíc động
cơ chất lượng cao có mặt tựa valvỉ có thể
thay thế dễ dàng. Một tựa valve là phần
valve tiếp xúc để làm kín buồng ĩốt. Gia
công lại mặt tựa valve, thay các ong dẫn
valve, lắp các valve mới sẽ giúp dộng cơ
trở lại trạng thái gần như mới.


Lò xo valve.
Valve

Mặt tựa van
Đầu cylinde
Đệm kín đẩu cylinder

Block máy (thẳng hàng) —

Ống lót cylinder

Trục khuỷu

Block máy (V-8)

Nắp thanh
truyền

Ống lót cylinder kiểu “ướt


ác vòng găng (bạc)

Thanh truyền

Chốt piston

Hình 1.10. Các bộ phận của động cơ diesel

13


õng lót cylinder
(tháo rời được)
Đỉnh ống lót

Hình 1,11. Ống lót cylinder ướt

٠ Bộ làm nguội sau (bộ
làm nguội trung gian)
Cò mổ
Vòi phun
Turbocharger
Valve---------Ong lót cylinder ướt
Piston---------------

Ống dẫn hướng valve
Thanh đẩy
Vòng găng piston
■Trục cam


Chốt piston "
Bộ trao đổi nhiệt

Bơm phun nhiên
liệu kiểu “co giặt"

Thanh truyen.^
Ổ đỡ đầu tay quay

Bộ lọc dầu.

Hình 1.12 Tiết diện động cơ diesel

Nắp ổ đỡ chính

Bơm dầu


(slu íơ in

ẹ

2
CÁC CHI TIẾT VẬN HÀNH

PHẦN II: CUNG CẤP KHÔNG KHÍ
Động cơ diesel sinh công cơ học bằng
cách đốt nhiên liệu. Động cơ đốt cháy càng
nhiều nhiên liệu, nhiệt phát sinh càng
lớn, công suất càng cao. Sự tăng tỷ số công

suất, trọng lượng sẽ làm giảm chi phí. Các
nhà sản xuất liên tục tìm kiếm các phương
pháp cải tiến quá trình cháy trong động
cơ.
Tăng lượng nhiên liệu đưa vào động
cơ là tương đối dễ, chỉ cần tăng công suất
bơm và kích cỡ bộ phun nhiên liệu. Tuy
nhiên, tăng hiệu suất cháy là vấn đề khó.
Sự cháy không hết sẽ làm giảm hiệu quả
sử dụng nhiên liệu và làm tăng chất thải
ô nhiễm. Để cháy hiệu quả cần bảo đảm
ba yếu tô':
1. Cung cấp đủ oxi
2. Tạo sương nhiên liệu phun tối đa
3. Hòa trộn đều sương nhiên liệu và oxi
trong cylinder.
Trước hết cần xét quá trình cung cấp
oxi.

Cung câp oxi
Điều thực tế xảy ra khi cháy nhiên
liệu là phản ứng giữa oxi trong không khí
với hydro và carbon trong nhiên liệu diesel. Phản ứng này khởi đầu ở nhiệt độ
khoảng 750٠F (400.C), oxi phản ứng với
hydro tạo thành nước và với carbon tạo
thành CO‫( ؛‬và c o khi cháy không hết).
Trong quá trình hóa học này, nhiệt năng
được giải phóng.
Không khí chỉ chứa 23% oxi theo trọng


lượng (21% theo thể tích); phần còn lại
chủ yếu là nitơ cộng với vài loại khí khác
không tham gia vào quá trình cháy.
Để cháy hết 1 pound nhiên liệu diesel
cần khoảng 3 1/3 pound oxy. Do không
khí chỉ chứa 23% oxi theo trọng lượng, để
cháy 1 gallon nhiên liệu diesel ở áp suất
khí quyển cần 1500 feet khối không khí
có nhiệt độ 60٥F. Khả năng đưa đủ không
khí vào động cơ để cháy toàn bộ nhiên
liệu là yếu tố giới hạn lượng nhiên liệu
động cơ có thể đốt cháy.

Hiệu suât thể tích
Các kỹ sư liên tục cải tiến để tránh
cản trở dòng không khí đi vào động cơ.
Các bộ lọc không khí được chế tạo lớn
đến mức tối đa có thể được. Các bộ góp
nạp được chế tạo sao cho không khí đi
vào bị cản trở ít nhất (ma sát thấp nhất).
Các valve được chế tạo lớn tối đa trong
đầu cylinder (trên động cơ diesel 2 thì các
cổng nạp có diện tích lớn nhất có thể đạt
được). Các tổn thất không thể tránh do
ma sát trong các đường dẫn khí (kể cả
khí xả) được gọi là tổn thất bơm.
Mức độ động cơ điền đầy không khí
trong các cylinder được gọi là hiệu suất
thể tích. Piston chuyển động từ đầu đến
cuối hành trình chiếm thể tích xác định,

được gọi là thể tích quét. Nếu động cơ có
khả năng hút đủ không khí trong thì nạp
điền đầy thể tích quét với áp suất khí
quyển, hiệu suất thể tỉch là 100%. Do đó,
hiệu suất thể tích là tỷ số giữa thể tích
không khí được hút vào cylinder và thể
tích quét ở áp suất khí quyển.


Dộng cơ hút khi tự nhiên
Bộng cơ hút không khi vào cylinder
thông qua hoạt dộng của piston dược gọi
\à hiit khi tự nhiên.
Trên dộng co 4 thi tiêu chuẩn, chuyển
dộng di xuống của piston trong thi nạp
làm giảm áp suất trong cylinder và kéo
không khi vào cylinder. (Nói một cách
chinh xác, áp suất giảm trong cylinder
làm cho áp suất khi quyển bên ngoài cao
hon, do dó không khi di vào cylinder)
Ma sát trong bộ lọc khi và ống dẫn
không khi nạp (bộ góp nạp) cản trở dOng
không khi di vào cylinder. Do dó, khi piston dến DCD, áp suất bên trong cylinder
chỉ hoi thấp hon áp suất khi quyển. Diều
này có nghĩa là cylinder không thể điền
dầy không khi chỉ với áp suất khi quyển.
Khi di vào cylinder, không khi có dộng
năng. Khi piston của dộng co 4 thi dến
cuối thi nạp và bắt dầu chuyển dộng di
lên, không khi tiếp tục di vào cylinder

trong thOi gian ngắn. Dể tận dụng diều
này, valve nạp dược xác lập dể dOng lại
sau khi piston bắt dầu thi nén.
Điểm chết trên
١١٥٠

٠

Bẳtdẩu
quá trinh
phun

ISO

‫؛‬،:٠٠

—

Khoẳng chồng
chập valve

ế

Valve nạp dược xác lập dể mở ngay
trước khi piston dạt dến DCT ở thi xả,
trước khi valve xả hoàn toàn dOng kin.
Diều này dược gọi la khoảng chồng chập
valve, hai valve cUng mở trong thời điểm
dó, bảo dảm valve nạp mở rộng vào thOi
điểm piston bắt dầu thi nạp, hUt không

khi vào cylinder. Các biện pháp này có
thể tăng hiệu suất thể tích dến 80 - 90%
(Hình2T) '

Nạp không khi cưỡng bức
Hiệu suất thể tích và công suất cUa
dộng co diesel hút khi tự nhiên có thể
tăng rõ rệt bằng cách dUng áp suất dưa
không khi vào cylinder một các cưỡng bức.
Dây la nguyên ly của siêu nạp (supercharge) và nạp turbine (turbocharger)
Bộ siêu nạp (supercharger) bom không
khi vào bộ góp nạp bằng quạt, dược truyền
dộng từ dộng co thông qua dai, xích, hoặc
bánh răng. Bộ nạp turbine (turbocharger)
có turbine lắp trong bộ góp xả của dộng
co và nối với bánh đà của máy nén trong
bộ góp nạp. Khi khi xả thoát ra ngoài sẽ
làm quay turbine. Turbine quay bdnh dà
máy nén, bom không khi vào bộ góp nạp.
Bộ turbocharger không cần truyền dộng
co học (Hình 2.2).
Khi tải dộng co tâng, nhỉên liệu phun
vào cũng tàng, lầm tâng thể tích khi xả.

‫ﺍ‬

Valve nạp
mỏ

Xả khOng khi nén


١١1‫ ﺓ‬٢‫ﻑ\؟‬،\# n é n

cuadau^#
Vổ lurblne

Valve xả
mỏ

Bánh đá
;máy nén

Bánh xe
turbine

ệ i ‫ ؛‬khí
sạch

Phần này không hiển thị
sự chồng Chập valve do
các valve mở vào các thi
khác nhau
Dầu
trở về
Điểm chếtdưởi

UgõNào١0r\٠xà
\
Hình 2.1. Thờỉ chuẩn âộng cơ 4 th١١


16

H١
nh 2.2. Bộ turbocharger

Vố g‫؛‬ữa


, ‘ ^١،

Quạt gió

cổ góp
khi xả

Hình 2.3. "Sự quét khí" trong động cơ 2 thì:

Điều này làm cho turbine và bánh đà máy
nén quay nhanh hơn, tăng lượng không
khí đi vào động cơ. Bộ turbocharger rất
nhạy với sự thay đổi tải, làm tăng công
suất động cơ khi tải tăng lên.
Bộ turbocharger nói chung không dùng
trên động cơ 2 thì, tuy có thể kết hợp với
bộ supercharger, do khi các cổng nạp mở
do piston đi xuống, động cơ 2 thì phụ thuộc
vào nguồn cung cấp không khí nén để đẩy
khí xả ra ngoài cylinder và nạp không
khí mới. Quá trình này được gọi là sự quét
khí. Do trong quá trình khởi động, động

cơ chưa có khí xả để quay bộ turbocharger,
cần phải có quạt được được truyền động
bằng cơ học (bộ supercharger) để bơm
không khí vào cylinder (Hình 2.3)
Hiệu suất đưa không khí vào động cơ
2 thì được gọi là hiệu suất quét khí, tương
tự khái niệm hiệu suất thể tích của động
cơ 4 thì. Nếu không khí nạp đẩy toàn bộ
khí xả ra ngoài và điền đầy không khí
vào cylinder ở áp suất khí quyển, động cơ
có hiệu suất quét 100%.

Bộ làm nguội trung gian và
làm nguội sau
Không khí được nén từ bộ turbocharger
hoặc supercharger sẽ nóng lên. Do không

khí nóng dãn nở, sẽ chứa ít oxy hơn trong
một đơn vị thể tích. Để giải quyết tổn
thất hiệu suất do sự tăng nhiệt độ, không
khí phải được làm nguội. Hầu hết các dộng
cơ có trang bị turbocharger hoặc super­
charger đều có bộ trao đổi nhiệt, được gọi
là bộ làm nguội trung gian, hoặc làm nguội
sau, lắp trong bộ góp nạp giữa bộ super­
charger hoặc turbocharger và block động
cơ. (Bộ làm nguội trung gian được lắp giữa
turbocharger và supercharger, còn bộ làm
nguội sau được lắp giữa turbocharger hoặc
supercharger và block động cơ). Nước làm

nguội tuần hoàn qua các thiết bị này, tương
tự bộ giải nhiệt trên xe hơi, làm giởm
nhiệt độ không khí đi vào động cơ.
Một số bộ làm nguội sau được nối với
mạch làm mát động cơ, nhận nước nóng
do đã tuần hoàn qua động cơ. Loại thứ hai
nối trực tiếp với nguồn nước riêng, có nhiệt
độ thấp hơn, do đó đạt hiệu suất cao hơn.
Các nhà chế tạo phân biệt ba định mức
công suất của cùng một loại động cơ: (1)
Hút khí tự nhiên; (2) Turbocharger và làm
nguội sau sử dụng mạch nước làm mát
động cơ; (3) Turbocharger và làm nguội
sau sử dụng mạch nước riêng.
Supercharger và turbocharger thường
làm tàng hiệu suất thể tích đến 150% hoặc
cao hơn, áp suất không khí trong cylinder
ở cuối thì nạp cao hơn áp suất khí quyển,
công suất cao hơn khoảng 50% so với hút
khí tự nhiên.
Sự cải thiện hiệu suất này làm cho động
cơ phức tạp hơn và có giá thành cao hơn,
nhưng giảm chi phí/mã lực. Ngoài ra, su­
percharger và turbocharger làm cho động
cơ bị mòn nhanh hơn và chi phí bảo trì
cao hơn, nhưng đồng thời làm tăng tỷ số
công suấưđộng cơ, thích hợp hơĩL·cL·0r:iàxi'
biển.

PHẦN II: Sự CHÁY

Khi nhiên liệu diesel được phun vào'
cylinder chứa không khí nén với áp suất
và nhiệt độ cao, nhiên liệu không nổ mà
tự bốc cháy. Sự cháy tương đối chậm của
nhiên liệu diesel làm cho áp suất và nhiệt
17


độ trong cylinder tăng cao hơn so với xăng,
tác dụng lực đều hơn trên piston. Đây là
ưu điểm so với xăng, do đó, động cơ diesel
có moment quay ổn định hơn, đặc biệt ở
các tốc độ thấp.

phun nhiên liệu, cỡ hạt nhiên liệu, và sự
cuộn xoáy không khí bên trong cylinder.

Tầm quan trọng của sự cuộn xoáy

Dạng phun nhiên liệu được xác định
bằng kích cỡ và hình dạng lỗ phun trong
bộ phun, gồm 2 kiểu cơ bản:

Vào thời điểm phun áp suất trong cyl­
inder có thể đạt đến 700 psi, nhiệt độ
đến 1000.F (540.C). Bộ phun phun nhiên
liệu vào không khí nén dưới dạng một hoặc
nhiều dòng hạt (nhiên liệu) rất nhỏ. Chỉ
khoảng hơn 20% không khí là oxi. Khi
hạt nhiên liệu gặp phân tử oxi, sẽ tự bốc

cháy và tiêu thụ oxi trong quá trình cháy.
Sự cháy hoàn hảo đòi hỏi nhiên liệu tiếp
xúc đều với oxi, nhưng trong tiến trình
cháy, số lượng phân tử oxi trong cylinder
giảm dần, làm giảm cường độ cháy. Phần
nhiên liệu diesel chưa cháy hết bị đẩy ra
ngoài qua hệ thống xả dưới dạng khói đen,
làm tăng tổn th ất nhiên liệu, tăng ô
nhiễm, và giảm công suất động cơ.
Các bộ phun chỉ có thể phun nhiên
liệu theo đường thẳng, ớ gần đầu bộ phun
các hạt nhiên liệu tập trung cao tiếp xúc
với nhiều phân tử oxi, nhưng càng xa đầu
phun, dòng nhiên liệu càng trải rộng, khả
năng gặp phân tử oxi càng giảm (Hình
2.4). Do đó yếu tố quan trọng là hòa trộn
nhiên liệu với không khí.
Sự hòa trộn giữa các hạt nhiên liệu và
không khí phụ thuộc nhiều yếu tố, dòng

Các kiểu phun của
bộ phun nhiên liệu

• Đầu phun kiểu lỗ đẩy nhiên liệu qua
một hoặc nhiều lỗ phun nhỏ. Sự thay
dổi kích cỡ lỗ sẽ tạo sương cho nhiên
liệu theo các hình dạng khác nhau.
Thay đổi số lượng và góc của các lỗ
cho phép đưa nhiên liệu vào nhiều vùng
trong buồng đô١ (Hình 2.5)


Nhiều lỗ
(kiểu ống ngắn)

/■ ٠٠ ^
Nhiều lỗ
(kiểu ống dài)

Hình 2.5. Các kiểu đầu phun nhiên liệu.

• Đầu phun kiểu kim phun nhiên liệu có
dạng hình nón từ lỗ tâm tỏa ra xung
quanh. Kiểu này không thể phun sương
nhiên liệu với cùng cấp độ như đầu
phun kiểu lỗ. Thay đổi góc thoát sẽ
thu hẹp hoặc mở١fộng góc côn.
Ngoài ra còn có các loại đầu phun lai
ghép giữa hai kiểu nêu trên, chẳng hạn
loại Lucas CAV Pintaux có kim phun và
lỗ phụ.

/

\

Vùng ít phân tử oxi khả dụng

Hình 2.4. Sử dụng oxy.

8


Đầu phun kiểu kim có ưu điểm cơ bản
so với kiểu lỗ, dòng nhiên liệu chạy dọc
kim phun giữ cho kim luôn luôn sạch, còn
các lỗ nhỏ trong đầu phun kiểu lỗ có thể
bị kẹt do các hạt rắn nhỏ lẫn vào nhiên
liêu.


Buổng đốt mở

Buồng đốt trước

Buồng đốt xoáy

Buồng không khí

Hình 2.6. Các kiểu buồng đốt.

Phương pháp tạo cuộn xoáy
Để hòa trộn các hạt nhiên liệu phun
với oxi trong cylinder, nhà chế tạo thiết
kế piston và buồng đốt sao cho có thể tạo
ra mức độ cuộn xoáy không khí cao hơn
trong cylinder. Hầu hết các động cơ die­
sel hiện nay đều áp dụng một trong các
thiết kế dưới đây.
Buồng đốt trực tiếp: buồng đốt mở
hoặc trực tiếp thực tế không lớn hơn thể
tích ở trên cylinder khi piston đạt đến

điểm chết trên. Thể tích này còn có thể
tính thêm phần cong ở mặt piston hoặc
đầu cylinder (Hình 2.6). Đây là kiểu buồng
đốt đơn giản nhất và có nhiều ưu điểm.
Diện tích bề mặt, tương đối so với thể
tích buồng đốt, nhỏ hơn so với mọi kiểu
buồng đốt khác. Điều này có nghĩa là tổn
thất nhiệt qua các bề mặt động cơ thấp
hơn, do đó, hiệu suất nhiệt cao hơn. Buồng
đốt này còn cho phép khởi động dễ hơn,
do nhiệt ở thì nén bị tổn thất ít hơn trong
khi động cơ còn nguội. Đặc tính này cho
phép tỷ số nén thấp hơn sơ với các kiểu
buồng đốt khác (thường là 16:1 so với 20:1
hoặc cao hơn), do đó giảm ứng suất tác
dụng lên động cơ và làm tăng tuổi thọ
động cơ.
Trong các kiểu buồng đốt khác, một
phần không khí được đẩy vào và ra thông
qua các lỗ nhỏ, thường được gọi là công
được thực hiện bằng không khí. Quá trình
này luôn luôn phát sinh ma sát, tiêu thụ
năng lượng và góp phần vào sự tổn thất

áp suất nén. Trong tất cả các thiết kế
buồng đốt loại trực tiếp có công thực hiện
bằng không khí thấp nhất, nhưng cũng
còn vài nhược điểm.
Buồng đốt trực tiếp tạo ra sự cuộn xoáy
thấp hơn mọi kiểu buồng đốt khác, do đó

sử dụng ít oxi hơn trong cylinder. Đối với
kích cỡ cylinder cho trứơc, buồng đốt trực
tiếp tạo rà ٠٠công suất thấp hơn. Để giải
quyết vấn đề này, các valve nạp và mặt
tựa valve được tạo hình và bố trí sao cho
có thể tạo ra chuyển động xoáy đối với
không khí nạp khi đi vào cylinder. Hơn
nữa, phần lõm trên mặt piston thường có
dạng cong kép (được gọi là dạng lõm tor­
oid, Hình 2.7), để tăng sự cuộn xoáy không
khí. Hiện nay, nghiên cứu dang tập trung
vào khả năng tăng hiệu suất của buồng
đốt trực tiếp.

Hình 2.7. Phun nhiên liệu trực tiếp với piston
lõm toroid

19


Buồng đốt trước tận dụng oxi tốt hơn
buồng đốt trực tiếp, do đó có công suất
cao hơn từ cùng kích cỡ cylinder. Tuy
nhiên, công tiêu tốn cho không khí lớn
hơn, diện tích bề mặt của 2 buồng đốt cao
hơn, làm giảm hiệu suất nhiệt. Động cơ
khởi động khó hơn do tổn thất nhiệt cao
hơn. Vì thế, tỷ số nén thường cao hơn (từ
20:1 đến 23:1) và các thanh nhiệt (xem
Chương 4) được lắp trong buồng đốt trước

để hỗ trợ sự khởi động nguội (Hình 2.8)

Các động cơ với buồng đốt trực tiếp
hầu như chỉ sử dụng đầu phun nhiên liệu
kiểu lỗ, tạo ra các hạt nhiên liệu nhỏ hơn
đầu phun kiểu kim, nhằm tăng cường quá
trình cháy.
Buồng đốt trước. Các nhà chê tạo
thường dùng các buồng đốt trước riêng rẽ
ở đầu cylinder. Các buồng đốt này chiếm
khoảng 25 - 40% tổng thể tích nén của
cylinder. Khi nhiên liệu được phun vào
buồng đốt trước và bắt đầu cháy, làm cho
nhiệt độ và áp suất lớn hơn so với trong
buồng đốt chính. Điều này buộc sự cân
bằng chưa cháy của hỗn hợp không khí nhiên liệu phải đi qua lỗ tương dối nhỏ
của buồng đốt trước để vào buồng đốt
chính, làm tăng mức độ cuộn xoáy và hòa
trộn nhiên liệu với không khí.

B uồng xoáy. Buồng xoáy tương tự
buồng đốt nhưng có thể tích gần bằng
buồng đốt chính. Độ cuộn xoáy rất cao tác
động lên không khí nạp khi đi vào buồng
xoáy. Bộ phun kim phun nhiên liệu và
khối không khí cuộn xoáy, quá trình cháy
xảy ra tốt hơn nhưng tổn thất do không
khí cũng cao hơn. Hiệu suất nhiệt bị giảm
nhiều do đó cần có tỷ số nén cao và các
thanh nhiệt để khởi động nguội.


Kiểu động cơ này thường sử dụng bộ
phun nhiên liệu kiểu kim phun, do dạng
hình nón cho phép nhiên liệu phân bố
đều trong buồng đốt trước. Sự cuộn xoáy
mạnh trong buồng đốt chínl>-bù cho độ
tạo sương (nhiên liệu) thấp của bộ phun
nhiên liệu kiểu kim phun.

Các kiểu buồng đốt khác. Có 3 kiểu
phối hợp đầu phun/ buồng đốt được dùng
cho các động cơ diesel với vài biến thể. Ví
dụ, buồng không khí được bố trí đối diện

Bộ phun
Ông dẫn
hướng valve
Thanh nhiệt
(dùng để khởi động
quá trinh làm nguội)
٠
Áo làm nguội bằng nước
của buồng đốt trước

Buồng đốt trước

Đầu cylinder

Valve
Đệm kín

đầu cylinder

Buồng đốt chính

Block máy
Piston
Ống lót cyllnder ướt

Hình 2.8. Tiết diện cylinder có buồng đốt trước.
20


với đáu phun, nhiên liệu được phun qua
đĩnh piston đi vào buồng không khí.

nhẹ hơn và mạnh hơn với các cải tiến
trong hệ thống phun nhiên liệu.

Dù có nhiều kiểu buồng đốt và đầu phun
được sử dụng, nhiên liệu vẫn không thể
hòa trộn và cháy hết 100%. Vì lý do này,
động cơ diesel được thiết kế để nạp không
khí nhiều hơn so với yêu cầu cháy của
lượng nhiên liệu tương ứng. Sự cháy càng
hoàn hảo, hiệu suất nhiên liệu càng tăng
và ô nhiễm càng giảm. Sự hòa trộn nhiên
liệu và không khí càng đều, lượng không
khí dư càng thấp, do đó công suất động cơ
càng tăng.


Xét động cơ 4 thì, 4 cylinder, chạy với
tốc độ 3000v/ph, tiêu thụ 2 gallon dầu DO/
h. Trong từng thì nén, hệ thống nhiên
liệu sẽ phun 0.000005 gallon nhiên liệu.
Tùy theo loại đầu phun, áp suất phun trong
khoảng 1500 - 5000 psi do đó nhiên liệu
cũng phải đạt đến áp suất này.

Cơ sở để xử lý sự cố một cách hiệu quả
là hiểu rõ sự vận hành của động cơ. Chẳng
hạn, khi động cơ ngày càng khó khởi động,
xả nhiều khói đen, và bị nóng quá mức,
cần xác định nguyên nhân gây ra các hiện
tượng đó. Nếu hệ thống làm nguội hoạt
động bình thường, dầu bôi trơn đầy đủ và
áp suất dầu là bình thường, bạn cần biết
loại buồng đốt (trực tiếp, đốt trước, buồng
xoáy) và kiểu đầu phun nhiên liệu.
Nếu động cơ có buồng đốt trực tiếp với
các bộ phun kiểu lỗ, một hoặc vài bộ phun
nhiên liệu có thể hoạt động không chuẩn,
làm giảm sự tạo sương. Điều này có thể
làm cho động cơ khó khởi động, nhiên
liệu cháy không hết, xả ra nhiều khói đen.
Nhiên liệu lỏng trong cylinder sẽ rửa trôi
màng dầu bôi trơn trên vách cylinder, làm
tăng ma sát với piston. Cylinder và pis­
ton bị quá nhiệt dẫn đến bị biến dạng.
Các động cơ với buồng đốt trước và buồng
đốt cuộn xoáy ít bị các hiện tượng này.

Đây chỉ là một trong các khả năng,
minh họa sự cần thiết về các kiến thức
động cơ khi bạn chẩn đoán sự cố và tìm
biện pháp giải quyết.

Mỗi thì piston chạy với tốc độ này chỉ
với 1/100 giây. Trong thời gian rất ngắn
đó, hệ thông phun phải khởi động quá
trình phun, duy trì chế độ phun ổn định,
và dừng chính xác. Nếu phun quá nhanh,
sự cháy sẽ tăng tốc, làm tăng nhiệt độ và
áp suất trong cylinder, động cơ sẽ có tiếng
gõ lớn. Nếu phun quá chậm, sự cháy bị
trễ, làm giảm công suất, nhiên liệu cháy
không hết, gây ra khói đen và ô nhiễm.
Nhiên liệu phải được phun sương đều,
không làm nghẹt đầu phun, kể cả trước
và sau xung phun.
Điểm bắt đầu phun thực tế phải được
thời chuẩn với độ chính xác đến 0.00006
giây. Cuối cùng, các cylinder phải nhận
được lượng nhiên liệu như nhau và ổn định
trong từng vòng quay để giảm rung động
và tránh tải không đều giữa các cylinder,
sao cho không bị quá nhiệt cục bộ và pis­
ton không bị biến dạng.
Các yếu tố nêu trên cho thấy hệ thống
phun nhiên liệu động cơ diesel là phần kỹ
thuật có độ chính xác rất cao, cần xử lý
một cách cẩn thận và tỉ mỉ.

Hầu hết các động cơ diesel đều sử dụng
một trong các hệ thống nhiên liệu sau:
hơm nâng; bơm phân phối và hệ thống
đường dẫn chung.

Bơm nâng
PHẦN III: PHUN NHIÊN LIỆU
Hai phần đầu chương này trình bày
các quá trình xảy ra trong cylinder khi
nhiên liệu được phun vào và cháy hoàn
hảo. Phần này khảo sát hệ thống phun
nhiên liệu. Ngày nay, nhờ các tiến bộ công
nghệ, động cơ diesel ngày càng nhỏ hơn,

Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu dùng
bơm nâng được nêu trên Hình 2.9. Bơm
cung cấp lấy nhiên liệu từ thùng chứa
nhiên liệu đi qua bộ lọc nhiên liệu chính,
đẩy nhiên liệu với áp suất thấp qua bộ lọc
thứ hai đến bơm nâng.
Bơm nâng có piston chuyển động lên
21


Ngõ ra nhiên \\ệlịỊ
٧ ^ ١٧®
Bộ
Khoang apsua tca^ J L . .
p‫؛‬l ٥ ‫؛ ؛‬phận bơm
nhiên liệu


tràn vê
thùng
chứa
Bơm phân phối

Cam

Trục cam

Thanh điề u khiển

Hình 2.10. Sự bô' trí các piston và cyliinder bơm
trong hệ thống bơm nâng thẳng hàng.

Chảy r
tràrvve
thúng
chứa
Bơm nâng da cấp

Bộ ỉọc
sơ bộ

Hình 2.9. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu dùng bơm
nâng và bơm ụhân phối,

trong cylinder bơm thông qua trục
cam. ở cuối thì piston, nhiên liệu đi vào
cylinder bơm. Khi piston đi lên sẽ đẩy


xuống

nhiên liệú qua valve phân phối đến đầu
phun (Hình 2.10). Áp suất bơm sẽ mở valve
trong đầu phun, khởi động quá trình phun.
Tốc độ động cơ được điều tiết bằng cách
điều khiển lượng nhiên liệu phun vào cyl­
inder động cơ. Để thực hiện điều này, pis­
ton bơm có một rãnh cong xuống. Lỗ khoan
từ đỉnh piston bơm đi đến rãnh cong đế
nhiên liệu trong cylinder bơm có thể đi
qua (Hình 2.11). Lỗ thứ hai, được gọi là
cửa thoát, ờ phần cylinder bơm.
Khi rãnh cong trùng khớp với cửa

^ — Cylinder Bộ phận
bơm
Piston

Bắt đầu quá trình phun

Hình 2.11. Cấu tạo bơm nâng
22

Đầu thì piston bơm


Điều khiển
tăng tốc cho

động cơ

Mỗi cylinder có một bơm riêng, tất cả
các bơm nâng đều được đặt chung trong
một hộp và được truyền động bằng trục
cam, mỗi cam một bơm. Kiểu bế trí này
được gọi là dây bơm nâng thẳng hàng
(HÌnh 2.12)
Để động cơ vận hành ổn định, từng
bơm phải cung cấp cùng lượng nhiên liệu
một cách chính xác đến phần triệu lít.
Piston bơm không có các vòng găng (bạc,
segment) để làm kín với cylinder, chỉ dựa
vào độ chính xác giữa piston và cylinder
bơm. Ngày nay, độ hở giữa chúng không
quá 0.004", bề mặt piston và cylinder được
gia công chính xác với độ bóng rất cao.

Hinh 2.12. Dãy bơm nâng thẳng hàng trong động
cơ 4 cylinder.

thoát, nhiên liệu trong cylinder bơm sẽ
chảy ra ngoài, áp suất giảm, sự phun dừng
lại. Bằng cách quay piston hoặc cylinder
bơm, rãnh và cổng trùng khớp với nhau
vào thời điểm bất kỳ trong hành trình
piston bơm, cho phép thay đổi lượng nhiên
liệu phun.
Bánh răng lắp vào piston hoặc cylinder bơm được truyền động bằng thanh
răng, được gọi là thanh răng nhiên liệu.

Van tiết lưu nôì với thanh này, sự thay
đổi vị trí tiết lưu sẽ điều chỉnh dòng nhiên
liệu đi đến các bộ phun, cho phép điều
khiển công suất động cơ.

Bơm phân phối
Các Hình 2.13 và 2.14 minh họa hệ
thống nhiên liệu sử dụng bơm phân phối.
Nói chung, hệ thống này tương tự kiểu

Hình 2.13. Hệ thống phun nhiên liệu dùng bơm
phân phối

Hình 2.14. Phun nhiên liệu
kiểu bơm phân phối.

23


0‫ ا‬xo bộ điều tốc
Nhiên lỉệ u ^
t ٢ở về

Các ống n
Valve

Đẩu thủy
lực và rotor

n liệu


ChOt
d!nh lượng

Nhỉên líệu vào

Trục
truyền
động

suât
cao

Vòng găng cam
Bộ phận diều
ch‫ أ‬nh sớm/trễ

Bơm Valve điều
chuyển
tiết

Hinh 2.15. Bơm phun nhiên ‫ﻳﺎ'ﺍ‬٧ kiểu phân phố‫ﺍ‬
bơm nâng, nhưng có thêm ống thoát, dẫn
nhiên liệu từ bơm phun trở về thUng nhiên
liệu. Hai hệ thống này vận hành như nhau,
sử dụng cUng loại dầu phun. Sự.khác biệt
cơ bản giữa chUng chỉ là các bơm phun.
Hệ thống bơm nâng có bơm riêng cho
từng cylinder cồn bơm phân phối sử dụng
một bơm chung và dầu quay dể dưa nhiên

liệu dến từng cylinder. Điều này dược thực
hiện tương tự bộ phân phối trong dộng cơ
xăng cung cấp sự đánh lửa cho từng bougie,
do dó dược gọi là hơm phan phối. Do chỉ
dUng một bơm cung cấp cho tất cả các cylinder, từng bộ phun nhận dược những lượng
nhiên liệu như nhau, bảo dảm tải dộng cơ
phân bố dều, cho phép vận hành ổn định
các tốc độ không tải. Valve định lượng ở
cửa vào bơm dược nối với ống tiết Ì ẳ , diều
khiển lượng nhiên liệu bơm (Hình 2.15).

Bộ lọc nhiên
liệu chinh
Bộ lọc nhiên liệu phựThùng nhiên liệu'

Hình 2.16. Hệ thống phun nhiên liệu với đường
dẫn chung.

Mỗi đầu phun đều có bơm nhiên liệu
riêng, tương tự kiểu bơm nâng. Trục cam,
do động cơ truyền động, vận hành từng
bơm, và vào thời điểm thích hợp, bơm hoạt
động, đưa nhiên liệu vào cylinder.

Bộ phun nhiên liệu
Khi hoạt động, bơm phun đưa nhiên
liệu với áp suất cao đến đầu phun. Bơm
nâng và bơm phân phôi đưa nhiên liệu từ
bơm phun qua ống cung cấp đến bộ phun.
Hệ thống đường dẫn chung chỉ đưa nhiên


ò xo nén

Hệ thống dường dẫn chung
lỉệ thống đường dẫn chung có bơm lấy
nhiên liệu từ thUng nhiên. h.ệu qua bộ lọc
chinh, bộ lọc phụ và dưa vào đường dẫn
chung trong dầu cylinder. Bường dẫn này
cấp nhiên liệu cho các bộ phun (Hình 2.16).
Value dlều- chinh áp suất (.vaXve ‫ ﻝ\|\ﺓ‬ápì ‫ﺓ‬
cuối dường dẫn duy trinh áp suất trong
hệ thống theo giá trị xác định và dưa nhiên
liệu dư trở về thUng nhiên liệu. Nhiên
liệu tuần hoàn liên tục qua toàn bộ hệ
thống, kể cả các bộ phun, duy tri sự bôi
trơn và nhiệt độ Ổn dinh.
24

— Valve
đầu ptun

Hình 2.17. Bộ phun nhiên liệu. Nhiên liéu phun
trong bộ phun qua các đường dẫn trong thán và
đầu phun đến buồng riêng bao quanh van phun.
Lò xo giữ valve đóng cho đến khi áp suất nhiên
liệu từ thì phun vượt quá lực lò xo và nârg valve
lên, cho phép nhiên liệu với áp suất cao đ i qua
các lỗ phun. Điều này xảy ra hầu như tìc thời,
ở cuối quá trình phun, áp suất nhiên liệu giảm
nhanh, lò xo đóng valve lại, kết thúc dcnp dầu

nhiên liệu vào buồng đốt.


liệu đến đầu phun của bộ phận bơmA)ộ
phun kết hợp (được gọi là bộ phun dơn vị).
Bên trong bộ phun, một lò xo mạnh
giử value kim tựa vào đầu phun. Valve kim
được thiết kế để có thể chuyến động, cho
phép nhiên liệu đi vào động cơ, khi áp
suất trong bộ phun đạt đến giá trị xác
định (Hình 2.17). Trên bơm nâng và bơm
cao áp, một lượng nhỏ dầu diesel đi qua
thân valve kim để bôi trơn bộ phun. Nhiên
liệu dư trở về thùng nhiên liệu qua ống
thoát. Nhiên liệu liên tục tuần hoàn qua
thân bộ phun trong hệ thông đường dẫn
chung.

Bơm chuyển tải
Mọi hệ thống nhiên liệu đều sử dụng
bơm chuyển tải để đưa dầu diesel từ thùng
nhiên liệu đến bơm phun. Hệ thống đường
dẫn chung cần có bơm bánh răng được
thiết kế đặc biệt cho hệ thông này. Các
hệ thống khác chỉ cần bơm áp suất thấp
thích hợp với dầu diesel. Một số động cơ
sử dụng bơm điện kiểu màng, nhưng hầu
hết các hệ thống phun đều sử dụng bơm
màng vận hành bằng lực cơ học lắp trong
khới cylinder hoặc bên cạnh bơm phun.


PHẦN IV: BỘ ĐIỀU Tốc
Công suất của động cơ diesel được điều
khiển thông qua lượng nhiên liệu được
phun vào các cylinder. Trong máy thủy
thường yêu cầu động cơ chạy với tốc độ
xác định, bất kể tải tác động lên động cơ.
Điều này không thể thực hiện nếu chỉ dùng
valve tiết lưu mỗi khi tải tăng hoặc giảm,
động cơ tăng tốc hoặc giảm tốc độ. Sự vận
hành với tốc độ ổn định có thể đạt được
bằng cách nối thanh điều khiển nhiên liệu
trên bơm phun với bộ điều tốc.

Đai ốc điều chỉnh tốc độ
(xác lập tốc độ lý tưởng)

Điểm chốt xoay
Giá quay
Trục truyền động

Hình 2.18.

Bộ điều tốc cơ bản.

lực ly tâm. Lò xo tốc độ được dùng để cân
bằng lực ly tâm.
Giả sử động cơ đang hoạt động, bộ điều
tốc đang quay và các bánh đà cân bằng
với lò xo tốc độ ở vị trí xác định. Nếu tải

giảm và động cơ tăng tốc, bộ điều tốc sẽ
quay nhanh hơn, các bánh đà ra xa do
tăng lực ly tâm. Khi các bành đà ra xa,
các thanh đẩy của chúng tựa vào ống lót
điều khiển, ép lên lò xo tốc độ cho đến
khi khôi phục sự cân bằng.
Ông điều khiển được nối đến thanh
điều khiển nhiên liệu của bơm phun thông
qua các thanh khớp nhỏ, khi ống diều
khiển chuyển động lên phía trên trục
truyền động của bộ điều tốc, sẽ làm giảm
sự phun dầu của bơm. Điều này làm giảm
tốc độ động cơ đến giá trị xác định trước.

Bộ điều tốc đơn giản

Động cơ có thể chạy ở tốc độ xác lập
bất kỳ bằng cách điều chỉnh lực lò xo tô"c
độ thông qua thanh điều chỉnh tốc độ. Áp
suất tác dụng lên lò xo càng cao, các bánh
đà càng hướng vào trong, nhiên liệu phun
càng tăng, động cơ chạy càng nhanh. Giảm
áp suất tác dụng lên lò xo tốc độ làm cho
các bánh đà di chuyển ra xa, lượng nhiên
liệu phun giảm, động cơ chạy chậm dần.

Bộ điều tốc cơ bản gồm hai khối thép
nặng, được gọi là bánh đà, gắn vào các
đầu của hai thanh có khớp xoay và lò xo
(Hình 2.18). Trục truyền động của bộ điều

tốc được động cơ truyền động, các bánh
đà quay quanh trục này, bị đẩy ra xa do

Trên các động cơ lớn, bộ điều tốc cơ
học đơn giản nêu trên được thay bằng bộ
có điều tốc thủy lực phức tạp hơn, nhưng
nguyên lý không thay đổi. Một số động cơ
thủy cỡ nhỏ có bộ điều tốc lắp trong khối
động cơ, nhưng nói chung bộ điều tốc
25


thường được đặt ở phía sau bơm, phun
nhiên liệu. Bộ diều tốc ít khi bị hư hỏng,
khi sử dụng dộng cơ bạn có thể chỉ cần
diều chỉnh lực căng của 10 xo tốc độ dể
xác lập tốc độ không tải của dộng cơ.

Bộ dìều tốc chân không
Sôi khi bạn có thể gặp bộ diều tốc kiểu
chân không. Bộ này gồm valve bướm (la
kim loại) dược lắp ở cửa vào bộ góp khOng
khi nạp. Ông chân không nối giữa bộ góp
không khi nạp và hộp nhỏ phía sau bơm
'phun. Bên trong hộp này là màng nối với
thanh diều khiển nhiên liệu của bơm phun.
Bộ tiết 1‫ﺍ‬Λ‫ﻝ‬vận hành valve bướm, khi
valve tiết lưu dOng, valve bướm chặn dOng
khOng khi di vào dộng cơ. Tác dụng bơm
của các piston kéo không khi vào tạo ra

chân khOng trong bộ góp nạp. Chân khOng
này dược truyền cho phần trên bơm phun
nhiên liệu thOng qua ống chân không, kéo
màng về phía 10 xo. Màng này kéo thanh
diều khiển của bơm phun về vị tri dOng.
Nếu tải tãng, dộng cơ giảm tốc độ, độ
chân khOng sẽ giảm, 10 xo trong bơm phun
nhiên liệu dẩy màng chắn, tác dộng dến
thanh diều khiển nhiên liệu, lượng nhiên
liệu phun tăng lên. Bộng cơ tăng tốc độ.
Nếu tải giảm, tốc độ dộng cơ tăng và chân
khOng cUng tăng, kéo màng về phía dóng,
làm giảm tốc độ dộng cơ.
Khi tiết lưu mở, valve bướm mở, chân
không trong bộ góp nạp giảm, màng

chuyển dộng do lực của 10 xo, thanh răng
diều khiển diều khiển nhiên liệu tăng
lượng nhiên liệu cung cấp, dộng cơ tăng
tốc độ dến giá trị mới xác lập.
Hệ thống này ít bị hư hỏng, vài sự cố
thường gặp là Ống chân không bị rO rỉ,
hộp chứa màng bị rạn nứt, và màng bị
nứt. Tốc độ không tải của dộng cơ dược
xác lập với vít diều chinh' vị tri dOng tối
thiểu của valve bướm.

PHẦN V: HỆ THỐNG LÀM NGUỘI
Đ p n g l i e s e l vận hành với lượng
nhiệt lớn, chi một phần ba lượng nhiệt

này dược chuyển thành công hữu ích. Hai
phần ba cOn lại phải được giải phOng ra
xung quanh dể nhiệt độ trong dộng cơ
không quá cao dến mức nguy hiểm. Nhiệt
độ quá cao có thể phá hủy màng dầu bồi
trơn, làm cho dộng cơ bị biến dạng, dầu
cylinder bị rạn nứt. Khoảng gần một nửa
lượng nhiệt dư thoát ra ngoài theo khi
thải, phần còn lại dược xử lý bằng hệ thống
làm nguội.
Có ba hệ thống làm nguội chinh dược
dUng trong máy thủy: làm nguội bằng nước
thô, sử dụng bộ trao dổi nhiệt, và bộ làm
nguội ở dáy tàu thuyền.

Làm nguộí bằng nước thô
Hệ thống làm nguội bằng nước thô trên
tàu thuyền lấy nước trực tiếp từ sông hoặc


biển. Nước đi vào qua ống hút, đến bình
chứa, tuần hoàn qua các bộ làm nguội dầu,
làm nguội phía sau, và động cơ, sau đó
chảy ra ngoài. Trên hầu hết các động cơ
diesel 4 thì, sau khi nước tuần hoàn qua
động cơ sẽ đi vào ống xả rồi xả ra ngoài
cùng với khí thải (Hình 2.19), được gọi là xả
ướt, còn xả khô chỉ có khí thải mà không
có nước.
Hệ thống làm nguội bằng nước kiểu

này đơn giản và kinh tế, nhưng có nhiều
nhược điểm.
Theo thời gian, cặn lắng tích tụ trong
động cơ và các bộ làm nguội, dần dần
làm nghẹt các đường dẫn làm nguội.
Điều chỉnh nhiệt độ động cơ tương đối
khó. Thứ nhất, nhiệt độ nước trong môi
trường thay đổi trong phạm vi rộng
(khoảng 15 đến 40.C). Thứ hai, hệ
thống thường không có bộ điều nhiệt,
do cặn lắng có thể làm nghẹt bộ này.
Trên biển, muối kết tinh trong phần
nóng nhất của hệ thống làm nguội,
quanh các thành và đầu cylinder. Điều
này làm giảm hiệu suất làm nguội và
gây ra các điểm nóng cục bộ. Tốc độ
hình thành muối phụ thuộc vào nhiệt
độ nước, tăng nhanh khi nhiệt độ nước
làm nguội cao hơn 70.C. Do đó động cơ
làm nguội bằng nước biển hoạt động
với nhiệt độ thấp hơn so với các loại
động cơ khác (khoảng 60-70.C so với
85.C hoặc cao hơn). Điều này làm giảm
hiệu suất nhiệt của động cơ có thể làm
cho nước và các acid độc hại ngưng tụ
trong dầu động cơ.
Sự kết hợp nhiệt, nước biển và các kim
loại, dễ dàng dẫn đến sự ăn mòn điện
hóa. Động cơ sử dụng hệ thống làm
nguội này cần được chế tạo từ các vật

liệu tương thích về điện hóa (khối cyl­
inder bằng gang đúc phải có đầu cyl­
inder bằng gang, không được dùng hợp
kim nhôm). Các dương cực bằng kẽm
(Zn) được lắp trong mạch làm nguội,
được kiểm tra và thay mới một cách
đều đặn để giảm tốc độ ăn mòn.
Động cơ không sử dụng chất chống

Hình 2.20. Khối cylinder bị nứt trong động cơ
làm nguội bằng nước. Động cơ này được lắp
dưới đường mởn nước và không có ống xi-phong.

đông (chống đóng băng) trong điều kiện
thời tiết giá lạnh (Hình 2.20), do đó
nước làm nguội phải được xả hết sau
mỗi lần sử dụng. Toàn bộ đường ống
và các bơm phải không có điểm giảm
áp để dễ dàng xả nưởc ra ngoài sau
khi sử dụng.

Làm nguội bằng bộ trao đổi nhỉệt
Động cơ với bộ trao đổi nhiệt có hệ
thống làm nguội khép kín. Bơm làm nguội
động cơ tuần hoàn chất làm nguội từ thùng
chứa qua các bộ làm nguội dầu, bộ làm
nguội sau, và động cơ. Chất làm nguội đi
qua bộ trao đổi nhiệt để hạ nhiệt độ và
chất làm nguội tiếp tục tuần hoàn (Hình
2 . 21 ) .


Bộ trao đổi nhiệt gồm một hình trụ
với các ống hợp kim Cu-Ni bên trong
(Hình 2.22). Chất làm nguội động cơ nóng
đi qua ô"ng trụ. Nước lạnh bên ngoài được
bơm qua các ống hợp kim Cu-Ni. Nước tải
nhiệt từ chất làm nguội ra ngoài, được xả
27

/


Áo nước

Nước làm
nguội

Hai chiểu

chông ăn mòn trong dung dịch làm nguội
để bảo vệ động cơ, do đó sẽ không có cặn
lắng và muối kết tinh trong các đường
ống và đầu cylinder. Động cơ có thể vận
hành ở nhiệt độ cao hơn, làm tăng hiệu
suất nhiệt. Thùng dãn nở có nắp chịu áp
suất như trên bộ tản nhiệt của xe ôtô.
Khi áp suất chất làm nguội tăng, điểm
sôi cũng tăng. Nếu áp suất tăng thêm 10
psi, nhiệt độ sôi tăng đến 116.C. Áp suất
tăng trong hệ thống làm nguội khép kín

sẽ giảm nguy cơ hình thành các túi hơi
nước cục bộ và các điểm nóng trong động
cơ.
Phía nước thô (lấy từ sông, biển) của
mạch trao đổi nhiệt có thể xảy ra các vấn
đề tương tự hệ thống làm nguội bằng nước
thô, đặc biệt là cặn lắng tích tụ trong các
ống trao đổi nhiệt, khả năng bị ăn mòn
và nước đóng băng. Các điện cực bằng kẽm
(Zn) được dùng trong các ống này để chống
ăn mòn điện hóa.

Hình 2.22. Bộ trao đổi nhiệt.

ra một cách trực tiếp hoặc qua ô"ng xả ướt
chung với khí thải.
Bộ trao đổi nhiệt tương đối đắt tiền,
đòi hỏi nhiều ống hơn so với hệ thống
làm nguội bằng nước thô. Mặt khác, có
thể sử dụng chất đóng băng và các chất
28

Làm nguội ở đáy tàu thuyền
Sự làm nguội ở đáy tàu thuyền không
cần sử dụng mạch nước thô. Thay vì đặt
hệ thống trao đổi nhiệt trên tàu thuyền
và đưa nước thô vào, bộ trao đổi nhiệt
được nhúng trực tiếp xuống nước sông biển
(Hình 2.23) ở đáy tàu thuyền. Điều này