Nuyên lý làm việc của động cơ diesel hai kỳ dựa vào sự kết hợp thông minh của các giai đoạn khác nhau trong mỗi chu kỳ. Dưới đây là bài viết về chủ đề: Trình bày nguyên lý làm việc của động cơ diesel 2 kỳ thế nào?, mời bạn đọc theo dõi.
Mục lục bài viết
1. Động cơ diesel hai kỳ là gì?
Động cơ diesel hai kỳ là một loại động cơ diesel sử dụng phương pháp đánh lửa nén trong một chu trình đốt cháy kéo dài hai kỳ. Được sáng tạo bởi Hugo Güldner vào năm 1899, loại động cơ này đã đóng góp quan trọng vào tiến bộ của ngành công nghiệp động cơ và vận tải.
Trong quá trình hoạt động, động cơ diesel hai kỳ sử dụng nguyên tắc nén không khí để tạo điều kiện đánh lửa. Ban đầu, không khí được nén và nung nóng bên trong xi lanh. Sau đó, nhiên liệu được bơm vào xi lanh, và do sự nóng chảy của không khí đã được nén trước đó, nhiên liệu tự bốc cháy một cách tự nhiên. Khi nhiên liệu cháy, năng lượng được tạo ra và áp lực tăng cao trong xi lanh, đẩy pít-tông lên lên và dưới.
Sự khác biệt quan trọng giữa động cơ diesel hai kỳ và chu trình đốt cháy bốn kỳ nằm ở việc có một chu kỳ đánh lửa riêng biệt trong chu trình đốt cháy hai kỳ. Trong động cơ bốn kỳ truyền thống, cả hai hành trình nâng lên và hạ xuống của pít-tông đều được sử dụng để tạo các pha của chu trình đốt cháy (hút, nén, đánh lửa/nổ, xả). Tuy nhiên, trong động cơ diesel hai kỳ, việc nén không khí và đánh lửa cháy xảy ra trong cùng một hành trình của pít-tông, giúp tạo ra áp lực cao và nhiệt độ lớn, thúc đẩy quá trình cháy mạnh mẽ hơn.
Tính năng nổi bật của động cơ diesel hai kỳ là hiệu suất cao và khả năng cung cấp mô men xoắn mạnh mẽ. Tuy nhiên, điều này cũng đi kèm với một số hạn chế, như khả năng gây ra ô nhiễm môi trường do việc không thể kiểm soát chính xác việc nạp và xả khí, cũng như hiệu suất nhiên liệu không được tối ưu. Mặc dù vậy, động cơ diesel hai kỳ vẫn là một phát minh quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp động cơ và đã có tầm ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của ngành vận tải và máy móc.
2. Chu trình hai kỳ là gì?
Chu trình hai kỳ trong động cơ là một quá trình phức tạp mà chứa đựng nhiều giai đoạn hoạt động khác nhau trong một chu kỳ hoàn chỉnh của động cơ đốt trong. So với chu trình bốn kỳ, trong đó mỗi giai đoạn xảy ra trong hai vòng quay của trục khuỷu, chu trình hai kỳ chỉ diễn ra trong một vòng quay duy nhất. Điều này tạo ra sự trùng hợp giữa các giai đoạn hoạt động, làm nổi bật sự tương quan phức tạp giữa chu trình nhiệt động và khí động học của nó. Mặc dù chu trình hai kỳ có khả năng lý thuyết gấp đôi công suất đầu ra so với chu trình bốn kỳ, nhưng trong thực tế, các tổn thất do quá trình quét khí khiến cho hiệu quả này khó đạt được.
Quá trình nạp trong chu trình hai kỳ bắt đầu khi pít-tông ở vị trí gần điểm chết dưới (BDC). Không khí được hút vào trong xi lanh thông qua các lỗ trên tường của nó (trong trường hợp này, không có van nạp). Để cung cấp không khí cho động cơ, thường sử dụng quạt gió hoặc máy nén tua-bin. Trong giai đoạn đầu của quá trình nạp, không khí cũng được sử dụng để loại bỏ khí đốt dư còn lại từ chu kỳ trước đó, quá trình này được gọi là quét khí.
Khi pít-tông di chuyển lên, không khí nạp trong xi lanh sẽ bị nén. Khi pít-tông đạt đến gần điểm chết trên, nhiên liệu sẽ được phun vào xi lanh. Sự kết hợp của áp suất cực cao từ nhiên liệu và nhiệt nảy sinh từ quá trình nén sẽ gây ra hiện tượng cháy nổ của nhiên liệu, tạo ra một lực đẩy mạnh mẽ đẩy pít-tông xuống. Khi pít-tông tiếp tục di chuyển xuống trong xi lanh, cổng xả sẽ mở ra để đẩy khí đốt có áp suất cao ra ngoài. Tuy nhiên, trong hầu hết các động cơ diesel hai kỳ hiện nay, van poppet (xupap) thường được sử dụng trên đỉnh của xi lanh, cùng với hệ thống quét khí đơn dòng. Khi pít-tông tiếp tục di chuyển xuống, cổng nạp khí trên tường của xi-lanh sẽ được lộ ra, và chu trình sẽ tiếp tục lặp lại.
3. Trình bày nguyên lý làm việc của động cơ diesel 2 kỳ thế nào?
Nguyên lý làm việc của động cơ diesel hai kỳ dựa vào một chu trình hoạt động phức tạp và đồng thời sử dụng quy trình đánh lửa nén để đốt cháy nhiên liệu. Điều này làm cho nó trở thành một loại động cơ hiệu quả và mạnh mẽ trong các ứng dụng khác nhau. Dưới đây là chi tiết về nguyên lý hoạt động của động cơ diesel hai kỳ:
3.1. Kỳ 1:
– Trong giai đoạn đầu của chu kỳ, pít-tông di chuyển từ Điểm Chết Tới (ĐCT) xuống Điểm Chết Dưới (ĐCD). Trong quá trình này, các giai đoạn quan trọng bao gồm cháy dãn nở, thải tự do, quét và thải khí.
– Khi pít-tông đang ở ĐCT, khí cháy có áp suất cao từ giai đoạn trước đó đẩy pít-tông đi xuống.
– Khi pít-tông tiếp tục di chuyển xuống, trục khuỷu cũng quay và sinh ra công suất. Quá trình cháy dãn nở kết thúc khi pít-tông bắt đầu mở cửa quét.
– Khi pít-tông mở cửa quét, khí thải có áp suất cao trong xi lanh sẽ được đẩy ra ngoài qua cửa thải. Quá trình này được gọi là giai đoạn thải tự do.
– Khi pít-tông tiếp tục di chuyển xuống và đóng cửa thải, khí thải trong xi lanh được đẩy qua cửa thải ra ngoài. Đồng thời, cửa quét mở để cho khí nạp có áp suất cao từ cacte thông qua đường thông và cửa quét vào xi lanh, tạo ra giai đoạn quét thải khí.
– Trong quá trình này, khí nạp trong cacte cũng được nén khi pít-tông tiếp tục di chuyển xuống và đóng cửa nạp. Do vị trí của pít-tông đóng cửa nạp trước khi mở cửa quét, áp suất khí nạp trong cacte tăng lên.
3.2. Kỳ 2:
– Trong giai đoạn này, pít-tông được trục khuỷu dẫn động đi từ ĐCD lên ĐCT. Các giai đoạn quan trọng trong chu kỳ này bao gồm quét-thải khí, lọt khí, nén, và cháy-dãn nở.
– Ban đầu, cả cửa quét và cửa thải vẫn mở, cho phép khí nạp và khí thải ra khỏi xi lanh. Quá trình quét thải khí chỉ kết thúc khi pít-tông đóng cửa quét.
– Khi pít-tông đóng cửa quét, một phần hoà khí trong xi lanh sẽ lọt ra ngoài qua cửa thải. Giai đoạn này được gọi là giai đoạn lọt khí.
– Sau đó, quá trình nén bắt đầu khi pít-tông tiếp tục di chuyển lên. Gần cuối kỳ 2, bugi tạo ra tia lửa điện châm cháy hoà khí, khởi đầu quá trình cháy.
– Trong khi pít-tông đi từ ĐCD lên ĐCT, cửa quét và cửa nạp vẫn còn đóng. Do đó, áp suất trong cacte giảm, và pít-tông tiếp tục di chuyển lên để mở cửa nạp. Hoà khí trên đường ống nạp sẽ đi vào cacte do sự chênh lệch áp suất.
Tóm lại, nguyên lý làm việc của động cơ diesel hai kỳ dựa vào sự kết hợp thông minh của các giai đoạn khác nhau trong mỗi chu kỳ. Từ việc nạp không khí, quét và thải khí, đến quá trình nén và cháy-dãn nở, mọi giai đoạn đều hoạt động một cách chính xác để tạo ra sức mạnh và hiệu suất cao cho động cơ.
Trong thực tế, hầu hết các động cơ hai kỳ được sản xuất bởi các hãng như Electro-Motive Diesel (EMD) và General Motors (còn được gọi là Detroit Diesel) có một số thông số chỉnh được rất ít, và phần lớn các thông số khác đều đã được cố định ngay từ giai đoạn thiết kế cơ học của động cơ.
Điều này có nghĩa là một số yếu tố quan trọng như chu kỳ làm việc, thời gian mở đóng cửa van, áp suất nạp, tỷ lệ nhiên liệu và không khí, và một số thông số khác liên quan đến hiệu suất và hoạt động của động cơ đã được xác định và khóa sẵn trong thiết kế. Điều này giới hạn khả năng điều chỉnh và tùy chỉnh các thông số này để thích nghi với các điều kiện hoạt động cụ thể hoặc để đạt được hiệu suất tối ưu.
Tuy nhiên, một số thông số vẫn có thể được điều chỉnh như tốc độ quay, tăng áp turbo, và một số thiết lập điện tử trong các hệ thống kiểm soát hiện đại. Tùy thuộc vào mục tiêu và ứng dụng cụ thể của động cơ, việc giữ một số thông số cố định có thể giúp đảm bảo sự ổn định và hiệu suất đáng tin cậy trong quá trình vận hành.
4. Nhiên liệu trong hoạt động của động cơ diesel hai kỳ:
Nhiên liệu đóng một vai trò không thể thiếu và quyết định trong hoạt động của động cơ diesel hai kỳ. Loại nhiên liệu được lựa chọn để sử dụng trong động cơ này thường là các dạng dầu hydrocacbon có đặc tính nặng hơn so với xăng. Điều này mang đến những ưu điểm quan trọng, bao gồm khả năng bay hơi thấp hơn, có điểm chớp cháy cao hơn và mật độ năng lượng cao hơn. Nhờ vào những đặc điểm này, loại nhiên liệu này góp phần quan trọng vào việc tối ưu hóa hiệu suất và hiệu quả hoạt động của động cơ diesel hai kỳ.
Đối với các ứng dụng hàng hải và tàu biển, một loại nhiên liệu phổ biến thường được sử dụng là dầu cặn. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là không có một tập hợp tiêu chuẩn thống nhất cho các loại nhiên liệu như vậy, dẫn đến việc chúng thường được gọi bằng nhiều tên thông tục khác nhau. Các thuật ngữ thông dụng bao gồm Nhiên liệu trung gian hàng hải (Marine Intermediate Fuel), Dầu nhiên liệu nặng (Heavy Fuel Oil), Nhiên liệu Boong ke hàng hải (Marine Bunker Fuel) và Nhiên liệu Boong ke C (Bunker C Fuel).
Khi xem xét các ứng dụng lịch sử và hiện đại, dầu nhiên liệu nặng thậm chí còn được sử dụng trong các động cơ máy bay diesel hai thì, chẳng hạn như động cơ Jumo 205. Vào những năm 1960, dầu cặn thậm chí được “pha chế trên cơ sở chất thải của nhà máy lọc dầu”. Mặc dù loại nhiên liệu này có chất lượng thấp với độ nhớt cao và chỉ số cetane thấp, nhưng nó lại có giá thành thấp và tiết kiệm trong quá trình sử dụng. Sự kết hợp giữa tính hiệu quả kinh tế và khả năng đáp ứng nhu cầu năng lượng đã làm cho dầu cặn trở thành một phương án hấp dẫn trong các hoạt động liên quan đến động cơ diesel hai kỳ.
