Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp piston xi lanh động cơ diesel lai máy phát điện tàu thủy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN Sự
NGUYỄN LÊ VĂN
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI
NHIỆT ĐẾN Sự TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PÍT
• • •
TÔNG - XI LANH ĐỘNG CƠ DIESEL LAI
MÁY PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - NĂM 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN Sự
NGUYỄN LÊ VĂN
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI
NHIỆT ĐẾN Sự TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PÍT
• • •
TÔNG - XI LANH ĐỘNG CƠ DIESEL LAI
MÁY PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 62 52 01 16
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS, TS Đào Trọng Thắng
2. PGS, TS Lại Văn Định
HÀ NỘI - NĂM 2014
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các kết quả nghiên cứu và các kết luận nêu trong luận án là trung thực, không
sao chép từ bất kì một nguồn nào và dưới bất cứ hình thức nào. Việc tham
khảo các nguồn tài liệu đã được trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo

đúng quy định.
Tác giả luận án
Nguyễn Lê Văn
ii
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn các thầy hướng dẫn khoa học: PGS.TS
Lại Văn Định, PGS.TS Đào Trọng Thắng đã tận tình hướng dẫn về phương
pháp và nội dung nghiên cứu trong quá trình thực hiện luận án. Nhân dịp này,
tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy PGS.TS Hà Quang Minh, PGS.TS
Vy Hữu Thành, PGS.TS Nguyễn Hoàng Vũ, TS Nguyễn Trung Kiên thuộc
Bộ môn Động cơ, Khoa Động lực, Học viện KTQS đã có rất nhiều ý kiến
đóng góp quý báu cho việc thực hiện luận án.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Bộ môn Động cơ, Khoa Động lực, Phòng
Sau đại học, Học viện KTQS; Cục Kỹ thuật Hải quân, Nhà máy X46 Hải
quân; các thầy, các nhà chuyên môn, các chuyên gia và các đồng nghiệp trong và
ngoài Học viện KTQS cùng những người thân trong gia đình, bạn bè đã thường
xuyên quan tâm, động viên, giúp đỡ nhiều mặt để tác giả hoàn thành luận án.
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM Ơ N ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

vi
DANH MỤC CÁC BẢNG viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xi
MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PÍT TÔNG - XI
LANH VÀ PHỤ TẢI NHIỆT ĐỘNG CƠ 4

1.1. Đặt vấn đề 4
1.2. Đặc điểm kết cấu và lắp ghép cặp pít tông - xi lanh động cơ diesel
lai máy phát tàu thủy 5
1.2.1. Đặc điểm kết cấu của pít tông
5
1.2.2. Đặc điểm kết cấu của xi lanh 6
1.2.3. Đặc điểm lắp ghép của cặp pít tông - xi lanh

8
1.3.
.
Các mô hình tương tác 9
1.3.1. Mô hình không có khe hở và không có sự tương tác

9
1.3.2. Mô hình có khe hở, không có sự tương tác

10
1.3.3. Mô hình có khe hở, có tương tác
15
1.4. Ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh

25
1.4.1. Đặc điểm của quá trình trao đổi nhiệt ở động cơ đốt trong 25
1.4.2. Trao đổi nhiệt giữa thành ống lót xi lanh và nước làm mát 26
1.4.3. Ảnh hưởng của rung động ống lót xi lanh đến cường độ trao đổi nhiệt

26
1.4.4. Các chỉ tiêu đánh giá phụ tải nhiệt 27
1.4.5. Ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến biến dạng và khe hở

giữa pít tông và xi lanh 27
1.5.
.
Lựa chọn mô hình tính toán 28
Kết luận chương 1 30
Chương 2. MÔ HÌNH KHẢO SÁT SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PÍT TÔNG
- XI LANH KHI XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI NHIỆT

31
2.1. Đặt vấn đề 31
iii
iv
2.2. Mô hình tương tác của cặp pít tông - xi lanh

31
2.2.1. Mô hình xác định chuyển động phụ của pít tông

32
2.2.2. Sự va đập giữa pít tông và xi lanh 38
2.3. Mô hình tính toán trường nhiệt độ pít tông và xi lanh

42
2.3.1. Mô hình hình học 42
2.3.2. Mô hình toán học 43
2.3.3. Các điều kiện biên của bài toán tính trường nhiệt độ
45
2.3.4. Xác định trường nhiệt độ của pít tông và xi lanh 48
2.3.5. Biến dạng nhiệt của cặp pít tông và xi lanh

50

2.3.6. Xác định khe hở nhiệt giữa pít tông và xi lanh

51
2.4. Mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác
của cặp pít tông - xi lanh 54
2.5. Lựa chọn phương pháp tính và phần mềm tính toán

55
2.5.1. Các phương pháp tính toán trường nhiệt độ và lựa chọn
phương pháp tính 55
2.5.2. Các phương pháp tính toán tương tác của cặp pít tông - xi lanh

59
Kết luận chương 2 60
Chương 3. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI NHIỆT TỚI SỰ
TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PÍT TÔNG - XI LANH ĐỘNG CƠ 6Ч 12/14 . 61
3.1. Đặc điểm kết cấu của cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14

61
3.1.1. Giới thiệu sơ bộ về động cơ 6Ч 12/14 61
3.1.2. Giới thiệu sơ bộ về kết cấu ống lót xi lanh của động cơ 6Ч 12/14

62
3.1.3. Đặc điểm kết cấu của pít tông động cơ 6Ч 12/14

63
3.2. Xây dựng mô hình tính toán cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14 64
3.3. Xác định trường nhiệt độ và khe hở nhiệt của cặp pít tông - xi lanh
động cơ 6Ч 12/14 65
3.3.1. Tính toán điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho bài toán xác định

trường nhiệt độ 65
3.3.2. Xác định trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt của
cặp pít tông - xi lanh 79
3.3.3. Xác định khe hở nhiệt của cặp pít tông - xi lanh

83
3.4. Tính toán sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14

85
3.4.1. Xây dựng sơ đồ thuật toán 85
3.4.2. Tính toán sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14
khi không có ảnh hưởng của phụ tải nhiệt 88
v
3.4.3. Tính toán sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh
khi có ảnh hưởng của phụ tải nhiệt
91
3.5. Nhận xét, đánh giá kết quả 94
Kết luận chương 3 95
Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 96
4.1. Mục đích nghiên cứu 96
4.2. Trang thiết bị phục vụ nghiên cứu thử nghiệm

96
4.2.1. Nguyên lí và đặc tính kĩ thuật của thiết bị đo nhiệt độ
96
4.2.2. Nguyên lí hiệu chỉnh thiết bị đo nhiệt độ 103
4.2.3. Quy trình đo nhiệt độ cho thành ống lót xi lanh động cơ 104
4.2.4. Trang thiết bị thử nghiệm 104
4.3. Đo nhiệt độ của thành ống lót xi lanh động cơ 6^ 12/14 108
4.3.1. Lựa chọn các vị trí đo 108

4.3.2. Phương pháp lấy số liệu 109
4.3.3. Kết quả đo 110
4.4. Xử lí số liệu thực nghiệm 110
4.5. Đánh giá độ tin cậy của mô hình tính 114
Kết luận chương 4 117
KẾT LUẬN v À k iế n n g h ị 118
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 120
TÀI LIỆU THAM KHẢO 121
PHỤ LỤC 126
Phụ lục 1. Kết quả tính nhiệt độ, áp suất, hệ số truyền nhiệt và lực ngang
của động cơ 6^12/14 bằng phần mềm Diesel - RK 127
Phụ lục 2. Hệ số trao đổi nhiệt và nhiệt độ tại các bề mặt tính toán
của ống lót xi lanh và pít tông động cơ 6^12/14

130
Phụ lục 3. Trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt của ống lót xi lanh
và pít tông động cơ 6^12/14 ở chế độ (80, 40, 20)% tải
132
Phụ lục 4. Chương trình tính chuyển động phụ bằng Matlab 134
Phụ lục 5. Ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông - xi
lanh động cơ 6^ 12/14 ở chế độ 80%, 40% và 20% phụ tải 137
Phụ lục 6. Nhiệt độ thực nghiệm của ống lót xi lanh

142
Phụ lục 7. Biên bản thử nghiệm và một số hình ảnh thử nghiệm
đo nhiệt độ ống lót xi lanh động cơ 6^ 12/14

145
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt:
ĐGD Điểm gốc dưới
ĐGT Điểm gốc trên
GQTK Góc quay trục khuỷu
PTHH Phần tử hữu hạn
Kí hiệu :
a Hệ số khuếch tán nhiệt
b Hệ số ma sát ngoài (giảm chấn)
c Nhiệt dung riêng của vật liệu [J/kg.K]
cp Độ cứng của thân pít tông [N.m2]
[Ce] Ma trận nhiệt dung riêng tại phần tử
D Đường kính xi lanh ở trạng thái nguội [m]
[D] Ma trận các hệ số dẫn nhiệt
{D} Ma trận đàn hồi của vật liệu
dp Đường kính pít tông [m]
E Mô đun đàn hồi của vật liệu [Pa]
F Diện tích bề mặt vật rắn [m2]
Fl Diện tích tiết diện ngang của mặt cắt ống lót [m2]
G Mô đun đàn hồi trượt ngang của vật liệu [Pa]
H Khoảng cách từ trọng tâm đến đáy pít tông [m]
IO Mô men quán tính của hệ pít tông đối với tâm của chốt
pít tông [kg.m2]
IO1 Mô men quán tính của hệ pít tông đối với trọng tâm [kg.m2]
jy Gia tốc của pít tông khi chuyển động tịnh tiến [m/s2]
k Hệ số phục hồi
[Ke] Ma trận dẫn nhiệt của phần tử
l Chiều dài thanh truyền [m]
m1 Khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu khuỷu [kg]
trục thanh truyền
Mk Mô men lật của lực khí thể do pít tông quay quanh trục

của chốt pít tông [N.m]
Mmc Mô men ma sát của chốt pít tông [N.m]
N Lực ngang tác dụng vuông góc với thành xi lanh [N]
n Tốc độ của động cơ [v/ph]
Nvd Lực va đập của pít tông lên ống lót xi lanh [N]
Pj Lực quán tính của các chi tiết tham gia chuyển động
tịnh tiến [N]
pk Áp suất khí thể [N/m2]
vii
Pk
Lực khí thể [N]
Pmx
Lực ma sát giữa xéc măng với rãnh
[N]
Ptt
Lực tác dụng dọc theo đường tâm thanh truyền [N]
Pe
Lực tổng hợp [N]
q
Dòng nhiệt theo một hướng nhất định
[J/m]
Q1
Nhiệt lượng cấp cho hệ vật
[J]
Q2
Nhiệt lượng sản sinh trong lòng hệ vật
[J]
Q3
Nhiệt lượng thoát ra khỏi hệ vật
[J]

Q4
Sự thay đổi nội năng hệ vật
[J]
R
Bán kính quay của trục khuỷu
[m]
Sy
Chuyển vị của pít tông khi chuyển động tịnh tiến
[m]
T
Nhiệt độ
[K], [0C]
t0
Thời gian ban đầu [s]
ts
Thời gian dịch chuyển hết khe hở A [s]
V Thể tích của vật rắn
[m3]
v0
Vận tốc ban đầu khi va đập [m/s]
x Dịch chuyển theo phương ngang [m]
x0
Tọa độ của lực va đập
[m]
y
Khoảng cách đến trọng tâm
[m]
a Hệ số trao đổi nhiệt
[W/m2]
ag

Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt theo góc quay trục khuỷu
[W/m2.K]
p
Góc nghiêng của đường tâm thanh truyền so với đường
tâm xi lanh
[độ]
Y
Góc quay của pít tông quanh trọng tâm
[độ]
Ă
Khe hở giữa pít tông - xi lanh
[mm]
s Hiệu dịch chuyển của pít tông và độ lệch ống lót xi
lanh
{s}
Véc tơ biến dạng tổng
{s^}
Véc tơ biến dạng nhiệt
i
Hệ số kết cấu
^1
Hệ số dẫn nhiệt của vật thứ nhất
[W/m.K]
^2
Hệ số dẫn nhiệt của vật thứ hai
[W/m.K]
[k -1]
A Hệ số giãn nở nhiệt
V Hệ số Poisson
p

Khối lượng riêng của vật liệu
[kg/m3]
'm
Véc tơ ứng suất
T Hệ số kì
9
Góc quay trục khuỷu
[độ]
X
Giá trị riêng
Vận tốc góc trục khuỷu [rad/s]
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Đặc tính vật liệu của gang hợp kim chế tạo ống lót CЧ24-44

65
Bảng 3.2. Đặc tính vật liệu của gang hợp kim chế tạo thân máy CЧ18-36 66
Bảng 3.3. Đặc tính vật liệu của nhôm rèn AK4 76
Bảng 3.4. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu và nhiệt độ tại các bề mặt tính toán
của ống lót xi lanh động cơ 6Ч12/14 ở chế độ 100% tải 80
Bảng 3.5. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu và nhiệt độ tại các bề mặt tính toán
của pít tông động cơ 6Ч12/14 ở chế độ 100% tải

80
Bảng 3.6. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu và nhiệt độ tại các bề mặt tính toán
của ống lót xi lanh động cơ 6Ч12/14 ở chế độ 60% tải
80
Bảng 3.7. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu và nhiệt độ tại các bề mặt tính toán
của pít tông động cơ 6Ч12/14 ở chế độ 60% tải 81
Bảng 3.8. Các thông số của hệ pít tông động cơ 6Ч 12/14
để tính chuyển động phụ 87

Bảng 3.9. Giá trị ban đầu sử dụng tính lực va đập của pít tông với xi lanh ở
chế độ 100% tải không có ảnh hưởng của phụ tải nhiệt 90
Bảng 3.10. Các thông số đầu vào dùng để tính lực va đập của pít tông
với xi lanh ở chế độ 100% tải 92
Bảng 3.11. Các thông số đầu vào dùng để tính lực va đập của pít tông
với xi lanh ở chế độ 60% tải 93
Bảng 3.12. So sánh ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến chuyển động phụ
của pít tông động cơ 6Ч 12/14 94
Bảng 3.13. So sánh ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến lực va đập của pít tông
lên xi lanh động cơ 6Ч 12/14 95
Bảng 4.1. Đặc tính của các loại cặp nhiệt 102
Bảng 4.2. Các thông số môi trường thử nghiệm

110
Bảng 4.3. Nhiệt độ tại các điểm đo của ống lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14 tại
chế độ 60% tải 112
Bảng 4.4. Nhiệt độ trung bình tại các điểm đo của ống lót xi lanh
động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ không tải 113
viii
ix
Bảng 4.5. Nhiệt độ trung bình tại các điểm đo của ống lót xi lanh động cơ
6^ 12/14 ở chế độ 20% tải
113
Bảng 4.6. Nhiệt độ trung bình tại các điểm đo của ống lót xi lanh động cơ
6^ 12/14 ở chế độ 40% tải 113
Bảng 4.7. Nhiệt độ trung bình tại các điểm đo của ống lót xi lanh động cơ
6^ 12/14 ở chế độ 60% tải 114
Bảng 4.8. So sánh nhiệt độ tính toán với nhiệt độ thực nghiệm của ống lót xi
lanh động cơ 6^ 12/14 tại đường kính 122 mm ở chế độ 20% tải

114
Bảng 4.9. So sánh nhiệt độ tính toán với nhiệt độ thực nghiệm của ống lót
xi lanh động cơ 6^ 12/14 tại đường kính 128 mm ở chế độ 20% tải . 115
Bảng 4.10. So sánh nhiệt độ tính toán với nhiệt độ thực nghiệm của ống lót
xi lanh động cơ 6^ 12/14 tại đường kính 122 mm ở chế độ 40% tải . 115
Bảng 4.11. So sánh nhiệt độ tính toán với nhiệt độ thực nghiệm của ống lót
xi lanh động cơ 6^ 12/14 tại đường kính 128 mm ở chế độ 40% tải . 115
Bảng 4.12. So sánh nhiệt độ tính toán với nhiệt độ thực nghiệm của ống lót
xi lanh động cơ 6^ 12/14 tại đường kính 122 mm ở chế độ 60% tải . 116
Bảng 4.13. So sánh nhiệt độ tính toán với nhiệt độ thực nghiệm của ống lót
xi lanh động cơ 6^ 12/14 tại đường kính 128 mm ở chế độ 60% tải . 116
Bảng Pl2.1. Hệ số trao đổi nhiệt và nhiệt độ tại các bề mặt tính toán
của ống lót xi lanh động cơ 6^12/14 ở chế độ 80% tải 130
Bảng Pl2.2. Hệ số trao đổi nhiệt và nhiệt độ tại các bề mặt tính toán
của pít tông động cơ 6^12/14 ở chế độ 80% tải

130
Bảng Pl2.3. Hệ số trao đổi nhiệt và nhiệt độ tại các bề mặt tính toán
của ống lót xi lanh động cơ 6^ 12/14 ở chế độ 40% tải 130
Bảng Pl2.4. Hệ số trao đổi nhiệt và nhiệt độ tại các bề mặt tính toán
của pít tông động cơ 6^12/14 ở chế độ 40% tải

131
Bảng Pl2.5. Hệ số trao đổi nhiệt và nhiệt độ tại các bề mặt tính toán
của ống lót xi lanh động cơ 6^ 12/14 ở chế độ 20% tải 131
Bảng Pl2.6. Hệ số trao đổi nhiệt và nhiệt độ tại các bề mặt tính toán
của pít tông động cơ 6^12/14 ở chế độ 20% tải

131
x

Bảng Pl5.1. Giá trị góc quay trục khuỷu, vận tốc, lực ngang sử dụng
tính lực va đập của pít tông với xi lanh ở chế độ 80% tải 139
Bảng Pl5.2. Giá trị góc quay trục khuỷu, vận tốc, lực ngang sử dụng
tính lực va đập của pít tông với xi lanh ở chế độ 40% tải 139
Bảng Pl5.3. Giá trị góc quay trục khuỷu, vận tốc, lực ngang sử dụng
tính lực va đập của pít tông với xi lanh ở chế độ 20% tải 139
Bảng Pl6.1 Nhiệt độ tại các điểm đo của ống lót xi lanh động cơ
6Ч 12/14 tại chế độ không tải
142
Bảng Pl6.2. Nhiệt độ tại các điểm đo của ống lót xi lanh động cơ
6Ч 12/14 tại chế độ 20% tải 143
Bảng Pl6.3. Nhiệt độ tại các điểm đo của ống lót xi lanh động cơ
6Ч 12/14 tại chế độ 40% tải 144
xi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Kết cấu của một pít tông động cơ diesel lai máy phát tàu thủy

5
Hình 1.2. Lót xi lanh ướt 7
Hình 1.4. Mô hình không có khe hở và không tương tác

10
Hình 1.5. Chuyển động của pít tông trong xi lanh khi có khe hở
giữa pít tông - xi lanh 11
Hình 1.6. Mô hình của Cho S.H 15
Hình 1.7. Mô hình của Ruggiero A
16
Hình 1.8. Mô hình của Gerges S.N.Y 17
Hình 1.9. Mô hình của Geng Z 19
Hình 1.10. Mô hình xi lanh với hai dầm đứng cứng tuyệt đối 20

Hình 1.11. Mô hình thành xi lanh là hai dầm đàn hồi ngàm một đầu

21
Hình 1.12. Lực tác dụng của pít tông phân bố trên thành xi lanh và xi lanh
được rời rạc hóa bằng phần mềm Nastran 21
Hình 1.13. Mô hình tương tác của pít tông với ống lót xi lanh khi va đập
của Nikishin V.N 23
Hình 1.14. Mô hình của Lê Trường Sơn 24
Hình 2.1. Mô hình hình học tính toán va đập của pít tông với xi lanh

32
Hình 2.2. Sơ đồ lực tác dụng lên pít tông khi chuyển động ngang

34
Hình 2.3. Mô hình hình học của pít tông động cơ 6Ч 12/14
43
Hình 2.4. Mô hình hình học của ống lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14

43
Hình 2.3. Sơ đồ xác định khe hở nhiệt giữa pít tông và xi lanh 52
Hình 3.1. Động cơ 6Ч 12/14 tăng áp lai máy phát điện

62
Hình 3.2. Hình dáng và kết cấu của ống lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14

63
Hình 3.3. Hình dáng và kết cấu của pít tông động cơ 6Ч 12/14 64
Hình 3.4. Sơ đồ các vùng trao đổi nhiệt của ống lót xi lanh
động cơ 6Ч 12/14 67
Hình 3.5. Mô hình tính toán chu trình động cơ 6Ч 12/14 bằng Diesel-RK 71

Hình 3.6. Mô hình trao đổi nhiệt khu vực vai tựa trên ống lót xi lanh
động cơ 6Ч 12/14 73
Hình 3.7. Bề mặt trao đổi nhiệt của pít tông động cơ 6Ч 12/14 76
Hình 3.8. Sơ đồ thuật toán xác định trường nhiệt độ và biến dạng nhiệt

79
Hình 3.9. Mô hình chia lưới phần tử hữu hạn cặp pít tông - xi lanh
động cơ 6Ч 12/14 81
Hình 3.10. Trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt ống lót xi lanh
động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 100% tải 82
Hình 3.11. Trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt pít tông
động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 100% tải 82
Hình 3.12. Trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt ống lót xi lanh
động cơ 6Ч12/14 ở chế độ 60% tải 82
Hình 3.13. Trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt pít tông
động cơ 6Ч12/14 ở chế độ 60% tải 83
Hình 3.14. Khe hở nhiệt của cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14
tại vị trí mặt cắt 1 84
Hình 3.15. Khe hở nhiệt của cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14
tại vị trí mặt cắt 2 84
Hình 3.16. Khe hở nhiệt của cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14
tại vị trí mặt cắt 3 85
Hình 3.17. Sơ đồ thuật toán tính toán chuyển động phụ của
pít tông động cơ 6Ч 12/14 86
Hình 3.18. Tọa độ trọng tâm và các khoảng cách y đến mặt cắt 1, 2, 3
của hệ pít tông động cơ 6Ч 12/14
87
Hình 3.19. Vận tốc chuyển động ngang của pít tông trong khe hở xi lanh
tại mặt cắt 1 và 2 của động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 100% tải 88
Hình 3.20. Vận tốc chuyển động ngang tại mặt cắt 3 của pít tông

trong khe hở xi lanh của động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 100% tải

88
Hình 3.21. Mô hình phần tử hữu hạn để tính toán va đập của pít tông
với xi lanh động cơ 6Ч 12/14
89
Hình 3.22. Lực va đập của pít tông lên xi lanh của động cơ 6Ч 12/14
ở chế độ 100% tải 90
Hình 3.23. Chuyển động ngang tại mặt cắt 1, 2 của pít tông
động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 100% tải 91
xii
Hình 3.24. Chuyển động ngang tại mặt cắt 3 và góc quay trong khe hở
của pít tông động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 100% tải

91
Hình 3.25. Chuyển động ngang tại mặt cắt 1, 2 của pít tông
động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 60% tải 92
Hình 3.26. Chuyển động ngang tại mặt cắt 3 và góc quay trong
khe hở của pít tông động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 60% tải
92
Hình 3.27. Lực va đập giữa pít tông với xi lanh động cơ 6Ч 12/14
với vmax ở chế độ 100% và 60% tải 93
Hình 3.28. Lực va đập giữa pít tông với xi lanh động cơ 6Ч 12/14
với v và N đều lớn ở chế độ 100% và 60% tải

93
Hình 3.29. Lực va đập giữa pít tông với xi lanh động cơ 6Ч 12/14
với Nmax ở chế độ 100% và 60% tải 94
Hình 4.1. Nguyên lí đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt 97
Hình 4.2. Quy luật thông dụng chi phối các cặp nhiệt

98
Hình 4.3. Sơ đồ vòng lặp của hệ thống truyền nhiệt độ

100
Hình 4.4. Cặp nhiệt và vị trí so sánh có nhi ệt độ cố định
101
Hình 4.5. Sơ đồ mắc cặp nhiệt ngẫu vào thiết bị đo 101
Hình 4.6. Quy trình đo nhiệt độ ống lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14

104
Hình 4.7. Động cơ 6Ч 12/14 và máy phát điện 105
Hình 4.8. Dàn điện trở dùng đo công suất máy phát

105
Hình 4.9. Sơ đồ bố trí các lỗ khoan lắp cảm biến trên

106
Hình 4.10. Cảm biến nhiệt độ lắp trên thân ống lót động cơ 6Ч 12/14

106
Hình 4.11. Sơ đồ các ống lót có cảm biến khi lắp vào động cơ 107
Hình 4.12. Sơ đồ lập trình thu, xử lí tín hiệu trên LabView của thiết bị thu,
biến đổi và khuếch đại tín hiệu nhiệt độ CNĐ

107
Hình 4.13. Sơ đồ kết đo, thu, biến đổi và khuếch đại tín hiệu, xử lí
và lưu trữ dữ liệu nhiệt độ ống lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14

108

Hình 4.14. Cảm biến nhiệt độ được nối với thiết bị thu, biến đổi
và khuếch đại tín hiệu nhiệt độ CNĐ 108
Hình 4.15. Xác định khoảng chia để biểu diễn tín hiệu

109
Hình 4.16. Sơ đồ tên các điểm đo nhiệt độ trên ống lót xi lanh
động cơ 6Ч 12/14 111
xiii
Hình Pl 1.1. Nhiệt độ, áp suất và hệ số truyền nhiệt của động cơ 6Ч 12/14
ở chế độ 100% tải, 1500 v/ph
127
Hình Pl1.2. Nhiệt độ, áp suất và hệ số truyền nhiệt của động cơ 6Ч 12/14
ở chế độ 80% tải, 1500 v/ph 127
Hình Pl 1.3. Nhiệt độ, áp suất và hệ số truyền nhiệt của động cơ 6Ч 12/14
ở chế độ 60% tải, 1500 v/ph 127
Hình Pl1.4. Nhiệt độ, áp suất và hệ số truyền nhiệt của động cơ 6Ч 12/14
ở chế độ 40% tải, 1500 v/ph 128
Hình Pl1.5. Nhiệt độ, áp suất và hệ số truyền nhiệt của động cơ 6Ч 12/14
ở chế độ 20% tải, 1500 v/ph 128
Hình Pl1.6. Lực ngang của động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 100% và 80%tải,
1500 v/ph . 128
Hình Pl1.7. Lực ngang của động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 60% và 40%tải,
1500 v/ph .

129
Hình Pl1.8. Lực ngang của động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 20%tải, 1500 v/ph. 129
Hình Pl3.1. Trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt ống lót xi lanh
động cơ 6Ч12/14 ở chế độ 80% tải 132
Hình Pl3.2. Trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt pít tông động cơ
6Ч12/14 ở chế độ 80% tải 132

Hình Pl3.3. Trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt ống lót xi lanh
động cơ 6Ч12/14 ở chế độ 40% tải 132
Hình Pl3.4. Trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt pít tông động cơ
6Ч12/14 ở chế độ 40% tải 133
Hình Pl3.5.Trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt ống lót xi lanh
động cơ 6Ч12/14 ở chế độ 20% tải 133
Hình Pl3.6. Trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt pít tông động cơ
6Ч12/14 ở chế độ 20% tải 133
Hình Pl5.1. Chuyển động ngang tại mặt cắt 1, 2 của pít tông
động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 80% tải 137
Hình Pl5.2. Chuyển động ngang tại mặt cắt 3 và góc quay trong khe hở
của pít tông động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 80% tải

137
xiv
xv
Hình Pl5.3. Chuyển động ngang tại mặt cắt 1, 2 của pít tông
động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 40% tải 138
Hình Pl5.4. Chuyển động ngang tại mặt cắt 3 và góc quay trong khe hở
của pít tông động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 40% tải

138
Hình Pl5.5. Chuyển động ngang tại mặt cắt 1, 2 của pít tông
động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 20% tải 138
Hình Pl5.6. Chuyển động ngang tại mặt cắt 3 và góc quay trong khe hở
của pít tông động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 20% tải

139
Hình Pl5.7. Lực va đập giữa pít tông với xi lanh động cơ 6Ч 12/14
với vmax ở chế độ 80% và 40% tải 140

Hình Pl5.8. Lực va đập giữa pít tông với xi lanh động cơ 6Ч 12/14
với vmax ở chế độ 20% tải 140
Hình Pl5.9. Lực va đập giữa pít tông với xi lanh động cơ 6Ч 12/14
với v và N đều lớn ở chế độ 60% và 40% tải

140
Hình Pl5.10. Lực va đập giữa pít tông với xi lanh động cơ 6Ч 12/14
với v và N đều lớn ở chế độ 20% tải 141
Hình Pl5.11. Lực va đập giữa pít tông với xi lanh động cơ 6Ч 12/14
với Nmax ở chế độ 60% và 40% tải 141
Hình Pl5.12. Lực va đập giữa pít tông với xi lanh động cơ 6Ч 12/14
với Nmax ở chế độ 20% tải 141
Hình Pl7.1. Gia công lỗ khoan lắp cảm biến nhiệt độ tại Xưởng cơ khí,
Đại học Bách khoa Hà N ội
148
Hình Pl7.2. Lắp cảm biến nhiệt tại Bộ môn Nhiệt, Viện công nghệ nhiệt,
Đại học Bách khoa Hà N ội 148
Hình Pl7.3. Lắp ống lót có cảm biến nhiệt vào động cơ thử nghiệm
tại Nhà máy X46 Hải quân 149
Hình Pl7.4. Đo nhiệt độ ống lót xi lanh tại Nhà máy X46 Hải quân

149
Hình Pl7.5. Thu dữ liệu đo nhiệt độ ống lót xi lanh
tại Nhà máy X46 Hải quân 150
1
MỞ ĐẦU
Việt Nam có bờ biển dài hơn 3000 km, vùng biển rộng gấp 3 lần đất liền
với nhiều cửa sông, bến cảng trải dọc đất nước. Do đó, việc phát triển một đội
tàu vận tải nội địa hiện đại, phù hợp điều kiện đất nước là hết sức cần thiết. Hơn
nữa vùng biển Việt Nam có vị trí địa lí nằm án ngữ trên con đường hàng hải tấp

nập bậc nhất thế giới tiềm ẩn nhiều nguy cơ, vì vậy chúng ta cần có một lực
lượng chức năng được trang bị đủ mạnh làm nhiệm vụ bảo vệ chủ quyền đất
nước. Tất cả những điều này cho thấy cần phải đẩy mạnh nghiên cứu phát triển
ngành công nghiệp đóng tàu. Vì vậy, cần phải triển khai nghiên cứu một cách cơ
bản về công nghệ đóng tàu, trong đó có nghiên cứu về động cơ tàu thủy.
Trong động cơ diesel tàu thủy, cặp pít tông - xi lanh là một cụm chi tiết
quan trọng, cơ bản. Sự làm việc của pít tông trong xi lanh ảnh hưởng nhiều đến
tình trạng hoạt động của động cơ. Chuyển động của pít tông trong xi lanh có
tính chu kì nhưng trong thực tế chuyển động này rất phức tạp. Khi động cơ làm
việc, pít tông chuyển động tịnh tiến lên xuống theo phương đường tâm xi lanh
(chuyển động chính) và chuyển động trong khe hở giữa pít tông và xi lanh
(chuyển động phụ). Chuyển động này ảnh hưởng lớn đến khối thân động cơ,
gây ra các hiện tượng xấu như tăng giá trị nội lực, biến dạng của xi lanh, thúc
đẩy quá trình mài mòn mặt gương xi lanh và ăn mòn xâm thực, phá hoại bề mặt
ngoài. Đồng thời lúc làm việc, pít tông còn chuyển động lắc với tần số cao, gia
tốc lớn gây ra dao động ngang không mong muốn của xi lanh. Tất cả các điều
này tạo nên một sự tương tác phức tạp của cặp pít tông - xi lanh. Sự tương tác
vốn đã phức tạp lại càng phức tạp hơn do ảnh hưởng của phụ tải cơ nhiệt.
Việc nghiên cứu sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh dưới sự ảnh
hưởng của phụ tải cơ nhiệt đã được quan tâm trên thế giới nhờ sử dụng
phương pháp số và các thiết bị đo hiện đại để mô hình hóa các dạng kết cấu
của cặp pít tông - xi lanh. Các kết quả nghiên cứu này được công bố dưới
dạng các bài báo khoa học, không phản ánh đầy đủ các kết quả nghiên cứu.
Do đó vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của phụ tải cơ nhiệt đến sự tương tác của
cặp pít tông - xi lanh để góp phần hoàn thiện việc tính toán thiết kế cặp pít
2
tông, xi lanh nói riêng và động cơ nói chung là cần thiết và có ý nghĩa khoa
học. Vì vậy tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến
sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh động cơ diesel lai máy phát điện tàu
thủy” làm hướng nghiên cứu cho luận án tiến sĩ.

Mục đích nghiên cứu của luận án: Phân tích, lựa chọn mô hình tính
toán sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh; mô hình tính trường nhiệt độ,
biến dạng nhiệt và xác định khe hở nhiệt của chúng ở các chế độ phụ tải khác
nhau để tổng hợp thành mô hình xác định sự ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến
sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh động cơ diesel. Tính toán ảnh hưởng
của phụ tải nhiệt đến tương tác của cặp cặp pít tông - xi lanh động cơ diesel
lai máy phát điện tàu thủy. Các kết quả nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm
nhằm góp phần hoàn thiện phương pháp đánh giá sự tương tác của cặp pít
tông - xi lanh động cơ diesel.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án: Đối tượng nghiên cứu
là cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14 lai máy phát điện trên các tàu của
Hải quân Việt Nam. Đây là loại động cơ đang được sử dụng nhiều trong lực
lượng Hải quân và có nhu cầu chế tạo các chi tiết thay thế. Phạm vi nghiên cứu
là ảnh hưởng của phụ tải nhiệt biểu hiện qua khe hở giữa pít tông - xi lanh, đến
sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh động cơ diesel cao tốc lai máy phát điện
tàu thủy ở chế độ vòng quay định mức mà cụ thể là ảnh hưởng của phụ tải nhiệt
đến khe hở giữa pít tông - xi lanh.
Phương pháp nghiên cứu của luận án: Kết hợp giữa nghiên cứu lí
thuyết và thực nghiệm. Trong đó, ưu tiên nhiều hơn cho lí thuyết.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
Các kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện phương pháp đánh giá ảnh
hưởng của phụ tải nhiệt được thể hiện qua trị số khe hở nhiệt, đến sự tương tác của
cặp pít tông - xi lanh động cơ diesel mà cụ thể là chuyển động phụ của pít tông,
lực va đập của pít tông lên xi lanh.
Đã xác định được ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp pít
tông - xi lanh động cơ diesel 6Ч 12/14 tại các chế độ công tác, bổ sung các dữ liệu
làm cơ sở đánh giá chất lượng hoạt động của động cơ.
3
Bố cục của luận án: luận án gồm phần mở đầu, bốn chương, phần kết
luận chung và kiến nghị các hướng nghiên cứu tiếp theo và phụ lục, trong đó:

Mở đầu: Giới thiệu tính cấp thiết của luận án; đối tượng nghiên cứu;
mục tiêu nghiên cứu; phương pháp nghiên cứu; ý nghĩa khoa học và thực tiễn
của luận án.
Chương 1. Tổng quan về sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh và phụ
tải nhiệt của động cơ.
Trình bày tổng quan về đặc điểm kết cấu và lắp ghép của cặp pít tông -
xi lanh động cơ tàu thủy, các mô hình tương tác của cặp pít tông - xi lanh
động cơ và phụ tải nhiệt của động cơ cùng tình hình nghiên cứu trong và
ngoài nước liên quan đến vấn đề này. Từ đó rút ra các nhận xét, đánh giá các
ưu nhược điểm để xác định mục tiêu nghiên cứu của luận án.
Chương 2. Mô hình khảo sát sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh khi
xét đến ảnh hưởng của phụ tải nhiệt.
Trình bày cơ sở lí thuyết tính toán vận tốc chuyển động phụ của pít
tông trong khe hở giữa pít tông và xi lanh, tính toán lực va đập của xi lanh khi
va đập bởi pít tông, cơ sở lí thuyết tính toán trường nhiệt độ của cặp pít tông -
xi lanh cùng với lựa chọn phần mềm tính toán cho các phần này.
Chương 3. Khảo sát ảnh hưởng của phụ tải nhiệt tới sự tương tác của
cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14.
Giới thiệu sơ bộ về động cơ 6Ч 12/14 với cặp pít tông - xi lanh của nó.
Xác định các điều kiện biên và tính toán trường nhiệt độ, khe hở nhiệt của cặp
pít tông - xi lanh. Tính toán sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh của động
cơ 6Ч 12/14 khi xét đến ảnh hưởng của phụ tải nhiệt.
Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm.
Trình bày cơ sở thực nghiệm xác định trường nhiệt độ của ống lót xi
lanh cùng các trang thiết bị phục vụ thí nghiệm. Đo và xử lí số liệu thực
nghiệm. Đánh giá kết quả tính toán trường nhiệt độ với số liệu đo được.
Kết luận và kiến nghị: Trình bày những kết quả chính và những đóng
góp mới của luận án. Kiến nghị các hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài.
4
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ S ự TƯƠNG TÁC CỦA

CẶP PÍT TÔNG - XI LANH VÀ PHỤ TẢI NHIỆT ĐỘNG CƠ
1.1. Đặt vấn đề
Trong thực tế, trong cặp pít tông - xi lanh của động cơ đốt trong luôn
tồn tại khe hở, điều này làm cho chuyển động thực của pít tông trong xi lanh
rất phức tạp. Ngoài chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến lên xuống
theo phương đường tâm xi lanh còn có các chuyển động phụ như chuyển
động xoay, lắc, chuyển động theo phương ngang v.v Dưới tác dụng của lực
quán tính, lực khí thể cùng với các chuyển động phụ này, pít tông và xi
lanh sẽ tương tác với nhau. Điều này gây nên các hiện tượng không mong
muốn như: va đập, ồn, rung, xâm thực, mài mòn làm giảm tuổi thọ, tính kinh
tế trong khai thác, sử dụng động cơ. Việc nghiên cứu sự tương tác của cặp pít
tông - xi lanh có ý nghĩa quan trọng, do đó được nhiều nhà nghiên cứu quan
tâm. Sự tương tác này rất phức tạp và rộng, trong phạm vi luận án này sự
tương tác của cặp pít tông - xi lanh được khảo sát gồm có: chuyển động phụ
của pít tông (chuyển động ngang và chuyển động xoay) trong khe hở giữa pít
tông và xi lanh và lực va đập của pít tông với xi lanh. Khi nghiên cứu chuyển
động thực của pít tông trong xi lanh, các nhà khoa học cũng quan tâm tới các
yếu tố ảnh hưởng đến sự tương tác này như yếu tố hình học, ảnh hưởng của
phụ tải cơ, phụ tải nhiệt v .v . Phụ tải nhiệt có ảnh hưởng đến nhiều thông số
của sự tương tác như ma sát, độ dày màng dầu bôi trơn, khe hở giữa các chi
tiết chuyển động tương đối v.v Tuy nhiên, trong luận án này, chỉ khảo sát
ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến khe hở giữa pít tông và xi lanh (khe hở nhiệt).
Như vậy, ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác trong luận án chính là
ảnh hưởng của sự thay đổi khe hở giữa pít tông và xi lanh do phụ tải nhiệt đến
sự tương tác của chúng.
Trong chương này sẽ trình bày đặc điểm kết cấu của cặp pít tông, xi
lanh động cơ diesel lai máy phát tàu thủy, mô tả chuyển động thực của pít
tông trong xi lanh động cơ diesel; tổng hợp một số kết quả nghiên cứu trong
và ngoài nước về các mô hình tương tác và phương pháp tính, cùng với các
5

yếu tố ảnh hưởng của phụ tải nhiệt. Trên cơ sở đó, mục tiêu nghiên cứu của
luận án sẽ được xác định.
1.2. Đặc điểm kết cấu và lắp ghép cặp pít tông - xi lanh động cơ diesel lai máy
phát tàu thủy
Các tổ hợp máy phát điện trên tàu thường sử dụng động cơ diesel 4 kì có
tốc độ định mức để lai máy phát điện. Đặc điểm của các động cơ này là có tốc độ
cao, công suất nhỏ (so với động cơ lai chân vịt); động cơ sử dụng các te khô; hệ
thống làm mát bằng nước với hai vòng tuần hoàn, vòng trong sử dụng nước ngọt
để làm mát động cơ còn vòng ngoài sử dụng nước biển để làm mát nước ngọt và
dầu bôi trơn. Bộ điều tốc sử dụng điều tốc một chế độ, thay đổi tải bằng thanh
răng bơm cao áp. Nó khác so với các động cơ diesel lai chân vịt tàu thủy ở chỗ
chỉ hoạt động ở một chế độ tốc độ định mức và có công suất nhỏ.
1.2.1. Đặc điểm kết cấu của pít tông
Theo các tài liệu [4], [10], [15], [25] pít tông của động cơ diesel lai máy phát
tàu thủy chịu áp suất cực đại cao (7^9) MPa, khi tăng áp có thể lên đến 14 MPa.
Do có tỉ số nén cao nên không gian buồng cháy của động cơ diesel phải
gọn với tỉ lệ diện tích bề mặt/thể tích buồng cháy phải nhỏ để hạn chế tổn thất
nhiệt. Đỉnh của pít tông có dạng hợp lí, phù hợp với kiểu buồng cháy (Hình 1.1).
Hình 1.1. Kết cấu của một pít tông động cơ diesel lai máy phát tàu thủy
Thông thường pít tông động cơ diesel có 2^3 xéc măng khí và một đến
hai xéc măng dầu. Các xéc măng bố trí ở đầu pít tông nhưng khi có hai xéc
măng dầu thì xéc măng dầu thứ hai thường bố trí phía dưới lỗ bệ chốt. Để
thoát dầu bôi trơn từ rãnh xéc măng dầu, người ta khoan các lỗ trên thành
trong của rãnh xéc măng. Với việc sử dụng xéc măng dầu bằng gang có tiết
б
diện đặc biệt thì người ta tiện mặt côn vát gờ dưới của rãnh để tạo rãnh gom
dầu và từ đó dầu theo các lỗ khoan nghiêng thoát về các te.
Để chống biến dạng người ta tiện ô van, đúc lõm, phay vát mặt đầu
hoặc đúc (dập, phay) các hốc lõm phía hai đầu bệ chốt. Pít tông động cơ
diesel không có rãnh bù trừ giãn nở nhiệt. Các rãnh xéc măng khí, đặc biệt là

rãnh xéc măng khí trên cùng của pít tông bằng hợp kim nhôm có thể được
tăng cường bằng đai gang. Vật liệu chế tạo pít tông thường bằng hợp kim
nhôm, trong một số trường hợp bằng gang. Phần dẫn hướng của pít tông có
tiết diện dạng ô van.
Pít tông động cơ diesel cao tốc lai máy phát tàu thủy thường dùng vật
liệu chế tạo là hợp kim nhôm rèn. Để giảm phụ tải nhiệt, mặt đỉnh có thể được
phủ một lớp hạn chế trao đổi nhiệt. Ngoài ra người ta còn dùng kiểu pít tông
ghép với đỉnh bằng vật liệu chịu nhiệt và hệ số truyền dẫn nhiệt thấp như
gang. Một phương án khác là phun dầu làm mát đỉnh pít tông từ lỗ dẫn trên
đầu nhỏ thanh truyền. Pít tông động cơ diesel cao tốc lai máy phát tàu thủy
thường có đường kính nhỏ (dưới З00 mm).
1.2.2. Đặc điểm kết cấu của xi lanh
Để thuận tiện cho việc lắp ráp, sửa chữa trên động cơ diesel lai máy
phát tàu thủy người ta sử dụng ống lót xi lanh.
Ong lót xi lanh động cơ diesel lai máy phát tàu thủy là loại lót ướt, kiểu
lót dài. Ưu điểm của loại ống lót này là hiệu quả làm mát xi lanh cao, kết cấu
thân máy kiểu vỏ thân xi lanh chịu lực nên dễ đúc; việc sữa chữa, thay thế ống
lót dễ dàng.
Để chống rỉ, bề mặt ngoài của ống lót có thể được mạ một lớp cadimi
hoặc crôm đục.
Để đảm bảo bao kín, mặt đầu phía trên của ống lót được làm nhô lên
cao hơn mặt đầu của thân máy và có thể có các rãnh vòng để khi xiết gu dông
nắp máy, đệm nắp máy sẽ biến dạng và làm tăng khă năng bao kín. Để tăng
cường hiệu suất làm mát, người ta có thể làm những gờ trên bề mặt ngoài của
ống lót.
Hiện nay có hai loại lót ướt thông dụng: lót ướt có vai tựa trên và lót
ướt có vai tựa dưới (Hình 1.2).
7
a) b)
Hình Ì.2. Lót xi lanh ướt

a) Lót xi lanh ướt vai tựa trên
b) Lót xi lanh ướt vai tựa dưới
Ông lót ướt vai tựa trên có độ cứng vững cao nhờ có thành gờ dày ở
vùng chịu nhiệt độ và áp suất khí thể cao, dễ bảo đảm bao kín và ít bị biến
dạng do ống lót có thể dịch chuyển tự do về phía hộp trục khuỷu khi bị giãn
nở nhiệt. Tuy nhiên để thuận tiện cho công nghệ chế tạo, ống lót thường được
tiện thành mặt trụ bậc. Bề mặt ngoài ống lót còn có hai thành gờ dày (còn gọi
là đai để định tâm khi lắp ghép). Trên bề mặt gờ định tâm phía dưới có các
rãnh vòng để lắp gioăng cao su bao kín nước và dầu. Các rãnh vòng có thể
được gia công lỗ định tâm của áo nước hoặc trên lỗ định tâm mà phía dưới có
gia công ren để lắp đai ốc đặc biệt, khi xiết sẽ làm biến dạng các gioăng cao
su, tăng cường khả năng bao kín. Đối với ống lót ướt của động cơ hai kì, gờ
định tâm phía dưới được bố trí tại khu vực cửa sổ quét và phải có các rãnh lắp
gioăng cao su bao kín.
Nhược điểm của ống lót ướt vai tựa trên là vùng tiếp xúc với nhiệt độ
và áp suất cao của khí thể khó làm mát được đầy đủ do tồn tại vai tựa và gờ
định tâm phía trên. Nhược điểm này được khắc phục một phần bằng cách
giảm tối đa chiều cao vai tựa và gờ lỗ định tâm cũng như tăng cường tốc độ
chảy bao bọc của nước làm mát tại khu vực này. Đối với động cơ tàu thủy cỡ
lớn người ta còn làm lỗ trong ống lót ở phần đầu lót tiếp xúc với khu vực nhiệt
độ và áp suất cao, nước được dẫn vào và thoát ra ở trên nắp xi lanh.
Ông lót ướt vai tựa dưới khắc phục được nhược điểm này của ống lót
8
ướt vai tựa trên bằng cách kết hợp hai chức năng vai tựa và định tâm cho gờ
định tâm phía dưới. Nước làm mát chảy bao bọc gờ phía trên của ống lót và
nhờ vậy nó được làm mát tốt hơn. Gờ phía trên không còn chức năng định tâm
mà chỉ có tác dụng đảm bảo độ cứng vững. Như vậy chiều cao mặt trụ bậc
định tâm phía dưới phải lớn hơn, đòi hỏi độ chính xác gia công cao hơn.
Nhược điểm của ống lót ướt vai tựa dưới là nước làm mát dễ bị lọt vào
bên trong xi lanh nếu đệm nắp máy không đủ dày và có độ đàn hồi cần thiết.

Do bị chặn phía dưới nên khi làm việc ống lót giãn nở nhiệt theo chiều dài và
nhô lên về phía nắp xi lanh làm cho đệm bị biến dạng thêm. Khi động cơ nguội,
ống lót co ngắn lại, nếu đệm nắp máy không đủ khả năng biến dạng đàn hồi trở
lại thì dễ bị nước lọt qua. Ngoài ra nếu ống lót không có độ cứng vững cần thiết
và không đảm bảo độ chính xác mối ghép giữa gờ định tâm của ống lót và lỗ
định tâm trên áo nước thì ống lót dễ bị biến dạng, nghiêng lệch đi làm ảnh
hưởng đến chất lượng làm việc của bộ pít tông - xéc măng - ống lót xi lanh.
Những nhược điểm trên có thể khắc phục được và ống lót ướt vai tựa
dưới làm kết cấu áo nước đơn giản hơn, cho phép dùng phương pháp đúc áp
suất đối với khối vỏ thân xi lanh bằng hợp kim nhôm nên ngày càng được sử
dụng rộng rãi hơn. Là loại ống lót tiếp xúc trực tiếp với nước làm mát, nó
được lắp với thân máy bằng các vòng đai lắp ghép được gia công chính xác.
Ông lót ướt có gờ vai để định vị dọc trục trong thân máy
1.2.3. Đặc điểm lắp ghép của cặp pít tông - xi lanh
Khi lắp pít tông với các xéc măng vào xi lanh, các xéc măng sẽ bung ra
để bao kín không gian thể tích buồng cháy không cho rò lọt khí cháy xuống các
te. Khi động cơ làm việc, pít tông cùng với xéc măng chuyển động tịnh tiến qua
lại theo đường tâm trong xi lanh. Ông lót xi lanh được lắp vào thân máy, cố
định không xoay, nhưng có thể giãn nở dọc trục. Việc bôi trơn cho ống lót xi
lanh được thực hiện bằng phương pháp vung té, với các động cơ cỡ lớn, thấp
tốc còn được khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn cho ống lót. Phần dẫn hướng của pít
tông có tác dụng định vị không cho pít tông bị lệch trong xi lanh. Tuy nhiên, do
luôn tồn tại khe hở nên chuyển động của pít tông trong xi lanh rất phức tạp. Ma
sát của hệ pít tông, xi lanh, xéc măng diễn ra phức tạp không kém.