Nghiên cứu xây dựng phương pháp hiệu chỉnh hợp lý sự làm việc của hệ thống phân phối khí và nhiên liệu động cơ diesel tàu thủy

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu xây dựng phương pháp hiệu chỉnh hợp
lý sự làm việc của hệ thống phân phối khí và nhiên liệu động cơ Diesel tàu thủy ” là

công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là
trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được
ghi rõ nguồn gốc.
Hải Phòng, ngày 15 tháng 09 năm 2015
Tác giả

LÊ VĂN THỨC

1


LỜI CÁM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại Viện Đào tạo Sau Đại học –
Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, đến nay luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên
ngành Khai thác bảo trì tàu thủy của tôi đã hoàn thành.
Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành đến:
- Trường Đại học Hàng Hàng Việt Nam
- Ban lãnh đạo, các thầy cô giáo của Viện Đào tạo Sau Đại học – Trường Đại
học Hàng Hải Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình học tập và thực
hiện luận văn
- Thầy giáo TS. Nguyễn Văn Tuấn, là người đã tận tình hướng dẫn và giúp
đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài
Do kiến thức vẫn còn hạn chế và phải đảm bảo công tác trong quá trình thực
hiên luận văn, nguồn tài liệu tham khảo chưa phong phú nên luận văn không thể
tránh khỏi thiếu sót. Tôi rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp quý báu của

các Thầy Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

2


MỤC LỤC

3


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình
1.1

Tên hình
Sơ đồ nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí điển

1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
1.13

1.14
1.15
1.16

hình sử dụng cho các động cơ diesel bốn kỳ
pha phân phối khí của động cơ 4 kì
đồ thị pha phân phối khí động cơ 2 kì
các chi tết của nhóm xupap
xupap hộp
Phân bố nhiệt trên cán xupap
Cơ cấu xoay xupap
Cơ cấu truyền động xupap
Cơ cấu truyền động cho trục cam
Cơ cấu đóng mở xupap bằng thủy lực
Hệ thống nhiên liệu trực tiếp
Đồ thị góc cấp nhiên liệu
BCA kiểu van điều chỉnh thời điểm đầu
BCA kiểu van điều chỉnh thời điểm cuối
BCA kiểu van điều chỉnh hỗn hợp
Piston của BCA kiểu rãnh xéo (BOS

1.17

BCA kiểu rãnh xéo

1.18
1.19
1.20
1.21
2.1

2.2
2.3
3.1
3.2
3.3
3.4

Nguyên lý làm việc của BCA kiểu Piston rãnh xéo
Kết cấu vòi phun
Kết cấu của các loại đầu vòi phun
Kết cấu của van một chiều có vành giảm tải
Trục cam với cam phân phối khí
Trục cam nhiên liệu
Thông số cam
Đồng hồ so dò
Số liệu đo độ nâng cam
Bảng số liệu xác định khe hở nhiệt xupap
Sứt vỡ vấu cam

4

Trang
9
11
12
13
14
16
17
21

22
23
27
29
32


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nghiên cứu đặc điểm kết cấu hệ thống phân phối khí và nhiên liệu, xác định
chính xác góc đóng mở xupap khí và góc phun sớm nhiên liệu qua đó ta biết được quá
trình cấp không khí cũng như nhiên liệu vào động cơ có đúng thời điểm hay không
đồng thời điều chỉnh thông số này cho phù hợp với tải cũng như tình trạng kĩ thuật của
động cơ từ đó nâng cao chất lượng hòa trộn hỗn hợp giữa không khí và nhiên liệu, cải
thiện quá trình cháy hoàn thiện chu trình công tác của động cơ đốt trong. Đối với động
cơ diesel, chất lượng của quá trình cháy chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố trong đó có
chất lượng nhiên liệu, thời gian cháy trễ, thời điểm bắt đầu cháy, thời điểm kết thúc
cháy, thời gian cháy, diễn biễn tốc độ tỏa nhiệt theo góc quay trục khuỷu, nhiệt tỏa ra
trong chu trình công tác.
Điều kiện quan trọng đảm bảo chất lượng cháy nhiên liệu trong xi lanh động cơ
là tạo nên một hỗn hợp nhiên liệu và không khí đồng đều. Để đạt được điều đó, động
cơ Diesel tàu thủy yêu cầu đảm bảo sự phù hợp cân đối giữa lượng không khí nạp,
thời điểm cấp nhiên liệu, áp suất phun nhiên liệu, đường kính lỗ phun, độ nhớt của
nhiên liệu, thể tích buồng đốt và điều kiện khai thác.
Các thông số của thiết bị nhiện liệu, kết cấu buồng cháy, cơ cấu nạp, cũng như
vòng quay động cơ đảm bảo chất lượng phun sương và hòa trộn hỗn hợp tốt được thiết
kế ứng với chế độ định mức (vòng quay và phụ tải định mức). Khi thay đổi chế độ làm
việc của động cơ làm chất lượng phun sương, hòa trộn hỗn hợp xấu đi đều ảnh hưởng
tới tính kinh tế, độ tin cậy và tuổi thọ của động cơ.
Trong quá trình khai thác động cơ các chi tiết như cam khí, cam nhiên liệu bị

mài mòn, trạng thái kỹ thuật xấu đi dẫn đến thời điểm đóng mở xupap nạp, xả cũng
như thời điểm cấp nhiên liệu sai khác dẫn đến lượng không khí cũng như nhiên liệu bị
sai khác làm ảnh hưởng đến quá trình tạo hỗn hợp khí nhiên liệu cũng như chất lượng
cháy giảm, làm ảnh tới các thông số chỉ thị, có ích, ứng suất cơ, nhiệt của động cơ. Do
vậy, để biết được thời điểm cấp, xả khí công tác cũng như thời điểm cấp nhiên liệu là
một trong những yếu tố đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng tới độ tin cậy, tính kinh tế
và tuổi thọ của động cơ.
5


Với các lý do trên, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu xây dựng phương pháp hiệu
chỉnh hợp lý sự làm việc của hệ thống phân phối khí và nhiên liệu động cơ Diesel
tàu thủy”.
2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng phương pháp hiệu chỉnh hợp lý sự làm việc của hệ thống phân phối
khí và nhiên liệu động cơ diesel tàu thủy. Ngoài ra còn đề cập đến một số hư hỏng đặc
trưng liên quan đến cam và phương án giải quyết tốt nhất có thể.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống phân phối khí và nhiên liệu động cơ
diesel máy chính trên tàu biển Việt Nam.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết về biên dạng cam qua đó xác
định chính xác những thời điểm trao đổi khí cũng như cấp nhiên liệu trong động cơ
diesel.
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết đặc điểm kết cấu đi vào thực tế sửa chữa nhằm
xác định chính xác góc đóng mở xupap, góc phun sớm nhiên liệu trên tàu biển Việt
Nam.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
Cung cấp những kiến thức cơ bản, khoa học về đặc điểm kết cấu và quá trình

công tác của hệ thống phân phối khí, hệ thống nhiên liệu, mà chủ yếu là cam động cơ.
Ý nghĩa thực tiễn
Trong thực tế khai thác kỹ thuật tàu biển, cam ( khí và nhiên liệu) thường gây
các sai lệch về thời điểm phân phối ( đóng mở xupap và phun nhiên liệu) nhưng chưa
có phương pháp chuẩn mực để xác định. Đề tài dựa trên cơ sở khoa học để xác định
chính xác mức độ sai lệch này, giúp xác định chính xác nguyên nhân hư hỏng và
phương pháp hiệu chỉnh hợp lý. Ngoài ra, nội dung đề tài có thể dùng làm tài liệu
trong học tập, nghiên cứu và vận hành khai thác động cơ diesel tàu biển.
6


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
VÀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRỤC CAM
CHO ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY
1.1. Đặc điểm của cơ cấu phân phối khí sử dụng trục cam trên động cơ diesel tàu
thủy
1.1.1 Nhiệm cụ của cơ cấu phân phối khí
Nhiệm vụ chủ yếu của cơ cấu phân phối khí là điều khiển quá trình nạp khí mới
vào trong xi-lanh và thải sản phẩm cháy ra khỏi xi-lanh.
Động cơ diesel bốn kỳ sử dụng cơ cấu phân phối khí có xupap. Cơ cấu này gồm
có: trục phân phối khí, cơ cấu truyền động, các cam, cần đẩy, con đội, đòn gánh, các
xupap hút và xả.

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí điển hình sử dụng
cho các động cơ diesel bốn kỳ
Nguyên lý làm việc của cơ cấu này như sau: trục cam (1) được dẫn động bởi
động cơ thong qua cơ cấu bánh răng, khi phần lồi của cam tác dụng lên con lăn của
con đội (2) cần đẩy (3) sẽ đi lên tác động vào đòn gánh (5), đầu kia của đòn gánh tác
động vào cán xe xupap (9), xupap đi xuống, xupap bắt đầu mở cho đến khi con lăn
trên con đội (2) không tiếp xúc với phần lồi của cam. Lúc này lò xo (7) có tác dụng

kéo xupap đi lên và xupap đóng lại.
7


Khi động cơ làm việc trong thời gian dài, nhiệt độ các chi tiết của động cơ đều
tăng, do sựu giản nở vì nhiệt của vật liệu làm kích thước của cán xupap, cần đẩy cũng
tăng, trong trường hợp giữa cán xupap và đòn gánh không có khe hở thì khi động cơ
làm việc thì đòn gánh luôn có xu hướng tỳ vào cán xupap khi này xupap sẽ đóng
không kín. Do đó, tất cả các động cơ dung cơ cấu dẫn động cho xupap bằng cơ khí đều
phải có khe hở giữa cán xupap và đòn gánh, hoặc giữa đòn gánh và cần đẩy, khe hở
này gọi là “khe hở nhiệt”. Giá trị khe hở này phụ thuộc vào vật liệu chế tạo cán xupap,
cần đẩy, chế độ nhiệt của xupap, ngoài ra khe hở nhiệt của xupap xả thường lớn hơn
của xupap nạp do xupap xả làm việc với khí xả ở nhiệt độ cao dẫn đến sự giãn nở vì
nhiệt cũng nhiều hơn xupap nạp. Tuy nhiên trong thực tế ở một số động cơ để đơn
giản người ta cho phép khe hở nhiệt của xupap nạp bằng khe hở nhiệt của xupap xả
giá trị khe hở nhiệt này do mỗi nhà chế tạo quy định. Nếu khe hở nhiệt này nhỏ quá
xupap sẽ không đóng kín, thậm chí không khởi động được động cơ, ngược lại nếu khe
hở này lớn quá thì khi động cơ làm việc sẽ có tiếng gõ, thời gian mở của xupap và
diện tích lưu thong của dòng khí qua xupap giảm ảnh hưởng đến công suất và hiệu
suất của động cơ.
Pha phân phối khí là thời điểm đóng, mở và quy luật chuyển động của các
xupap.

Hình 1.2 pha phân phối khí của động cơ 4 kì

8


Hình 1.2 miêu tả đồ thị tròn các quá trình trai đổi khí động cơ diesel 4 kỳ. trên
đồi thị cho ta thấy, thời điểm đóng xupap nạp để thực hiện quá trình nén không phải ở

điển chết dưới (ĐCD) mà muộn hơn còn gọi là góc đóng muộn nhằm mục đích lợi
dụng quán tính dòng không khí nạp đang đi vào. Cuối quá trình dãn nở, xupap xả được
mở sớm hơn thời điểm ĐCD nhằm mục đích phân bố năng lượng cho các thiết bị tận
dụng nhiệt khí xả và tăng cường quá trình xả tự do. Cuối quá trình xả cưỡng bức
xupap không đóng ở thời điểm ĐCD mà muộn hơn hay còn gọi là góc đóng muộn
nhằm lợi dụng quán tính dòng khí cháy đi ra khỏi buồng đốt. Cũng nhằm mục đích đó,
đồng thời để quét sạch buồng đốt, xupap nạp mở sớm hơn, trước ĐCT và trước khi
xupap xả đóng. Giai đoạn cả 2 xupap nạp và xả cũng mở gọi là giai đoạn trùng pha.
Động cơ hai kỳ quét vòng không có các xupap phân phối khí. Trong trường hợp
này, chức năng của cơ cấu phân phối khí được thay thế bằng các cửa quét, xả và sự
chuyển động của piston.
Pha quét thải ở động cơ hai kỳ không có xupap được xác định bằng chiều cao
cửa quét, xả và quy luật chuyển động của piston.

Hình 1.3 đồ thị pha phân phối khí động cơ 2 kì
Đối với các động cơ hai kỳ quét thẳng qua xupap, khí quét đi qua các cửa quét
trên than xilanh, còn khí xả qua xupap xả. Cơ cấu đóng mở xupap xả cũng được điều
9


khiển bằng cơ cấu phân phối khí như của động cơ bốn kỳ, chỉ khác là tốc độ quay của
trục cam bằng tốc độ của trục khuỷu.
1.1.2 Những yêu cầu đối với cơ cấu phân phối khí
Cơ cấu phân phối khí có
Các chi tiết chủ yếu của nhóm ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình làm việc của động
cơ, vì vậy nó phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
-

Các xupap nạp, xả phải đóng, mở đúng thời điểm.
Độ mở của các xupap phải đủ lớn để khí lưu thông dễ dàng.

Các xupap phải đóng kín, không được rò lọt khí.

1.1.3 Cấu tạo các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí
i. Xupap.
xupap là: xupap, ống lót dẫn hướng, lò xo, đĩa chắn lò xo và vòng chắn lò xo
( hình 1.4).

Hình 1.4 các chi tết của nhóm xupap
Xupap:
Trong quá trình làm việc, các xupap chịu tải trọng rất lớn,nhất là khi va đập vào
đế của nó và chịu tác dụng của nhiệt độ cao. Ứng suất lớn nhất mà xupap phải chịu có
thể đến 750kg/cm2.

10


Các xupap xả làm việc trong điều kiện rất nặng nề, nó chịu tác dụng của dòng
khí xả có nhiệt độ cao, chuyển động với tốc độ cao gây ra ăn mòn và các hao mòn do
xâm thực khác.
Người ta thường bố trí các xupap trong nắp xilanh theo phương thẳng đứng,
nhằm đảm bảo cho cán xupap và ống lót dẫn hướng bị mòn ít nhất. Thông thường, các
xupap được mở hướng vào trong xilanh, để khi áp suất khí trong xilanh lớn thì các
xupap càng tì sát hơn và kín hơn vào đế của nó. Khi áp suất khí trong xilanh giảm đi
hoặc trong xilanh có độ chân không tương đối thì các xupap được đóng kín dưới tác
dụng của lực lò xo.
Tiết diện lưu thong của xupap càng lớn càng tốt, nhằm giảm tổn thất áp suất
trong quá trình nạp hay xả tại tiết diện luuw thong của các xupap, do đó tăng được
lượng khí sạch nạp vào xilanh và thải hết khí cháy ra khỏi xilanh.

Hình 1.5 xupap hộp

11


Xupap có thể được lắp trực tiếp vào nắp xilanh. Kết cấu kiểu này sẽ cho phép
tăng đường kính nấm xupap lên khoảng 20%, tuy nhiên, việc sửa chữa, thay thế sẽ
phức tạp hơn loại xupap có thể được lắp trên một than riêng, còn gọi là hộp xupap
(hình 1.5). Kết cấu dạng xupap hộp mặc dù phức tạp hơn, nhưng làm cho việc tháo,
lắp và sửa chữa xupap thuận lợi, dễ dàng hơn mà không phải tháo nắp xilanh. Ở các
động cơ công suất lớn xupap xả thường dung xupap hộp như hình 1.5.
Đối với động cơ diesel bốn kỳ thấp tốc, mỗi xilanh thường có 2 xupap một hút
một xả. Khi tốc độ trung bình của piston tăng cao hơn 6 ÷ 8 m/s do tổn thất áp suất tại
tiết diện của các xupap tăng, nên ở các động cơ này người ta dung 4 xupap, nhằm tăng
tiết diện lưu thông của khí, nhiệt truyền ra ngoài được nhiều hơn, và do vậy giảm được
đường kính nấm xupap.
Cấu tạo của xupap gồm 2 phần cơ bản là cán và nấm xupap. Theo cấu tạo,
xupap có thể được phân chia thành hai loại: loại liền và loại ghép.
Thông thường, người ta dùng loại xupap liền. Trong những động cơ diesel cao
tốc, người ta dùng xupap có kết cấu hàn. Cán và nấm xupap là những chi tiết được chế
tạo riêng rẽ bằng những vật liệu khác nhau, sau đó được hàn lại với nhau. Ở những
động cơ diesel thấp tốc, các xupap thường dùng là loại ghép. Cán được làm bằng thép,
nấm được chế tạo từ gang chịu nhiệt.
Vùng chuyển tiếp từ nấm đến cán xupap thường có bán kính góc lượn lớn và
phải được gia công rất cẩn thận, vì ở vùng này, ứng suất cơ có giá trị rất lớn.
Trên than cán, vị trí đi qua ống lót dẫn hướng phải có đường kính lớn hơn phần
còn lại và phải được gia công chính xác.
Trên cán xupap cần có bộ làm kín để tránh rò lọt dầu nhờn bôi trơn cho xupap
vào buồng đốt, lượng dầu nhờn này không cháy hết và bám vào mặt trên của nấm
xupap làm cản trở lưu thông của dòng khí nạp và thải.

12

Bề mặt làm việc của xupap nghiêng so với mặt nằm ngang một góc α. Góc này
thường lớn hơn ( 1 ÷ 2) độ so với góc nghiêng trên đế xupap, với kết cấu như vậy khả
năng làm kín sẽ tốt hơn.
Để tăng hệ số nạp cho động cơ, đường kính nắm của xupap nạp có thể lớn hơn
đường kính xupap xả khoảng 20%.
Các xupap nạp nhìn chung ít bị hư hỏng hơn vì nó được làm mát bằng chính
dòng khí nạp và điều kiện công tác không khắc nghiệt. Các xupap xả hay bị hư hỏng
do bị ăn mòn ở nhiệt độ cao của natri, vanadi. Để hạn chế hư hỏng cho xupap xả cần
duy trì nhiệt độ dưới 4500C và định kỳ bảo dưỡng. Các động cơ lớn thường sử dụng
xupap hộp để thuận lợi cho việc tháo bảo dưỡng.
Vật liệu chế tạo
Độ bền nhiệt là yêu cầu rất quan trọng đối với xupap. Xupap phải có khả năng
chịu được ăn mòn và mài mòn. Xupap xả dùng cho các động cơ cao tốc thường được
chế tạo bằng hợp kim bao gồm 20% niken, 20% crom; hoặc bằng thép chịu nhiệt 25%
niken, 12% crôm. Nấm xupap chế tạo bằng hợp kim 50% coban, 30% crôm, 20%
vonfram. Xupap nạp được chế tạo bằng hợp kim bao gồm 3% niken, 0,3% crôm.
Đế xupap nói chung được chế tạo bằng hợp kim gang bao gồm trên 15% crom,
thép chịu nhiệt hoặc thép không gỉ. Cán xupap được hóa cứng bằng cách phủ một lớp
cacbua vonfram, hoặc crôm. Dẫn hướng cán xupap được chế tạo bằng lớp pec-lit-gang
và làm cứng bề mặt.
Làm mát

Hình 1.6 Phân bố nhiệt trên cán xupap

13


Phần lớn nhiệt lượng được truyền từ xupap tới đế xupap. Do đó xupap phải tiếp

xúc tốt với đế xupap, đặc biệt là ở nhiệt độ cao. Đô nghiêng tương đối giữa bề mặt tiếp
xúc của xupap và đế xupap sẽ đảm bảo toàn bộ bề mặt của xupap và đế xupap tiếp xúc
với nhau khi làm việc ở nhiệt độ cao. Xupap hộp thường được làm mát bằng nước, do
đó nâng cao khả năng làm mát và việc bảo dưỡng đơn giản hơn. Đế xupap cũng được
làm mát bằng nước. mô tả sự phân bố nhiệt độ trên nấm xupap điển hình.
Nhiệt lượng truyền đến cán xupap thường rất nhỏ và có thể tăng phần nhiệt
lượng này lên nhờ sử dụng vật liệu có độ dẫn nhiệt cao hơn; làm rỗng cán xupap cho
đầy natri; hoặc làm mát cán xupap bằng nước. Tuy nhiên việc làm mát xupap sẽ tăng
khả năng ăn mòn.
ii. Cơ cấu xoay xupap

Hình 1.7 Cơ đấu xoay xupap
Mục đích của việc xoay xupap trong quá trình làm việc của động cơ là: gạt
muội bám trên nấm và đế xupap, không cho muội bám vào bề mặt làm việc của nấm
và đế xupap, duy trì nhiệt độ ổn định xung quanh nấm xupap, hạn chế tình trạng quá
nóng cho xupap để tăng thời gian sử dụng.
Có hai phương pháp cơ bản làm xoay xupap: phương pháp xoay bằng cơ khí
mỗi khi xupap đóng và mở hoặc gắn lên cán xupap các cánh ( tuabin) tận dụng năng
lượng dòng khí xả thổi vào để xoay xupap (hình 1.7).
14


Hiện tượng cháy xupap
Một vấn đề rất lớn cần quan tâm là hiện tượng cháy bề mặt làm việc của xupap,
đặc biệt là xupap xả của động cơ bốn kỳ. Các nguyên nhân gây nên hiện tượng xupap,
bao gồm:
- Xupap đóng không kín có thể do muội bám trên nấm hoặc đế xupap,
hoặc do khe hở nhiệt quá nhỏ.
- Chất lượng nhiên liệu không tốt: Nếu nhiên liệu có hàm lượng vanadi
cao sẽ dẫn tới hiện tượng ăn mòn ở nhiệt độ cao, đặc biệt trong trường hợp có mặt

natri. Hàm lượng nước cao trong nhiên liệu cũng là nguyên nhân làm cho xupap bám
nhiều muội.
- Cháy không tốt: Chất lượng nhiên liệu không tốt, hoặc chất lượng vòi
phun kém làm cho quá trình cháy tăng ngay cả khi xupap đã mở mà đang diễn ra quá
trình cháy.
- Quá nhiệt: Đây có thể là do động cơ bị quá tải, làm nhiệt độ khí xả
tăng, hoặc do sự lưu thông của nước làm mát kém.
Cháy xupap, khí xả sẽ rò lọt qua bề mặt làm kín của xupap. Nếu khí cháy
rò lọt ít thì không quan trọng lắm, nhưng khí xả sẽ ngày càng rò nhiều hơn, nhiệt độ
khí xả sẽ tăng. Trong trường hợp cần thiết phải cắt nhiên liệu của xilanh đó. Phát hiện
xupap bị rò càng sớm càng tốt. Tốc độ của khí cháy rò qua xupap cao sẽ làm hỏng
xupap. Đế xupap bị mòn quá mức làm cho bề mặt làm kín giữa xupap và nắm xupap
lõm xuống tạo thành vành lõm xung quanh nấm xupap làm tăng sức cản lưu thông của
khí xả.
Cán xupap bị mòn cũng là một vấn đề đáng quan tâm. Những xupap lớn
cần cung cấp đủ dầu bôi trơn. Đối với động cơ không có patanh – bàn trượt mòn cán
xupap sẽ làm tăng tiêu hao dầu nhờn và dẫn tới hiện tượng thổi, làm hỏng cán xupap.
Đối với động cơ có patanh – bàn trượt của hãng MAN-B&W gió để đóng mở xupap
cùng với hơi dầu để làm kín cán xupap.
15


iii. Bảo dưỡng xupap
Xupap sau khi tháo ra phải được làm sạch cacbon, muội sau đó kiểm tra
bằng mắt. Kích thước của cán xupap cũng phải kiểm tra và so sánh với thông số giới
hạn của nhà máy chế tạo, nếu vượt qua giới hạn cần thay thế hoặc sửa chữa ngay nếu
có thể.
Bề mặt làm kín của xupap cần kiểm tra xem có bị xước, rỗ, hoặc cháy không.
Phải xác định rõ kích thước các vết hư hỏng ( rỗ, xước, cháy) để xem cần phải gửi về
nhà máy sửa chữa hay bảo dưỡng trên tàu.

Đối với các động cơ nhỏ, có thể sử dụng cát rà cacborundum để rà kín
xupap cùng đế xupap. Lúc đầu dùng cát rà thô cho đến khi hết các vết rỗ, lõm,… thì
dùng cát trung bình và cuối cùng dùng cát mịn để rà bong bề mặt. Sau khi rà xong cần
rửa xupap trong kerosene. Bôi một lớp dầu nhờn mỏng lên cán xupap rồi lắp lại.
Không nên dùng cát rà cho những xupap lớn. Những xupap này được mài trên những
máy mài chuyên dùng và bề mặt làm kín phải có góc nghiêng chính xác. Sau khi mài
xong xupap và đế xupap phải được vệ sinh sạch, sau đó kiểm tra diện tích tiếp xúc
giữa xupap và đế xupap bằng bột màu. Nếu góc nghiêng của bề mặt làm kín xupap và
đế xupap chính xác thì trên bề mặt làm kín đế xupap chỉ có một đường nhỏ, tròn kín
xung quanh, nếu góc nghiêng không chính xác thì toàn bộ bề mặt làm kín đế xupap sẽ
bị phủ màu. Bề mặt làm kín của đế xupap và xupap có góc nghiêng khác nhau sẽ đảm
bảo toàn bộ hai bề mặt làm kín sẽ tiếp xúc với nhau khi xupap làm việc ở nhiệt độ cao.
Một vài nhà máy chế tạo động cơ cung cấp dưỡng để kiểm tra xem xupap và cán
xupap còn có thể tiếp tục mài nữa hay không. Không gian làm mát của xupap hộp nên
được kiểm tra mỗi khi sửa chữa, nếu thấy cặn bám trên bề mặt làm mát hoặc có sự ăn
mòn thì chứng tỏ rằng việc xử lý nước làm mát chưa tốt.
Lò xo xupap:
Lò xo xupap có nhiệm vụ đóng xupap và đảm bảo sự làm việc tin cậy của
cơ cấu truyền động cho xupap. Lò xo xupap phải làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao
(3200 K) và tải trọng luoonthay đổi. Do đó, đòi hỏi phải lựa chọn vật liệu chế tạo lò xo
16


hợp lý, công nghệ gia công phù hợp. Người ta sử dụng rộng rãi lò xo xupap kiểu quấn
tròn. Số vòng công tác của lò xo từ 4 ÷ 10 vòng. Không cho phép sử dụng lò xo có số
vòng nhỏ hơn, vì khi xupap mở hết cỡ sẽ xuất hiện ứng suất rất lớn, gây nguy hiểm
cho lò xo. Lò xo xupap có số vòng phù hợp thì đặc tính công tác của nó sẽ ổn định
hơn, làm giảm những xung lực trong quá trình xupap làm việc. Nếu số vòng công tác
của lò xo quá lớn có thể sẽ xuất hiện dao động cộng hưởng của lò xo làm quá trình
điều khiển đóng, mở xupap không chính xác, thậm chí dẫn đến gãy lò xo. Vì vậy,

người ta áp dụng một số kiểu kết cấu đặc biệt để giảm biên độ dao động của lò xo. Lò
xo có bước không đều nhau hoặc chia mỗi lò xo xupap ra làm 2 phần theo chiều cao
bằng một đĩa phân cách đặc biệt
Để giảm kích thước, ứng suất và đảm bảo sự làm việc tin cậy của lò xo,
người ta sử dụng hai lò xo lồng vào nhau cho mỗi xupap, và chiều cuốn của các lò xo
thì ngược nhau để đảm bảo lực phân bố lên đĩa lò xo và xupap đều theo chu vi, ngoài
ra còn nhằm tránh hiện tượng một lò xo bị gãy kéo theo cái còn lại tiếp tục gãy.
1.

Liên kết giữa cán xupap và đĩa lò xo:
Mối liên kết này phải đảm bảo việc tháo lắp được dễ dàng, đủ độ tin cậy và
không làm yếu cán xupap.
Kết cấu được sử dụng rộng rãi nhất là dùng vòng hãm hình côn Ngoài ra,
ở các động cơ diesel cao tốc mà cam truyền động trực tiếp cho xupap ( trục cam đặt
trên nắp xilanh) thì cán xupap và đĩa lò xo còn được liên kết với nhau bằng ren. Sử
dụng kiểu liên kết này cho phép điều chỉnh được khe hở nhiệt mà không cần dùng vít
điều chỉnh.
2.

Đế xupap:
Tùy thuộc vào vật liệu chế tạo nắp xilanh mà người ta có thể dùng ngay

nắp xilanh hoặc đế rời rồi ghép chặt vào nắp xilanh (hình 1.6 ).
Đế xupap cần được chế tạo bằng vật liệu chịu nhiệt cao.

17


Trong trường hợp cần thiết, đế xupap phải có khả năng thay thế được dễ
dàng.

1.1.4 Cơ cấu truyền động cho xupap:
Nhiệm vụ chính của cơ cấu này là đảm bảo cho các xupap hút, xả đóng
mở đúng thời điểm và chuyển động theo một quy luật nhất định.

Hình 1.8 Cơ cấu truyền động xupap
Trục cam phân phối khí:
Hiện nay người ta thường sử dụng một số phương pháp truyền động cho
xupap như sau:
- Truyền động thông qua cơ cấu trục cam, con đội, cần đẩy, đòn gánh. Trong
trường hợp này trục cam được bố trí bên cạnh động cơ ( hình 1.8). Phương pháp này
thường được áp dụng cho các động cơ diesel chậm tốc và trung tốc.
- Trục cam đặt ngay trên nắp xilanh và truyền động trực tiếp cho các xupap.
Phương pháp này thường được áp dụng cho các động cơ diesel cao tốc nhằm giảm lực
quán tính của các cơ cấu truyền động cho xupap.
Đối với các động cơ diesel chậm tốc và trung tốc, trục phân phối khí
thường được bố trí ở bên sườn động cơ.

18


Hình 1.9 cơ cấu truyền động cho trục cam
Trục này có thể được chế tạo liền hoặc ghép. Trục được đặt trên các ổ đỡ có
tráng lớp hợp kim đỡ sát và có bố trí ổ chặn để khắc phục lực dọc trục do cơ cấu
truyền động đến trục gây ra.
Tùy theo các loại động cơ khác nhau, cơ cấu truyền động cho trục phân phối có
thể có các kết cấu khác. Nếu bố trí trục phân phối ngay trên xupap, người ta dùng hệ
truyền động bánh răng côn và các trục thẳng đứng hay nghiêng để truyền động cho
chúng ( hình 1.9 ).
Trong các động cơ diesel không đảo chiều quay, người ta thường dùng các bánh
răng nghiêng hay chữ V để truyền động cho trục phân phối. Loại bánh răng này ăn

khớp êm hơn và không có tiếng ồn khi làm việc.
Trong các động cơ có đảo chiều quay, trục phân phối khí cần có chuyển động
dọc trục nên các bánh răng truyền động phải là bánh răng thẳng.

19


Hình 1.10 Cơ cấu đóng mở xupap bằng thủy lực
Trong trường hợp khoảng cách giữa đường tâm trục khuỷu và đường tâm trục
phân phối khí khá lớn, người ta dùng phương pháp truyền động trục cam bằng xích
( hình 1.9).
Thí dụ, ở các trường hợp diesel hai kỳ quét thẳng qua xupap, công suất lớn việc
sử dụng truyền động xích cho phép dễ dàng thực hiện việc truyền động đồng thời cho
nhiều trục một lúc ( trục phân phối khí, trục dẫn động bơm cao áp,…), và cho phép
khắc phục được sự thay đổi khoảng cách giữa các trục do thay đổi nhiệt độ trong
trường hợp động cơ nóng và nguội gây ra.
Độ căng của xích có thể điều chỉnh. Qua thực tế sử dụng người ta không thấy có
trường hợp nào xích bị quá rão gây ảnh hưởng xấu đến pha phân phối khí.
Việc truyền động cơ cấu phân phối khí tiêu hao khoảng 3 ÷ 4,5 % công suất của
động cơ.
Cam phân phối khí:
Ở các động cơ diesel thấp tốc và trung tốc, các cam thường được chế tạo rời sau
đó được ép chặt vào trục phân phối khí hoặc có thể ghép bằng then
Một số động cơ cam được lắp ghép các bạc lót, có đai ốc hãm ở mặt bên
Ở các động cơ cao tốc, với đường kính xilanh dưới 200mm, cam thường được
rèn hoặc dập liền với trục phân phối.
20


Biên dạng của cam phụ thuộc quy luật chuyển động đã chọn của xupap và các

thời điểm phân phối khí.
Ở các động cơ đảo chiều quay, người ta bố trí hai cơ cấu cam, một dùng cho
chạy tiến, một dùng cho chạy lùi. Các cam tiến và lùi bố trí lệch nhau một góc đảo
chiều.
Con đội và cần đẩy:
Con đội có nhiệm vụ truyền cho cần đẩy một chuyển động hướng theo đường
tâm của nó.
Trọng lượng của các loại cần đẩy có con lăn tương đối lớn, loại này thường sử
dụng cho các động cơ diesel trung tốc và thấp tốc. Trong một vài trường hợp, để khắc
phục lực quán tính, người ta bố trí thêm một lò xo phụ ở trên con đội .Với các động cơ
cao tốc, công suât nhỏ, người ta sử dụng con đội phẳng có trục được bố trí lệch đi một
ít so với cam để hao mòn con đội được phân bố đều hơn.
Cần đẩy thường được chế tạo bằng những ống thép mỏng, ở hai đầu của nó
thường có liên kết khớp cầu với các chi tiết khác của cơ cấu truyền động cho xupap.
1.2. Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu sử dụng trục cam trên động cơ diesel tàu
thủy
1.2.1 Nhiệm vụ của hệ thống nhiên liệu

Hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ diesel tàu thủy bao gồm những thiết
bị chủ yếu: cấc két chứa nhiên liệu, bơm chuyển nhiên liệu, các bầu lọc thô và tinh,
bơm cao áp, vòi phun, các ống dẫn
Để đảm bảo động cơ làm việc an toàn, tin cậy, hệ thống cung cấp nhiên liệu cần
đảm bảo những yêu cầu sau đây
- Cung cấp lượng nhiên liệu chính xác, phù hợp với từng chế độ làm việc của
động cơ.
- Phun nhiên liệu với áp suất cần thiết.

21

- Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình phải được phun hoàn toàn trong một
khoảng thời gian ngắn và đúng thời điểm.
- Ở các động cơ nhiều xilanh, lượng nhiên liệu cung cấp cho các xilanh phải
đều nhau.
- Phải làm việc ổn định ở tốc độ quay nhỏ nhất đã quy định ( khoảng 20 ÷ 30%
tốc độ quay định mức).
- Quy luật cung cấp nhiên liệu phải phù hợp cho việc tạo hỗn hợp và đốt cháy
nhiên liệu trong xilanh động cơ.
- Phải làm việc tin cậy ở tất cả các chế độ công tác của động cơ khi khai thác.
- Tuổi thọ cao, nhất là các cặp lắp ghép chính xác của bơm cao áp và vòi phun.
1.2.2 Phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu
Để phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu, người ta có hai phương pháp:
Dựa vào phương pháp cung cấp nhiên liệu:
Theo phương pháp này, hệ thống cung cấp nhiên liệu được phân làm hai loại:
- Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp.
- Hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp.
a. Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp:
Có nhiều loại hệ thống nhiên liệu cho động cơ diesel tàu thủy, nhưng phổ biến
nhất là loại hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp, gồm có bơm cao áp ( BCA) được
truyền động cơ khí và vòi phun được nối với bơm cao áp bằng ống dẫn nhiên liệu áp
suất cao

22


Hình 1.11 hệ thống nhiên liệu trực tiếp
Những ưu điểm chủ yếu của loại hệ thống này là: Kết cấu tương đối đơn giản,
có khả năng đáp ứng được những yêu cầu ở mọi chế độ công tác khác nhau, có tính tin
cậy cao, có thể sử dụng ở toàn khoảng cung cấp nhiên liệu cho chu trình.
Nhược điểm của hệ thống này là khi tốc độ quay của động cơ thấp, áp suất phun

giảm dẫn đến chất lượng phun sương nhiên liệu cũng xấu đi. Do đó, khi khai thác
động cơ ở chế độ phụ tải nhỏ ứng với tốc độ quay nhỏ động cơ có thể làm việc không
ổn định.
b. Hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp:
Ở hệ thống này, nhiên liệu có áp suất cao không được đưa ngay đến vòi phun
mà được đưa vào bình tích năng (bình chứa áp suất cao), rồi sau đó mới được đưa đến
vòi phun ( đúng thời điểm cần thiết, đúng lượng cần thiết), qua một thiết bị phân phối
đặc biệt kiểu van hoặc rãnh xéo. Trong thực tế, loại hệ thống này có thể tích bình chứa
( áp suất cao) lớn hoặc nhỏ ( đủ để cung cấp cho nhiều lần phun hay chỉ cho một số ít
lần phun). Trong hệ thống có thể tích bình tích năng lớn, nhiên liệu được BCA cung
cấp liên tục cho bình chứa ( không phụ thuộc vào thời điểm phun nhiên liệu vào xilanh
động cơ). Vì thể tích của bình chứa nhiên liệu áp suất cao lớn hơn rất nhiều so với thể
tích nhiên liệu một lần phun, nên quá trình phun diễn ra với áp suất gần như không đổi
23


ngay cả khi động cơ khai thác ở tốc độ quay thấp. Ở hệ thống có thể tích tích tụ nhỏ,
quá trình phun nhiên liệu diễn ra với áp suất giảm dần.
- Nhược điểm chủ yếu của loại hệ thống phun gián tiếp là kết cấu tương đối
phức tạp so với hệ thống phun trực tiếp.
- Ưu điểm lớn nhất của nó ( đặc biệt là đối với động cơ diesel tàu thủy), là có
thể đảm bảo chất lượng phun nhiên liệu tốt ở tất cả các chế độ khai thác của động cơ
Vì vậy, hệ thống phun tích năng thường dùng cho những động cơ diesel tàu thủy
có yêu cầu cao về việc phun nhiên liệu ở những chế độ phụ tải và tốc độ quay nhỏ.
1.2.3 Cơ sở điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình
Việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình có thể được thực hiện
nhờ các phương pháp sau:
1. Thay đổi hành trình có ích của piston bơm cao áp.
2. Thay đổi hành trình toàn bộ của piston bơm cao áp.
3. Xả bớt một phần nhiên liệu và giữ nguyên hành trình toàn bộ của piston bơm

cao áp.
4. Điều chỉnh quá trình cung cấp nhiên liệu cho bơm cao áp ( ví dụ dùng thiết bị
cung cấp định lượng nhiên liệu cho bơm cao áp).
Hầu hết các động cơ diesel tàu thủy hiện nay sử dụng phương pháp điều chỉnh
lượng cấp nhiên liệu cho chu trình bằng cách thay đổi hành trình có ích của piston
bơm cao áp. Phương pháp này có thể dùng cho bơm cao áp kiểu piston rãnh xéo ( kiểu
bơm BOSH) hoặc dùng BCA kiểu van.
Việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình phù hợp với phụ tải của
động cơ có thể tiến hành theo ba cách sau:
- Thay đổi thời điểm bắt đầu cấp.
- Thay đổi thời điểm kết thúc cấp.
24


- Thay đổi cả thời điểm bắt đầu và kết thúc cấp nhiên liệu ( còn được gọi là
phương pháp hỗn hợp).
Trên các hình 1.12 trình bày các đồ thị góc cấp nhiên liệu, đồ thị hành
trình và vận tốc piston bơm cao áp của ba phương pháp điều chỉnh lượng cấp nhiên
liệu cho chu trình, dựa trên nguyên tắc chung là thay đổi hành trình có ích của piston
bơm cao áp đối với kiểu bơm BOSH, hoặc thay đổi thời điểm đóng hoặc mở van đối
với BCA kiểu van.

Hình 1.12 đồ thị góc cấp nhiên liệu
Ở phương pháp thứ nhất ( thay đổi thời điểm bắt đầu cấp), thời điểm kết thúc
cung cấp nhiên liệu (4) không thay đổi, không phụ thuộc vào phụ tải và tốc độ quay
của động cơ, còn thời điểm bắt đầu cấp (1), (2), (3) được thay đổi bằng cách xả bớt
một phần nhiên liệu qua van đối với BCA kiểu van, hoặc bằng rãnh xéo của plunger
BCA kiểu BOSH.
Tương ứng với việc giảm lượng nhiên liệu cho chu trình mà góc cấp nhiên liệu
sẽ là 2-4; 3-4 và hành trình có ích của bơm cao áp giảm đến h a2, ha3. Việc giảm nhiên

liệu cung cấp cho chu trình sẽ dẫn đến việc giảm góc phun sớm φ s. Nhược điểm chủ
yếu của phương pháp này là vận tốc của piston bơm cao áp nhỏ ở cuối quá trình cung
cấp nhiên liệu, do đó dẫn đến hiện tượng phun rớt ở cuối quá trình phun, ( hình 1.12).
Ở phương pháp thứ hai ( thay đổi thời điểm kết thúc cấp), thời điểm bắt đầu cấp
nhiên liệu (1) không thay đổi, không phụ thuộc vào tốc độ quay và phụ tải của động
cơ. Điểm kết thúc quá trình cung cấp nhiên liệu (2), (3), (4) được thay đổi trực tiếp
25