Giáo Trình Nguyên lý động cơ đốt trong

ại điểm aPa Va = (M1a + Mr)RTa = Ma RTa Nếu tính luôn cả lượng khí nạp thêm cuối quá trình nạp (phần 2b) 1 = hệ số nạp thêm: 1 = 1,02÷1,07 Phương trình trạng thái của khí nạp mới: PKVK = RM1TK = PK çnVh Þ (2) Lấy (1) chia (2) ta có: Ta có: , Þ Þ (3) Phương trình (3) không có lt vì giả thiết (1b) Động cơ hai kỳ: Trong đó : e’= tỉ số nén thực tế của động cơ hai kỳ Động cơ xăng: çn = 0,7÷0.9 Động cơ diesel không tăng áp: çn = 0,8÷0,94 Động cơ diesel tăng áp: çn = 0,8÷0,97 PHÂN TÍCH NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN çn Từ công thức tính çn, nhận xét các thông số Tr, Pr, r, Ta, Pa và ảnh hưởng tơi çn Tỉ số nén (): Anh hưởng của thông qua tỉ số ít, tăng làm SVC giãn nở triệt để hơn, nên giảm Tr, Pr, từ đó tăng çn Anh hưởng của thông qua r đến çn : tăng giá trị r từ 0÷ 0,3 thì çn giảm 43% Qua thực nghiệm cho thấy quét động cơ bốn kỳ thì lợi nhất ở động cơ có thấp Ap suất của quá trình nạp (Pa) Pa ảnh hưởng rất nhiều đến çn nên tăng çn là tăng Pa tức là giảm Pk làm sao đạt giá trị nhỏ nhất Pa của động cơ hai kỳ phụ thuộc vào: Ap suất khí quét Pk Trở lực ở cửa quét và cửa thải (hoặc SN) Góc phân phối thải và quét Ap suất và nhiệt độ trong đường ống nạp (PK, TK) Tăng PK và giữ nguyên Pk thì Pa tăng làm tỉ số tăng ,kết quả tăng çn TK tăng thì sự chênh lệch nhiệt độ giữ chi tiết động cơ và khí nạp mới giảm nên T giảm, từ đó tăng çn Ap suất và nhiệt độ khí sót (Pr ,Tr) a. Khi Tr không đổi, tăng Pr làm lượng khí sót trong xilanh tăng nên công tiêu hao chi cho giản nở khí sót tăng, kết quả quá trình nạp chậm hơn, từ đó giảm çn Khi tăng Tr, giữ nguyn Pr, r hầu như không đổi, vậy Tr coi như không ảnh hưởng đến çn b. Tăng trở lực hệ thống thải sẽ làm tăng Pr và khi không có quét buồng cháy sẽ đưa đến: Tăng công tiêu hao cho việc đẩy khí ra khỏi xilanh Làm giảm çn Làm tăng r ĐCT ĐCD Có lắp tiêu bộ âm Không lắp bộ tiêu âm · a V r’ · r · Vc Vh P0 P Các điều này dẫn đến giảm công suất và hiệu suất của động cơ. Trên (H. 1) biểu thị sự ảnh hưởng của việc lắp bộ tiêu âm tới đường thải. Rõ ràng theo đường nét đứt sẽ làm tăng phần diện tích (-) (bao hàm giữa đường thải và nạp): tiêu hao công và giảm phần diện tích (+) giới hạn giữa đường nén và cháy, giản nở và bắt đầu thải (thu công). Anh hưởng của hệ thống thải tới çn, r ,theo(H. 1) biểu hiện ở các điểm sau: çn giảm do tăng công tiêu hao cho giãn nở trước của khí sót khi nạp r tăng do giảm lượng hổn hợp khí nạp mới đi vào xilanh ( giảm M1) và tăng Mr. Khí sót trong Vc có Pr lớn Ta tăng vì Pr quá lớn DT T tăng thì çn giảm Động cơ xăng : T dùng vào việc bốc hơi nhiên liệu tuy nhiên việc sấy nóng đó không đủ vì vậy lợi dụng một phần nhiệt lượng khí thải để làm bay hơi xăng trên đường ống nạp (thường là bố trí ống nạp cạnh ống thải). Nếu sấy nóng quá lớn thì sẽ giảm lượng khí nạp mới làm giảm çn Động cơ diesel : nhiên liệu đưa vào cuối quá trình nén và bốc hơi ở cuối nén nên không cần sấy nóng khí nạp mới, vì vậy sấy nóng làm tăng T thêm tức làm giảm çn . Tóm lại, cần tách đường ống thải ra khỏi đường ống nạp Anh hưởng của phụ tải: Tăng tải thì nhiệt độ các chi tiết trong động cơ tăng cao làm tăng T nên çn giảm đôi chút Ảnh hưởng của n đến hn của động cơ bốn kỳ: Khi n tăng thì PK tăng làm giảm Pa và n tăng thì thời gian sấy nóng khí nạp mới giảm kết quả T giảm và r tăng đôi chút, từ đó çn đôi chút giảm IV. GÓC ĐỘ PHỐI KHÍ d điểm mở sớm SN j j1 jtb d 0 180 d’ ĐCT ĐCD jo f d’ điểm đóng muộn SN Nếu không có mở sớm đóng muộn (nét đứt) thì tiết diện lưut thông của SN giảm đi nhiều Đồ thị tiết diện lưu thông của SN ư = góc mở sớm supap trước ĐCT ư1 = góc đóng muộn supap sau ĐCD Thời điểm đóng SN tốt nhất r · P P0 ĐCT ĐCD d’2 · a V d’ d’1 d’ = điểm đóng muộn tốt nhất d’1 = điểm đóng muộn quá nhỏ d’2 = điểm đóng muộn quá lớn Giả sử điểm d’ là điểm ứng với thời điểm đóng supap tốt nhất: Nếu ta đóng sớm hơn ( d’1) thì lượng khí nạp đi vào xilanh giảm( vì tiết diện lưu thông của SN gần ĐCD giảm) và trở lực của khí tăng. Kết quả, đường cong của quá trình nạp đi chúc xuống( đường nét đứt). Nếu tăng góc đóng muộn supap ( điểm d’2) thì lượng khí nạp mới cũng nhỏ vì lúc đó một phần khí nạp mới bị đẩy ngược ra qua SN. Kết luận: Việc xác lập thời điểm đóng SN tốt nhất là căn cứ vào lượng khí nạp vào lớn nhất có thể đạt được trong quá trình nạp r d1 d d2 · · · ĐCT P P0 V Thời điểm mở SNạp d= điểm mở sớm tốt nhất d1= điểm mở sớm quá nhỏ d2 = điểm mở sớm quá lớn Giả sử điểm d là điểm mở sớm tốt nhất Nếu giảm góc mở sớm (điểm d1 ) thì gần ĐCT , tiết diện lưu thông supap giảm và trở lực của khí lưu động trong xilanh tăng nên đường cong đi thấp xuống ( nét đứt ) , hiệu suất cơ giới và Ne giảm Nếu tăng góc mở sớm (d2) trở lực supap nạp giảm nhưng khí nạp mới không sạch do lẫn quá nhiều SVC (độ bẩn tăng) Thời điểm đóng muộn Sthải : e’ = điểm đóng muộn Sthải tốt nhất e’1 = điểm đóng muộn Sthải quá nhỏ e’2 = điểm đóng muộn Sthải quá lớn Giả sử góc đóng muộn Sthải tốt nhất ở e’ Nếu đóng Sthải sớm hơn (e’1) thì tiết diện lưu thông của supap tại vùng ĐCT nhỏ nên khí thải sẽ không kịp thải ra khỏi xilanh. Khi piston đi lên ĐCT khí sót một phần nào bị nén, bị giản nở dẩn đến giảm lượng khí nạp mới. Do đó giảm nhỏ ưđtm không có lợi. ĐCT P P0 e’ e’2 e’1 V Nếu tăng góc đóng muộn ST (e’2 ), đường thải sẽ chúc xuống (nét đứt) khí nạp mới sẽ bị bẩn vì ST mở quá lâu làm SVC từ ống thải có thể đi ngược vào xilanh. VII. PHƯƠNG TRÌNH HỆ SỐ NẠP VÀ HỆ SỐ KHÍ SÓT: (hn , gr): Động cơ bốn kỳ việc hòa trộn giữa khí nạp mới, khí sót được tiến hành ở điều kiện đẳng áp. Trong trường hợp đó khí sót giản nở từ Pr ® Pa vì vậy nhiệt độ của nó không phải là Tr mà giảm đến T’r (T’r = nhiệt độ của khí sót sau khi đã giản nở từ Pr ® Pa ) m = 1,45÷1,8 chỉ số giản nở đa biến Nếu tính đến hệ số hiệu đính tỉ nhiệt t thì : (4) a Động cơ bốn kỳ:nếu không xét đến góc phối khí thực tế: ST đóng tại ĐCT Mở SN được tiến hành tại thời điểm cân bằng giữa P trong xilanh và PK Khí sót trong Vc có Pr, Tr Thay vào Ta có: (5) Xét đến thực tế Ơ ĐCT có góc trùng điệp của ST và SN để đảm bảo quét sạch buồng cháy ( giảm r ): 2 = hệ số quét buồng cháy (việc thực hiện quét buồng cháy ở động cơ bốn kỳ chủ yếu dùng cho động cơ tăng áp) Không quét 2 = 1, có quét 2 <1, quét sạch hoàn toàn 2 = 0 Thay (6) vào (4) : Hoặc (7) Thay (7) vào (6): Trong trường hợp: không quét buồng cháy, không nạp thêm, không xét sự giản nở của khí sót từ Pr ® Pa (2 = 1 = t = m = 1) Ta có: Động cơ hai kỳ: lượng khí CO2 ở cuối QTGN = CO2” và ở quá trình nén CO2’ Þ Động cơ cao tốc (high – speed) Có thể çv tính theo công thức sau: ì in = 0,82÷0,9 Động cơ hai kỳ: çn’= hệ số nạp thực tế Quét thẳng có supap : ư = 0,12÷0,14 Quét thẳng có cửa thải( hoặc hai piston đối đỉnh): ư = 0,25 SỰ HOÀN THIỆN VIỆC HÌNH THÀNH HỔN HỢP TRÊN ĐƯỜNG ỐNG NẠP TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG A- VIỆC HÂM NÓNG ỐNG GÓP HÚT: Việc hâm nóng ống góp hút sẽ dẫn đến sự cải thiện việc hình thành hổn hợp( nhiên liệu bay hơi nhanh hơn và hoàn toàn hơn), khi đó hàm lượng HC và CO trong khí thải giảm nhưng sự thải ra NOx tăng lên. Khi động cơ làm việc ở những chế độ cánh bướm ga mở hoàn toàn và ở những số vòng quay trục khuỷu lớn, sự hình thành khí hổn hợp trong BCHK tương đối tốt hơn, vì vậy ảnh hưởng của việc hâm nóng đến sự thải ra CO và HC ở những chế độ này là không đáng kể, còn công suất động cơ giảm do hệ số nạp giảm. Việc làm nóng ống góp hút chỉ hợp lý ở chế độ không tải và tải nhỏ, đặc biệt đối với động cơ làm mát bằng nước nhằm mục đích giảm độc hại khí thải động cơ. Thực nghiệm chứng tỏ rằng sự phân bố hổn hợp nhiên liệu và không khí đến mỗi xilanh động cơ đồng đều hơn thì chất lượng hổn hợp được cải thiện,hổn hợp đồng nhất hơn. B-HỆ THỐNG ỐNG GÓP HÚT KÉP Việc sử dụng ống góp hút kép cũng làm cải thiện chất lượng hình thành hổn hợp ở những chế độ hoạt động của động cơ. Trong những hệ thống nạp có ống hút kép, khi động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ, nhà chế tạo sử dụng ống góp độc lập có tiết diện lưu thông nhỏ. Hệ thống này có những ống góp hút riêng biệt gồm một bộ chế hòa khí (BCHK) sơ cấp và ống góp hút có tiết diện lưu thông tương đối nhỏ, do đó tạo ra dòng khí có tốc độ cao làm cho sự phân bố hổn hợp đến những xilanh riêng biệt đồng đều hơn. BCHK thứ cấp và hệ thống nạp lớn chỉ được đưa vào sử dụng ở những chế độ tải lớn. Hệ thống này được áp dụng trên động cơ V Động cơ có hệ thống sơ cấp 5 với mặt bích 4, mặt này được bố trí nghiêng trên block xilanh và hai hệ thống thứ cấp riêng biệt, Ong góp sơ cấp được đưa vào hoạt động khi động cơ làm việc ở chế độ khởi động, hâm nóng và tải nhỏ. Dọc theo toàn bộ chiều dài đường ống được hâm nóng bằng khí thải. Ong góp hút kép với buồng cháy xoáy lốc ở xe Volvo được trình bày trên hình 6b. Để cải thiện chất lượng hổn hợp ở chế độ không tải và tải nhỏ người ta áp dụng việc hâm nóng buồng xoáy lốc 7 bằng khí xả. Ở đó sẽ xảy ra sự khuấy trộn và bay hơi nhiên liệu. Ở tải lớn, cánh bướm 6 mở và hòa khí từ BCHK đi trực tiếp vào xilanh thông qua buồng xoáy lốc. Ở những chế độ không tải hay một phần tải, hệ thống này sẽ làm giảm hàm lượng CO và HC C -SỰ LÀM KÍN THÂN SUPAP Nghiên cứu ảnh hưởng của sự làm kín thân supap của động cơ đến hàm lượng những chất độc hại trong khí thải cho thấy : tiêu hao dầu bôi trơn qua khe hở giữa thân supap và ống dẫn hưông trong động cơ xăng đạt đến 75% suất tiêu hao dầu bôi trơn chung. Lượng dầu này đi vào xilanh động cơ cũng tham gia vào quá trình cháy do đó sẽ làm thay đổi một ít thành phần khí thải. Việc làm kín thân supap được thực hiện bằng một vòng làm kín bằng cao su, chịu đựng được nhiệt độ cao, trình bày ở hình 9 Mép làm kín của vòng bích ôm chặt vào thân supap. Anh hưởng của việc làm kín thân supap đến thành phần khí thải được đánh giá qua thử nghiệm ở những chế độ làm việc của động cơ D-HỆ THỐNG ACIS Hệ thống ACIS thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp tùy theo tốc độ động cơ và góc mở bướm ga qua đó nâng cao được hiệu quả nạp và moment xoắn của động cơ A.2 QUÁ TRÌNH THẢI: I. DIỄN BIẾN QUÁ TRÌNH THẢI ĐỘNG CƠ BỐN KỲ ĐỘNG CƠ KHÔNG TĂNG ÁP Giai đoạn 1: Trong động cơ bốn kỳ kể từ lúc bắt đầu mở ST ( ứng với điểm e) đến lúc áp suất trong xilanh đạt tới Pth (th = tới hạn ) thì dòng khí thải lưu động với Vth = (600÷700) m/s . Sự lưu động của dòng khí thải với vận tốc như thế sẽ gây ra tiếng ồn rất lớn. Trong thời gian đó khoảng (60÷70)% khí thải đẩy ra ngoài làm áp suất trong xilanh giảm rất nhanh và đạt tới Pth lúc piston gần ĐCD Giai đoạn 2: Kể từ lúc piston đi từ ĐCD ® ĐCT: dòng khí thải được chuyển động với v = 200÷250 m/s Giai đoạn 3: Từ ĐCT đến khi ST đóng ( tương ứng góc đóng muộn ST ) ST mở sớm = 40÷800 trước. ST đóng muộn = 10÷500 sau ĐCT Trên đồ thị ta thấy: công tiêu hao cho việc thải khí ra ngoài phụ thuộc rất nhiều vào góc độ phối khí trong quá trình thải Nếu mở ST quá sớm ứng với điểm e’ thì tổn thất công giản nở sẽ bằng diện tích e’bb’e’là quá lớn mặc dù lúc đó công đẩy khí ra ngoài tương ứng với diện tích dưới đường b’r’co’ giảm xuống nhưng vẫn không bù lại được phần tổn thất công giản nở Nếu mở quá muộn ứng với e” thì tổn thất công giản nở bằng diện tích e”bb” giảm nhưng lúc đó công đẩy khí ra ngoài tương ứng với diện tích dưới b”r” tăng lên rất nhiều và quá trình quét sạch khí thải trong xilanh không được tốt Tóm lại, thời điểm mở supap tốt nhất là e nằm giữa e’ và e” được xác định bằng thực nghiệm Trong OTMK để giảm tiếng ồn, người ta sử dụng ống tiêu âm,ngoài ra người ta còn lợi dụng trên đường ống thải để sử dụng vào sinh hoạt (vd: sưởi nóng xe) II. ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP Động cơ tăng áp thời kỳ thải với vth = 600÷700 (m/s) kéo dài từ khi mở ST đến ĐCT. Toàn bộ đường nạp nằm trên đường thải.(đồ thị) III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN Coi quá trình thải là một quá trình đa biến * n = chỉ số đa biến của quá trình thải (n = 1,3) II. DIỄN BIẾN QUÁ TRÌNH THẢI ĐỘNG CƠ HAI KỲ Diễn biến Đồ thị (H. 33) Chia làm ba giai đoạn: Giai đoạn 1: Thời kỳ thải tự do: Được tính từ lúc bắt đầu mở cửa thải (ứng vớiưb ) cho đến lúc khí quét đi vào xilanh (ứng với ưN ) Trong thời kỳ này áp suất trong xilanh lớn hơn áp suất trung bình trên đường ống thải do đó khí thải lưu động qua cửa thải với vận tốc rất lớn. Thông thường giảm tổn thất hành trình có ích của piston, người ta mở cửa quét sớm hơn so với điểm N, tức là mở cửa quét tại H (ứng với góc ưH). Lúc đó Pxilanh lớn hơn Pcửa quét nên một phần khí quét đi ngược trở lại cửa quét làm cho nhiệt độ khí quét tăng và làm bẩn môi chất nạp vào động cơ và làm giảm thời gian tiết diện của cửa quét. Giai đoạn BH (ứng với góc ưb, ưH ) được gọi là thời kỳ thải sớm. Giai đoạn 2: Thời kỳ thải cưỡng bức (thời quét khí) Trong giai đoạn này cửa quét và thải đều mở, lúc đó khí quét đi vào xilanh và đẩy SVC r a ngoài, quá trình bắt đầu từ lúc khí quét bắt đầu đi vào xilanh (ứng với góc ưN) và kết thúc tại điểm đóng kín cửa quét, nếu như cửa quét đóng trước hoặc kết thúc tại điểm đóng kín cửa thải, nếu như cửa thải đóng trước. Ơ giai đoạn đầu của thời kỳ này do ảnh hưởng của sức hút của dòng khí mà Pxilanh vẫn tiếp tục giảm đến K nằm dưới Pth sau đó tiếp tục tăng lên và cuối cùng dao động ở chung quanh áp suất PN. Giai đoạn này thải từ 30÷50% SVC. Giai đoạn 3: Thời kỳ lọt khí (nếu cửa quét đóng trước) hoặc thời kỳ nạp thêm (nếu cửa thải đóng trước) Đoạn DA2 ứng với thời kỳ lọt khí (ưD÷ưA2), (ưa1÷ưD = ứng với thời kỳ nạp thêm) Theo (H.a), (H.b), (H.c) trong đó : diện tích HN2MD = trị số thời gian tiết diện của cửa quét Diện tích BN’N = trị số thời gian tiết diện ứng với thời kỳ thải tự do Diện tích D1DA2 = trị số thời gian tiết diện ứng với thời kỳ lọt khí Diện tích A1A’D = trị số thời gian tiết diện ứng với thời kỳ nạp thêm II. CÁC THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH THẢI ĐỘNG CƠ Ap suất Pb,Tb Pb,Tb lúc bắt đầu mở cửa thải phụ thuộc: mức độ cường hóa của động cơ theo Pe, hệ số dư lượng không khí , n, hệ số thải. Động cơ tốc độ thấp: Pb = (2÷3)PK Động cơ tốc độ cao có cửa thải: Pb = (3÷4)PK Động cơ tốc độ cao có ST: Pb = (4÷5,5)PK áp suất trên đường thải Ph Phụ thuộc vào cấu tạo đường thải, điều kiện làm việc của động cơ Trên đường thải có tourbine : Pth = (0,75÷0,9)PK Nếu qua ống thải khí thải ra thẳng ngoài trời Pth = (1,05÷1,1)P0 Ap suất PH (áp suất trong xilanh lúc bắt đầu mở cửa quét) Phụ thuộc vào hệ thống quét và n Động cơ hai kỳ quét thẳng có n = (1500÷2500) v/p: PH = (1,1÷1,8)PK Tìm PH theo đồ thị Ap suất trung bình trong xilanh ở thời kỳ thải cưỡng bức PN Gọi là hệ số giảm công suất a = tỉ số giữa mức độ giảm áp suất từ xilanh đến đường thải chia cho mức độ giảm áp suất từ bình chứa không khí quét đến đường thải Đối với hệ thống quét thẳng có ST : a = (0,5÷0,9) Quét thẳng có cửa thải: a = (0,3÷0,5) Quét vòng: a = (0,4÷0,75) ĐỘNG CƠ HAI KỲ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ HAI KỲ CÁC HỆ THỐNG QUÉT VÀ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ HAI KỲ KHÁI NIỆM CHUNG: Trong động cơ hai kỳ thì quá trình nạp khí nạp mới vào xilanh và thải SVC vào khoảng (120÷150)0 góc quay trục khuỷu Quá trình thải SVC trong động cơ hai kỳ người ta không dùng piston mà chủ yếu sử dụng nguyên tắc nạp khí mới có áp suất lớn hơn áp suất trong xilanh để đẩy SVC ra ngoài, do đó có sự hòa trộn khí quét với SVC dẫn đến hai hậu quả: Có sự hòa trộn khí nạp mới với SVC Trong xilanh có khu vực mà khí quét không đi tới được gọi là khu vực chết Chất lượng của quá trình thải sạch và nạp đầy môi chất vào xilanh chủ yếu phụ thuộc đặc điểm hệ thống quét và thải Hiện nay có rất nhiều hệ thống quét và thải khác nhau, dựa theo phương hướng vận động dòng khí quét mà người ta chia hệ thống quét và thải của động cơ ra làm hai loại: quét thẳng và quét vòng Trong hệ thống quét vòng thì dòng khí đi theo đường vòng lúc đầu từ phía dưới men theo thành xilanh đi lên và tới nắp xilanh thì dòng quay đổi chiều 1800 và đi xuống ngược với chiều cũ. Trong hệ thống này cửa quét và cửa thải đều đặt phía dưới của xilanh và việc đóng mở chúng là hoàn toàn do piston đảm nhiệm Trong hệ thống quét thẳng, vận động của dòng khí quét chỉ hướng theo một chiều vì vậy hành trình dòng khí quét trong hệ thống thẳng chỉ bằng ½ hành trình trong hệ thống quét vòng và các cơ cấu quét và thải đều đặt ở hai đầu xilanh HỆ THỐNG QUÉT VÒNG Dựa theo cách bố trí cửa quét quanh xilanh, ta chia hệ thống quét vòng như sau: Hệ thống quét vòng đặt ngang: cửa thải đặt ngang tiết diện cửa quét Hệ thống quét vòng đặt một bên: các cửa quét và thải đặt một bên thành xilanh Hệ thống quét vòng đặt xung quanh: trong đó cửa thải và cửa quét đặt khắp chu vi xilanh động cơ Hệ thống quét vòng đặt hổn hợp: hổn hợp các hệ thống trên Hệ thống quét vòng theo hướng song song Các cửa thải và quét đặt song song nhau Chủ yếu sử dụng trong động cơ hai kỳ cở nhỏ, người ta sử dụng carter làm máy nén tạo không khí quét (hình 7) (H.a) : trong hệ thống cửa quét thông thường đặt xiên lên đỉnh piston có tác dụng giữ hướng dòng khí quét đi ngược lên phía trên. Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm (H.8) Đây là một trong những hệ thống quét vòng hoàn hảo nhất. Các đường tâm cửa quét và thải đều tập trung vào một điểm lệch tâm nằm trong hoặc ngoài xilanh PK = 0,11÷0,12 (MN/m2) , ge = 205÷230 (g/KWh), r = 0,06÷0,08 Hệ thống quét vòng đặt ngang phức tạp (H. 9) Hệ thống này có hai cửa quét: hàng trên đặt cao hơn cửa thải có lắp van một chiều tự động và nhờ đó sau khi cửa thải đóng kín vẫn có thể nạp thêm môi chất vào cửa quét trên giúp gia tăng hn Do có van một chiều nên hệ thống tương đối phức tạp, vì chiều cao cửa quét lớn hơn nên hành trình có ích của piston giảm nhiều PK = 0,12÷0,145 ( MN/m2), Pe = 0,4÷0,47 (MN/m2), ge = 230÷245 (g/kWh) 4. Hệ thống quét vòng đặt một bên (H. 10) Trong hệ thống này cửa quét và thải đặt lệch tâm một bên theo hướng lệch tâm, trong đó cửa quét nghiêng 150 và dòng khí quét lướt trên đỉnh piston rồi nắp máy đến cửa thải. Đôi khi người ta đặt van xoay ở cửa thải, van này sẽ đóng cửa thải sớm hơn vào lúc kết thúc quá trình quét để tránh trường hợp lọt khí quá nhiều PK = 0,11÷0,12 (MN/m2) , r = 0,1÷0,2 Pe = 0,4÷0,47 (MN/m2)(Pe nhỏ) Nếu dùng van xoay: Pz = 0,5÷0,52 (MN/m2) Loại này dùng cho động cơ tĩnh tại, động cơ tàu thủy có tốc độ trung bình HỆ THỐNG QUÉT THẲNG Hệ thống quét thẳng dùng piston đối đỉnh (hoặc qua cửa thải) (H. I) Piston chắn cửa thải đặt sớm hơn so với piston chắn cửa quét (10÷20)0 góc quay trục khuỷu đảm bảo cho cửa thải mở sớm hơn nhưng đồng thời đóng cùng một lúc hoặc sớm hơn một chút đảm bảo cho động cơ nạp được nhiều khí. PK = 0,115÷0,15 (MN/m2) , r = 0,03÷0,06, Pe = 0,5÷0,7 (MN/m2), ge = 215÷240 (g/kWh) Ưu: Trong hệ thống không có các chi tiết phức tạp như nắp culass và vấn đề cân bằng động cơ rất tốt Khuyết: Phải sử dụng hai trục khuỷu (hoặc một trục khuỷu thì kết cấu rất phức tạp) Piston chắn cửa thải luôn luôn làm việc ở nhiệt độ cao khó bôi trơn do đó chóng hỏng Hệ thống quét thẳng qua supap thải (H. h) Cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến còn supap thì làm nhiệm vụ thải khí ra ngoài. Dòng khí quét đi một chiều từ dưới lên trên do đó rất ít hòa trộn với SVC, nhờ vậy thực hiện quá trình quét tương đối sạch r = 0,05÷0,08, Pe = 0,55÷0,65 (MN/m2) Ưu: Dùng ST nên chọn góc phối khí tốt nhất nhờ đó nạp đầy hơn Do cửa quét đặt hướng tiếp tuyến nên dòng khí quét đi vào xoáy lốc, giúp quá trình hòa trộn tốt hơn B. QUÁ TRÌNH NÉN(COMPRESSION PROCESS) DIỂN BIẾN QUÁ TRÌNH NÉN (Hình) Quá trình nén ở động cơ đốt trong dùng để Mở rộng phạm vi nhiệt độ của quá trình công tác Đảm bảo thu được trong những điều kiện thực tế một tỉ số giản nở cho phép lớn nhất Tạo những điều kiện cần thiết tốt nhất cho sự cháy của hổn hợp khí công tác Diễn biến quá trình nén P 4 K’ 1 Pa V 3 · 2 · a · Vc Vh Pc c · Vô cùng phức tạp và không ngừng thay đổi về trị số và chiều hướng truyền nhiệt giữa môi chất công tác và vách xilanh, giữa bộ phận nhiên liệu đã bốc hơi và bộ phận nhiên liệu chưa bốc hơi hoặc với bộ phận vừa mới phun vào xilanh động cơ Lúc đầu hành trình nén, Ta nhỏ hơn nhiệt độ trung bình của các chi tiết của nhóm xilanh-piston nên giai đoạn đầu quá trình nén có sự truyền nhiệt từ vách xilanh và các chi tiết nóng truyền cho môi chất . Đường cong diễn ra tương đối dốc (a-2) và chỉ số đa biến cao hơn chỉ số đoạn nhiệt (a-1): ( n’1 > K’1) Piston tiếp tục đi lên (ĐCD® ĐCT), nhiệt độ môi chất công tác tăng lên và sự trao đổi nhiệt giữa khí nạp với vách giảm do hiệu số nhiệt giữa chúng nhỏ và chỉ số đa biến n’1 có trị số gần giống trị số chỉ số nén đoạn nhiệt (2÷3) Trong một thời điểm nào đó, nhiệt độ môi chất công tác bằng nhiệt độ trung bình của vách xilanh nên xuất hiện quá trình đoạn nhiệt tức thời (điểm 3): n’1 = K’1 Tiếp tục nén, nhiệt độ của khí nạp lớn hơn nhiệt độ của vách xilanh nên môi chất được làm mát, n’1 < K’1, (K’1 - n’1) tăng lên khi piston gần ĐCT. Quá trình nén thực tế là một quá trình nén đa biến có chỉ số nén đa biến biến đổi. Tuy nhiên trên thực tế tính toán để quá trình nén không phức tạp người ta thay đổi chỉ số nén đa biến biến đổi thành một chỉ số nén đa biến trung bình n1 CÂN BẰNG NHIỆT CỦA QUÁ TRÌNH- XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ I. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH NÉN Bao gồm các thông số sau: Chỉ số nén đa biến trung bình n1 Tỉ số nén Ap suất và nhiệt độ cuối quá trình nén : Pc, Tc Chỉ số nén đa biến trung bình n1 n1 = 1,34 ÷1,39. Hạn hữu : n1 = 1,4÷1,41 Theo giáo sư Petror: (n = 3000÷3200 v/ph), mở hoàn toàn bướm ga n: số vòng quay trục khuỷu P V Z · c’ · c · Động cơ xăng: Động cơ diesel: Pc, Tc Phương trình đa biến : (1) Phương trình trạng thái tại a: PaVa = 8314MaTa (2) Phương trình trạng thái tại c: PcVc = 8314McTc (3) Trong đó : Pa, Va, Ta : áp suất (N/m2), thể tích (m3) và nhiệt độ của môi chất công tác ở đầu quá trình nén Mc, Ma : số kmol môi chất công tác ở đầu và cuối quá trình nén ( nếu không kể sự rò rỉ của môi chất công tác qua segments… thì Ma = Mc 8314: hằng số khí (J/Kmole độ) Từ (1) Þ (4) Ma = Mc : từ (2) và (3): Động cơ xăng: Pc = 0,9÷2,0 Mpa (MN/m2) Tc = 600÷800 0K Động cơ diesel: Pc = 3,5÷5,3 Mpa (MN/m2) Tc = 700÷900 0K CÂN BẰNG NHIỆT CỦA QUÁ TRÌNH NÉN Công Lac c · · a Vc Vh Lac P1 V P Công tuyệt đối giữa hai điểm a & c của quá trình: Cân bằng nhiệt của quá trình nén Theo định luật I của động học, cân bằng nhiệt của quá trình nén xác lập theo phương trình: Qac = Lac + Uc – Ua Qac : nhiệt lượng truyền cho môi chất công tác (MCCT) trong quá trình nén Uc & Ua : nội năng của MCCT tại các điểm a & c tương ứng Biết: Uc = Mc(mC’v)tbcTc Ma = Mc = M1(1+r) Ua = Ma(mC’v)tbcTa Thay (1) vào * và biến đổi: Từ phương trình (2) và mặt khác biết rằng : Lac = VhP1 P1 = áp suất nén tuyệt đối trung bình, được xác định bằng cách đo diện tích đồ thị công giữa đường nén và đường áp suất tuyệt đối bằng không Cân bằng các vế của phương trình và tiến hành biến đổi ta có: TỶ NHIỆT MOLE TRUNG BÌNH Ở CUỐI QUÁ TRÌNH NÉN : Tỷ nhiệt mole đẳng tích trung bình khí nạp mới: (mCv)tcto (tra bảng 1-6) Tỷ nhiệt mole đẳng tích trung bình của khí sót: (mCv”)tcto từ & Tc tra bảng (1.7&1.8) Tỷ nhiệt mole đẳng tích trung bình ở cuối quá trình nén VẤN ĐỀ CHỌN TỶ SỐ NÉN ĐỘNG CƠ THEO LOẠI ĐỘNG CƠ Cơ sở chọn phụ thuộc vào động cơ, phụ thuộc vào sự hình thành hổn hợp Động cơ xăng : Hình thành hổn hợp từ bên ngoài bằng một thiết bị gọi là BCHK Tc < (700÷750)0K Chọn sao cho động cơ làm việc êm, đặc trưng bằng tỷ số tăng áp suất Chọn khi làm việc không xảy ra hiện tượng kích nổ, và kết cấu buồng cháy Động cơ diesel : Tc ³ (800÷900)0K (do hổn hợp tự cháy cần nhiệt độ cao) Chọn cho: Động cơ làm việc êm Kết cấu buồng cháy TỈ SỐ NÉN Tỉ số nén là một thông số nhiệt động quan trọng, nó ảnh hưởng rất nhiều đến các chỉ tiêu kinh tế và công suất của động cơ. Về lý thuyết tăng thì công suất và kinh tế động cơ tăng, nhưng trong thực tế tăng gây tăng tổn thất cơ giới nên việc tăng chỉ có lợi trong phạm vi nhất định. Tùy thuộc vào loại động cơ mà người ta xác định Động cơ xăng : giới hạn trên của được qui định bởi hiện tượng kích nổ và phụ thuộc vào tính kích nổ của nhiên liệu mà đặc trưng bằng số octane. Trong những điều kiện như nhau, tăng một đơn vị thì octane tăng 11÷12 đơn vị Tăng n dẫn đến thời gian tác động của nhiệt độ và áp suất tới MCCT càng giảm và tốc độ cháy tăng, lượng khí sót tăng. Kết quả tăng n thì kích nổ giảm nên có thể tăng đôi chút. Do đó động cơ cao tốc có lôn hơn động cơ thấp tốc Khi giảm tải thì lượng khí sót giảm, mức độ sấy nóng khí nạp giảm nên kích nổ giảm. Do đó động cơ làm việc ở chế độ phụ tải nhỏ (vd: xe du lịch ) chọn cao hơn so với động cơ thường làm việc ở chế độ toàn tải Nếu thay BCHK bằng phun xăng thì tăng nhiều hơn, cách này cho phép tăng từ 5,8÷8,6 mà không cần thay đổi loại nhiên liệu Nhiệt độ vách xilanh và đỉnh piston ảnh hưởng rất nhiều đến kích nổ động cơ( tăng nhiệt độ này thì kích nổ. Do đó động cơ làm mát bằng gió có e nhỏ hơn e động cơ làm mát bằng nước. Giảm đường kính xilanh thì nhiệt độ của khí trong buồng cháy giảm, hành trình màn lửa đi từ bougie đến những