CHƯƠNG 5 CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Tùy theo quá trình cấp nhiệt cho động cơ mà phân thành: - Chu trình cấp nhiệt đẳng tích chu trình OTTO - Chu trình cấp nhiệt đẳng áp chu trình Diesel
Trang 1CHƯƠNG 5 CHU TRÌNH
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Tùy theo quá trình cấp nhiệt cho động cơ mà phân thành:
- Chu trình cấp nhiệt đẳng tích (chu trình OTTO)
- Chu trình cấp nhiệt đẳng áp (chu trình Diesel)
- Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp
Trang 21 CHU TRÌNH CẤP NHIỆT ĐẲNG TÍCH (CHU TRÌNH OTTO)
(Aùp dụng cho động cơ xăng)
v
p
S
T
1 2
3
4
V1
q1
q2
q = 0
q =
0
1
2
4
3
q1
q2
q = 0
q = 0
a
w
w
- Khi pittong di chuyển từ điểm chết trên đến điểm chết dưới, van nạp mở và
van xả đóng, hỗn hợp nhiên liệu và không khí được nạp vào xylanh (Quá trình
a-1)
- Khi pittông đi ngược trở lại từ ĐCD đến ĐCT, 2 van nạp và xả đóng lại nén
đoạn nhiệt hỗn hợp (quá trình 1-2)
- Khi pittông đến ĐCT buji bật tia lữa điện, hỗn hợp bùng cháy tức thời nên
pittông chưa kịp dịch chuyển xuống vì vậy quá trình được coi là cấp nhiệt đẳng
tích, áp suất và nhiệt độ đột ngột tăng lên (quá trình 2-3)
- Sau quá trình cấp nhiệt đẳng tích, pittông di chuyển từ ĐCT đến ĐCD, hai van
nạp và xả đóng, sản phẩm cháy giản nở đoạn nhiệt sinh công có ích (quá trình
3-4)
- Khi pittông đến ĐCD, van xả mở van nạp đóng, sản phẩm cháy được thải ra
ngoài làm cho áp suất trong xylanh giảm xuống đột ngột (quá trình 4-1) Sau đó
pittông dịch chuyển từ ĐCD đến ĐCT (quá tyrình 1-a), sản phẩm cháy còn lại
trong xy lanh được quét thải ra ngoài, tiếp theo quá trình nạp lại như ban đầu
Trang 3Các thông số đặc trưng của chu trình:
Tỷ số nén
2
1
v
v
Tỷ số tăng áp
2
3
p
p
Hiệu suất nhiệt của chu trình t 1 1k1
2 CHU TRÌNH CẤP NHIỆT ĐẲNG ÁP (CHU TRÌNH DIESEL)
(Aùp dụng cho động cơ diesel ngày xưa)
v
p
S
T
2
2
3
3
4
q1
q2
4
q1
q2
q = 0
q = 0
q = 0
q = 0
w
w
Đặc điểm của chu trình này là trong quá trình nạp, xylanh chỉ nạp không
khí (không nạp hỗn hợp như chu trình cấp nhiệt đẳng tích), sau đó không khí
được nén đoạn nhiệt theo quá trình 1-2, tại trạng thái 2 áp suất cao, nhiệt độ
cao hơn nhiệt độ tự bốc cháy của nhiên liệu, khi đó người ta phun nhiên liệu
lỏng vào xylanh bằng vòi phun hoạt động nhờ không khí nén của máy nén khí,
nhiên liệu được phun thành tia nhỏ vào xylanh có sẳn không khí nóng và tự bốc
cháy Nhiên liệu phun vào khi pittông đã vượt qua điểm chết trên và đang dịch
chuyển xuống ĐCD 2-3 là quá trình vừa cháy vừa dịch chuyển pittông nên
xem là quá trình đẳng áp (cháy chậm) Các quá trình còn lại tương tự chu trình
cấp nhiệt đẳng tích
Trang 4Thông số đặc trưng của chu trình:
Tỷ số nén
2
1 v
v
Tỷ số giãn nở sớm
2
3 v
v
Hiệu suất nhiệt của chu trình
) (
k k
k t
1
1
3 CHU TRÌNH CẤP NHIỆT HỖN HỢP
(Aùp dụng cho động cơ diesel ngày nay)
v
p
S
T
3
3
4 4
5
5
q1v
q1p
q2v
q1p
q1v
q2v
q = 0
q = 0
q = 0
q = 0
w
w
Quá trình cháy tiến hành theo 2 giai đoạn: cấp nhiệt đẳng tích (khi nhiên
liệu mới phun vào và bùng cháy, pittông chưa kịp di chuyển), và quá trình cấp
nhiệt đẳng áp tiếp theo (khi pittông dịch chuyển từ ĐCT đến ĐCD mà bơm dầu
vẫn còn phun nhiên liệu)
Thông số đặc trưng của chu trình:
Tỷ số nén
2
1 v
v
Tỷ số tăng áp p3
Trang 5Tỷ số giãn nở sớm
2 4
3
4 v
v v
v
Hiệu suất nhiệt của chu trình 1
1 1
1
) ( k ) (
4 BÀI TẬP
Một động cơ đốt trong 4 thì gồm 4 xylanh hoạt động theo chu trình
Otto, tỷ số nén = 8,5; dung tích quét của 4 xylanh-pittông là Vq = 1100cm3, áp
suất của khí ở trạng thái ban đầu p1 = 1bar, nhiệt độ t1=20oC, nhiệt lượng cấp
vào cho mỗi xylanh là 135J
a Tính hiệu suất nhiệt của chu trình
b Xác định nhiệt độ Tmax và pmax của chu trình Khi tính xem chất môi
giới như là không khí, =29kg/kmol, nhiệt dung riêng xem là hằng
số
Một động cơ hoạt động theo chu trình cấp nhiệt đẳng tích (Otto
cycle), chất môi giới xem là không khí (=29kg/kmol, k = 1,4, nhiệt dung
riêng xem là hằng số), thông số của chu trình như sau: khí hút vào động cơ có
p1 = 100kPa, t1=27oC, tỷ số nén = 8, nhiệt lượng cấp vào q1 = 1800kJ/kg
a Biểu diển chu trình trên đồ thị p-v và T-s
b Xác định p, v, T tại các điểm đặc trưng
c Tính hiệu suất nhiệt của chu trình
Một động cơ đốt trong 4 thì hoạt động theo chu trình động cơ Diesel
cấp nhiệt đẳng áp, các thông số cần thiết như sau: không khí hút vào có
p1=100kPa, t1=27oC, tỉ số nén =18, nhiệt độ cực đại của chu trình
Tmax=2653,3K
a Xác định thông số p, v, T tại các điểm đặc trưng của chu trình
b Xác định hiệu suất nhiệt của chu trình
Trang 6c Biểu diển chu trình trên đồ thị T-s và thể hiện bằng diện tích các
phân năng lượng liên quan: q1, |q2|, l
Chất môi giới xem như không khí, nhiệt dung riêng xem là hằng số
Động cơ đốt trong hoạt động theo chu trình cấp nhiệt đẳng áp
(air-standard Diesel cycle), công suất phát của động cơ N = 3700 kW, chu trình hoạt
động với thông số:
Tỷ số nén = 14
Tỷ số giãn nở sớm = 2
Nhiên liệu sử dụng cho động cơ có nhiệt trị phát ra khi cháy:
H
p
Q = 4,16 x 104 kJ/kg
1- Biểu diễn chu trình trên đồ thị p-v và T-s
2- Xác định hiệu suất nhiệt của chu trình
3- Tính lượng nhiên liệu tiêu hao của động cơ trong 1 giờ Gnl [kg/h]
Khi tính toán chất môi giới xem như không khí (k = 29), nhiệt dung riêng
(NDR)
xem là hằng số