Giáo trình động cơ đốt trong 1 - Chương 8 ppt

Diễn biến quá trình nạp động cơ 4 kỳ tăng áp và không tăng áp Trong chu trình làm việc của động cơ đốt trong cần thải sạch sản vật cháy của chu trình trước ra khỏi xylanh để nạp vào môi

Chương 8

CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I CÁC ĐỊNH NGHĨA

I.1 Chu trình công tác

Khi động cơ làm việc, trong xylanh động cơ phải thực hiện các quá trình nạp môi chất mới,nén môi chất, cháy – giãn nở sinh công và thải sản vật cháy ra ngoài Các quá trình này được diễn ratheo một thứ tự nhất định, lặp đi lặp lại và có tính chu kỳ Tổng hợp các quá trình trên, hình thành nênchu trình công tác hay chu trình làm việc thực tế của động cơ đốt trong

Chu trình công tác của động cơ có thể được thực hiện trong hai vòng quay trục khuỷu, hay bốnhành trình của piston đối với động cơ bốn kỳ hoặc một vòng quay trục khuỷu, tức là hai hành trìnhcủa piston đối với động cơ hai kỳ

I.2 Chu trình lý tưởng

Trong động cơ đốt trong, quá trình chuyển biến từ nhiệt năng (do đốt cháy nhiên liệu ở dạnghoá năng) sang cơ năng (công cơ học) của động cơ rất phức tạp, khiến cho việc nghiên cứu các quátrình của chu trình làm việc thực tế trên động cơ đốt trong gặp rất nhiều khó khăn, rất khó đánh giámức độ tốt xấu của mỗi chu trình

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta đã thay các quá trình phức tạp trên bằng các quátrình có dạng đơn giản hơn, nhưng vẫn sát với chu trình thực tế Cách làm trên cho ta chu trình lýtưởng của động cơ đốt trong Chu trình này có đặc điểm và các chỉ tiêu đánh giá như sau:

I.2.1 Đặc điểm của chu trình lý tưởng

Chu trình lý tưởng là một chu trình kín, thuận nghịch trong đó không có một tổn thất nănglượng phụ nào ngoài tổn thất do nhả nhiệt cho nguồn lạnh Đặc điểm chính của chu trình lý tưởng là:

- Môi chất công tác trong chu trình là lý tưởng

- Lượng môi chất dùng trong chu trình không thay đổi Trong chu trình không có các quátrình thay đổi môi chất

- Các quá trình nén và giãn nở là những quá trình đoạn nhiệt

- Quá trình cháy được thay bằng quá trình cấp nhiệt Q1 từ nguồn nóng và quá trình nhả nhiệtcho nguồn lạnh được thay bằng quá trình nhả nhiệt Q2 từ môi chất tới nguồn lạnh

I.2.2 Các chỉ tiêu chủ yếu của chu trình

Các chỉ tiêu chủ yếu của chu trình được thể hiện trên hai mặt: Tính kinh tế và tính hiệu quả

1) Tính kinh tế của chu trình

Tính kinh tế của chu trình được thể hiện qua hiệu suất nhiệtηt, đó là tỷ số giữa lượng nhiệt đãđược chuyển thành công và toàn bộ số nhiệt lượng cấp cho môi chất trong chu trình

1 2 1

2 1 1

t t

Q

Q1Q

QQQ

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

Q1 (J/chu trình) – nhiệt do nguồn nóng cấp cho môi chất trong một chu trình

Q2 (J/chu trình) – nhiệt do môi chất nhả cho nguồn lạnh trong một chu trình

2) Tính hiệu quả của chu trình

Tính hiệu quả của chu trình được thể hiện qua áp suất trung bình Pt của chu trình, về thực chấtđó là tỷ số giữa công của chu trình và thể tích công tác của chu trình

h

t tV

L

Trong đó: Vh = Vmax –Vmin, (m3) – thể tích công tác của chu trình

Vmax,(m3) – thể tích lớn nhất của chu trình

Vmin, (m3) – thể tích nhỏ nhất của chu trình

Qua biểu thức (8.2) ta thấy rằng, về thực chất Pt chính là áp suất trung bình của chu trình.Với kích thước xylanh và số vòng quay đã cho của động cơ thì áp suất trung bình Ptcàng lớnsẽ cho công suất động cơ càng cao

Chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong kiểu piston được chia làm ba loại:

1 Chu trình đẳng tích – nguồn nóng cấp nhiệt Q1 cho môi chất trong điều kiện đẳng

tích (V = const)

2 Chu trình đẳng áp – nguồn nóng cấp nhiệt Q1 cho môi chất trong điều kiện áp suất

không thay đổi (P = const)

3 Chu trình hỗn hợp – nguồn nóng cấp nhiệt Q1 cho môi chất, một phần Q1V trong điều

kiện đẳng tích, còn lại Q1P cấp trong điều kiện đẳng áp (Q1 =

Q1V + Q1P)

II CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG ÁP DỤNG CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG TĂNG ÁP

II.1 Chu trình lý tưởng tổng quát của động cơ đốt trong

Chu trình lý tưởng tổng quát của động cơ đốt trong được thể hiện trên hai đồ thị P-V và T-Sgồm các quá trình sau:

Hình 8.1 Chu trình lý tưởng tổng quát của động cơ đốt trong.

zy

c

ofd

• Nén đoạn nhiệt oc – đặc trưng cho các loại động cơ đốt trong, máy nén khí.

• Cấp nhiệt đẳng tích cy – đặc trưng cho động cơ hình thành hoà khí bên ngoài, và đốt cháycưỡng bức bằng tia lửa điện

• Cấp nhiệt đẳng áp yz – một phần cấp nhiệt đặc trưng cho động cơ Diesel hiện đại; toàn bộquá trình đặc trưng cho động cơ Diesel phun nhiên liệu

• Giãn nở đoạn nhiệt zd – đặc trưng cho các loại động cơ đốt trong và tua bin khí

• Nhả nhiệt đẳng tích df – đặc trưng cho động cơ đốt trong piston

• Nhả nhiệt đẳng áp fo – đặc trưng cho tua bin khí

Tỷ số giữa áp suất hoặc thể tích trên hai điểm đặc trưng của đồ thị được thể hiện qua các giátrị sau:

- Tỷ số nén:

ε (V0 và Vc – thể tích bắt đầu và cuối quá trình nén)

- Tỷ số tăng áp khi cháy:

c

zP

P

=

λ (Pz – áp suất cực đại khi cháy;

Pc – áp suất cuối quá trình nén)

- Tỷ số giãn nở khi cháy:

(Vz – thể tích cuối quá trình cấp nhiệt;

Vc – thể tích đầu quá trình cấp nhiệt hoặc cuối quá trình nén)

- Tỷ số giãn nở sau khi cháy:

δ (Vd – thể tích cuối quá trình giãn nở)

- Tỷ số giảm áp khi nhả nhiệt:

Pd– áp suất cuối quá trình giãn nở;

Pf = P0 – áp suất cuối quá trình nhả nhiệt cho nguồn lạnh

Nếu gọi M là số kmol (kilômol) môi chất có trong chu trình:

[mC (T T ) mC (T T )].MQ

Q

QQ

Trong đó: mCv, mCp (J/kmol.độ) – nhiệt dung riêng đẳng tích và đẳng áp của 1 kmol môi chất.Thay các giá trị của Q1 và Q2 vào (8.1), ta được:

) Y Z C

Y

0 f f

d t

TT(k)TT(

)TT(k)TT(1

−+

−

−+

k= – chỉ số đoạn nhiệt

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

Dựa vào mối quan hệ của các quá trình nhiệt động để tính nhiệt độ tại các điểm cuối các quátrình của chu trình trong biểu thức (8.3) theo T0, ta được:

0

1 k

C

0 0

V

VT

−ε

C

y C y

y

Z y Z

1 k k 1 0 k 1 k

Z

d z

P

PTT

−

−

σρλ

f d

P

PT

)

.(

k)1(

11

k 1

k 1 k 1 k

1

1 k t

−ρλ+

−λσ

σ

−λρ+

−σλρε

)]

1(.k1[ 1k

P.P

σ

−λρε

−ρλ+

−λση

−

ε

Từ (8.5) ta thấy rằng, Pt sẽ tăng càng cao nếuε,ηt, P0 càng lớn

II.2 Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

Đồ thị P-V và T-S dùng cho chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp của động cơ đốt trong khôngtăng áp như (hình 8.2)

Ở động cơ đốt trong piston, chỉ có quá trình nhả nhiệt đẳng tích mà không có phần nhả nhiệtđẳng áp Như vậy đây là trường hợp riêng của chu trình tổng quát, trong điều kiện Tf = To; Tb = Td, Vb

= Vd = Vo = Vf và Vh = Vc Trong điều kiện nhả nhiệt đẳng tích,σ được xác định:

k 1 k k 1

o b o

T

TP

σρλ

1

11

k 1

k

t λ− + λ ρ−

−ρλε

−

=

và [ 1 k .( 1)]

1k

P.1

ε

Hình 8.2 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp

Trong chu trình cấp nhiệt hỗn hợp nhiệt lượng Q1 do nguồn nóng cung cấp cho chu trình là:

)]

TT(mC)TT(mC.[

MQQ

)]

1 ( k 1 [ M T mC

Q

1 k 0 V

1.1

k t

−ρλ

−

=η

Như vậy trong điều kiện thay đổi nhiệt lượng Q1 cấp cho chu trình hỗn hợp, càng tăng λ thìhiệu suất nhiệtηt càng tăng và ngược lại (do B =λ.ρk nghịch biến theoλ) Tuy nhiên càng tăngλ sẽlàm cho áp suất cực đại của chu trình tăng lên, làm tăng ứng suất các chi tiết trong cơ cấu trục khuỷuthanh truyền và các chi tiết bao kín buồng cháy động cơ

Nhìn vào biểu thức (8.7) ta thấy:ηtcủa chu trình hỗn hợp tăng khi tăngε và khi tăng k cũng sẽlàmηttăng

Từ (8.8) ta thấy, khi tăngλ hoặc tăng ρ sẽ làm cho Pttăng Nhưng khi tăngλ sẽ làm cho ápsuất cực đại Pz của chu trình tăng nhiều và làm tăng phụ tải trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền củađộng cơ Do đó muốn nâng cao Pt tốt nhất là tăng ρ và giữ const

P

Pc

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

II.3 Chu trình đẳng tích

Chu trình đẳng tích là một trường hợp riêng của chu trình hỗn hợp, trong đó chỉ có cấp nhiệtđẳng tích mà không có cấp nhiệt đẳng áp Trong điều kiện ấy 1

V

Vc

k

1 k

P 1

−

− ε

ε

Từ (8.10) ta thấy khi tăng tỷ số nénε thì Pt sẽ tăng

Trên (hình 8.4) giới thiệu mối quan hệ giữaηtvàε với các giá trị k khác nhau Từ đó ta thấyrõ tăngε là biện pháp tốt nhất để tăng ηt Nhưng giá trị cực đại củaε trong loại động cơ này bị giớihạn để không xảy ra hiện tượng kích nổ trong xylanh động cơ; với động cơ xăngε = 6÷ 12

II.4 Chu trình đẳng áp

Chu trình đẳng áp cũng là trường hợp riêng của chu trình hỗn hợp trong đó không có cấp nhiệtđẳng tích mà chỉ có cấp nhiệt đẳng áp Trong trường hợp này 1

ηt

k=1,2k=1,25k=1,3k=1,35k=1,4

Hình 8.4 Quan hệ giữaηt vàε của chu trình đẳng tích với các giá trị của k.

Hình 8.3 Chu trình đẳng tích.

1 k k

t

1 ) 1 ( k

1

ε

− ρ

− ρ

−

=

t o

k

t k( 1)

1k

P.1

−

−ε

ε

Biểu thức (8.11) chỉ rằngηt của chu trình đẳng áp chẳng những phụ thuộc vàoε và k mà cònphụ thuộc vào tỷ số giãn nở sau khi cháy ρ Ảnh hưởng củaε và k tớiηt cũng tương tự như chu trìnhhỗn hợp và chu trình đẳng tích

Khi tăngρ thì Ptcủa chu trình sẽ tăng, cònηt thì có giảm chút ít

II.5 So sánh hiệu suất nhiệtηt của các chu trình

Dùng đồ thị T-S để so sánhηt của các chu trình đẳng tích và đẳng áp trong hai trường hợp sauđây:

- Có cùng các giá trị T0,ε và Q1

- Có cùng các giá trị T0, PZ và Q1

Trong các trường hợp trên do Q1 như nhau,

muốn biếtηt của chu trình nào lớn hơn, cần xác định

thêm Q2 Theo (8.1), chu trình nào có Q2 lớn hơn, chu

trình ấy sẽ cóηt nhỏ hơn

II.5.1 Có cùng T 0 ,ε và Q 1

Do T0 vàε như nhau nên đường nén oc của hai

chu trình trùng nhau Từ c đường cấp nhiệt đẳng tích

(V = const) sẽ dốc hơn đường cấp nhiệt đẳng áp (P =

const) Để đảm bảo Q1 như nhau, tức Smczn’ = Smcz’n’

thì đường z’n’ phải nằm bên phải đường zn

Nhiệt lượng của môi chất nhả cho nguồn lạnh

tương ứng với các diện tích

ab

ηt

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 ρ

1,21,41,61,21,4

ε = 1,6

k =1,41

k =1,41

Hình 8.6 Quan hệ giữaηt vàρ của chu trình đẳng áp với các giá trị của k vàε.

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

Q2P = Smob’n’ và Q2V = Smobn

Suy ra Q2P > Q2V và theo (8.1) thìηtP <ηtv có nghĩa là hiệu suấtηtv của chu trình đẳng tích lớnhơn, còn hiệu suấtηth của chu trình hỗn hợp nằm ở giữa hai hiệu suất trên (ηtP<ηth<ηtv)

II.5.2 Có cùng T 0 , P Z và Q 1

Do đường cấp nhiệt đẳng tích dốc hơn đường

cấp nhiệt đẳng áp nên để đạt được Pt giống nhau, thì

điểm c cuối quá trình nén của chu trình đẳng tích

phải nằm thấp hơn điểm c’ (điểm cuối quá trình nén

của chu trình đẳng áp) Để bảo đảm Q1 như nhau thì

điểm z phải nằm trên đường P = PZ = const và nằm

bên phải điểm z’

Q1P = Smc’z’n’và Q1V = Smczn

Nhiệt do môi chất nhả ra nguồn lạnh:

Q2P = Smob’n’ và Q2V = Smobn

Suy ra: Q2P < Q2V dẫn đếnηtP > ηtv Như vậy hiệu suất nhiệt ηtP của chu trình đẳng áp lớnhơn so với chu trình đẳng tíchηtv, còn chu trình hỗn hợp nằm ở vị trí trung gian (ηtP >ηth>ηtv)

III CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP

III.1 Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp truyền động cơ khí.

Chu trình gồm hai bộ phận: chu trình lý tưởng

của bản thân động cơ kcyzb; chu trình lý tưởng của

máy nén nokm Đầu tiên trong máy nén môi chất

được nén đoạn nhiệt từ áp suất P0 lên Pk, tiếp theo

môi chất được nén tiếp tục theo quá trình đoạn nhiệt

từ Pk lên Pc

Hiệu suất nhiệt toàn bộ thiết bịηt Σ

d t td

tN td 1

tN td 1

tN td

L

LQ

LQ

LL

η

−η

=

−η

k1P

PT.R.M.1k

k 0 k

1 k

0

K 0

Q1 (J/chu trình) – nhiệt lượng cấp cho chu trình từ nguồn nóng

ηtd – hiệu suất nhiệt của bản thân động cơ (có chu trình cấp nhiệt hỗn hợp)

Ltd

o

Hình 8.9 Chu trình lý tưởng của động cơ

tăng áp truyền động cơ khí

0 k

ε – tỷ số nén của động cơ

R = 8314 (J/kmol.độ) – hằng số khí

Thay các giá trị vào ta được: [ 1 k ( 1)]

P

P1k

1 k

k 1 k K 0

td t

−ρλ+

−λε

− λ ε

k

k 1 k k 0

td t

) 1 ( k 1

P

P 1 k 1

P

Trong đó Ptd được tính theo công thức (8.8): [ 1 k .( 1)]

1k

P.1

−

−ε

ε

0,010,020,030,040,050,060,07

δN

8

121314151617

11

181920210,08

cmkG

PtΣ

2

mMN

1,21,31,41,51,61,7

1,1

1,81,92,0

2,0 2,2 PK/p0

2,1

0,580,590,600,610,620,63

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

Khi tăng Pk, mức độ tăng của PtΣ chậm hơn so với Ptd Nên mặc dù đã tiêu hao một phần côngcủa chu trình động cơ để dẫn động máy nén tăng áp, nhưng dùng biện pháp tăng áp vẫn làm tăng ápsuất chu trình của toàn bộ thiết bị PtΣ lên nhiều, nhờ đó làm tăng công suất động cơ, nhưng lại khônggây ảnh hưởng lớn đến hiệu suất có íchηt Σ của toàn bộ thiết bị động cơ tăng áp

III.2 Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp tua bin khí

III.2.1 Tua bin đẳng áp

Trong hệ thống tua bin đẳng áp trên đường ống thải, từ động cơ đến tua bin có một bình ổn áp,tác dụng của bình này nhằm giữ cho áp suất của khí thải từ động cơ ra ổn định trước khi tới tua bin.Nhằm nâng cao hiệu suất cho tua bin

Trong chu trình có các quá trình sau:

ok – quá trình nén đoạn nhiệt trong máy

nén

kc – nén đoạn nhiệt trong xylanh

cyz – cấp nhiệt hỗn hợp Q1

zb – giãn nở đoạn nhiệt trong xylanh

kr’ – cấp nhiệt đẳng áp QI.

r’g – giãn nở đoạn nhiệt trong tua bin

go – nhả nhiệt từ tua bin cho môi trường

Q2

Trong các quá trình trên có ràng buộc QI = QII

Hiệu suất nhiệtηtd của động cơ:

1 td

Q

Q

1 − II

= η

1 k

k 1

td 1 II

1 ) 1 (

k 1

1 Q ) 1 ( Q

ε

− ρ λ +

− λ

− ρ λ

= η

−

=

⇒Hiệu suất nhiệtηtd của chu trình tua bin đẳng áp okrfo:

I

2 1

k k tT

Q

Q1

2

) (

1 ) 1 ( k 1

1 Q

ε ε

− ρ λ +

− λ

− ρ λ

=Hiệu suất nhiệt của chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp dùng tua bin đẳng áp

)1(.k1

1 ).(

11Q

Q1

k 1

k k 1

2 t

−ρλ+

−λ

−ρ

λε

Hình 8.11 Chu trình lý tưởng của động cơ

tăng áp tua bin khí.

Trong đó:ε0 =ε.εk – tỷ số nén tổng hợp của chu trình.

Áp suất trung bình của chu trình tăng áp dùng tua bin đẳng áp:

) 1 k ).(

1 (

P

III.2.2 Tua bin biến áp

Trong hệ thống tua bin biến áp, trên

đường ống thải không có bình ổn áp, dòng

khí trong xylanh đi ra đường ống thải rồi đi

thẳng tới các lỗ phun vào cánh tua bin để

sinh công Chu trình lý tưởng của động cơ

tăng áp dùng tua bin biến áp gồm các quá

trình sau:

ok – nén đoạn nhiệt của không khí

trong máy nén

kc – nén đoạn nhiệt trong xylanh

động cơ

cyz – cấp nhiệt hỗn hợp Q1

zb – giãn nở đoạn nhiệt trong xylanh động cơ

brf –giãn nở của khí thải trong xylanh và trong tua bin biến áp

fo – nhả nhiệt đẳng áp

Hiệu suất nhiệt của toàn bộ thiết bị

1 k 0

k 1 t

1 ) 1 ( k 1

) 1 (

Σ

ε

− ρ λ +

− λ

− λ ρ λ

V V

V

k C k k 0 C

0 0

εk – tỷ số nén trong máy nén.

ε – tỷ số nén trong xylanh động cơ

Áp suất trung bình của chu trình

)1k).(

1(

P

Nếu là chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích của động cơ tăng áp dùng tua bin biến áp, thayρ

= 1 vào (8.17) và (8.18) ta được:

Hình 8.12 Chu trình lý tưởng của động cơ

tăng áp tua bin khí.

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

1 k 0

k 1 t

1 1

) 1 (.

− λ

−

= η

) 1 (

) 1 k ).(

1 (

P

) 1 ( k ) 1 k ).(

1 (

P

cơ gas có tỷ số nén thấpε = 5 ÷ 7, phương án tăng áp trên có thể làm hiệu suất tăng 10 ÷ 12%

IV CHU TRÌNH THỰC TẾ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

IV.1 Quá trình nạp

IV.1.1 Diễn biến quá trình nạp động cơ 4 kỳ tăng áp và không tăng áp

Trong chu trình làm việc của động cơ đốt trong cần thải sạch sản vật cháy của chu trình trước

ra khỏi xylanh để nạp vào môi chất mới (không khí hoặc hòa khí) Hai quá trình thải và nạp liên quanmật thiết với nhau, tùy theo số kỳ của động cơ và phương pháp nạp, có những thời điểm chúng xảy racùng một lúc Vì vậy khi phân tích quá trình nạp, cần lưu ý những thông số đặc trưng của quá trìnhthải, tức là phải xét chung các hiện tượng của quá trình thay đổi môi chất

Trong động cơ 4 kỳ, quá trình thay đổi môi

chất được thực hiện lúc bắt đầu mở supap thải (điểm

b’, hình 8.13) Từ b’ đến điểm chết dưới (ĐCD) (góc

mở sớm supap thải) nhờ chênh lệch áp suất, sản vật

cháy tự thoát ra đường thải, sau đó piston đi từ ĐCD

lên tới điểm chết trên (ĐCT) để tiếp tục đẩy cưỡng

bức sản vật cháy ra ngoài Tại ĐCT (điểm r), sản

vật cháy chứa đầy thể tích buồng cháy Vc với áp

suất Pr > Pth tạo ra chênh áp ∆Pr ( ∆Pr = Pr - Pth);

trong đó pth là áp suất khí trong ống thải Chênh áp

∆Pr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độ dòng khí qua

supap thải và vào trở lực của bản thân đường thải

Supap thải thường được đóng sau ĐCT (đóng

muộn) nhằm tăng thêm giá trị “tiết diện – thời gian”

mở cửa thải, đồng thời để tận dụng chênh áp∆Pr và

quán tính của dòng khí để tiếp tục thải sạch khí sót ra ngoài

Quá trình nạp môi chất mới vào xylanh được thực hiện khi piston đi từ ĐCT xuống ĐCD Lúcđầu (tại điểm r), do Pr > Pk (Pk – áp suất môi chất mới ở trước supap nạp) và pr > Pth – một phần sản

Hình 8.13 Phần đồ thị công của quá trình

thay đổi môi chất trong động cơ 4 kỳ.

vật cháy trong thể tích Vc vẫn tiếp tục đi ra ống thải; bên trong xylanh, khí sót giãn nở đến điểm ro(bằng Pk) rồi từ đó trở đi, môi chất mới có thể bắt đầu nạp vào xylanh.

Quá trình nạp lệ thuộc rất nhiều vào yếu tố, khiến cho môi chất mới nạp vào xylanh trongmỗi chu trình nhỏ hơn lượng nạp lý thuyết, được tính bằng số môi chất mới chứa đầy thể tích công tác

Vh có nhiệt độ Tk và áp suất Pk của môi chất mới ở phía trước supap nạp của động cơ Diesel hoặcphía trước bộ chế hòa khí của động cơ xăng

Giá trị áp suất Pk của động cơ 4 kỳ không tăng áp thường nhỏ hơn po, vì khi vào đường ốngnạp thường gặp cản của bình lọc khí Trong các động cơ tăng áp thì Pk > po vì trước khi vào động cơkhông khí đã được nén trước trong máy nén tăng áp Nhiệt độ Tk cũng có thể khác với nhiệt độ khítrời To Do đó đối với động cơ 4 kỳ không tăng áp (cả động cơ xăng và Diesel) đều có:

o o

Trong đó:∆po – tổn thất áp suất do cản của bình lọc khí và đường ống nạp; và Tk≈ To

Đối với động cơ 4 kỳ tăng áp, Pk bằng áp suất tăng áp Ps ở sau máy nén (nếu không có kétlàm mát trung gian cho không khí nén) Trường hợp có két làm mát trung gian:

Trong đó:∆pmát – tổn thất áp suất khi qua két làm mát

Nếu không có két làm mát trung gian, Tk được xác định như sau:

m 1 m

o

s o

p

P(TT

−

Nếu có két làm mát trung gian: = m− −∆

1 m

o

s o

p

P(T

Trong đó: m chỉ số nén đa biến, phụ thuộc vào loại máy nén (m≈1,6÷1,8)

∆Tmát– chênh lệch nhiệt độ của không khí trước và sau két làm mát

Lượng môi chất mới nạp vào xylanh trong mỗi chu trình động cơ 4 kỳ phụ thuộc nhiều nhấtvào chênh áp ∆Pk =Pk −Pa (Pa - áp suất môi chất trong xylanh cuối quá trình nạp tại a) (hình 8.13).Suốt quá trình nạp áp suất trong xylanh thấp hơm Pk, chênh áp ấy tạo nên dòng chảy của môi chấtmới đi vào xylanh qua supap nạp, nó phản ánh trở lực của supap nạp đối với dòng chảy

Chênh áp giữa đường nạp và môi chất trong xylanh còn được duy trì ở đầu quá trình nén chotới khi áp suất trên đường nén đạt tới Pk do kết quả của việc nén khí Dựa vào hiện tượng ấy người tađã tìm ra các biện pháp nạp thêm môi chất vào xylanh đầu quá trình nén

IV.1.2 Giới thiệu các thông số của quá trình nạp

1) Áp suất cuối quá trình nạp P a

Áp suất cuối quá trình nạp Pa được xác định qua quan hệ: Pa = Pk –∆Pk, tuỳ theo động cơ làtăng áp hay không tăng áp mà Pk được xác định như đã trình bày ở phần trên

Nếu dòng chảy của môi chất mới qua supap nạp vào xylanh là dòng chảy dừng không chịu nén(do áp suất môi chất ít thay đổi trên đường nạp), phương trình Bernoullie viết cho dòng chảy có dạng:

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

2

W.2

WP2

W

o

2 a k

' a 2 k k

ρ

=+

Trong đó: Pk – áp suất trên đường ống nạp

ρk – khối lượng riêng của môi chất.

' a

P – áp suất trong xylanh động cơ tại supap nạp

Wk – tốc độ của dòng môi chất trên đường ống nạp (cửa vào của đường nạp)

Wa – tốc độ dòng môi chất qua supap nạp

o

ξ - hệ số cản của đường nạp quy dẫn về tốc độ W

Tốc độ trung bình của môi chất mới đi qua supap nạp Wa nằm trong phạm vi sau:

- Động cơ Diesel: Wa = 30÷ 70, m/s

- Động cơ xăng: Wa = 50÷ 80, m/s

Do Wk << Wa nên có thể bỏ qua Wk, từ (8.21) ta tìm được:

2 a k 0 '

a k

2)1(PP

W ) và hệ số cản (ξo) của hệ thống

Nhờ phương trình liên tục của dòng chảy sẽ tính được:

k k

p k

p m a

f

n.Kf

F.30

Snf

F.C

Trong đó: Cm – tốc độ trung bình của piston (m/s);

n – tốc độ trục khuỷu (vòng/phút);

fk – tiết diện lưu thông qua supap nạp (m2);

S, Fp – hành trình và diện tích đỉnh piston (m, m2)

Thay (8.23) vào (8.22) sẽ được:

2 k

2 1 2 k

2 2 k o k

f

n.Kf

n.K.2)1(

Biểu thức (8.24) chỉ rằng: ∆Pk tỷ lệ thuận với 2

o).n1( +ξ và tỷ lệ nghịch với f2 k.

Đối với động cơ khi đã cho các giá trị của ξo,ρk, K1, K, fk đều là hằng số thì qua (8.24) ta thấyrõ rằng: n là thông số vận hành duy nhất gây ảnh hưởng chính tới ∆Pk

Muốn giảm tổn thất áp suất trên đường ống nạp (∆Pk) phải:

- Giảm ξo bằng cách tạo đường nạp có hình dạng khí động tốt, tiết diện lưu thông lớn vàphương hướng lưu động được thay đổi một cách từ từ, ít chỗ ngoặt

- Tăng fk bằng cách dùng supap có đường kính lớn hoặc dùng nhiều supap cho một xylanh

Nếu động cơ có Vh = const, có thể tăng fk bằng cách giảm

DS , vì khi D S const

4

Vh = π 2 = , nếugiảm

DS thì D sẽ tăng nhờ đó sẽ làm tăng fk (động cơ dùng supap treo), như vậy có thể dùng hai hoặc

4 supap (hai nạp, hai thải) có đường lớn hơn Dùng 4 supap sẽ rất có lợi đối với động cơ cao tốc vìchẳng những làm tăng fk mà còn giảm bớt khối lượng của supap, qua đó giảm lực quán tính và nângcao độ tin cậy của cơ cấu phân phối khí

Tỷ số

k

pf

iF (với i là số supap trên một xylanh) phụ thuộc tốc độ trung bình Cm của piston vànằm trong giới hạn sau:

- Động cơ thấp tốc < 6 12÷ 8

- Động cơ tốc độ trung bình 6÷ 9 9÷ 6

Đối với động cơ xăng, người ta dùng bướm

ga thay đổi moment động cơ Mỗi vị trí bướm ga

tương ứng với một giá trị ξo Khi chạy ở tải nhỏ,

bướm ga đóng kín làm tăng ξo, do đó ∆Pk cũng

tăng theo (hình 8.20)

Khi tính toán nhiệt, áp suất Pa được xác định

nhờ số liệu thực nghiệm với động cơ 4 kỳ như sau:

- Không tăng áp: Pa = (0,8÷ 0,9).Pk

- Tăng áp: Pa = (0,9÷ 0,96).Pk

2) Lượng khí sót

Cuối quá trình thải, trong xylanh còn lưu lại một ít sản vật cháy, được gọi là khí sót Trong quátrình nạp số khí sót trên sẽ giãn nở, chiếm chỗ trong xylanh và trộn với khí nạp mới làm giảm lượngkhí nạp mới

Nếu gọi Mr và M1 là số lượng khí sót và số lượng môi chất khi đốt 1 kg nhiên liệu; mr và m1làsố lượng khí sót và số lượng môi chất mới của mỗi chu trình thì hệ số khí sót γr là:

1 ct

r ct 1

r r

M.g

M.gm

m

=

=γ

Trong đó: gct – lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình (kg/chu trình)

Ở động cơ 4 kỳ không tăng áp, góc trùng điệp thường không quá 30÷40o góc quay trục khuỷuvà thường không quét buồng cháy nên có thể cho rằng: tại điểm r (cuối kỳ thải) (hình 8.13) khí sótchiếm toàn bộ thể tích Vc với áp suất Pr và nhiệt độ Tr sẽ có:

r

c r r

RT

VP

Trong đó: Pr, Tr – áp suất và nhiệt độ khí sót ở thể tích Vc;

Hình 8.14 ẢÛnh hưởng của tiết lưu tới

đường nạp trên đồ thị công.

Đóng bướm tiết lưu

Mở bướm tiết lưu P

V

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

R – hằng số một kmol khí;

= – thể tích buồng cháy;

Vh – thể tích công tác của xylanh

Áp suất khí sót Pr được xác định bằng thực nghiệm theo áp suất của môi trường thải Pth Nếuthải ra ngoài trời thì Pth = po Nếu trên đường thải có bình tiêu âm hoặc lắp tua bin tăng áp thì Pth > po.Tương tự áp suất cuối quá trình nạp Pa, áp suất Pr được xác định qua biểu thức sau :

r th

f

n.K

P =

fth – tiết diện lưu thông qua supap thải

K2 – hệ số phụ thuộc hệ số cản của đường thải và mật độ khí thải

Nhiệt độ Tr phụ thuộc thành phần của hòa khí, mức độ giãn nở của sản vật cháy, trao đổi nhiệtcủa sản vật cháy và thành xylanh trong quá trình giãn nở và thải

- Trong động cơ xăng thành phần hòa khí ít thay đổi nên giảm tải, Tr giảm ít

- Động cơ Diesel thay đổi tải được thực hiện trực tiếp qua thành phần hòa khí, vì vậy khigiảm tải Tr giảm nhiều, và do cóε rất lớn làm cho sản vật cháy được giãn nở tương đốitriệt để, nên Tr của động cơ Diesel thấp hơn nhiều so với động cơ xăng (thấp hơn khoảng

= phụ thuộc tỷ số nén ε; Vc sẽ giảm khi tăng ε, qua (8.25) ta thấy tăng ε sẽlàm giảm mr

Số kmol môi chất mới m1 được xác định theo điều kiện nạp và phương pháp điều chỉnh tải củađộng cơ Ở động cơ xăng, giảm tải được thực hiện nhờ đóng nhỏ bướm ga, vì vậy sẽ làm giảm sốlượng môi chất mới vào trong xylanh mỗi chu trình m1, đối với động cơ Diesel sử dụng phương phápđiều chỉnh công suất nhờ tăng hoặc giảm gct vì vậy khi giảm tải, m1thường hơi tăng Khi tăng áp đềulàm tăng m1của động cơ xăng và động cơ Diesel

Từ kết quả phân tích trên, có thể rút ra một số nhận xét về hệ số khí sót:

- γr của động cơ xăng lớn hơn động cơ Diesel (vì động cơ Diesel có ε lớn) ;

- Khi giảm tải, γr của động cơ xăng tăng còn γr của động cơ Diesel trên thực tế không đổi;

- Khi tăng áp, γr của động cơ xăng và động cơ Diesel đều giảm

Hệ số khí sót γr của động cơ 4 kỳ nằm trong phạm vi sau:

- Động cơ xăng và máy ga không tăng áp: γr =0,06÷0,10;

- Động cơ Diesel không tăng áp: γr =0,03÷0,06

Để tính γr có thể chọn Pr và Tr theo các số liệu kinh nghiệm sau :

Ở động cơ 4 kỳ không tăng áp và trên đường thải không lắp bình tiêu âm, bình chứa khí thải,

thì Pr phụ thuộc vào tốc độ quay n của trục khuỷu và nằm trong giới hạn sau (tại Ne thiết kế):

- Động cơ có tốc độ thấp: Pr =(1,03÷1,06)po;

- Động cơ cao tốc: Pr =(1,05÷1,1)po

Trong trường hợp động cơ tăng áp tua bin khí hoặc động cơ không tăng áp có lắp bình tiêu âm

trên ống xả thải thay po của hai công thức trên bằng Pth Động cơ tăng áp Pth được xác định riêng, đối

với trường hợp lắp bình tiêu âm lấy Pth =(1,02÷1,04)po

Nhiệt độ Tr của từng loại động cơ, nằm trong phạm vi sau :

- Động cơ xăng: T 900 1000oK

- Động cơ Diesel: Tr =700÷900oK;

- Máy ga: Tr =750÷1000oK

Người ta còn dùng biện pháp quét buồng cháy để giảm γr của động cơ 4 kỳ bằng cách tăng

góc trùng điệp của các supap nạp và thải

Hệ số khí sót γr của động cơ 2 kỳ phụ thuộc vào chất lượng của các quá trình thải và quét khí

và thường thay đổi trong phạm vi rất rộng, tùy thuộc vào hệ thống quét thải cụ thể:

- Quét vòng : γr =0,08÷0,25;

- Quét thẳng : γr =0,06÷0,15;

- Quét buồng cháy bằng khí nén của cácte : γr =0,25÷0,40

- Đối với động cơ 2 kỳ người ta còn dùng hệ số thải sạchηsđể đánh giá chất lượng quét và

thải của động cơ:

r r

1 1 r

1

1 s

1

1M

M

Mm

m

m

γ+

=+

=+

=η

3) Nhiệt độ sấy nóng môi chất mới∆T

Đi trên đường nạp vào xylanh, môi chất mới tiếp xúc với các bề mặt nóng của động cơ, được

sấy nóng và tăng nhiệt độ lên một gia số∆T

Giá trị của∆T phụ thuộc vào tốc độ lưu động, thời gian tiếp xúc với bề mặt nóng và chênh

lệch nhiệt độ của môi chất mới với vật nóng Nếu nhiệt độ của môi chất mới tăng sẽ làm giảm mật

độ và làm giảm khối lượng môi chất mới nạp vào động cơ Vì vậy trong động cơ xăng, số nhiệt lượng

cần thiết để sấy nóng môi chất mới chỉ nhằm làm cho xăng dễ bay hơi trên đường nạp, nếu quá mức

này sẽ làm giảm lượng môi chất mới nạp vào động cơ Gia số∆T của môi chất mới được tính như sau:

Trong đó: ∆Tt – mức tăng nhiệt độ môi chất mới do sự truyền nhiệt từ các bề mặt nóng;

h b

T

∆ – mức giảm nhiệt của môi chất mới do bay hơi của nhiên liệu, động cơ

Diesel ∆Tb.h =0.Nhiệt độ sấy nóng môi chất mới∆T được xác định theo số liệu thực nghiệm sau:

- Đối với động cơ Diesel: ∆T=20÷40oC

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

- Đối với động cơ xăng: ∆T=0÷20oC

Động cơ Diesel và động cơ xăng tăng áp không làm mát trung gian cho khí nén, T∆ thườngrất nhỏ vì chênh lệch nhiệt ít Nếu Ts (nhiệt độ môi chất sau máy nén) lớn hơn nhiệt độ vách thì môichất mới được làm mát và T∆ < 0

4) Nhiệt độ môi chất cuối quá trình nạp T a

Nhiệt độ môi chất cuối quá trình nạp Ta lớn hơn Tkvà nhỏ hơn Tr là do kết quả của việc truyềnnhiệt từ các bề mặt nóng tới môi chất mới khi tiếp xúc và việc hòa trộn của môi chất mới với khí sótcó nhiệt độ hơn Các quá trình xảy ra riêng lẻ trên đường nạp hoặc đồng thời trong xylanh động cơ.Có thể xác định Ta (tại điểm a, hình 8.13) nhờ phương trình cân bằng nhiệt của khí nạp mới và khí sóttrước và sau khi hòa trộn thực hiện ở điều kiện đẳng áp Pa và khi khí sót giãn nở từ áp suất Pr xuống

Pa nhiệt độ khí sót Tr không thay đổi Ta có:

a r 1 p , r r p , k

mC – tỷû nhiệt mol đẳng áp của môi chất mới, khí sót và môi chất

công tác tại điểm a

Tk – nhiệt độ môi chất mới phía trước supap nạp

∆T – số gia về nhiệt độ môi chất do truyền nhiệt

Tr – nhiệt độ khí sót

Các tỷ nhiệt đẳng áp là hàm của nhiệt độ và thành phần của mỗi loại khí Giữa mCp và p

Gọi

p p , t

t

λ phụ thuộc vào α và nhiệt độ Tr

t

Đối với động cơ Diesel khiα=1,5÷1,8 có thể lấy λt =1,1

Sau khi thay p

a

1

T TTT

γ+

γλ+

∆+

Nếu lấy λt =1, sai số tính Ta thường không lớn, ta có:

r

r r k

a

1

T.TTT

γ+

γ+

∆+

Các công thức (8.30) và (8.31) đúng cho cả động cơ 2 kỳ và 4 kỳ Biến động của Ta trongphạm vi sau:

Đối với động cơ 4 kỳ không tăng áp: Ta =310÷350oK

Đối với động cơ 4 kỳ tăng áp và động cơ 2 kỳ: Ta =320÷400oK

Ảnh hưởng của γr và T∆ tới nhiệt độ Tađược thể hiện trên (hình 8.15 và 8.16) Qua hai đồ thịtrên thấy rõ, tăng γr và T∆ đều làm tăng Ta và dođó làm giảm mật độ môi chất mới nạp vào xylanh

5) Hệ số nạpηv

Hệ số nạpηv là tỷ số giữa lượng môi chất mới thực tế nạp vào xylanh ở đầu quá trình nén khiđã đóng các cửa nạp và cửa thải m1 (kmol) hoặc Gk (kg) so với lượng môi chất lý thuyết Mh có thểnạp đầy vào thể tích công tác của xylanh Vh ở điều kiện áp suất và nhiệt độ môi chất phía trướcsupap nạp (Pk và Tk) Môi chất mới của động cơ Diesel là không khí, của động cơ xăng là hòa khí dokhông khí và hơi xăng tạo thành

Với các loại động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng hình thành hòa khí bên ngoài, khi tínhηv nếudùng không khí thay cho hòa khí thì kết quả tính không có sai số lớn Vì vậy, các loại động cơ dùngnhiên liệu lỏng hệ số nạpηv đều được xác định theo không khí Từ định nghĩa về hệ số nạp, ta có:

h k h k k h

1 ct v

V

VV

GM

M.g

=γ

=

=

Trong đó: gct – lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình (kg/chu trình)

M1 – lượng môi chất thực tế vào xylanh để đốt 1kg nhiên liệu(kmol/kg nhiên liệu)

Vk – thể tích khí nạp mới chứa trong xylanh, quy về điều kiện Pk và Tk (m3)

Hình 8.15 Ảnh hưởng của hệ số khí sót γr

tới nhiệt độ T a

1 – T K = 288 o K;∆T = 15 o C và T r = 1000 o K

2 – T K = 288 o K;∆T = 40 o C và T r = 800 o K

γr 0,2 0,1

T a ( o K)

Hình 8.16 Ảnh hưởng của∆T tới nhiệt

độ T a , khi T = 288 o K,γ = 0,06 và T = 1.000 o K.

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

Gk – khối lượng không khí nạp vào xylanh mỗi chu trình (kg/chu trình)

Với động cơ 2 kỳ, ngoài hệ số nạpηv tính cho toàn bộ thể tích công tác Vh, còn có hệ số nạp

η’v tính cho thể tích Vh của hành trình có ích

h , k h , k

k h

, 1 ct ' v

V

VV

GM

M.g

=γ

VV

h

k ,

h

k '

η

=ψ

−

=

=η

v

v =(1−ψ).η

Trong đó: ψ – phần tổn thất hành trình của piston dùng để thay đổi môi chất, phụ thuộc vào

sơ đồ quét – thải Với hệ thống quét thẳng qua supap: ψ=0,12÷0,14; với hệ thống quét thẳng quacửa thảiψ≈0,25

Động cơ tăng áp cũng giống như động cơ 2 kỳ luôn luôn có một phần môi chất mới tổn haocho quét khí không tham gia các quá trình nén và cháy – giãn nở Người ta dùng hệ số quét khí ηq đểđánh giá tổn thất trên :

1 q k

q q

M

MG

G

=

=

Trong đó : Gq và Mq – lượng không khí quét đi qua cửa quét (kg hoặc mol) ;

Gk và M1 – lượng không khí quét còn lưu lại trong xylanh khi nén

Động cơ 4 kỳ nếu góc trùng điệp không quá 40÷50o góc quay trục khuỷu thì ηq = 1

Phương trình tổng quát của hệ số nạp

Theo định nghĩa về hệ số nạp ta có: gct.M1 =ηv.Mh

Nhờ phương trình trạng thái, xác định được lượng môi chất lý thuyết Mh chứa đầy thể tích Vhcó áp suất và nhiệt độ là Pk, Tk:

k

h k h

T8314

V.P

k

h k 1

T8314

V.PM

Trong đó đơn vị của các thông số: Pk (N/m2); Vh (m3); Tk (oK) và R = 8314 (kJ/kmol.độ)

Lượng môi chất mới gctM1 được chia làm hai phần:

- Phần thứ nhất gct.M1a được nạp từ đầu cho đến khi piston tới ĐCD (điểm a)

- Phần thứ hai gct(M1 + M1a) là phần nạp thêm tính từ điểm a đến khi đóng supap nạp (trênđộng cơ 4 kỳ)

Phần thứ nhất gctM1cùng với lượng khí sót của chu trình gctMr tạo nên Ma với áp suất và nhiệt

độ là Pa, Ta và thể tích Va:

a

a a r a 1 ct a

T.8314

V.P)MM(g

Sau khi nạp thêm lượng môi chất trong xylanh sẽ là :(gct.M1 =gct.Mr)

r a 1 ct

r 1 ct

)MM(g

)MM(g

λ

=++ là hệ số nạp thêm, ta sẽ có:

)MM(g)MM(

T.8314

V.P)

1(M

Thay (8.36) vào (8.39), sau đó thay:

1

V1

VVVV

h c h a

−ε

ε

=

−ε+

=+

rồi chỉnh lý sẽ được:

)1(T

T.P

P

k k

a 1

v

γ+

−ε

ελ

=

Thay giá trịTa(1+γr) của biểu thức (8.39) và (8.40), sẽ được:

r r t k

k k

a 1

v

T TT

T

P

P

−ε

ελ

T.P

P

k k

a , , 1 ' v

γ+

−ε

ελ

=

hoặc:

r r t k

k k

a , , 1 v

T TT

T

P

P

−ε

ελ

=

Trong đó:

c c h , ,

V

V

=

ε – tỷ số nén thực tế của động cơ 2 kỳ

Phương trình hệ số nạp và hệ số khí sót của động cơ 4 kỳ

Muốn tính nhiệt độ Ta của động cơ 4 kỳ cũng như 2 kỳ có thể dùng biểu thức (8.30), trong đónhiệt độ Tr tương ứng với áp suất Pr Nhưng trong động cơ 4 kỳ việc hòa trộn giữa môi chất mới vàkhí sót được thực hiện trong điều kiện đẳng áp, sau khi khí sót đã từ áp suất Pr giãn nở tới Pa Như vậykhi hòa trộn nhiệt độ khí sót là T’ chứ không còn là Tr nữa : m

1 m

r

a r '

P

P(TT

−

= (trong đó : m – chỉ sốgiãn nở đa biến của khí sót m≈1,45÷1,5) Như vậy trong động cơ 4 kỳ để chính xác hơn khi tính taphải dùng T’

rthay cho Tr, do đó ta có:

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

r r , r t k

a

1

T TTT

γ+

γλ+

∆+

r

a r r t k

a

1

)P

P(T TTT

γ+

γλ+

∆+

=

−

(8.45)Lấy giá trịTa(1+γr) của (8.44) và (8.45) thay vào (8.40), sẽ được :

r , r t k

k k

a 1

v

T TT

T

P

P

−ε

ελ

=

hoặc:

m 1 m

r

a r r t k

k k

a 1

v

)P

P(T TT

T

P

P

γλ+

∆+

−ε

ελ

=

Trong động cơ 4 kỳ nếu không xét góc đóng muộn supap và cho rằng supap xả được đóng tạiĐCT và supap nạp sẽ được mở tại thời điểm cân bằng giữa áp suất trong xylanh và áp suất Pk, thì khísót của chu trình (gct.Mr) sẽ chứa đầy thể tích Vc ở trạng thái áp suất Pr và nhiệt độ Tr, do đó:

)1(T8314

VPT

8314

VPM.g

r

h r r

c r r

Chia (8.48) cho (8.36) sẽ được γr:

r k k r v r

T

T.P

P.)1(

1η

−ε

=

Trên thực tế, động cơ 4 kỳ đều có góc trùng điệp nhằm sử dụng hiệu ứng động về dao động ápsuất trên đường nạp và đường thải để thực hiện quét buồng cháy Nếu gọi gct.M’ r là lượng khí sót thựctế còn lại trong xylanh trong mỗi chu trình và λ2 là hệ số quét buồng cháy thì:

r ct

, r ct 2M.g

M.g

=λ

Từ đó tìm được:

)1.(

T.8314

V.P.M

.g.M.g

r

h r 2 r

ct 2 , r ct

−ε

λ

=λ

Trường hợp không quét buồng cháy thì λ2 =1, trường hợp có quét buồng cháy thì λ2 <1 vàkhi quét sạch buồng cháy λ2 =0 Động cơ tăng áp hầu hết đều thực hiện quét buồng cháy ở mức độnhất định

Chia (8.50) cho (8.36) sẽ được γr khi quét buồng cháy:

r k k r v

2 r

T

T.P

P.)1(ε− η

P(P

P.P

P.[TT

T.1

r a k

r 2 t k

a 1 k

k v

−λ

λ

−

λε

∆+

−ε

[P

P.TT

T.1

r

a 2 t 1 k a k

k

∆+

−ε

=

Thay (8.53) vào sẽ tìm được γr của động cơ 4 kỳ:

m 1

r

a 2 t 1 a r r

k 2 r

)P

P(

1

P

P.T

)TT(

λλ

−λε

∆+λ

=

Trong trường hợp quét buồng cháy, không có nạp thêm, không để ý đến giãn nở của khí sót từ

Pc xuống Pa, và coi tỷ nhiệt của khí sót cũng bằng tỷ nhiệt của môi chất mới, lúc ấy:

1mt 1

2 =λ =λ = =

λ và các phương trình (8.53) và (8.54) trở thành:

)P

PP

P.(

TT

T.1

1

k r k a k

k

∆+

−ε

=

và

r a r r

k r

PP

P.T

TT

−ε

∆+

IV.1.3 Phân tích những yếu tố ảnh hưởng của quá trình nạp, thải

Qua các công thức xác định hệ số nạp và đặc biệt là công thức (8.55) chỉ rằng, có rất nhiềuyếu tố làm ảnh hưởng đến hệ số nạpηv gồm có: tỷ số nénε; áp suất cuối quá trình nạp Pa và nhiệt độcủa môi chất cuối quá trình nạp Ta; nhiệt độ sấy nóng môi chất mới ∆T; hệ số khí sótγr; nhiệt độ Trvà áp suất Pr của khí sót,

Những thông số có mối quan hệ qua lại mật thiết với nhau và phụ thuộc vào các yếu tố khácnhau Vì vậy song song với việc phân tích ảnh hưởng của từng thông số riêng biệt cần phải thấy rõảnh hưởng tổng hợp của chúng tới hệ số nạpηv theo từng chế độ làm việc và đặc điểm cụ thể củađộng cơ

1) Tỷ số nénε

Ảnh hưởng của tỷ số nénε tới hệ số nạpηv được thể hiện ở công thức ở (8.46) và (8.47) qua tỷsố

1

−

ε

ε , theo quan hệ tỷ lệ thuận.

- Khi tăng ε sẽ làm giảm

1

−ε

ε và qua đó làm giảm

v

η (trường hợp có quét buồng cháy).Kết luận trên chỉ dựa vào mặt toán học thuần túy và chỉ đúng với trường hợp γr = 0, tức là sửdụng góc trùng điệp của các supap thải và nạp để quét sạch buồng cháy

- Khi tăng ε sẽ làm cho ηv có xu hướng tăng (trong trường hợp không quét buồng cháy)

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

Bởi vì, khi giảm ε sẽ làm tăng thể tích Vc (thể tích chứa khí sót), vì vậy theo (8.48) lượng khísót (gct.Mr) sẽ tăng, qua đó tăng γr và làm tăng tích số (γr.Tr) Thực tế chỉ ra rằng ảnh hưởng của ε

tới (γr.Tr) còn mạnh hơn ảnh hưởng của ε tới

1

−ε

ε , nên ta có trường hợp thứ hai.

- Ngoài ra, khi tăng ε sẽ làm sản vật cháy được giãn nở triệt để khiến nhiệt độ thành xylanhthất hơn, kết quả sẽ làm giảm chút ít giá trị T∆ dẫn đến có lợi cho hệ số nạp ηv

2) Áp suất cuối quá trình nạp

Áp suất cuối quá trình nạp Pa gây ảnh hưởng trực tiếp tới ηv Muốn tăng Pa để tăng hệ số nạpcần giảm tổn thất ∆Pk nhờ giảm

k

pf

iF và giảm cản cho đường nạp (bằng cách phân bố hợp lý cácsupap, dùng đường ống nạp lớn, ít xảy ra tổn thất cục

bộ, ) Trong động cơ 4 kỳ ηv tỷ lệ thuận với

ε (8.55) Vì vậy, trong điều kiện bị hạn chế

về vị trí đặt các supap cần ưu tiên mở rộng tiết diện lưu

thông của supap nạp, mặc dù phải thu nhỏ tiết diện lưu

thông của supap xả Trong trường hợp ấy cả hai tỷ số :

P chỉ tăng 1 lần còn

k

aPP

tăng ε lần

Vì vậy khi tăng )

P

PP

P.(

k r k

a −

ε , dẫn đến ηv tăng

Áp suất cuối quá trình nạp Pa của động cơ 2 kỳ phụ thuộc vào áp suất trên đường ống nạp Pk,trở lực của hệ thống quét và thải, góc phối khí của hệ thống

Hình 8.17 giới thiệu mối quan hệ giữa hệ số nạp ηv và tốc độ dòng khí qua supap nạp W,)

3) Nhiệt độ và áp suất trước supap nạp T k , P k

Tăng Tk làm giảm chênh lệch nhiệt độ giữa thành xylanh và môi chất qua đó làm giảm T∆

nên ηv tăng

Nếu tăng Pk tức là làm cho khí sót bị nén bởi Pk, đồng thời do môi chất mới vào nhiều nênđược sấy nóng ít hơn (∆T2 <∆T1), kết quả là khi tăng Pk thì ηv sẽ tăng

4) Áp suất khí sót P r

Nếu Tr không đổi, khi tăng Pr sẽ làm tăng lượng khí sót chứa trong thể tích Vc (gct.Mr), nên khipiston đi từ ĐCT xuống một phần hành trình của piston sẽ dành cho giãn nở của khí sót, khiến môichất mới đi vào xylanh muộn hơn gây giảm hành trình hút và giảm lượng môi chất mới của chu trìnhgct.M1, do đó nó làm tăng hệ số khí sót γr và giảm hệ số nạp ηv

Trong trường hợp tăng Pr, do giảm bớt tiết diện lưu thông của supap xả để tăng cho supap nạp,

Hình 8.17 Ảnh hưởng của tốc độ dòng

khí W qua supap nạp tới hệ số nạp ηv

ηv 0,8

0,7 0,6

trong trường hợp này cũng làm tăng Pa do vậy ηv tăng.

Nếu tăng Pr do lắp bình tiêu âm hoặc một thiết bị cản nào đó trên đường thải (hình 8.18) vàkhông quét buồng cháy sẽ đưa đến:

- Làm tăng công tiêu hao để đẩy khí thải ra khỏi xylanh;

- Làm tăng hệ số khí sót γr do

tăng lượng khí sót chứa trong

thể tích Vc và làm giảm lượng

môi chất mới nạp vào xylanh

(do tăng hành trình giãn nở của

khí sót và tăng nhiệt độ Ta)

- Làm giảm hệ số nạp ηv

- Mức ảnh hưởng của Pr tới ηv

còn phụ thuộc vào tỷ số nén ε

Nếu tỷ số nén ε lớn, ảnh

hưởng của Pr tới ηv sẽ ít hơn

5) Nhiệt độ khí sót

Từ phương trình (8.41) thấy rằng tích số λt.γr.Tr sẽ gây ảnh hưởng tới hệ số nạp ηv Nếu tăng

Tr khi α không thay đổi thì λt =const, γr giảm và làm Ta tăng thì trong điều kiện này không gâyảnh hưởng đến ηv Bởi vì khi trộn lẫn môi chất mới với khí sót sẽ làm giảm mạnh thể tích khí sót (donhiệt độ khí sót sẽ giảm nhiều khi trộn với môi chất mới), nhường thêm thể tích cho môi chất mới đivào Phần tăng thể tích của môi chất mới đủ bù trừ phần giảm của nó do tăng nhiệt độ Ta gây ra

6) Nhiệt độ sấy nóng đối với môi chất mới∆T

Ảnh hưởng của T∆ đối với ηv được thể hiện

qua biểu thức (8.41) và đồ thị (hình 8.19) Đồ thị được

xây dựng với Tk = 288oK và Pk = 0,1 (MN/m2) Qua

đồ thị ta thấy T∆ tăng sẽ làm giảmηv Vì vậy động

cơ Diesel đã hạn chế giá trị của T∆ bằng cách bố trí

đường nạp ở khu vực nhiệt độ thấp cách ly với hệ

thống đường thải và nước nóng Riêng trường hợp

động cơ hoạt động ở những vùng lạnh, người ta trang

bị thêm thiết bị sấy nóng đường nạp nhằm mục đích

duy nhất là giúp động cơ dễ nổ khi khởi động, sau đó

tắt thiết bị sấy nóng

Ở trường hợp động cơ xăng hình thành hòa khí

bên ngoài, cần sấy nóng đường nạp để xăng dễ bay

hơi, sau đó hòa trộn với không khí hình thành hòa khí

đi vào động cơ Vì vậy đường thải hoặc đường nước

nóng thường cuốn lấy đường nạp để cấp nhiệt giúp

xăng dễ bay hơi Nhưng nếu cấp nhiệt quá mức làm tăng T∆ sẽ gây ảnh hưởng xấu tới ηv

Hình 8.18 Ảnh hưởng của bình tiêu âm trên ống thải

đến áp suất khí sót P r và áp suất trên đường thải P th

V c

V

P

r / r

Có lắp bộ tiêu âm

Hình 8.19 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy

nóng khí nạp mới ∆T tới hệ số nạpηv

1 – Động cơ Diesel có (ε = 17, p = 0,12 Mpa, P a = 0,08 MPa).

2 – Động cơ xăng có (ε = 7, p = 0,125 Mpa, P a = 0,085 MPa)

ηv

0,80,70,6

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

Đối với động cơ 2 kỳ, dòng xoáy của không khí trong quá trình nạp hoặc quét khí cũng có ảnhhưởng tới T∆ Vận động xoáy lốc mạnh sẽ làm tăng T∆ , đặt biệt là động cơ 2 kỳ và động cơ làmmát bằng không khí vì thành xylanh có nhiệt độ lớn Tuy nhiên ảnh hưởng của T∆ tới ηv nhỏ hơnảnh hưởng của các yếu tố khác vì T∆ rất nhỏ so với Tk

7) Ảnh hưởng của thành phần hòa khí và tải tớiηv

Giảm hệ số dư không khí α của động cơ Diesel có nghĩa là làm tăng lượng nhiên liệu cho chutrình gct để tăng tải cho động cơ, do đó sẽ làm tăng nhiệt độ thành xylanh, dẫn đến tăng nhiệt độ sấynóng khí nạp mới T∆ , dẫn đến kết quả làm giảm ηv

Trong động cơ xăng hòa khí hình thành bên ngoài, gồm xăng và không khí, sau đó nạp vàoxylanh động cơ Nhiên liệu trong hòa khí bay hơi, sẽ hút nhiệt của môi chất trên đường vào trongxylanh làm cho nhiệt độ của hòa khí giảm một lượng ∆Tb.h, mặt khác hơi nhiên liệu trong hòa khícũng làm giảm phần áp suất không khí Nếu ảnh hưởng của yếu tố thứ nhất vượt qua yếu tố thứ haithì sẽ làm tăng ηv Tuy nhiên, ảnh hưởng kể trên rất nhỏ chỉ khoảng 1 ÷ 2% khi hòa khí rất đậm,trong trường hợp hòa khí nhạt nhiệt độ thành xylanh sẽ gây ảnh hưởng chính làm cho ηv tăng theoα

Động cơ xăng dùng bướm ga để thay đổi tải, (hình 8.20) giới thiệu sự biến thiên của ηv theotải khi giữ n = const Với Ne = 0, bướm ga đóng nhỏ nhất lúc ấy ηv ≈0,2, khi Ne = 60 m.l thì bướm gamở lớn nhất lúc ấy ηv ≈0,7

Trên (hình 8.21) cho thấy khi α < 0,95 nếu giảm α sẽ làm cho ηv hơi tăng, vì ∆Tb.h gây ảnhhưởng chính Nếu động cơ chạy bằng cồn, do nhiệt hóa hơi (nhiệt ẩn) của cồn rất lớn nên ảnh hưởngkể trên sẽ rõ hơn

8) Ảnh hưởng của số vòng quay n tới hệ số nạpηv

Tốc độ n gây ảnh hưởng lớn nhất tớiηv, khi tăng n sẽ làm tăng tốc độ môi chất đi qua supapnạp cũng như supap xả, làm giảm Pa và làm tăng Pr, mặt khác cũng làm giảm T∆ (do giảm thời giantiếp xúc), kết quả lảm giảmηv Đây là nguyên nhân chính hạn chế công suất cực đại của động cơ caotốc

Hình 8.20 Ảnh hưởng của độ mở bướm ga tới

hệ số nạpηv , khi n = const Hình 8.21 Ảnh hưởng của thành

phần hòa khí tới hệ số nạpηv

0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,30,76

0,780,800,820,840,860,88

Trên hình 8.17 chỉ rõ mối quan hệ giữa hệ số nạpηv và tốc độ của dòng khí qua supap nạp W,)

Hình 8.23 giới thiệuηv = f(n) của động cơ Diesel và động cơ xăng

Trong đó : Đường 1 –ηv của động cơ Diesel ở chế độ ít tải.

Đường 2 –ηv của động cơ Diesel ở chế độ toàn tải.

Đường 3 –ηv của động cơ xăng ở chế độ toàn tải 100% bướm ga.

Các đường 4, 5 –ηv của động cơ xăng ở các chế độ đóng nhỏ bướm ga.

Các đặt tính ηv = (n) của động cơ Diesel ít dốc hơn so với động cơ xăng vì đường nạp củađộng cơ Diesel thông thoáng và ít cản hơn Trong động cơ Diesel, ở chế độ ít tải (đường 1) nằm caohơn so với toàn tải (đường 2) do có T∆ nhỏ hơn ηv của các chế độ ít tải (đóng nhỏ bướm ga) củađộng cơ xăng (các đường 4, 5, trên hình 8.23) thấp và dốc hơn so với đường toàn tải (mở hết bướmga), vì càng đóng bướm ga càng làm tăng cản của đường nạp

IV.1.4 Diễn biến quá trình quét thải của động cơ 2 kỳ

Quá trình thay đổi môi chất trong động cơ 2

kỳ không có các kỳ thải và nạp riêng biệt như động

cơ 4 kỳ mà được thực hiện từ điểm b (hình 8.24)

cuối kỳ giãn nở, lúc bắt đầu mở cơ cấu thải, bằng

cách dựa vào chênh áp để sản vật cháy được thoát

tự do ra đường thải, sau đó môi chất mới đã được

nén trước trong bơm khí quét tới áp suất Pk(lúc này

Pk > áp suất sản vật cháy trong xylanh) đi vào

xylanh tạo áp lực cưỡng bức đẩy tiếp sản vật cháy

ra đường thải, còn bản thân môi chất mới được nạp

đầy xylanh cho tới điểm a (điểm đóng cửa thải)

Hình 8.22 Ảnh hưởng của tốc độ động cơ

n tới các thông số quá trình nạp.

nmin nqui địnhn, (vg/ph)

ηvGnạp

Hình 8.23 Ảnh hưởng của tốc độ động cơ n

tới hệ số nạpηv ở các mức tải khác nhau.

n, (vg/ph)

nmin00,20,40,6

0,8

ηv

123

45

ψ.VhV'h = (1 -ψ).Vh

Pk

Pth

Pa

ab

Hình 8.24 Phần đồ thị công của quá trình

thay đổi khí trong động cơ 2 kỳ.

V ĐCT

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

Qua trên ta thấy, quá trình thay đổi môi chất trong động cơ hai kỳ diễn ra gần như đồng thờixen kẽ nhau, không tuần tự như động cơ bốn kỳ Chính điều này làm cho việc khảo sát các thông sốcủa quá trình thay đổi môi chất trên động cơ hai kỳ phức tạp hơn trên động cơ bốn kỳ

Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm sự biến thiên áp suất trong xylanh và diện tích lưu thôngcủa các cửa thải ft và quét fq theo góc quay trục khuỷuϕ (hình 8.25), người ta chia quá trình thải vàquét khí trong động cơ 2 kỳ thành ba thời kỳ sau:

1) Thời kỳ thải tự do

Thời kỳ thải tự do, bắt đầu từ lúc mở cửa

thải (áp suất trong xylanh Pb) tới lúc không khí

quét đi vào xylanh thực hiện quét sản vật cháyϕN

(áp suất trong xylanh PN bằng áp suất trung bình

suốt thời kỳ quét và thải cưỡng bức) Trong thời kỳ

thải tự do áp suất trong xylanh lớn hơn nhiều so với

Pth (áp suất trung bình trong ống thải) nên dòng khí

thải thoát qua cửa thải với tốc độ lớn

Từ lúc mở cửa thải (ở điểm B) tới lúc mở

cửa quét (H hoặc ϕh) với áp suất trong xylanh PH

được gọi là giai đoạn thải sớm (BH hoặc ϕb, ϕh).

Trong động cơ cao tốc thường PH > Pk, nên sau khi

mở cửa quét thường có một ít sản vật cháy thoát

qua cửa quét vào bình chứa khí quét làm tăng nhiệt

độ và làm bẩn khí quét, ngoài ra còn gây tổn thất

một phần trị số “tiết diện – thời gian” của cửa quét

cho sản vật cháy trên trở lại xylanh giai đoạn đầu

thời kỳ quét khí Trên thực tế không thể tránh hiện

tượng trên trong động cơ cao tốc muốn vậy phải

mở cửa thải sớm hơn làm giảm hành trình có ích và

gây mất một phần công suất động cơ Trong động

cơ hai kỳ tàu thủy và tĩnh tại cỡ lớn thường có van

một chiều trong cửa quét, đảm bảo PH < Pk nên

hoàn toàn tránh khí thải đi vào bình chứa khí quét

Trong thời kỳ thải tự do (ϕbϕN hoặc BN) có hai giai đoạn lưu động: trên giới hạn (BE) với tốcđộ dòng khí bằng tốc độ truyền âm và dưới giới hạn (EN) với tốc độ dòng khí nhỏ hơn tốc độ truyềnâm, phụ thuộc tỷ số

th

x

PP (Px – áp suất trong xylanh, thay đổi theoϕ) Tại E: Px= PE, nếu đường thảitrực tiếp thông với khí trời thì PE ≈0,2MPa

2) Thời kỳ thải cưỡng bức và quét khí

Trong thời kỳ này các cơ cấu thải và quét đều mở và đồng thời xảy ra hai quá trình có liên hệmật thiết với nhau: khí quét từ bình chứa đi vào xylanh và sản vật cháy bị khí quét đẩy ra đường thải.Thời kỳ cháy cưỡng bức và quét khí bắt đầu từ lúc khí quét đi vào xylanh (giả thiết tại N – ϕN

, hình 8.25a) và kết thúc tại điểm đóng kín cửa quét (điểm D và ϕD, hình 8.25a, b) hoặc điểm đóngkín cơ cấu thải (điểm A1 và ϕa1 hình 8.25a, c) tùy theo cơ cấu nào đóng trước

Hình 8.25 Đồ thị biến thiên áp suất P x trong xylanh động cơ 2 kỳ (a), tiết diện lưu thông của cơ cấu thải f t và cơ cấu quét f q theo góc quay trục khuỷu trong hệ thống có góc phối khí đối xứng (b) và không đối xứng

(c).

Đầu thời kỳ này, mặt dầu khí quét đã bắt đầu vào xylanh nhưng do ảnh hưởng dòng hút củadòng khí qua cửa thải, nên áp suất Px vẫn tiếp tục giảm, với động cơ cao tốc Px có thể xuống thấp hơnáp suất khí trời po (điểm K trên hình 8.25a) Tiếp theo fq mở rộng hơn, làm tăng lưu lượng khí quét vàtăng Px tới PN rồi quá PN sau đó dao động quanh giá trị PN với biên độ ngày càng giảm.

Trong thời kỳ hai có khoảng 30 ÷ 50% sản vật cháy bị đẩy ra ngoài Nếu là hệ thống quétthẳng thì số khí quét đi vào đầu tiên sẽ tạo nên lớp đệm ngăn sản vật cháy với khối khí quét để đẩysản vật cháy ra ống thải, nếu là quét vòng thì khí quét và sản vật cháy thường hòa trộn với nhau vàmột phần lưu lại trong xylanh còn một phần đi ra đường thải

3) Thời kỳ lọt khí

Nếu cửa quét đóng trước đoạn DA2 hoặc ϕdϕa2 hoặc nạp thêm (nếu cửa thải đóng trước đoạnA1D hoặc ϕa1ϕd), (hình 8.25a, b, c) Chỉ có thể thực hiện nạp thêm trong hệ thống quét thẳng hoặcquét vòng phức tạp (có van một chiều trong cửa quét hoặc van xoay trong cửa thải) Các diện tíchtrên đồ thị : ft =f1(ϕ) và fq =f2(ϕ) (hình 8.25b) biểu thị các trị số:

- BHH – trị số “thời gian tiết diện hình học” của giai đoạn thải sớm;

- BNN1 – trị số “thời gian tiết diện hình học” thời kỳ thải tự do;

- NN2MD – trị số “thời gian tiết diện hình học” thời kỳ quét khí;

- NN1CD1D và NN1CA1 – trị số “thời gian tiết diện hình học” thời kỳ thải cưỡng bức;

- DA2D1 – trị số “thời gian tiết diện hình học” thời kỳ lọt khí;

- A1DA3 – trị số “thời gian tiết diện hình học” thời kỳ nạp thêm

IV.2 Quá trình nén

IV.2.1 Diễn biến của quá trình nén

Quá trình nén của động cơ đốt trong có tác dụng sau:

- Mở rộng phạm vi nhiệt độ của quá trình làm việc (nén, cháy và giãn nở);

- Đảm bảo cho sản vật cháy được giãn nở sinh công triệt để hơn

- Tạo điều kiện thận lợi nhất cho hòa khí bốc cháy

Tất cả những điều trên nhằm đảm bảo cho quá trình chuyển biến từ hóa năng của nhiên liệuthành nhiệt năng, rồi từ nhiệt năng chuyển thành công có ích được thực hiện tốt nhất, làm tăng hiệusuất của chu trình

Dựa vào cách hình thành và đốt cháy hỗn hợp của động cơ mà có những yêu cầu khác nhau vềtỷ số nén ε và các thông số của môi chất cuối quá trình nén Pc, Tc

Khác với quá trình nén của chu trình lý tưởng, diễn biến quá trình nén của chu trình thực tế rấtphức tạp Giữa môi chất công tác và thành xylanh luôn luôn trao đỗi nhiệt qua lại với nhau

Đầu quá trình nén nhiệt độ môi chất Ta (hình 8.26) thấp hơn nhiệt độ trung bình của xylanh,piston, nắp xylanh… nên các chi tiết nóng kể trên truyền nhiệt cho môi chất, vì vậy đường nén tronggiai đoạn này (a-2) dốc hơn đường đoạn nhiệt của chu trình lý tưởng (a-1) Nếu coi quá trình nén thựctế là một quá trình nén đa biến, với chỉ số đa biến n1’ thì phương trình đặt trưng của quá trình sẽ là:

constV

P 1' =

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

Giá trị n1’ ở đầu quá trình nén lớn nhất vì

có chênh lệch nhiệt độ lớn giữa các chi tiết nóng

và môi chất khiến cho môi chất vừa chịu nén vừa

nhận nhiệt thêm Tiếp theo piston càng nén càng

làm tăng nhiệt độ môi chất trong xylanh và làm

cho nhiệt độ chênh lệch nhiệt độ của các chi tiết

nóng và môi chất giảm dần, môi chất được nhận

nhiệt ngày càng ít làm cho quá trình nén càng

gần với quá trình đoạn nhiệt và chỉ số nén n1’

tiến sát với chỉ số đoạn nhiệt k1 Tới một điểm

nào đó nhiệt độ môi chất bằng nhiệt độ trung

bình của vách xylanh và có thể coi điểm đó là

nén đoạn nhiệt, chỉ số nén n1’ = k1 (chỉ số đoạn

nhiệt khi nén)

Tiếp theo của quá trình nén sẽ làm cho

nhiệt độ môi chất trở nên lớn hơn nhiệt độ vách xylanh và chiều tryền nhiệt sẽ thay đổi, môi chấttruyền nhiệt cho vách xylanh, kết quả làm cho đường nén thực tế (3-c) ít dốc hơn so với đường nénđoạn nhiệt (3-4) và chỉ số nén n1’ càng ngày càng nhỏ hơn k1

Như vậy cuối quá trình nén thực tế của động cơ là một quá trình đa biến với chỉ số đa biến n1’giảm dần rừ đấu đến cuối quá trình Tính toán quá trình nén nhằm xác định các giá trị áp suất Pc vànhiệt độ Tc nhằm đảm bảo điều kiện cháy của hòa khí, nếu dùng các giá trị tức thời của n1’ để tính sẽgặp nhiều khó khăn không cần thiết

Để đơn giản hóa việc tính toán, người ta dùng chỉ số nén đa biến trung bình n1 thay cho các giátrị tức thời của n1’ Điều kiện ràng buột của giá trị n1 trung bình là đảm bảo cho các thông số Pc và Tc,cũng như công tiêu hao cho quá trình nén, dựa theo kết quả tính phải xác với giá trị thu được từ chutrình thực tế Với ràng buộc trên, giá trị n1 trung bình thường nằm trong phạm vi: n1 = 1,34 ÷ 1,39.Khi thiết kế mới n1 thường được xác định theo phương pháp gần đúng dựa vào công và quátrình trao đổi nhiệt trong quá trình nén hoặc là chọn theo kết quả phân tích đặc tính của động cơ thiếtkế cũng như ảnh hưởng của các yếu tố tới quá trình nén của động cơ

IV.2.2 Giới thiệu các thông số của quá trình nén

1) Áp suất cuối quá trình nén P c

Áp suất cuối quá trình nén Pcđược xác định theo phương trình của quá trình nén đa biến:

1 c c 1 a

aV P V

a 1 c

a a

V

V.(

P

2) Nhiệt độ cuối quá trình nén T c

Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc được xác định nhờ các phương trình trạng thái:

PaVa = 8314maTaPcVc = 8314mcTcTrong đó: ma và mc – lượng môi chất (kmol) ở đầu và cuối quá trình nén

Hình 8.26 Đồ thị P-V phân tích các đường

cong đặt trưng trạng thái của quá trình nén.

2

3k1

a1

Pc

PaVh

n’1

V P

ma = c = ct 1 +γr

Chia hai vế của phương trình trạng thái cho nhau sẽ được:

a c a c a

c

V

V.P

PT

T

=

a 1 1 c

a a a c a

c a

V

V(TV

V.P

PT

vì:

1

c a a

cV

VP

IV.2.3 Trao đổi nhiệt trong quá trình nén

Vi lượng công của quá trình nén dL được xác

định theo biểu thức sau (hình 8.27):

dL = P.dVTích phân từ đầu đến cuối quá trình nén sẽ

tính được công nén Lac:

∫

= c

V

a V

ac PdVL

Trong quá trình nén đa biến ta có:

1 1

c c n a a n

VPVP

PV = = , từ đó tìm được :

1

1 a aV

VP

P=

Thay giá trị P vào biểu thức tính Lac, sẽ được:

)VPVP(1n

1V

dVV

P

1

c V

a

V 1

1 a a

m8314

ma = c = ct 1 +γr , nên :

)TT(1

n

)1(Mg.8314

1

r 1 ct

−

γ+

Đối với động cơ xăng: M ( M 1 )

nl o 1

µ+α

=

Đối với động cơ Diesel: M1 =αMo

Thay (8.58) vào (8.60) sẽ được:

P, MN/m 2

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

)1(

T1

n

)1(Mg.8314

a 1

r 1 ct

−

γ+

T.8314

V.PM

T)1n(

)1(VP

k 1

r h k

−

γ+

−

T)1n(

)1(VP

a v k 1

r h k

−

γ+

−

Áp dụng định luật 1 nhiệt động vào quá trình nén, ta sẽ có:

Qac = Lac + Uc - UaTrong đó: Qac (j/chu trình) – nhiệt lượng truyền cho môi chất trong quá trình nén;

Uc và Ua (j/chu trình) – nội năng của môi chất công tác ở cuối và đầu quá trình

nén, (hình 8.27)

v c

c m (mC ) T

v a

a m (mC ) T

U = ; mc =ma =gctM1(1+γr).Thay các giá trị trên và biểu thức (8.59) vào phương trình định luật 1 nhiệt động sau, ta được:

)TT(1n

8314T

.)mC(T.)mC()1(Mg

Q

a c 1 a a , v c

c , v r

1 ct

v c ,

2

ba)mC( = + - tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm a

(J/kmol.độ)

c , v a ,

2

ba)mC( = + - tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm c

(J/kmol.độ)

Thay các giá trị , c

v)mC

v)mC( vào (8.62), sau khi chỉnh lý được :

1n

8314)

TT(2

ba)TT)(

1(Mg

Q

1 a c ,

v a c r 1 ct

ac

−

−++

=

−γ

hoặc

1n

8314)

1(

T2

ba)TT)(

1(Mg

Q

1

1 1 a , v a c r 1 ct

ac

−

−

−ε+

=

−γ

Các phương trình (8.63) và (8.64) dùng để tính Qac khi biết n1 Chúng cũng được dùng đểnghiên cứu thực nghiệm về trao đổi nhiệt giữa môi chất và thành xylanh trong quá trình nén khi có đồthị công

Muốn xác định nhiệt lượng trao đổi giữa môi chất và thành xylanh từ điểm a (hình 8.27) tới vịtrí nào đó của piston, ngườt ta thay P1 bằng áp suất nén trung bình Px trong giai đoạn từ a đến x, cònnhiệt độ Tcđược thay bằng Tx tức nhiệt độ môi chất tại điểm x

Phương trình (8.64) cũng được dùng để xác định giá trị gần đúng của n1 và chỉ số đoạn nhiệt k1của chu trình nén thực tế Khi Qac = 0 thì n1 = k1, lúc này ta có:

)1(

T2

ba

83141

k

1 1 a ,

=

−

IV.2.4 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nén

Chỉ số nén đa biến trung bình n1 phản ánh mức độ trao đổi giữa môi chất và thành xylanh, đâycũng là thông số ảnh hưởng nhiều nhất đến quá trình nén

Trong quá trình nén nếu môi chất được cấp nhiệt nhiều hơn so với tản nhiệt, n1 sẽ lớn hơn k1,nếu cấp nhiệt và nhả nhiệt bằng nhau thì n1= k1 còn nếu nhiệt được cấp ít hơn nhả nhiệt sẽ làm n1 <k1 Như vậy, bất kỳ một nhân tố nào làm tăng phần cấp nhiệt sẽ làm cho n1 tăng, còn làm tăng phầntản nhiệt thì sẽ làm cho n1 giảm Có rất nhiều yếu tố gây ảnh hưởng tới n1 như tốc độ động cơ, phụtải, kích thước xylanh, trạng thái nhiệt của động cơ, Nhìn chung quá trình nén của đa số động cơ làtản nhiệt nhiều hơn

1) Tốc độ động cơ

Khi tăng số vòng quay sẽ làm

tăng số chu trình trong 1 giây, qua đó

làm tăng trạng thái nhiệt của các chi tiết

trong xylanh, giảm thời gian rò khí và

thời gian tiếp xúc giữa môi chất mới và

thành xylanh Kết quả của những thay

đổi trên sẽ làm cho môi chất tản nhiệt ít

hơn, khiến n1 tiến sát tới k1 Như vậy

tăng tốc độ động cơ sẽ làm tăng n1

Trên hình 8.28a giới thiệu sự

thay đổi của Pc và n1 của động cơ Diesel

theo tốc độ động cơ n Hình 8.28b là

biến thiên của n1 theo n của động cơ

xăng ở ba vị trí bướm ga khác nhau Đó

là những quan hệ đường thẳng, khi tăng

tốc độ nén sẽ làm tăng n1 và Pc

Tuy nhiên trong động cơ xăng

ảnh hưởng của tốc độ nén tới n1 ở chế

độ mở 100% bướm ga là không đáng kể

do với các trường hợp đóng nhỏ bướm

ga Hiện tượng trên có thể giải thích như sau: ở chế độ mở 100% bướm ga, áp suất môi chất trên suốtđường nạp đều lớn làm nhiên liệu khó bay hơi; càng tăng tốc độ động cơ, thời gian bay hơi của nhiênliệu trên đường nạp càng ít, làm tăng số nhiên liệu chưa bay hơi vào xylanh, tới đầu quá trình nén vẫnbay hơi tiếp sẽ hút nhiệt của môi chất làm giảm n1 trong giai đoạn đầu quá trình nén Hiện tượngtrên càng tăng khi tăng tốc động cơ Như vậy trong trường hợp mở 100% bướm ga, hiện tượng mấtnhiệt của môi chất ở đầu quá trình nén do bay hơi của nhiên liệu tạo ra sẽ càng nhiều khi tăng sốvòng quay n Phần mất nhiệt trên gần như được bù trừ hết do nhiệt bị tản đi từ việc tăng trạng tháinhiệt các chi tiết, giảm rò khí và giảm thời gian tiếp xúc giữa môi chất với thành xylanh gây ra kếtquả làm cho n1 ít thay đổi khi tăng tốc độ n

Nếu tăng tốc độ động cơ n, áp suất phía sau bướm ga càng giảm nhanh, điều kiện ấy khiếnnhiên liệu bay hơi nhanh Như vậy càng tăng tốc động cơ càng không còn nhiên liệu bay hơi ở đầuquá trình nén, làm cho n1tăng nhanh khi tăng tốc độ động cơ n Tốc độ tăng của n1 theo n càng lớn khiđóng bướm ga càng nhiều

Hình 8.28 Sự thay đổi của P c và n 1 theo số vòng quay.

a) Động cơ Diesel;

b) Động cơ xăng;

1 – mở hoàn toàn bướm ga; 2 – mở 40%; 3 – mở 20%.

1.000 1.200 1.400 1.600 1.800

P c , MN/m 2

1,2 1,3 1,4

n 1

1 2 3 a)

b)

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng 2) Phụ tải của động cơ

Khi tăng tải sẽ làm tăng trạng

thái nhiệt và nhiệt độ trung bình của

thành xylanh, qua đó làm tăng nhiệt

lượng cấp cho môi chất ở đầu quá trình

nén và giảm tản nhiệt ở cuối quá trình

nén, kết quả sẽ làm tăng n1

Ảnh hưởng trên của tải tới n1 của

động cơ Diesel rất nhỏ (hình 8.29) nhưng

thể hiện rất khác nhau đối với động cơ

xăng (hình 8.30) Khi chạy ở tốc độ lớn,

tải của động cơ xăng gây ảnh hưởng ít

tới n1

Ở tốc độ thấp, tải gây ảnh hưởng

lớn tới n1, vì khi đóng nhỏ bướm ga mà

động cơ ở tốc độ n thấp sẽ có nhiều

xăng chưa kịp bay đi vào xylanh để bay

hơi tiếp ở đầu quá trình nén (vì đường

nạp ít được sấy nóng, tốc độ môi chất lại

thấp, xăng khó bay hơi) Nếu tăng tốc

độ n sẽ làm tăng nhanh độ chân không ở

sau bướm ga, cải thiện điều kiện phun

tơi và bay hơi của xăng, không còn xăng

chưa kịp bay hơi ở đầu quá trình nén (n

= 2.000 và 2.200 vòng/phút, hình 8.30)

3) Tình trạng kỹ thuật

Nếu piston – xylanh mòn nhiều sẽ làm tăng lọt khí, gây mất nhiệt và làm giảm n1 Trường hợpcó muội than bám trên đỉnh piston, mặt nắp xylanh hoặc có lớp cặn bám trên mặt tiếp xúc với môichất làm mát của xylanh sẽ ngăn tản nhiệt của môi chất và làm tăng n1

Nếu tăng tỷ số nén ε sẽ làm tăng Pc và Tc, do đó sẽ làm tăng phần nhiệt tản cho xylanh vàlàm giảm n1

Tất cả các biện pháp nhằm giảm nhiệt độ trung bình của xylanh như: tăng tốc độ tuần hoàncủa nước làm mát, làm mát đỉnh piston, đều làm giảm n1

4) Kích thước xylanh (đường kính D của xylanh và hành trình S của piston).

tỷ lệ thuận với

D1 , (trong đó: Flm, Vh là diện tích làm mát và thể tích công tác củaxylanh), do đó tăng D sẽ làm cho môi chất khó tản nhiệt hơn qua đó làm tăng n1

Khi Vh = const, trong trường hợp 1

D

S

> nếu giảm tỷ số

DS sẽ làm giảm

DS kết quả sẽ ngược lại

Hình 8.29 Ảnh hưởng của phụ tải của động cơ Diesel

đến sự thay đổi chỉ số nén đa biến n 1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 P e ,MN/m 2

P c , MN/m 2

n 1 1,4 1,3

20 30 40

n 1

P c

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1,25

1,30 1,35 1,40

n 1

% mở bướm ga

2.200, vg/ph 2.000

1.800 1.000

Hình 8.30 Ảnh hưởng của góc mở bướm ga đến n 1.

IV.2.5 Vấn đề chọn tỷ số nén động cơ

Tỷ số nén là một thông số ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng làm việc của động cơ Khi tăngtỷ số nén sẽ làm tăng công suất và hiệu suất của chu trình làm việc Mặc khác khi nâng cao tỷ số néncó thể mở rộng phạm vi sử dụng thành phần của hoà khí và đặc biệt có lợi khi sử dụng hoà khí nhạt.Khi nâng cao tỷ số nén của động cơ xăng cần phải chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng đến kíchnổ Bởi vì khi tăng tỷ số nén, tuy tốc độ cháy gia tăng nhưng do nhiệt độ và áp suất cuối quá trình néncao hơn làm tăng khuynh hướng tự bốc cháy của hoà khí khi màng lửa từ bougie chưa kịp lan truyềntới nên dễ tạo ra hiện tượng kích nổ

Thực nghiệm cho thấy rằng: chỉ số octan của xăng ảnh hưởng trực tiếp đến kích nổ, xăng cóchỉ số octan càng thấp thì khuynh hướng kích nổ càng dễ xảy ra và tỷ số nén cho phép càng thấp Vìvậy, nâng cao chỉ số octan của xăng là cơ sở để tăng tỷ số nén và giảm khuynh hướng xảy ra kích nổ.Ngoài ra, cấu tạo của buồng cháy cũng gây ảnh hưởng tới kích nổ Như vậy tỷ số nén trên động cơxăng phụ thuộc vào chỉ số octan của nhiên liệu và tính năng chống kích nổ của buồng cháy

Thông thường tỷ số nén được chọn bằng thử nghiệm, ngoài hai điều kiện về chỉ số octan củanhiên liệu và loại buồng cháy còn phải kết hợp với điều kiện sử dụng động cơ Nếu động cơ ô tôdùng hộp số cơ khí, khi bắt đầu lăn bánh động cơ phải làm việc ở chế độ tốc độ thấp và tải lớn nhưng

ở chế độ thường dùng thì tải vừa và tải nhỏ Do đó phải dùng biện pháp đánh lửa muộn hơn khi chạy

ở tốc độ thấp và tải lớn để giảm khuynh hướng kích nổ

Tuy nhiên khi tỷ số nénε > 10, lợi ích về công suất và tính kinh tế đem lại không nhiều, ngượclại nó lại rất dễ tạo nên hiện tượng kích nổ và cháy sớm

Trong động cơ Diesel, khi tỷ số nénε phụ thuộc vào phương pháp hình thành hoà khí của động

cơ nhằm bảo đảm cho động cơ dễ khởi động khi máy lạnh Khi chọn tỷ số nén cho động cơ Diesel cầntính đến kích thước xylanh, vật liệu chế tạo piston và xylanh, chế độ làm việc của động cơ, Động cơcàng nhỏ, dùng hợp kim nhẹ phải có tỷ số nén lớn Động cơ càng lớn, piston và xylanh thường làmbằng gang, thường làm việc ở chế độ tải lớn nên số nénε phải nhỏ

Tỷ số nén tham khảo của một vài loại động cơ ô tô

- Động cơ Diesel, buồng cháy thống nhất: 13 ÷ 16

- Động cơ Diesel, buồng cháy ngăn cách: 17 ÷ 20

Động cơ Diesel tàu thuỷ và tĩnh tại

- Động cơ có tốc độ thấp: 13 ÷ 14

- Động cơ có tốc độ trung bình: 14 ÷ 15

- Động cơ cao tốc, tăng áp: 12 ÷ 13

IV.3 Quá trình cháy

IV.3.1 Quá trình cháy trong động cơ xăng

1) Diễn biến của quá trình

Trong động cơ xăng, quá trình cháy động cơ bắt đầu từ khi tia lửa xuất hiện ở điện cực bougietrong môi trường hòa khí được hòa trộn trước, sau đó xuất hiện màng lửa lan truyền khắp mọi hướng

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng

trong không gian buồng cháy Trong quá trình cháy hóa năng của nhiên liệu được chuyển thành nhiệtnăng làm tăng áp suất và nhiệt độ của môi chất Nếu nhiên liệu càng được cháy hoàn toàn và kịp thờithì năng lượng nhiệt được chuyển thành công càng tốt làm tăng công suất và hiệu suất động cơ.Diễn biến bình thường của quá trình cháy động cơ xăng đầu bắt đầu từ khi tia lửa xuất hiện ởđiện cực bougie, đến khi tạo thành màng lửa và lan truyền khắp không gian buồng cháy với tốc độtăng dần theo mọi hướng tới khi đốt hết hòa khí

Phương pháp nghiên cứu quá trình cháy trong buồng cháy động cơ, thường dùng nhất là đồ thịcông P –ϕ, tức là đồ thị thể hiện biến thiên của áp suất trong xylanh theo góc quayϕ của trục khuỷu.Nhờ thiết bị đo dao động ký để ghi lại sự biến thiên của áp suất trong xylanh P theo góc quay trụckhuỷuϕ Dựa vào biến thiên này có thể biết diễn biến của quá trình cháy

Đồ thị công P –ϕ, điển hình diễn biến bình thường của quá trình cháy trên động cơ xăng nhưhình 8.31 Các điểm trên đồ thị bao gồm:

Điểm 1 – bắt đầu đánh lửa, cách ĐCT một gócθ được gọi là góc đánh lửa sớm;

Điểm 2 – là thời điểm đường áp suất tách khỏi đường nén;

Điểm 3 – là thời điểm đạt áp suất cực đại Điểm áp suất cực đại và điểm nhiệt độ cực đạikhông trùng nhau Điểm nhiệt độ cực đại thường xuất hiện muộn hơn so với áp suất cực đại Dựa vàođặt trưng biến thiên áp suất trên đồ thị P –ϕ, người ta chia quá trình cháy của động cơ xăng thành 3thời kỳ

Thời kỳ cháy trễ I (từ điểm 1 đến điểm 2)

Tính từ lúc đánh lửa đến áp suất P tăng đột ngột Trong thời kỳ này áp suất trong xylanh tươngtự như trường hợp không đánh lửa, qua một thời gian ngắn đến lúc xuất hiện nguồn lửa được gọi làmàng lửa trung tâm Thời điểm xuất hiện màng lửa trung tâm không nhất thiết trùng với thời điểmtăng đột ngột của áp suất P Thông thường màng lửa trung tâm xuất hiện sớm một chúc so với thờiđiểm tăng đột ngột của P Nhưng để đơn giản người ta không cần phân biệt rõ hai thời điểm này

Hình 8.31 Quá trình cháy của động cơ xăng đốt cháy cưỡng bức.

I – cháy trễ, II – cháy nhanh, III – cháy rớt;

1 – đánh lửa; 2 – hình thành màng lửa trung tâm; 3 – áp suất lớn nhất

0,7 1,4 2,1 2,8 3,5 4,2

P, MN/m 2

θ

1 2 I II

III 3

Phân tích thời kỳ cháy trễ thấy rằng, sau khi bougie bật tia lửa điện, hòa khí trong xylanhkhông cháy ngay mà phải thực hiện một loạt phản ứng sơ bộ tạo nên sản vật trung gian Trong thời kỳnày lượng nhiệt nhả ra của các phản ứng rất nhỏ.

Thời kỳ cháy trễ dài hay ngắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính chất, áp suất, nhiệt độ của hòakhí trước khi đánh lửa và năng lượng tia lửa điện

Thời kỳ cháy nhanh II (được tính từ điểm 2 đến điểm 3, điểm có áp suất cực đại)

Thời kỳ này cũng tương ứng với thời kỳ lan truyền của màng lửa tính từ lúc xuất hiện mànglửa trung tâm tới khi màng lửa lan truyền khắp buồng cháy Màng lửa của động cơ xăng, đốt cháycưỡng bức bằng tia lửa điện hầu hết là màng lửa chảy rối Trong thời kỳ này màng lửa lan truyền vớitốc độ tăng dần, hòa khí trong xylanh có phản ứng oxy hóa ngày một mãnh liệt và nhả ra số nhiệtlượng lớn, trong khi dung tích xylanh thay đổi ít làm cho áp suất và nhiệt độ của môi chất tăng nhanh.Thời kỳ cháy nhanh là giai đoạn chính trong quá trình cháy hòa khí của động cơ xăng, phầnlớn nhiệt lượng được nhả ra trong giai đoạn này; quy luật nhả nhiệt sẽ quyết định tăng áp suất vàquyết định khả năng sinh công, vì vậy thời kỳ này ảnh hưởng quyết định tới tính năng của động cơ.Nhìn từ khía cạnh nâng cao hiệu suất nhiệt của chu trình, thì cần thời gian cháy càng nhanhcàng tốt Muốn rút ngắn thời gian cháy phải nâng cao tốc độ cháy, làm cho áp suất cực đại và nhiệtđộ cực đại xuất hiện sau ĐCT, khiến số nhiệt lượng nhả ra được tận dụng đầy đủ, làm tăng công suấtvà hiệu suất động cơ

Trường hợp cháy bình thường, tốc độ lan màng lửa vào khoảng 10 ÷ 30 m/s, diện tích mànglửa thay đổi theo quy luật phân bố dung tích của buồng cháy, đặc điểm lưu động của môi chất, vị tríđặt bougie v.v, Tốc độ lan truyền và diện tích màng lửa càng lớn sẽ làm cho tốc độ cháy, tốc độnhả nhiệt, áp suất và nhiệt độ môi chất trong xylanh trong thời kỳ cháy nhanh tăng lên càng nhiềulàm cho công suất và hiệu suất động cơ đều được cải thiện tốt hơn

Tuy vậy tốc độ cháy không thể lớn quá nếu không sẽ làm tăng nhanh tốc độ tăng áp suất, gây

va đập cơ khí, tăng tiếng ồn làm cho hoạt động của động cơ trở nên thô bạo, gây tăng mài mòn chocác chi tiết và giảm tuổi thọ sử dụng động cơ

Thời kỳ cháy rớt III (được tính từ điểm 3 điểm áp suất cực đại trở đi)

Mặt dù cuối thời kỳ II màng lửa đã lan truyền khắp buồng cháy, nhưng do hòa khí phân bốkhông đều, điều kiện áp suất và nhiệt độ ở mọi khu vực trong buồng cháy không hoàn toàn giốngnhau, nên có những khu vực nhiên liệu chưa cháy hết Trong quá trình giãn nở, do điều kiện hòa trộnthay đổi sẽ làm cho số nhiên liệu chưa cháy được hòa trộn và bốc cháy tiếp tạo nên thời kỳ cháy rớt.Thời kỳ cháy rớt của động cơ xăng thường ngắn

Trong thời kỳ này, nhiệt lượng nhả ra tương đối ít, dung tích động cơ lại tăng nhanh nên ápsuất trong xylanh sẽ giảm dần theo góc quay trục khuỷu Thời kỳ cháy rớt dài hay ngắn là tuy thuộcvào số lượng hòa khí cháy rớt, nhìn chung đều mong muốn rút ngắn thời kỳ cháy rớt

Tuy nhiên, cũng có trường hợp cháy rớt còn kéo dài sang quá trình thải, thậm chí đến khi bắtđầu quá trình nạp của chu trình kế tiếp, khí thải đang cháy còn đi vào cả đường nạp đốt cháy hòa khítại đây Đây chính là hiện tượng hồi hỏa của động cơ xăng

2) Các thông số của quá trình cháy

Các thông số của môi chất ở đầu quá trình cháy (cuối quá trình giãn nở) và cuối quá trình cháyđược xác lập theo các phương trình trạng thái và các phương trình của quá trình như sau: