CHƯƠNG 4 QUÁ TRÌNH nạp xả

Chơng qúa trình nạp - xả 4.1 thông số đặc trng trình nạp-xả a) p , T0 N p , T0 b) p T r pr po p s , Ts pa LM c) p k , Tk K ĐCT b a ĐCT V p p x , Tx X r a po pk pa pr b ĐCT ĐCT V H 4-1 Một số thông số đặc trng trình nạp-xả a) Sơ đồ hệ thống nạp-xả, b) Quá trình nạp-xả động kỳ không tăng áp, c) Quá trình nạp-xả động kỳ tăng áp K- ống góp khí nạp, X - ống góp khí thải T- turbine khí thải, N- máy nén khí tăng áp, LM - thiết bị làm mát khí tăng áp p0, T0 - áp suất nhiệt độ khí , ps , Ts - áp suất nhiệt độ khí nạp sau máy nén, pk , Tk - áp suất nhiệt độ khí mới, px , Tx - áp suất nhiệt độ khí thải, pa - áp suất cuối trình nạp, pr - áp suất khí sót PGS TS Nguyễn Văn Nhận - Lý thuyết ĐCĐT - 107 Nh biết, hoạt động ĐCĐT có tính chu kỳ, tức có chu trình công tác Để thực đợc chu trình công tác tiếp theo, phải xả hết khí thải khỏi không gian công tác xylanh nạp vào khí Quá trình nạp khí xả khí thải có liên quan mật thiết với đợc gọi chung trình nạp-xả trình thay đổi khí trình trao đổi khí Do thay đổi tiết diện lu thông vận tốc piston nh ảnh hởng hàng loạt tợng khí động khác nên áp suất MCCT xylanh trình nạp-xả biến đổi phức tạp H 4.2 giới thiệu ví dụ đồ thị công thu đợc dùng thiết bị ghi áp suất có độ nhạy cao Tuy nhiên, dao động áp suất MCCT trình nạp-xả có ảnh hởng không đáng kể đến tổng diện tích đồ thị công nên tính vẽ chu trình, ngời ta thờng qui ớc áp suất MCCT thời gian diễn trình xả nạp không đổi (H 4-1b H 41c) a) b) p po p po ĐCT ĐCT V ĐCT V H 4-2 áp suất MCCT trình nạp-xả đợc đo thiết bị có độ nhạy cao 1) áp suất khí nạp (pk ) áp suất khí nạp (pk) áp suất đợc xác định không gian chứa khí nạp trớc vào không gian công tác xylanh (trớc xupáp nạp động kỳ trớc cửa nạp động kỳ) pk = p0 - p0 pk = ps - pm - Động kỳ không tăng áp - Động kỳ tăng áp kỳ : p0 - áp suất khí quyển, ps - áp suất sau máy nén khí nạp, p0 - tổn thất áp suất lực cản lọc khí đờng ống nạp, pm - tổn thất áp suất lực cản thiết bị làm mát khí tăng áp PGS TS Nguyễn Văn Nhận - Lý thuyết ĐCĐT - 108 Trị số p0 phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo, chất lợng chế tạo, tình trạng kỹ thuật lọc khí đờng ống nạp Trị số pm phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm cấu tạo thiết bị làm mát áp suất ps đợc định phơng pháp tăng áp mức độ cờng hoá động Bảng 4-1 áp suất khí nạp ĐCĐT áp suất khí nạp (pk) Tăng áp truyền Tăng áp động khí turbine khí thải Loại động Động thấp tốc, công suất lớn (1,1 ữ 1,2) p0 (1,3 ữ 1,7) p0 Động có công suất tốc độ trung bình (1,2 ữ 1,4) p0 (1,5 ữ 3,0) p0 Động ôtô, máy kéo (1,2 ữ 1,5) p0 (1,5 ữ 1,7) p0 Động cờng hoá cao 5,0 p0 2) Nhiệt độ khí nạp (Tk ) Nhiệt độ khí nạp (Tk) nhiệt độ đợc xác định không gian chứa khí nạp trớc vào không gian công tác xyalanh p Tk = T0 s p0 m m (4.1) Tm : po , T0 - áp suất nhiệt độ khí quyển, ps - áp suất khí nạp sau máy nén, m - số nén đa biến, Tm - mức độ làm mát khí tăng áp Chỉ số nén đa biến máy nén tăng áp (m) phụ thuộc vào loại máy nén Mức hạ nhiệt độ qua thiết bị làm mát khí tăng áp (Tm) phụ thuộc vào mức độ tăng áp, thiết bị phơng pháp làm mát khí tăng áp Tm = 25 ữ 50 m = 1,45 ữ 1,60 - Máy nén piston m = 1,65 ữ 1,80 - Máy nén roto m = 1,45 ữ 1,80 - Máy nén ly tâm 3) áp suất cuối trình nạp (pa ) PGS TS Nguyễn Văn Nhận - Lý thuyết ĐCĐT - 109 áp suất cuối trình nạp (pa) thông số liên quan trực tiếp đến lợng khí đợc nạp vào không gian công tác xylanh chu trình, từ định công suất mà động phát Để hiểu rõ ảnh hởng yếu tố khác đến p a , viết phơng trình Bernoullie cho dòng khí nạp vị trí trớc sau cửa nạp nh sau : pk wk2 pa wn2 wn + g Hk + = + n + n + g Ha k a 2 (4.2) : pk , pa - áp suất khí nạp trớc cửa nạp áp suất xylanh, Hk , Ha - độ cao cửa nạp độ cao không gian công tác vị trí xét , a - mật độ khí nạp xylanh, wk - vận tốc khí nạp trớc cửa nạp, wn - vận tốc trung bình khí nạp cửa nạp, n - hệ số tính đến ảnh hởng tiết diện lu thông cửa nạp, n - hệ số cản đờng ống nạp Có thể xem Hk Ha , k a wk [...]... phơng pháp nạp- xả Thông thờng, trị số của các góc phối khí đợc lựa chọn bằng con đờng thực nghiệm Bảng 4- 2 Góc phối khí của một số động cơ Động cơ Zill - 130 Peugeot 40 4 Gaz - 21 D6 D50 PGS TS n [rpm] 3200 540 0 40 00 1500 740 Nguyễn Văn Nhận - ns nm xs xm [ 0 gqtk] 31 0 24 20 80 [ 0 gqtk] 83 30,5 64 48 50 [ 0 gqtk] 67 35 58 48 50 [ 0 gqtk] 47 4, 5 30 20 54 Lý thuyết ĐCĐT - 119 4. 3 quá trình nạp - xả ở động... chậm lại quá trình nạp vì khí mới chỉ có thể đi vào xylanh khi áp suất trong đó nhỏ hơn áp suất trớc xupap nạp Kết quả là hệ số khí sót tăng và hệ số nạp giảm khi góc xả muộn quá nhỏ Nếu góc xả muộn quá lớn cũng có hậu quả tơng tự nh trờng hợp góc xả muộn quá nhỏ, vì khi đó sẽ có một lợng nhất định khí thải trong ống xả đợc hút ngợc trở lại không gian công tác của xylanh 3) Góc nạp sớm Xupap nạp đợc...H 4- 4 ảnh hởng của góc phối khí đến quá trình nạpxả ở động cơ 4 kỳ 1) Góc xả sớm Xupap xả đợc mở trớc khi piston tới ĐCD trong hành trình dãn nở nhằm mục đích để một lợng đáng kể khí thải tự thoát ra khỏi không gian công tác của xylanh, qua đó giảm đợc công tiêu hao cho việc đẩy khí thải trong hành trình xả và giảm lợng khí sót Giả sử b1 là thời điểm bắt đầu mở xupap xả tối u và đờng xả đợc thể... thẳng qua cửa xả chỉ sử dụng đợc cho loại động cơ piston đối đỉnh (2 piston trong 1 xylanh) Loại động cơ này phải có 2 trục khuỷu hoặc nếu chỉ dùng 1 trục khuỷu thì phải có cơ cấu đồng bộ khá phức tạp 4. 3.3 diễn biến quá trình nạp - xả ở động cơ 2 kỳ Quá trình nạp- xả ở động cơ 2 kỳ có thể chia thành 3 giai đoạn : xả tự do, quét và nạp thêm (hoặc lọt khí) 1) Giai đoạn I - Xả tự do Giai đoạn xả tự do kéo... thông của xupap nạp tại những thời điểm piston gần ĐCT sẽ nhỏ, sức cản khí động tăng sẽ làm cho áp suất trong xylanh ở giai đoạn đầu hành trình nạp thấp hơn Kết quả là lợng khí nạp sẽ giảm và công tiêu hao cho quá trình nạp- xả cũng tăng Nếu xupap nạp mở quá sớm thì hậu quả cũng tơng tự nh trờng hợp xupap nạp mở quá muộn, vì khi đó một lợng nhất định khí thải sẽ bị đẩy vào đờng ống nạp rồi sau đó quay... điểm đầu của hành trình nạp Thậm chí một lợng nhất định khí mới cũng đợc hút ra đờng ống xả nếu các góc nạp sớm (ns) và xả muộn (xm) có trị số thích hợp Hiện tợng này đợc gọi là quét buồng đốt Giả sử r1 là thời điểm đóng kín xupap xả tối u, đờng áp suất tơng ứng là đờng liền (H 4- 4c) Nếu góc xả muộn quá nhỏ, tức là xupap xả đóng quá sớm (điểm r 1s) thì tiết diện lu thông của xupap xả sẽ rất nhỏ tại... piston tới ĐCT trong hành trình xả nhằm mục đích tăng lợng khí nạp vào xylanh nhờ đảm bảo tiết diện lu thông của xupap nạp PGS TS Nguyễn Văn Nhận - Lý thuyết ĐCĐT - 118 đủ lớn ở giai đoạn đầu của hành trình nạp Giả sử d 1 là thời điểm bắt đầu mở xupap nạp tối u và đờng áp suất đợc thể hiện bằng đờng liền trên H 4- 4d Nếu góc nạp sớm (ns) quá nhỏ, tức là thời điểm bắt đầu mở xupap nạp quá gần ĐCT (điểm d1m),... xylanh 4) Góc nạp muộn Việc mở xupap nạp đợc duy trì một thời gian sau khi piston đã rời ĐCD trong hành trình nén nhằm mục đích tăng lợng khí mới đợc nạp vào xylanh Bởi vì, mặc dù piston đã bắt đầu đi lên nhng do quán tính của dòng khí nạp và chênh lệch áp suất, một lợng nhất định khí mới vẫn tiếp tục đi vào xylanh ở những thời điểm đầu của hành trình nén Nếu xupap nạp đóng quá sớm (điểm a 1s - H 4- 4e)... (hoặc Nạp thêm) pk p px a a p o Giai đoạn III là Giai đoạn lọt khí nếu cửa quét đóng trớc hoặc là Giai đoạn nạp thêm nếu cơ cấu xả đóng trớc ChỉV những hệ thống quét -xả có góc phối khí ĐCD không đối xứng (H 4- 7dp và H 4- 8d, e, f) mới có thể thực hiện giai đoạn nạp b) thêm Qua tìm hiểu hệ thống bvà diễn biến quá trình nạp- xả ở động cơ 2 kỳ, có 1 thể rút ra một số nhận xét sau : d 1 p p px a k Toàn bộ quá. .. bằng đờng liền trên H 4- 4a và H 4- 4b Nếu xupap xả mở quá sớm (điểm b 1s - H 4- 4a), tức là khi mà áp suất trong xylanh vẫn còn khá cao, sẽ có những điểm lợi hại nh sau : PGS TS Nguyễn Văn Nhận - Lý thuyết ĐCĐT - 117 - Lãng phí nhiều công dãn nở, - Công tiêu hao cho việc đẩy khí thải trong giai đoạn xả cỡng bức sẽ nhỏ hơn do đã có một phần lớn sản phẩm cháy tự thoát ra ngoài trong hành trình dãn nở - Lợng ... Văn Nhận - Lý thuyết ĐCĐT - 1 14 H 4- 3 Đồ thị biểu diễn trình nạp- xả động kỳ a) Sự thay đổi tiết diện lu thông xupap xả (Ax) xupap nạp (An) b) Đồ thị công ; c) Đồ thị góc Quá trình nạp- xả động... 4. 3.3 diễn biến trình nạp - xả động kỳ Quá trình nạp- xả động kỳ chia thành giai đoạn : xả tự do, quét nạp thêm (hoặc lọt khí) 1) Giai đoạn I - Xả tự Giai đoạn xả tự kéo dài từ thời điểm cấu xả. .. 740 Nguyễn Văn Nhận - ns nm xs xm [ gqtk] 31 24 20 80 [ gqtk] 83 30,5 64 48 50 [ gqtk] 67 35 58 48 50 [ gqtk] 47 4, 5 30 20 54 Lý thuyết ĐCĐT - 119 4. 3 trình nạp - xả động kỳ 4. 3.1 khái niệm chung