Lý thuyết động cơ đốt trong đh kỹ thuật công nghiệp tp HCM

LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (THEORY of ICE) Nội Dung Môn Học Lịch sử phát triển ĐCĐT Khái niệm động nhiệt Phân loại động đốt Tổng quát động đốt Những khái niệm định nghĩa Chu trình lý tưởng ĐCĐT-Cơ sở nhiệt động học Nhiên liệu môi chất công tác ĐCĐT Chu trình làm việc ĐCĐT Tăng áp ĐCĐT 10.Nhiên liệu thay số hướng phát triển ĐCĐT tương lai Tài liệu tham khảo Nguyễn tất Tiến: “Nguyên lý động đốt trong” Nhà xuất Giáo Dục; 9/2001 Phạm minh Tuấn: “Nguyên lý động đốt trong” Nhà xuất Giáo Dục; 2002 Heywood, J B.: “Internal Combustion Engine Fundamental” New York: McGraw-Hill, 1988 Basshuysen, R van; Schäfer, F.: “Internal Combustion Engine Handbook” Wiesbaden: Vieweg, Germany, 2002 Quoc Phong Le: “Influences of EGR and Alternative Fuels on Thermodynamic and Emission Parameters of Heavy-Duty Engine” TAE, Technische Akademie Esslingen, Sttugart, 6th International Colloquium Fuels, Proceedings, ISBN 3-924813-67-1, Germany www.tae.de, 2007 Quoc Phong Le: “Influences of EGR and Alternative Fuels on Thermodynamic and Emission Parameters of Heavy-Duty Engine” Dissertation, University of Magdeburg, Germany, http://diglib.uni-magdeburg.de/verzeich/fmb.htm, 2007 1673 Máy bốc bột Christian Huygens 1600 1700 1801 1816 Máy kỳ (mit Máy không khí Khí than, nén trước nóng, đốt cháy R Stirling (Phillipe Lebon) 1800 1765 Máy nước James Watt Quelle Animation: 1820-1830 Máy khí (gần giống Huygens, Với khí nước làm mát 1826 sử dụng xe (S Brown) Internet: ThinkQuest, Fa Oracle, Start your engine, team C006011, 2000 http://library.thinkquest.org/C006011/ 1862 1867 Máy thực ĐC khí trình kỳ (N.A Otto (A Beau de and Eugen Lange) Rochas) 1850 1860 ĐC khí kiẻu tự hút Khong nén trước.ĐCĐT N A Otto (Jean Lenoir) 1876 ĐC kỳ Nén hỗn hợp (N.A Otto) 1897 ĐC Diesel Nén khí tự đánh lửa (R Diesel) 1921 ĐC Diesel Phun trực tiếp (Deutz) Từ 1970 Đẩy mạnh nghiên cứu giảm độc hại khí thải dùng nhiên liệu thay Và cải tiến hệ thông truyền động 1997 ĐC xăng với DI (Japan) 1884 Bắt đầu ĐC xăng Cao tốc Beginn der Fahrzeugmotorentechnik (G Daimler, W Maybach) 1900 1909 ĐC Diesel Với buồng cháy phụ SX hàng loạt1922 (Prosper L‘Orange) 1950 1954 ĐC kiểu piston quay (F Wankel) 1989 ĐC Diesel Xe chở người có phun trưc tiếp (Audi) Quelle: 1: Helmut Hütten, "Motoren", Motorbuchverlag Stuttgart 2: Internet: Der Wankelmotor, http://www.derwankelmotor.de, 2000-2006 3: MTZ-Sonderheft, TDI-Der Turbodieselmotor mit direkter Einspritzung von Audi revolutionierte die PKW-Dieselmotorentechnik, Vieweg-Verlag, 1999 Khái niệm động nhiệt + Khái niệm: Động nhiệt thiết bị khí có khả chuyển nhiệt nhiên liệu cháy thành + Động đốt trong: loại động nhiệt mà việc đốt cháy nhiên liệu, toả nhiệt trình chuyển nhiệt thành tiến hành động Phân loại ĐCĐT Dựa vào cách thực chu trình công tác Dựa vào nhiên liệu dùng cho động Dựa vào phương pháp hình thành hỗn hợp Dựa vào phương pháp đốt cháy nhiên liệu Theo phương pháp nạp Theo hệ thống điều khiển trao đổi khí Theo cấu tạo động Theo phương pháp làm mát Theo cách điều khiển tải 10 Theo tốc độ công xuất 11 Theo khả thay đổi chiều quay, chiều lực khí thể tốc độ trung bình piston 12 Theo lĩnh vực sử dụng Phân Loại ĐCĐT Chu trình làm việc Chu trình mở Chu trình kín Cháy bên Cháy bên Môi chất: khí cháy Môi chất khí cháy (thay đổi pha) Cháy có chu kỳ Cháy liên tục Quá trình cháy Kiểu đánh lửa Loại ĐC ĐCDT Tự động đánh lửa (Auto-Ignition) Diesel Từ nguồn lửa bên (Supplied Ignition) ĐC lai (Hybrid) ĐC xăng (Gasoline) Turbine Phương pháp hình thành hỗn hợp Ro hs Kh í Không đồng (Hình thành bên ĐC) Đồng nhấtHình thành bên (Không đồng DI-Hình thành bên trong) Stirling Hơi nước nóng Hơi nước Hơi nước Không đồng (Hình thành trình cháy liên tục) Phân Loại ĐCĐT • Dựa vào cách thực chu trình công tác: ĐC kỳ: chu trinh công tác thực hành trình pít tông (2 vòng quay trục khuỷu) ĐC kỳ: chu trinh công tác thực hành trình pít tông (1 vòng quay trục khuỷu) • Dựa vào nhiên liệu dùng cho động cơ: Nhiên liệu khí: CNG (methane, propane, butane, Natural Gas…) Nhiên liệu lỏng: Loại nhẹ (xăng (gasoline), alcohol (methanol, ethanol), khí hoá lỏng (LNG, LPG), kerosene); Loại nặng (diesel fuel, FAME (Fatty-acid Methyl Esters) RME (BIODIESEL), GTL, BTL, CTL, dầu thực vật, nhiên liệu cho tàu thuỷ); Hybrid Fuel (Diessel+RME, Gasoline+Ethanol, O2-Diesel, Diesel +Khác ) Nhiên liệu rắn: Than hoá bột Phân Loại ĐCĐT • Dựa vào phương pháp hình thành hỗn hợp: Hinh thành hỗn hợp bên (External Mixture Generation) Hình thành hỗn hợp bên (Internal Mixture Generation) Dựa vào chất lượng trình hoà trôn: Hỗn hợp đồng (Homogeneous): Carburetor, Phun đường nạp (intake manifold injection), Phun trực tiếp ĐC xăng hành trình nạp Hỗn hợp không đồng nhất(Heterogeneous): Diesel, Phun xăng trực tiếp (GDI) Dựa vào vị trí hình thành hỗn hợp (Kiểu phun): Phun trực tiếp vào buồng cháy: Diesel phun trực tiếp (DI), xăng phun trực tiếp (GDI) – Tia phun hướng theo tia khí (Air-Directed), Hướng theo tia phun (Jet-Directed), Hướng theo vách buồng cháy (Wall-Directed) Phun gián tiếp (IDI): Phun vào buồng cháy phụ ĐC Diesel (Subsidiary Chamber) - Buồng cháy trước (Antechamber), Buồng cháy xoáy lốc (Swrirl Chamber) Phun vào đường nạp (ĐC xăng) Những khái niệm định nghĩa Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật • Công xuất: - Công xuất có ích Pe(Ne): Là công xuất đo đuôi trục khuỷu Tính theo mô men số vòng quay: Pe ( N e ) = M d 2π n -Md: mô men ĐC Tính theo áp xuất có ích trung bình pme(pe) Pe ( N e ) = inpmeVH hay N e = peVhin τ - i=0.5 (4 kỳ); (2 kỳ) - n: tốc độ ĐC - VH(VhΣ ): thể tích công tác ĐC - τ: số hành trình piston chu trình - i: số xy lanh Những khái niệm định nghĩa Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật • Công xuất: - Với áp xuất có ích trung bình pme(pe): M d 2π pme ( pe ) = VH i Pe = Pi − Pm - i=0.5 (4 kỳ); (2 kỳ) - n: tốc độ ĐC - VH(VhΣ ): thể tích công tác ĐC Hay Ne = Ni − N m -Pm hay Nm công xuất tổn hao giới (Tiêu hao cho ma sát, cho dẫn động hệ thống phụ trợ, cho dẫn động cấu phân phối khí, cho hành trình “bơm”…) Những khái niệm định nghĩa Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật • Xuất tiêu hao nhiên liệu có ích be(ge) (g/kW h): Bo be ( g e ) = = Pe ηe H u -Bo(GNL): Lượng tiêu hao nhiên liệu 1s (kg/s) - η e: Hiệu xuất có ích - Hu(Qtk): Nhiệt trị thấp nhiên liệu (J/kg) Tương tự ta có: Bo bi ( gi ) = = Pi ηi H u -Bo(GNL): Lượng tiêu hao nhiên liệu 1s (kg/s) - η i: Hiệu xuất thị - Hu(Qtk): Nhiệt trị thấp nhiên liệu (J/kg) Những khái niệm định nghĩa Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Loại ĐC Tốc độ lớn (rpm) Cm (m/s) Pme (bar) be (g/kW h) ĐC đua (Formular 1) 18000 25 16 ĐC xăng xe 7500 20 13 (17 có TA) ĐC nhỏ kỳ 20000 19 ĐC mô tô 13500 19 12 270 ĐC Diesel xe 5000 15 20 200 (240 Không TA, IDI) 250 350 17 ĐC xăng xe (TA) ĐC Diesel Truck 4200 14 22 190 ĐC Diesel tốc độ cao (Lớn) 2200 13 30 205 ĐC Diesel tôc độ cao (Nhỏ) 1200 10 25 >200 Những khái niệm định nghĩa Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật • Hiệu xuất: -Được xác định từ nhiệt nhiên liệu - Nhiệt lượng toả đôt cháy nhiên liệu đơn vị thời gian là: Ek & = Bo H u t Ek: Nhiệt lượng toả Congxuat P η= = Nhietluong Ek t Những khái niệm định nghĩa Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật • Hiệu xuất: Hiệu xuất thị η i: Pi ηi = = Bo H u bi H u Hiệu xuất có ích η e: Pe ηe = = Bo H u be H u -Bo(GNL): Lượng tiêu hao nhiên liệu 1s (kg/s) - η i: Hiệu xuất thị - Hu(Qtk): Nhiệt trị thấp nhiên liệu (J/kg) - bi (gi) :Xuất tiêu hao nhiên liệu thị Những khái niệm định nghĩa Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật • Hiệu xuất: Hiệu xuất giới η m: be Pe = bi Pi = B&0 Hay g e N e = gi N i = Gnl Pe bi = be = beηm Pi Ne gi = g e = g eηm Ni ηe = ηiη m Những khái niệm định nghĩa Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật • Hiệu xuất: B&o ×H U = 100% ηi ηe Pi ηm Pe Pe ηe = = Bo H u be H u Pi ηi = = Bo H u bi H u ηe = ηη i m Những khái niệm định nghĩa Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật • Hiệu xuất: ĐC xăng ĐC Diesel (light and medium duty TA) ĐC Diesel (heavy-duty TA)) ĐC Diesel Lớn (2 kỳ-TA) ηi 0,39 0,46 0,46 0,52 ηm 0,85 0,85 0,86 0,92 0,36 … 0,44 0,44 … 0,53 ηe 0,25 … 0,35 0,35 … 0,43 η e in % η e ĐCĐT đại ĐC xăng Quelle: www.IAV.de ĐC xăng DI ĐC Diesel ĐC Diesel DI Heavy duty DI Những khái niệm định nghĩa Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật • Tỷ số công xuất-khối lượng (Power to Weight Ratio) mG (kg/kW -Xuất khối lương gđ): Là tiêu so sánh mặt khối lương ĐC mM mG = Pe Gd gd = Ne Hay Loại ĐC MG (gd) ĐC đua (Formular 1) 0.4 ĐC xăng xe 2.0 (3.0-TA) ĐC Diesel xe 5.0 (4.0-TA) ĐC Diesel comercial 5.5 ĐC Diesel tốc độ cao 11.0 ĐC Diesel tôc độ trung binh 19.0 Những khái niệm định nghĩa Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật • Công xuất Lít (Specific Power Output) PL (NL): Pe PL = VH Hay • Tuổi thọ độ tin cậy: Ne NL = iVh -Tuổi thọ ĐC thời gian sử dụng kỳ đại tu - Độ tin cậy phản ánh qua số sử dụng tốt không hỏng hóc Độ tin cậy phụ thuộc chất lượng chế tạo, lắp gép … • Kích thước bao ĐC: Đánh giá mức độ không gian mà ĐC chiếm để lắp gép bố trí ĐC lên xe Những khái niệm định nghĩa Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật • Hệ số Lambda (Air-Fuel Ratio, λ): mair λ= m fuel Lst - mair: Lưu lượng không khí nạp vào ĐC - mfuel: Lưư lượng nhiên liệu - Lst: Lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết kg nhiên liệu điều kiện phản ứng λ1 Hỗn hợp ngèo (Loãng-Nhiều không khí) • Hỗn hợp đồng nhất-Homogeneous (ĐC xă ng tiê u chuân (Standard-Gasoline-Ottomotor): λ global ≈ λ local • Hỗn hợp không đồng - Hete rogeneous (ĐC Diesel ĐC xă ng DI: λ global ≠λ local Đồ thị mô men công xuất ĐC Verbrauchskennfeld 3,0-l-6V-TDI Motors von Audi ohne Dieselpartikelfilter Volllastwerte des 3,0-l-6V-TDI Motors von Audi mit und ohne Partikelfilter Quelle: MTZ 1/2004 Chu trình lý tưởng ĐCĐT Cơ sở nhiệt động học [...]... cơ 4 ĐC lắp trên các phương tiện chuyên dùng: Trong nông nghiệp, xây dựng Tractors 5 ĐC tĩnh tại: ĐC kéo máy phát điện, kéo máy bơm Phân Loại ĐCĐT • Theo lĩnh vực sử dụng: 1 ĐC lắp trên các phương tiện vận tải 2 ĐC lắp trên các phương tiện trong nông nghiệp và xây dựng Phân Loại ĐCĐT • Theo lĩnh vực sử dụng: 3 ĐC lắp trên tàu thuỷ - tàu hoả 4 ĐC tĩnh tại và phản lực Tổng quát về động cơ đốt trong Động. .. PM trong khí xả Những khái niệm và định nghĩa - Quá trình công tác: tổng số tất cả những sự biến đổi xảy ra đối với môi chất công tác trong xilanh động cơ cũng như những hệ thống gắn liền với xilanh như hệ thống thải, nạp - Chu trình công tác: Tổ hợp các quá trình liên tục kế tiếp nhau lặp đi, lặp lại theo chu kỳ trong xilanh để thực hiện một quá trình sinh công - Điểm chết: + Là vị trí của piston trong. .. hoả 4 ĐC tĩnh tại và phản lực Tổng quát về động cơ đốt trong Động cơ đốt trong cấu tạo bởi các bộ phận chủ yếu sau: - Cơ cấu thanh truyền – trục khuỷu - Cơ cấu phân phối khí - Các chi tiết cố định - Hệ thống nuôi dưỡng (hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí) - Hệ thống bôi trơn - Hệ thống làm mát - Hệ thống đánh lửa (chỉ có ở động cơ xăng) 5 nạp thải 3 4 2 1 ε Ford Mustang Quelle: Ford CAD-Bild... mà tại đó ta tác động một lực bất kỳ lên đỉnh piston cũng không làm trục khuỷu quay + Là vị trí mà tại đó Piston đổi chiều chuyển động Trong động cơ có hai điểm chết là điểm chết trên (ĐCT-TDC) và điểm chết dưới (ĐCD-BDC) Những khái niệm và định nghĩa - Hành trình của piston: khoảng chạy của piston trong xilanh giữa hai điểm chết: S=2*R R – bản kính quay của trục khuỷu - Thể tích công tác: thể tích... • Dựa vào phương pháp đốt cháy nhiên liệu: 1 Tự cháy (Auto-Ignition): Diesel 2 Đốt cháy nhờ nguồn lửa bên ngoài (Supplied Ignition): Xăng • Dựa vào phương pháp Nạp: 1 ĐC loại thông thường (Không tăng áp- Natural Aspirated Engine): Piston hút trực tiếp từ khí trời hay không khí quét vào xi lanh 2 ĐC tăng áp (Supercharging): Khí nạp sẽ dược nén trước khi nạp vào xi lanh Tăng áp cơ khí (Mechanical Supercharging):... không khí quét vào xi lanh 2 ĐC tăng áp (Supercharging): Khí nạp sẽ dược nén trước khi nạp vào xi lanh Tăng áp cơ khí (Mechanical Supercharging): Máy nén dẫn động bằng ĐC Tăng áp Turbine (Turbo-Charging): Máy nén dẫn động bằng Turbine, Turbine dẫn động bằng khí xả của ĐC – Tăng áp một bậc, hai bậc (Two-Stage Turbocharge) Phân Loại ĐCĐT • Theo hệ thống điều khiển trao đổi khí: 1 2 3 4 Hệ thống phân phối... Các chất ô nhiễm trong khí thải ít hơn (CO, HC, NOx) • Giảm tổn thất nhiệt qua truyền nhiệt Nhược điểm • Xuất khôi lượng (Tỷ số công xuất khối lượng mG hay gd) lớn hơn bởi trọng lương lớn hơn (áp xuất cháy lớn nhất lớn hơn) • Lượng nhiên liệu phun và do đó áp xuất có ích trung bình bị giới hạn bởi giới hạn của khoi den (Soot) Thời gian hoà trộn của hỗn hợp ở chế độ moment lớn nhất và công xuất lớn nhất... Theo cách điều khiển tải: 1 Công xuất ĐC: P = M ω = M 2π n Điều khiển lượng: ĐC xăng, lambda- hệ số dư lượng không khí gần như không đổi, điều khiển khối lượng hỗn hợp nạp vào xy lanh Điều khiển chất: ĐC Diesel và GDI (ĐC xăng phun trực tiếp), lưu lượng khí không đổi lượng phun thay đổi, hệ số dư lượng không khí (λ) thay đổi Phân Loại ĐCĐT • Theo tốc độ và công xuất: 1 Công xuất của ĐC từ ĐC mẫu:... Loại ĐCĐT • Theo khả năng thay đổi chiều quay: - ĐC quay phải - ĐC quay trái - ĐC quay được 2 chiều (Nhờ cơ cấu đảo chiều): ĐC tàu thuỷ • Theo chiều lực khí thể tác dụng lên Piston: - ĐC chỉ có một phía của Piston có chu trình công tác (tác dụng đơn) - ĐC tác dụng kép: Hai phía của Piston có chu trình công tác sn • Theo tốc độ trung bình của Piston: cm = (m / s ) 30 - Tốc độ thấp: c ... phát triển ĐCĐT Khái niệm động nhiệt Phân loại động đốt Tổng quát động đốt Những khái niệm định nghĩa Chu trình lý tưởng ĐCĐT -Cơ sở nhiệt động học Nhiên liệu môi chất công tác ĐCĐT Chu trình làm... tiêu kinh tế kỹ thuật • Công xuất: - Diện tích đồ thị công chia làm phần: diện tích ứng với kỳ nén công tác diện tích ứng với kỳ hút xả Công phần công dương ứng phần công âm (hay gọi công “bơm”... ĐCĐT tương lai Tài liệu tham khảo Nguyễn tất Tiến: “Nguyên lý động đốt trong Nhà xuất Giáo Dục; 9/2001 Phạm minh Tuấn: “Nguyên lý động đốt trong Nhà xuất Giáo Dục; 2002 Heywood, J B.: “Internal