Thuyết trình về Động cơ đốt trong

KÍNH THƯA THẦY VÀ CHÀO CÁC BẠN ĐẾN VỚI BÀI THUYẾT TRÌNH CỦA NHÓM 3 ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CHUYÊN ĐỀ: QUÁ TRÌNH NÉN, TẠO HỖN HỢP VÀ CHÁY NHIÊN LIỆU TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG... Mục tiêu nghiên

KÍNH THƯA THẦY VÀ CHÀO CÁC BẠN ĐẾN VỚI BÀI

THUYẾT TRÌNH CỦA NHÓM 3

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

CHUYÊN ĐỀ: QUÁ TRÌNH NÉN, TẠO

HỖN HỢP VÀ CHÁY NHIÊN LIỆU

TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Sơ đồ nội dung:

A.ĐẶT VẤN ĐỀ

Đối tượng nghiên cứu: Động cơ đốt trong

Phạm vi nghiên cứu: Động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu

xăng và diesel trên xe ôtô

Mục tiêu nghiên cứu`: hiểu được sơ đồ nguyên lý hoạt động,

nhận biết và đánh giá các loại hình nén, tạo hỗn hợp và cháy

- Khi động cơ làm việc cần đạt một áp suất và nhiệt độ trong

buồng cháy đủ cao để đảm bảo cho quá trình cháy diễn ra, nếu

áp suất và nhiệt độ thấp quá trình cháy hoạt động kém hiệu quả

thậm chí không hoạt động

- Để giải quyết và khắc phục vấn đề này người ta đưa vào trong

động cơ đốt trong chu trình nén môi chất công tác, nhặm mục

đích làm tăng hiệu suất của động cơ

a.CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

B.GIẢI QUYẾT VẤNĐỀ

- Hệ thống phun xăng điện tử EFI đã xuất hiện từ những năm

1950, nhưng phải đến những năm 1980, hệ thống này mới thực

sự phát triển rộng rãi tại Châu Âu

- Còn với hệ thống GDI thì phải tới tận năm 1996,hãng

Mitsubishi mới chính thức sử dụng trên mẫu xe Galant

Legnum Đây là một bước đột phá trong lịch sử phát triển hệ

thống nhiên liệu cho động cơ đốt trong

- - sự ra đời của turobo tăng áp vào năm 1885 kể từ khi Gottlieb nhận được quyền sáng chế cho động cơ đốt cháy cưỡng bức và 6/3/1896 Rudol Diesel nhận bắng phát minh sáng chế về tăng

áp cho động cơ tự bốc cháy.Cho đến nay đã trải qua một quá

QUÁ TRÌNH NÉN

SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH NÉN

Tăng hiệu suất của động cơ

Tạo áp suất

Tạo nhiệt độ

Tự bốc cháy 1-Mục Đích

2 Diễn biến quá trình nén

Hành trình nén bắt đầu khi piston rời ĐCD đi lên

ĐCT nhưng quá trình nén khí trong xylanh thực tế

bắt đầu sau khi cơ cấu thay đổi khí được đóng

kín Ở động cơ 2 kỳ thời điểm đóng cơ cấu thay

đổi khí là lúc piston đi qua mép trên của các cửa,

còn đối với động cơ 4 kỳ đó là thời điểm xupáp

nạp đóng.

***Quá trình nén là một quá trình đoạn nhiệt

được biểu diễn bằng phương trình:

2 Diễn biến quá trình nén

Trong giai đoạn đầu quá trình nén, môi chất công tác

hấp thụ nhiệt từ các chi tiết nóng hơn, vì vậy chỉ số

nén n’1 ở giai đoạn này có trị số cao hơn chỉ số đoạn

nhiệt k, đường nén thực tế dốc hơn đường nén đoạn

nhiệt

Piston tiếp tục đi về phía ĐCT, nhiệt độ và áp suất của

môi chất công tác tiếp tục tăng làm cho cường độ lọt

khí tăng, đồng thời quá trình trao đổi nhiệt giữa môi

chất công tác và vách xylanh diễn ra theo chiều ngược

lại, tức là môi chất công tác được làm mát

Khi piston tới gần ĐCT , nhiên liệu được phun vào

buồng cháy (đối với động cơ diesel) hoặc bugi bật tia

lửa điện (đối với động cơ đốt cháy cưỡng bức) bắt đầu

quá trình cháy

*NHẬN XÉT

hành trình nén của động cơ

là quá trình đoạn nhiệt mà là quá trình đa biến với chỉ số nén đa biến n’1 có trị số thay đổi trong suốt quá trình nén

trình :

2 Diễn biến quá trình nén

Chỉ số nén

đa biến trung

bình n 1

Công tiêu hao cho quá trình nén L ac

Nhiệt độ cuối hành trình nén:

Áp suất cuối hành trình nén p c

3 Các thông số đặc trưng cho quá trình nén :

3 Các thông số đặc trưng cho quá trình nén :

 Chỉ số nén đa biến trung bình n1 là chỉ số nén

giả định có trị số không đổi được sử dụng thay

thế cho chỉ số nén đa biến thay đổi n1’

 Nhiệt độ cuối hành trình nén:

 Áp suất cuối hành trình nén pc

 Công tiêu hao cho quá trình nén Lac:

II- VẤN ĐỀ CHỌN TỶ SỐ NÉN

 Tỷ số nén là một thông số kỹ thuật quan trọng nó ảnh

hưởng rất lớn đến các chỉ số kinh tế kỹ thuật của động cơ

 Qua phân tích chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong, ta thấy rằng:

khi tăng tỷ số nén thì hiệu quả

kinh tế và hiệu quả kỹ thuật của

chu trình đều tăng Tuy nhiên,

tăng tỷ số nén sẽ làm cho áp suất

cuối hành trình nén (pc = pa n1)

và áp suất cực đại (pzmax = pc) tăng Hình 4.2Quan hệ giữa tỷ só nén với

Khi thiết kế động cơ mới cũng như khi cải tiến

động cơ, việc chọn tỷ số nén phải căn cứ vào

những yếu tố sau:

-Chủng loại động cơ

-Loại nhiên liệu được sử dụng

-Phương pháp hình thành hỗn hợp cháy

-Chế độ làm việc của động cơ

-Vật liệu chế tạo piston, nắp xylanh

-Áp suất và nhiệt độ của khí nạp,…

 Đối với động cơ diesel, phải dùng tỷ số nén có trị số lớn hơn trị số nén tối ưu vậy để có thể tạo ra áp suất và nhiệt

độ của không khí trong buồng nén đủ cao, đảm bảo cho nhiên liệu khi được phun vào tự bốc cháy ở mọi chế độ làm việc của động cơ

 Động cơ với buồng cháy ngăn cách có tỷ số nén cao hơn động cơ với buồng cháy thống nhất vì tổn thất nhiệt ở

buồng cháy ngăn cách lớn hơn

 Ngược lại với động cơ diesel, ta thường chọn tỷ số nén thấp hơn trị số nén tối ưu cho động cơ xăng và động cơ gas

II- VẤN ĐỀ CHỌN TỶ SỐ NÉN

II- VẤN ĐỀ CHỌN TỶ SỐ NÉN

4.3 Quan hệ giữa tỷ số nén với

tốc độ quay của đọng cơ

4.4 Quan hệ giữa tỷ số nén và đường kính của xylanh

Tỷ số nén của các loại động cơ

I lý thuyết hình thành hỗn hợp cháy

 1 Cơ chế phá vỡ của tia phun chất lõng

 Khái niệm: Cơ chế phá vỡ tia phun chất lỏng

phụ thuộc vào vận tốc tương đối và các thuộc

tính của chất lỏng và khí bao quanh.

 Ohne – sorge đã cho thấy rằng quá trình phân

rã có thể được mô tả bởi số Weber chất lỏng

W =



TẠO HỖN HỢP VÀ CHÁY NHIÊN LIỆU

1 Cơ chế phá vỡ của tia phun chất lõng

 Và số Reynolds.

Re =

 Loại bỏ vận tốc tia phun u, Ohnesorge thu được

số Ohnesorge không thứ nguyên:

1 Cơ chế phá vỡ của tia phun chất lõng

Hình 4-5 là sơ đồ mô tả tất cả các cơ chế phá vỡ các tia phun khác nhau Nếu thông số hình học

vòi phun là cố định và chất lỏng thuần nhất, biết

duy nhất là vận tốc chất lỏng u.

1 Cơ chế phá vỡ của tia phun chất lõng

 Hình 4.6 cho thấy các đường cong phân rã

tương ứng, ở đó mô tả chiều dài của tia phun là hàm của vận tốc phun u

1 Cơ chế phá vỡ của tia phun chất lõng

 Nếu vận tốc quá thấp dòng chảy giọt và không hình thành tia phun Sự gia tăng vận tốc u dẫn đến sự hình thành tia phun liên tực giai đoạn

này được gọi là phân rã Rayleigh.

 Trong cơ chế phân rã sơ cấp lực tương tác cơ chế Rayleigh được khuếch đại bởi các lực khí

động thông số có liên quan là số Weber pha

khí W=D/.

 Ở giai đoạn nhiễu loại thứ cấp các dòng chảy

bên trong lỗ phun là dòng chảy rối.



1 Cơ chế phá vỡ của tia phun chất lõng

 Tại giao đoạn xé tới hạt( phu sương), hình

thành tia phun hình nón đỉnh của nón phun nằm bên trong các lỗ phun.

2 Cơ chế phá vỡ giọt chất lỏng

 Khái niện:Sự phá vỡ khi phun là do lực khí

động (ma sát và áp suất) gây ra bởi vận tốc

tương đối giữa các giọt nhỏ và khí xung quanh.

 Được thể hiện qua số weber của pha khí:

2 Cơ chế phá vỡ giọt chất lỏng

: vận tóc tương đối giữa các giọt nhỏ và khí

: mặt độ khi.



2 Cơ chế phá vỡ giọt chất lỏng

 Hình 4.7 cho thấy tóm tắt cơ chế phân rã giọt Tại số W=12 thấp nhất, giọt biến dạng không



3 Cấu trúc của tia phun trong động cơ

 Biểu đồ mô tả một tia phun cao áp hình nón được cho trong hình 4.8.

3 Cấu trúc của tia phun trong động cơ

 Hình 4.9 những giọt có động năng thấp được đẩy ra ngoài và hình thành khu vực ngoại biên Với = 70 MPa , =89K



3 Cấu trúc của tia phun trong động cơ

Phun xăng trực tiếp

Phun dầu diesel

3 Cấu trúc của tia phun trong động cơ

 Chiếu dài cuẩ tia càng lớn năng lượng và vận tốc các hạt vùng biên càng nhỏ, các tác giả cung cấp cho mối quan hệ sau:

t<tbreak : s=0,39 tt>tbreak : s=0,95 t.(D.t)^0.5

tbreak =

Trông đó:

 : là sự chênh lệch của áp lực phun và áp suất buồn cháy

 : là khối lượng riêng các chất lỏng và mội chất cuối chu kỳ nén (Kg/)

 t : thời gian (s)



3 Cấu trúc của tia phun trong động cơ

Kết quả là: nâng cao áp suất phun thì chiều dài tia tăng lên,

trong khi mật tăng mật độ khí thì chiều dài tia giảm (m) Tăng đường kính lỗ phun làm tăng quán tính tia phun và chiều dài tia tăng lên

Phương trình thực nghiệm cũng kể đến tác động của nhiệt

độ khí Tg.

S=0,39 (t.D)^0.4

góc nón là thông số đặc trương của tia phun, khi không ổn định ( kim phun nâng hết) có mối quan hệ sau:

= 83,5^- 0.22 ^0.15^0,26

là góc nón phun (độ), là đường kính khoang phun (m), L là

chiều dài lỗ phun (m)

trường hợp L/D nhỏ cấu trúc bọt xâm thực không vỡ bên trông các lỗ mà vỡ bên ngoài vòi phun và tăng góc nón phun n

với D/ làm giảm diện tích mặt cắt ngang tại lối vào lỗ phun, làm giảm áp lực tỉnh vào điều kiện xuất hiệm xâm thực.

3 Cấu trúc của tia phun trong động cơ

Thông số ảnh hưởng quan trọng nhất là tỷ số khối lượng riêng, khối lượng riêng của môi chất càng cao thì góc nón càng lớn.

tan= ^0.5f(

A là hằng số tùy thuộc vào kết cấu vòi phun và có thể được rút ra từ thược nghiện hoặc công thức A= 3 +0,28 (L/D ) Và một hàm số của các tính chất vật lý của chất lỏng và vận tốc phun

f(=(1-exp(-10)), = ^2Một đại lượng đặc trưn cho kích thước giọt phut, và do đó quyết định

sự phân rã tia phun là đường kính Sauter(SMD)

3 Cấu trúc của tia phun trong động cơ

3 Cấu trúc của tia phun trong động cơ

 A

3 Cấu trúc của tia phun trong động cơ

 sự phân rã sơ cấp chính là sự tan vỡ đầu tiên của chất lỏng

hình thành các giọt nhỏ và các liên kết tạo thành giọt lớn

 Cơ chế phân rã thứ hai là cơ chế gây nhiễu loạn-phân rã

 Trường hợp Xâm thực thủy động là sự hình thành của bong

bóng và lỗ hỏng trong chất lỏng do sự giảm áp xuống dưới áp

suất hơi

 =>hai cơ chế phân rã chính trong tường hợp tia phun cao áp

hình nón là nhiễu loạn và tạo bọt xâm thực, thông thường cả

hai cơ chế xảy ra đồng thời và không thẻ tách biệt

3 Cấu trúc của tia phun trong động cơ

 Trong trường hợp sôi nhiệt độ được tăng lên ở áp suất không

đổi, ở trường hợp xâm thực nhiệt độ không đổi và áp suất

giảm

 vì nhiên liệu thường bao gồm nhiều thành phần khác nhau với những đường cong áp suất hơi khác nhau các thành phần với

những áp suất hơi khác nhau, các thành phần với những áp

suất bay hơi cao nhất sẽ hình thành các vùng xâm thực

3 Cấu trúc của tia phun trong động cơ

 Hình 4.12 cho thấy sự khác biệt giữa sôi và

xâm thực thủy động

3 Cấu trúc của tia phun trong động cơ

Cho đến nay chưa có công trình nào được công bố về

nghiên cứu thử nghiệm chi tiết cấu trúc và kích thước của

3 Cấu trúc của tia phun trong động cơ

4 Tương tác tia phun và vách

 Hình 4.15 Phun áp lực cao cũng như mật độ và nhiệt độ khi thấp sẽ làm tăng khả năng tương

4 Tương tác tia phun và vách

 Trong một số động cơ diesel phun trực tiếp (DI), nhiên liệu đã được chủ ý cho phun va chạm vào

bề mặt vách như là một phương pháp để cải

thiện quá trình cháy.

 Cho dù những giọt dính vào vách và bay hơi

lan rộng ra để tạo thành một màng chất lỏng,

phản xạ, hoặc phá vỡ thành những giọt nhỏ

hơn, phụ thuột vào động năng va chạm và sự giảm nhiệt độ vách.

Hòa khí là gì? Các thông số đánh giá để hòa khí cháy tốt nhất?

II TẠO HỖN HỢP VÀ CHÁY NHIÊN LIỆU TRONG ĐCĐT:

1 Động cơ xăng

Hòa khí bao gồm nhiên liệu (xăng) và không khí

Thông số đánh giá hòa khí:

- Đồng nhất (trộn đều)

- Hóa hơi nhanh

- Tỷ lệ hòa khí thay đổi phù hợp với mọi chế độ

+ HHC được coi là đồng nhất nếu nó có thành phần như nhau tại mọi khu vực trong buồng đốt Độ đồng nhất của HHC có ảnh hưởng trực tiếp đến công

suất , hiệu suất và độ độc hại của khí thải của động cơ HHC càng đồng nhất thì lượng không khí thực tế cần thiết để đốt chấy hoàn toàn một đơn vị khối lượng nhiên liệu sẽ càng nhỏ Nói cách khác là độ đồng nhất càng lớn thì

động cơ có thể làm việc với HHC có hệ số dư lượng không khí (λ) càng nhỏ mà ) càng nhỏ mà vẫn đảm bảo yêu cầu đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu Nếu HHC không đồng nhất, sẽ có những khu vực trong buồng đốt thiếu hoặc thừa oxy Tại khu vực thiếu oxy, nhiên liệu cháy không hoàn toàn sẽ làm giảm hiệu suất nhiệt của động cơ và tăng hàm lượng các chất độc hại trong khí thải Việc thừa oxy quá mức cũng làm giảm hiệu suất của động cơ do phải tiêu hao năng lượng cho việc sấy nóng, nạp và xả phần không khí dư quá mức, đồng thời giảm hiệu

quả sử dụng dung tích công tác của xylanh Độ đồng nhất của HHC được

quyết định bởi các yéu tố : tính chất vật lý của nhiên liệu ( tính hoá hơi, sức căng bề mặt, độ nhớt), nhiệt độ của không khí và của các bề mặt tiếp xúc với HHC (vách đường ống nạp, đỉnh piston, thành xylanh), chuyển động rối của

Đối với động cơ xăng nhiều xylanh, HHC được cung cấp cho

từng xylanh phải như nhau về phương diện số lượng và thành

phần Mức độ khác nhau về số lượng giữa lượng nhiên liệu chu

trình ở các xylanh của cùng một động cơ được đặc trưng bằng đại lượng “độ định lượng không đồng đều ∆gct” :

trong đó gctmax và gctmin là lượng nhiên liệu chu trình lớn nhất và nhỏ nhất ở các xylanh với cùng một vị trí của cơ cấu điều khiển

Các biện pháp thường được sử dụng nhằm hạn chế độ định

lượng không đồng đều ở động cơ xăng bao gồm :

- Kết cấu hệ thống nạp hợp lý

- Sấy nóng đường ống nạp bằng nhiệt của khí thải để tăng cường

sự bay hơi của xăng trong ống nạp

- Sử dụng hệ thống phun xăng nhiều điểm

Sự phân bố không đồng đều HHC cho các xylanh sẽ dẫn đến những hậu quả sau đây :

- Giảm công suất danh nghĩa và tăng suất tiêu hao nhiên liệu

- Phụ tải cơ và phụ tải nhiệt không đồng đều ở các xylanh

- Có thể xuất hiện hiện tượng kích nổ ở một số xylanh do thành

chưng cất của nhiên liệu ở những xylanh đó có số octane nhỏ

- Tăng hàm lượng các chất độc hại trong khí thải, v.v

Động cơ xăng có 2 loại tạo HHC:

- Tạo HHC bên ngoài (Bộ cháy hòa khí, phun vào xupap nạp)

II TẠO HỖN HỢP VÀ CHÁY NHIÊN LIỆU TRONG ĐCĐT:

1 Động cơ xăng

a) Buồng cháy và tạo HHC

- Buồng cháy hình bán cầu

KIA cee'd GT Line

Ford Explorer

- Buồng cháy hình chêm

+ trục cam bố trí ở than máy hoặc

nắp máy và điều khiển sự đóng

mở các xupap qua trung gian cò

mổ

BMW

b) Quá trình cháy, giãn nở của động cơ xăng

- Nhiệm vụ quá trình cháy: chuyển hóa năng lượng của nhiên liệu dưới dạng hóa năng sang nhiệt năng để cung cấp cho môi chất công tác

Tốc độ, thời điểm và mức độ hoàn hảo của quá trình cháy có ảnh hưởng quyết định đến công suất, hiệu suất, tuổi thọ và hàng loạt chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác của ĐC

+ Diễn biến và các thông số đặc trưng

Giai đoạn 1: Giai đoạn cháy trễ

Giai đoạn 2: Giai đoạn cháy chính

Giai đoạn 3: Giai đoạn cháy rớt

2 Động cơ diesel

a) Buồng cháy và tạo hỗn hợp cháy

- Buồng cháy đc diesel là nơi hòa khí được hình thành và bốc cháy, gây ảnh hưởng lớn tới các chỉ tiêu: công suất, hiệu quả, độ tin cậy

của động cơ cũng như ô nhiễm môi trường của khí xả

- Yêu cầu về chất lượng cấu tạo HHC:

+ Nhiên liệu phải hóa hơi nhanh

+ Nhiên liệu hòa trộn đều với không khí

+ Giảm thời gian cháy trễ

+ Giảm thời gian cháy rớt

+ Tăng lượng nhiên liệu và tốc độ trong thời gian cháy chính

+ Hệ số dư lượng không khí α phải phù hợp với các chế độ hoạt động của động cơ

Theo cấu tạo

- Phân loại buồng cháy

Buồng cháy thống nhất

Buồng cháy xoáy lốc Buồng cháy dự bị

Buồng cháy ngăn cách

+ Ưu điểm:

Hiệu suất nhiệt cao, mức tiêu hao nhiên liệu thấp Nhiệt độ khí xả thấp

Dễ khởi động Không cần xông nóng máy trước khi khởi động ở nhiệt

độ bình thường

Hiệu suất nhiệt rất cao và tổn thất nhiệt rất thấp

Ít chi tiết hơn và cấu tạo đơn giản hơn

+ Nhược điểm:

Áp suất cháy cao, tăng áp suất đột ngột và tiếng ồn lớn

Việc đốt cháy phụ thuộc vào chất lượng của vòi phun

Phạm vi sử dụng nhiên liệu rộng là không thích hợp vì loại phun trực tiếp rất kén nhiên liệu

Cường độ xoáy lốc thay đổi giữa tốc độ chậm và tốc độ nhanh và khói đen được tạo ra ở tốc độ chậm

Buồng cháy thống nhất