Chương 2 chu trình lý tưởng động cơ đốt trong

Chương 2: CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Nhiệm vụ của động cơ đốt trong ĐCĐT là biến nhiệt năng thu được do đốt nhiên liệu cung cấp thành cơ năng công.. Ở bên trong xy lanh độn

Chương 2: CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Nhiệm vụ của động cơ đốt trong (ĐCĐT) là biến nhiệt năng thu được

do đốt nhiên liệu cung cấp thành cơ năng (công) Ở bên trong xy lanh động cơ xảy ra hàng loạt các quá trình biến đổi liên tục về lý hoá và nhiệt động học của môi chất công tác (MCCT) rất phức tạp mà nhờ

đó nhiệt năng được biến đổi sang cơ năng Các quá trình này hợp

thành một chu trình vòng hở và không thuận nghịch gọi là chu trình

công tác hay là chu trình thực tế của ĐCĐT

Để nghiên cứu được dễ dàng, người ta thay thế các quá trình phức tạp trên bằng các quá trình đơn giản và lược bỏ các tổn thất về năng lượng

do ảnh hưởng của các quá trình thực tế Ta có chu trình lý tưởng

2.1 Đặc điểm của chu trình lý thuyết (chu trình lý tưởng):

- Là chu trình kín, thuận nghịch - lượng môi chất công tác trong tất cả các chu trình cố định và không thay đổi Có nghĩa là

không có các quá trình thải sản vật cháy và nạp khí mới vào xy

lanh như ở động cơ thực có kèm theo sự mất mát nhiệt trong đó

- Môi chất công tác trong chu trình là khí lý tưởng với tỷ

nhiệt không đổi (nhiệt dung riêng là hằng số) và không phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất

- Trong xy lanh động cơ không xảy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu mà lượng nhiệt cấp vào chu trình được lấy từ nguồn nóng

Q 1 và thải ra một nhiệt lượng Q 2 cho nguồn lạnh.

- Quá trình nén và giãn nở là các quá trình đoạn nhiệt Có

nghĩa là không có sự trao đổi nhiệt của MCCT với môi trường bên ngoài (vách buồng cháy)

Việc chuyển hóa từ nhiệt năng sang công trong chu trình

về mặt lý thuyết là có lợi nhất Hiệu suất của chu trình lý tưởng

gọi là hiệu suất nhiệt so với hiệu suất chỉ thị của các động cơ có trị số lớn hơn

Phân loại chu trình

Chu trình cấp đẳng tích (Otto): (Q1 cấp ở V = const)

- Chu trình mà quá trình cấp nhiệt tiến hành ở trạng thái thể tích không đổi (chu trình lý thuyết của động cơ xăng) động cơ ga đốt

cháy bằng tia lửa điện

Chu trình cấp đẳng áp: (Q1 cấp ở p = const)

- Chu trình mà quá trình cấp nhiệt tiến hành ở trạng thái áp suất không đổi (là chu trình lý thuyết của động cơ Diesel với quá trình cung cấp nhiên liệu Diesel vào buồng cháy động cơ nhờ không khí nén và động cơ Diesel cỡ lớn tăng áp cao)

Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp: (Q1 = Q’1 + Q”1)

- Chu trình mà quá trình cấp nhiệt có 1 bộ phận tiến hành ở thể tích không đổi (Q’1 cấp ở V = const) và 1 bộ phận tiến hành ở áp suất không đổi (Q”1 cấp ở p = const) Chu trình hỗn hợp còn gọi là chu trình kép và là chu trình lý thuyết của động cơ Diesel hiện đại với quá trình cung cấp nhiên liệu diesel vào buồng cháy động cơ nhờ bơm cao áp)

Ở tất cả 3 loại chu trình lý thuyết trên quá trình nhả nhiệt cho nguồn lạnh (Q2) được qui định theo định luật 2 của nhiệt động học tiến hành ở trạng thái thể tích không đổi (V = const) Chỉ tiêu chủ yếu của bất kỳ một chu trình nhiệt động nào cũng đều được đánh giá trên hai mặt: tính kinh tế và tính hiệu quả

Các chỉ tiêu chủ yếu của chu trình

Tính kinh tế: Được đặc trưng bởi hiệu suất nhiệt của chu trình t

– Là tỉ số giữa lượng nhiệt đã chuyển biến thành công với lượng nhiệt cung cấp cho môi chất công tác

t =

Trong đó:

L t : Công sinh ra của 1Kmol môi chất công tác trong một chu

trình (J/kmol )

Q 1: Số nhiệt lượng cung cấp cho môi chất công tác (J/kmol )

Q 2: Số nhiệt lượng thải ra (J/kmol )

Q 1 – Q 2: Số nhiệt lượng được có ích (chuyển sang công)

1 1

2 1

2

Q

L Q

Q Q

Q

Q     t

Tính hiệu quả: Được đặc trưng bởi công đơn vị của chu trình tức

là công tương ứng với một đơn vị thể tích công tác của xy lanh

p t = L t / V h ( Nm/m3 hoặc N/m2 )

Trong đó Lt: Công của một chu trình (J hoặc Nm)

Vh: Thể tích công tác của xy lanh (m3)

pt : Công đơn vị hay áp suất bình quân của chu trình

Chu trình hỗn hợp gồm các quá trình:

• Quá trình nén đoạn nhiệt a - c

• Quá trình cấp nhiệt đẳng tích c - y và đẳng áp y - z

• Quá trình giãn nở đoạn nhiệt z - b

• Quá trình tỏa nhiệt đẳng tích b – f

• Quá trình tỏa nhiệt đẳng áp f – a

2.2 Chu trình lý tưởng tổng quát.

Từ công thức trên ta thấy tỉ số nén  , hiệu suất nhiệt của chu trình t và áp suất nén ban đầu pa càng cao thì áp suất bình quân của chu trình càng lớn Sự ảnh hưởng của các thông số còn lại như

, ,  và k tới pt sẽ được nghiên cứu trong các phần của chu trình riêng biệt

Sau các quá trình biến đổi ta được:

 

 1   1 

1 '

1 '

' 1































































k

k

k

k t

) 1 ' (

1

2

m N

k k

P

k a









2.3 Chu trình cấp nhiệt đẳng tích.

Trong trường hợp này =1 và ’=1 Thế các giá trị của  và ’ vào các công thức ta được:

1

1

t





) 1

( )

1 (







t

k a

t

k p P

2.4 Chu trình cấp nhiệt đẳng áp.

Đối với trường hợp này  =1 và ’ =1, thay các giá trị này vào các biểu thức ta được:

) 1 (

1 1















k

k k

t

 ( 1 ) 

) 1 (







k k

P

k a

t

2.5 Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp.

Quan sát chu trình ta thấy nó khác với chu trình tổng quát là

không có quá trình nhả nhiệt đẳng áp Bởi vậy trong trường hợp này

’=1 Thế các giá trị của ’ vào các công thức ta được:

) 1 (

) 1 (

1 1























k

k k

t

) 1 (







k k

P

k a

t

2.6 So sánh hiệu suất nhệt các chu trình (có cùng T 0 và Q 1 ).

Nếu có cùng tỉ số nén thì áp suất cực đại pz của chu trình đẳng

tích là lớn nhất -> hiệu suất cao nhất Tuy nhiên trong thực tế động

cơ Diesel thường làm việc với tỉ số nén cao hơn nên mặc dù tính

kinh tế kém hơn nhưng vẫn cho hiệu suất cao hơn động cơ xăng

Nếu có cùng áp suất cực đại thì hiệu suất nhiệt của chu trình đẳng

áp lớn hơn so với chu trình đẳng tích

2.7 Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp.

Xem tài liệu