Chương 4 chu trình công tác của động cơ đốt trong

01/11/2015 CHƯƠNG CHU TRÌNH CƠNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 Qúa Quá Quá Quá Quá trình trình trình trình trình nạp nén cháy giản nở thải Mục đích  Tìm quy luật diễn biến trình tạo nên chu trình thực tế động cơ, tìm nhân tố gây ảnh hưởng tới chất lượng q trình để tìm phương hướng nâng cao tính kinh tế tính hiệu chu trình  Trên sở quy luật diễn biến phương pháp tính tốn thơng số chu trình thực tế làm sở thiết kế động sở tiêu điều kiện làm việc tính tốn kiểm nghiệm động chế tạo, đưa vào sửa chữa 01/11/2015 Chu trình thực tế chu trình thực xylanh động thực Chu trình thực tế chu trình hở, khơng thuận nghịch, ngồi tổn thất tất yếu cho nguồn lạnh có tổn thất phụ điều kiện thực tế gây  Có thay đổi mơi chất: mơi chất công tác xong thải ra, môi chất nạp vào xylanh Do thay đổi môi chất nên tiêu tốn phần lượng  Có trao đổi nhiệt với mơi trường xung quanh Q trình nén giãn nở có trao đổi nhiệt, có lọt khí 01/11/2015  Có đốt cháy nhiên liệu thật Nhiên liệu cháy xylanh làm thay đổi tính lý hố mơi chất đồng thời có tổn thất cháy khơng hết, phân giải sản vật cháy  Tỉ nhiệt môi chất xylanh hàm nhiệt độ thành phần Chu trình thực tế xác định từ đồ thị máy đo công vẽ tính tốn Nếu phương pháp tính tốn hồn hảo khác chu trình tính tốn chu trình thực tế nhiêu 4.1 Quá trình nap: 4.1.1 Khái quát: Để thực chu trình tiếp theo, phải thải sản vật cháy giản nở chu trình trước khỏi xylanh nạp vào xylanh khí nạp (khơng khí hay hỗn hợp)  Q trình thay đổi mơi chất chu trình thực tế động Quá trình nạp phận q trình trao đổi khí, phải nghiên cứu mối liên hệ với trình thải Cả trình liên hệ mật thiết với phụ thuộc vào số kỳ động phương pháp nạp mà diễn biến đặc tính q trình khác 01/11/2015 a Qúa trình nạp động kỳ không tăng áp:  Được bắt đầu sau trình thải  Khi piston ĐCT tương ứng điểm r, thể tích buồng nén chứa đầy khí sót với áp suất Pr > Pth  Khi piston xuống Pr < Pk nên xylanh khí sót bắt đầu giản nở đến điểm r0, áp suất xylanh nhỏ áp suất Pk đường ống nạp (động Diesel) hay đường ống trước carbuaratơ (động xăng)  Khí nạp bắt đầu vào xylanh hồ trộn với khí sót  Do tổn thất khí động, áp suất xylanh nhỏ Pk lượng DPk ứng với điểm a DPk Q trình nạp động kỳ, khơng tăng áp 01/11/2015   Pk:  Pr:  P a:      Áp suất mơi chất trước xupáp nạp Áp suất khí sót xylanh (ĐCT) Áp suất môi chất xylanh cuối trình nạp piston nằm ĐCD Tổn thất áp suất đường ống nạp DPk: b’, b: Điểm mở xupáp xả, cửa xả r’, S: Điểm mở xupáp nạp, mở cửa quét ro,S',a: Điểm đóng xupáp xả, cửa quét, cửa xả Áp suất đường ống thải Pth: b Ở động kỳ tăng áp:  Áp suất Pk> Pr, cuối hành trình thải, xupáp thải mở, xupap nạp mở sớm khí nạp vào xylanh qt khí sót ngồi, tiến hành q trình nạp thời điểm  Khi piston xuống trình nạp tiếp tục  Do sức cản khí động áp suất xylanh nhỏ áp suất Pk lượng DPk 01/11/2015 c Ở động kỳ:  Quá trình nạp đồng thời q trình qt khí thải khỏi xylanh diễn từ cuối trình giãn nở tới đầu hành trình nén  Khi piston xuống, điểm b cửa thải mở sớm, sản vật cháy thải tự vào đường ống thải Khi áp suất xylanh nhỏ áp suất khí quét Pk, khí nạp vào xylanh quét khí thải chiếm thể tích xylanh  Áp suất khí quét Pk qua cửa quét bị giảm lượng DPk Quá trình nạp động kỳ 01/11/2015 c Ở động kỳ:  Áp suất Pk động tăng áp kỳ: Pk = Ptăng áp - DPmát - Ptăng áp: áp suất cửa máy nén hay bơm quét - DPmát: độ giảm áp qua két làm mát, Khi không làm mát DPmát =   Nhiệt độ Tk xác định: - Nếu khơng có két nước làm mát trung gian:  p  T k = T  s   p0  m 1 m Trong đó: - m: số nén đa biến máy nén, thường m = 1,6-1,8 tùy thuộc loại máy nén, bơm quét - Nếu có két làm mát trung gian: m 1 p  Tk = T0  s   p0  m  DTmat Trong đó: DTmát: độ giảm nhiệt độ qua két làm mát 01/11/2015 NHẬN XÉT:  Khí nạp vào xylanh phải khắc phục với sức cản đường ống nạp cửa nạp, gây tổn thất áp suất DPk  Khí nạp khơng thể gạt hết sản vật cháy ngồi cuối q trình nạp lượng khí sót với áp suất Pr lớn Ở động kỳ không tăng áp khí sót giãn nở đầu hành trình nạp làm giảm hiệu nạp  Trong suốt trình nạp, môi chất tiếp xúc vào thành xylanh chi tiết nóng động làm cho mơi chất tăng lên nhiệt độ DT hoà trộn với khí sót nên nhiệt độ mơi chất cuối trình nạp Ta> Tr Do yếu tố mà lượng khí nạp vào xilanh nhỏ lượng khí nạp chứa thể tích công tác xilanh điều kiện Pk, Tk Để đánh giá chất lượng trình nạp người ta dùng hệ số nạp v 01/11/2015 Hệ số nạp tỉ số lượng khí nạp có xilanh đầu q trình nén khí nạp chứa thể tích cơng tác Vh xilanh điều kiện Pk, Tk v = M1 Gk V = = k M h  h Vh Vh Vk: thể tích khí nạp qui điều kiện Pk, Tk Với động kỳ v theo định nghĩa hệ số nạp lý thuyết, ngồi dùng hệ số nạp thực tế ứng với thể tích có ích V'h : 'v  'v = = Vk Vk  = = v ' Vh (1   )Vh   Vh  Vh' Vh  : hệ số tổn thất hành trình 01/11/2015 Hệ số qt khí (hệ số tổn thất khơng khí qt) Để đánh giá mức độ tổn thất khơng khí qt động kỳ có qt khí động kỳ, người ta dùng hệ số quét khí q tỉ số lượng khơng khí qt vào xilanh chu trình với lượng khơng khí có xilanh sau đóng cấu thay đổi khí q = Gq Gk = Mq Mk  Hệ số khí sót: Để đánh giá chất lượng q trình thải nạp khí người ta dùng hệ số khí sót tỉ số số mol khí sót số mol khí nạp mới: r = Mr M1 10 01/11/2015 CÁC LOẠI BOUGIE Front electrode Surface-gap spark plug Side electrodes Composite material 106 01/11/2015 Sliver Platinum Bougie bốn chấu 107 01/11/2015 108 01/11/2015 4.2.3 Quá trình cháy động diesel: Diễn biến:  Quá trình cháy động diesel q trình cháy hỗn hợp khơng đồng  Nhiên liệu phun vào khơng khí có áp suất 4MN/m2 nhiệt độ 800 - 10000K hỗn hợp với tự bốc cháy không cần nguồn lửa bên  : Lượng nhiên liệu lúc phun (quy luật phun)  gj: lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy tương ứng góc j  Dgct: lượng nhiên liệu cấp cho chu trình  Tốc độ tỏa nhiệt Phần nhiệt lượng tỏa x 109 01/11/2015 4.2.3 Quá trình cháy động diesel:     Dựa vào biến thiên áp suất nhiệt độ xilanh động chia q trình cháy động diesel làm giai đoạn: giai đoạn cháy trễ (I), giai đoạn cháy nhanh (II), cháy (III) cháy rớt (IV) a Giai đoạn cháy trễ:  Từ lúc nhiên liệu bắt đầu phun vào xilanh (1) đường cháy tách khỏi đường nén (2)  Trong giai đoạn áp suất tăng nén chậm nhiệt cho trình bay nhiên liệu xảy trình xé nhỏ, bay nhiên liệu, hòa trộn với khơng khí phản ứng sơ để hình thành trung tâm tự cháy chí giai đoạn đầu việc phát triển trung tâm 110 01/11/2015 a Giai đoạn cháy trễ:  Nhiên liệu phun vào giai đoạn chiếm khoảng 30-40% cá biệt có 100% (động cao tốc)  Những nơi có thành phần thích hợp (a = 0,8 - 0,9) nhiệt độ đủ lớn có nhiều nguồn lửa tự cháy hình thành lúc  Nơi thường vỏ chùm tia nhiên liệu  Đặc trưng cho giai đoạn thời gian cháy trễ ti hay góc cháy trễ ji  Thời gian cháy trễ quan trọng phải có giai đoạn muốn cho nhiên liệu tự bốc cháy cần phải nâng nhiệt độ lên nhiệt độ tự bốc cháy  Giai đoạn ảnh hưởng đến tồn q trình cháy 111 01/11/2015  Thời gian cháy trễ dài, ngắn tùy thuộc vào:      Tính chất nhiên liệu (số xetan), Nhiệt độ áp suất thời điểm phun nhiên liệu, Độ phun tơi, Chuyển động rối khơng khí nén Việc tồn bề mặt nóng b Giai đoạn cháy nhanh:  Từ lúc đường cháy tách đường nén đến áp suất đạt cực đại  Thực chất trình cháy nổ đồng thời cục lan tràn màng lửa vùng hỗn hợp chuẩn bị  Do cháy phần lớn nhiên liệu phun vào giai đoạn trước, chuẩn bị kỹ phần nhiên liệu phun vào bay hòa trộn kịp, tốc độ cháy tăng nhanh, áp suất nhiệt độ xilanh tăng vọt lên 112 01/11/2015 b Giai đoạn cháy nhanh:  Năng lượng nhiệt tỏa giai đoạn chiếm khoảng 1/3 tổng số trình phun thường kết thúc giai đoạn  Đặc trưng cho giai đoạn tỉ số tăng áp suất trung bình D p Thường Dj Dp = ,  , MN / m Dj o chí đến lớn Do động diesel làm việc ồn  DP/Dj phụ thuộc chủ yếu vào thời gian cháy trễ qui luật phun  ti lớn, nhiên liệu phun tập trung nhiều vào giai đoạn đầu DP/Dj lớn 113 01/11/2015 c Giai đoạn cháy chính:  Từ áp suất cực đại (3) đến nhiệt độ max (đ.4)  Tốc độ cháy tốc độ bay hòa trộn nhiên liệu với khơng khí định, giảm dần oxy ngày thiếu, sản vật cháy ngày tăng  Vì nhiệt độ xilanh tăng áp suất xilanh giảm nhiệt tạo khơng bù giảm áp piston chuyển động Giai đoạn cháy khoảng 40-50% nhiên liệu c Giai đoạn cháy chính:  Việc tập trung nhiên liệu tổ chức tốt trình cháy giai đoạn có ý nghĩa quan trọng tính êm dịu động đảm bảo việc lợi dụng nhiệt khơng xấu nhiều  Tuy nhiên không tập trung nhiều nhiên liệu vào giai đoạn đến oxy kiệt, khí trơ tăng, q tình cháy khó khăn, dễ làm tăng cháy rớt 114 01/11/2015 d Giai đoạn cháy rớt:  Từ tmax (đ.4) đến kết thúc trình cháy  Đặc trưng giảm tốc độ tỏa nhiệt dx  giảm tốc độ cháy Nhiệt tỏa dj nhiên liệu lúc nhiệt truyền cho vách  Tốc độ cháy thấp thiếu nhiều oxy có nhiều sản vật cháy nhiệt độ áp suất lại giảm d Giai đoạn cháy rớt:  Giai đoạn cháy rớt kéo dài làm nhiệt độ khí xả tăng, tổn thất nhiệt phụ tải nhiệt chi tiết tăng, tính kinh tế động tồi  Hồn thiện q trình hỗn hợp, tăng vận động xốy lốc rút ngắn việc cung cấp nhiên liệu giai đoạn ba giảm thời gian cháy rớt 115 01/11/2015 Nhận xét:  Việc phân chia trình cháy thành giai đoạn mang tính chất giả định thực chất phức tạp, nhiều vấn đề chưa nghiên cứu làm sáng tỏ  Quá trình cháy hòan hảo nhiên liệu cháy hồn toàn thời điểm piston gần ĐCT tốc độ tăng áp suất trung bình DP/Dj khơng q lớn Nhận xét:  Giảm DP/Dj cách giảm ti  khống chế nhiên liệu cháy giai đoạn hai việc khống chế lượng khơng khí (các buồng cháy ngăn cách);  khống chế lượng nhiên liệu bay hòa trộn thời kỳ cháy trễ (hỗn hợp màng)  Làm nhiên liệu cháy hoàn toàn, giảm cháy rớt cách hồn thiện q trình hỗn hợp 116 01/11/2015 a Ảnh hưởng tính chất nhiên liệu Diesel cao tốc: xê tan >= 45 -TB: >= 35 - Thấp tốc: >= 25 b Ảnh hưởng quy luật phun nhiên liệu •Biến thiên lượng nhiên liệu phun vào động (lượng nhiên liệu tương ứng với đơn vị góc quay trục khuỷu) theo góc quay trục khuỷu gọi quy luật phun •Quy luật phun hợp lý là: lúc bắt đầu phun, cần có tốc độ phun nhỏ, áp suất phun thấp, để giảm lượng nhiên liệu phun vào giai đoạn cháy trễ, Giai đoạn cuối trình phun cần tăng nhanh tốc độ phun áp suất phun, lượng nhiên liệu phun vào xylanh tăng nhanh 117 01/11/2015 C’ * f * b Ảnh hưởng quy luật phun nhiên liệu • Tăng js  DP/Dj tăng; Pz tăng cao, động làm việc thơ bạo • Phun q muộn, QT cháy kéo dài sang giãn nở, DP/Dj giảm; Pz giảm, tăng tổn thất nhiệt, tăng nhiệt độ nước làm mát, tăng nhiệt độ khí xả • Buồng cháy thống nhất: 25 ÷ 35CA • Buồng cháy ngăn cách: 15 ÷ 20 118 01/11/2015 Góc phun sớm tối ưu 119 01/11/2015 •Khi tăng tốc độ n, cường độ chuyển động dòng khí tăng cường, tăng áp suất phun, cải thiện tốt điều kiện hình thành hóa khí, tính theo giây tăng n  giảm thời gian cháy trễ ti 120 ... phần Chu trình thực tế xác định từ đồ thị máy đo cơng vẽ tính tốn Nếu phương pháp tính tốn hồn hảo khác chu trình tính tốn chu trình thực tế nhiêu 4. 1 Q trình nap: 4. 1.1 Khái quát: Để thực chu trình. ..01/11/2015 Chu trình thực tế chu trình thực xylanh động thực Chu trình thực tế chu trình hở, khơng thuận nghịch, ngồi tổn thất tất yếu cho nguồn...  (0,85  1,05)Pk 4. 1.2.2 Hệ số khí sót: r = Mr M1 Mr chu trình trước lưu lại suốt chu trình 15 01/11/2015 a) Động kỳ: Mr = PrVr P V Vc PV = r r = r r l2 8314Tr 8314Tr Vc 8314Tr  Pr, Tr: áp