Bài thuyết trình: Trao đổi khí của động cơ Diesel tàu thủy loại động cơ 4 thì

Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài thuyết trình Trao đổi khí của động cơ Diesel tàu thủy loại động cơ 4 thì dưới đây để nắm bắt được những kiến thức về áp suất khí nạp, nhiệt độ khí nạp, hệ số ký rót, nhiệt độ cuối quá trình nạp, hệ số nạp,... Với các bạn chuyên ngành Cơ khí - Chế tạo máy thì đây là tài liệu tham khảo hữu ích.

ĐẶT VẤN ĐỀ

    Nh  chúng ta đ  bi t, ho t đ ng c a ĐCĐT có tính chu k , t c là có các chu trình công tác  ư ả ế ạ ộ ủ ỳ ứ

k  ti p nhau. Đ  th c hi n đ ế ế ể ự ệ ượ c chu trình công tác ti p theo ph i x  h t khí th i ra ngoài  ế ả ả ế ả

không gian công tác và n p khí m i vào đó ạ ớ

   Quá trình n p khí m i và th i khí th i có liên quan m t thi t v i nhau và đ ạ ớ ả ả ậ ế ớ ượ c g i chung là  ọ quá trình n p x  Hay quá trình thay đ i khí ho c quá trình trao đ i khí  ạ ả ổ ặ ổ

   Do s  thay đ i ti t di n khí l u thông và v n t c c a piston  cũng nh   nh h ự ổ ế ệ ư ậ ố ủ ư ả ưở ng c a hàng  ủ

lo t hi n t ạ ệ ượ ng khí đ ng khác nên áp su t c a MCCT trong xylanh bi n đ i r t ph c t p ộ ấ ủ ế ổ ấ ứ ạ

Sau đây nhóm VI s  trình bày v n đ  trao đ i khí c a đ ng c  Diesel tàu th y , lo i đ ng  ẽ ấ ề ổ ủ ộ ơ ủ ạ ộ

c  4 thì.  ơ

* Sơ đồ hệ thống nạp xả

S  đ  h  th ng n p xơ ồ ệ ố ạ ảK,X­ ng góp khí n p,th iố ạ ả

T­tuabin khí th iảN­máy nén khíLM­ thi t b  làm mátế ị

Quá trình nạp xả ơ động cơ 4 kỳ không tăng áp và động cơ 4 kỳ tăng áp

Ảnh hưởng của các hiện tượng khí động bên ngoài

1 Áp suất khí nạp

Áp suất khí nạp

2 Nhiệt độ khí nạp (Tk)

  Đ nh nghĩa :ị

      Nhi t đ  khí n p(Tk ) là nhi t đ  đệ ộ ạ ệ ộ ược xác đ nh ị

t i không gian ch a khí n p trạ ứ ạ ước khi vào không gian công tác c a xylanh ủ

   Công th c:ứ

  

Chỉ số nén đa biến      ∆Tm  = 250 ­ 500

     m  =1.45­1.6    máy nén biston

     m  = 1.65­1.8  máy nén roto

     m  = 1.45­1.80  máy nén ly tâm

Áp suất cuối quá trình nạp

      Trong đó: pk pa  ­ áp su t c a khí n p trấ ủ ạ ướ ửc c a  n p    ạvào  áp su t trong xylanhấ

      Hk ,Ha ­đ  cao c a c a n p và đ  cao c a ộ ủ ử ạ ộ ủ

không gian công tác t i v  trí đang xét;ạ ị

       a   ­m t đ  c a khí n p trong xylanh; ρ ậ ộ ủ ạ

      wk  v n t c c a khí nap trậ ố ủ ướ ửc c a n pạ

      wn ­v n t c trung bình c a khí n p tai c a ậ ố ủ ạ ử

n p; ạ

        n ­h  s  tính  nh hβ ệ ố ả ưởng c a ti t di n l u ủ ế ệ ư

thông c a c a n p;  ủ ử ạ

       n­h  s  c n c a đξ ệ ố ả ủ ường  ng n p.ố ạ

Trị số áp suất cuối quá trình nạp nằm trong khoảng

       Tr  s  c a áp su t cu i quá trình n p n m trong      ị ố ủ ấ ố ạ ằ

ph m vi nh  sauạ ư

  pa = (0.80­0.90)pk   đ ng c  4 k  không tăng ápộ ơ ỳ

  pa = (0.90­0.96)pk đ ng c  4 k  tăng ápộ ơ ỳ

 pa = (0.85­1.05)pk đ ng c  2 kộ ơ ỳ

5 Nhiệt độ cuối quá trình nạp

       MCCT cu i quá trình n p bao g m khí m i và khí sót. Nhi t đ  c a MCCT cu i  ố ạ ồ ớ ệ ộ ủ ố quá trình n p (Ta) l n h n nhi t đ  c a khí n p (Tk) do nh n nhi t t  các b  m t  ạ ớ ơ ệ ộ ủ ạ ậ ệ ừ ề ặ nóng ( vách  ng n p, b  m t xupap n p, vách xylanh) và hòa tr n v i khí sót có  ố ạ ề ặ ạ ộ ớ

nhi t đ  cao h n. Có th  xác đ nh (Ta) t  ph ệ ộ ơ ể ị ừ ươ ng trình cân b ng nhi t c a khí m i  ằ ệ ủ ớ

và khí sót t i nh ng th i đi m tr ạ ữ ờ ể ướ c và sau khi hòa tr n, v i gi  đ nh r ng quá trình  ộ ớ ả ị ằ hòa tr n di n ra trong đi u ki n pa = const  và nhi t đ  khí sót (Tr) không đ i khi khí  ộ ễ ề ệ ệ ộ ổ sót dãn n  t  áp su t pr xu ng pa, nh  sau: ở ừ ấ ố ư

6 Hệ số khí sót (γr)

H  s  khí sót ( r) là đ i l ệ ố γ ạ ượ ng đ ượ c xác đ nh b ng  ị ằ

t  s  gi a l ỷ ố ữ ượ ng khí sót

 (mr) và l ượ ng khí m i đ ớ ượ c n p vào không gian  ạ công tác c a xylanh (m1): ủ

 

  r =  γ

 H  s  khí sót là đ i l ệ ố ạ ượ ng đánh giá l ượ ng khí th i  ả còn sót l i trong không gian công tác sau m i chu  ạ ỗ

trình, t c là đánh giá ch t l ứ ấ ượ ng quá trình x ả

H  s  khí sót ph  thu c ch  y u vào ph ệ ố ụ ộ ủ ế ươ ng pháp 

n p – x  và có tr  s  n m trong ph m vi sau [2] : ạ ả ị ố ằ ạ

  r = 0,01 – 0,03         ­  Đ ng c  4 k γ ộ ơ ỳ

  r  = 0,03 ­­ 0,06         ­  Đ ng c  2 k  quét th ng γ ộ ơ ỳ ẳ

  r  = 0,06 ­­ 0,2       ­  Đ ng c  2 k  quét vong có  γ ộ ơ ỳ máy nén riêng

7 Hệ số nạp (ηv )

     H  s  n p ( v) đ ệ ố ạ η ượ c xác đ nh b ng t  s  gi a l ị ằ ỷ ố ữ ượ ng khí m i th c t   ớ ự ế

đ ượ c n p vào xylanh trong m t chu trình (m1) và l ạ ộ ượ ng khí m i so sánh  ớ

ch a đ y dung tích công tác c a xylanh   đk áp su t và nhi t đ  tr ứ ầ ủ ở ấ ệ ộ ướ ử c c a 

n p (ms) ạ

       v =  η

1

m ms

Hệ số nạp

Phương trình trạng thái thời điểm cuối hành trình nạp

8 Hệ số quét (ηp)

II Diễn Biến Quá Trình Nạp Xả

Quá trình n p x    đ ng c  4 k  kéo dài t  th i đi m xupap x  b t đ u m  cho đ n  ạ ả ở ộ ơ ỳ ừ ờ ể ả ắ ầ ở ế khi xupap n p hoàn toàn đóng. Căn c  vào đ c đi m làm vi c c a c u t o n p x ,  ạ ứ ặ ể ệ ủ ấ ạ ạ ả

có th  chia quá trình n p x    đ ng c  4 k  thành 5 giai đo n: x  t  do, x  c ể ạ ả ở ộ ơ ỳ ạ ả ự ả ưỡ ng 

b c, quét bu n đ t, n p chính và n p thêm ứ ồ ố ạ ạ

1.Xả tự do

      Giai đo n x  t  do (còn g i là giai đo n x  s m) kéo dài t  th i đi m xupap x  b t đ u  ạ ả ự ọ ạ ả ớ ừ ờ ể ả ắ ầ

m  đ n th i đi m piston t i ĐCD trong hành trình giãn n  góc quay c a tr c khu u tính t   ở ế ờ ể ớ ở ủ ụ ỷ ừ

đi m xupap x  b t đ u m  đ n ĐCD trong hành trình giãn n  đ ể ả ắ ầ ở ế ở ượ c g i là góc x  s m ( ) ọ ả ớ

        Trong giai đo n x  t  do, MCCT trong không gian công tác c a xylanh t  thoát ra ngoài  ạ ả ự ủ ự qua xupap x    nh ng th i đi m đ u c a giai đo n x  t  do, khí th i l u đ ng v i t c đ   ả ở ữ ờ ể ầ ủ ạ ả ự ả ư ộ ớ ố ộ truy n âm do chênh l ch khá l n giũa trong và ngoài xylanh. Chính do chênh l ch khá l n v  áp  ề ệ ớ ệ ớ ề

su t nên ch  trong m t th i gian ng n c a giai đo n x  t  do đã có kho ng 60 đ n 70% khí th i  ấ ỉ ộ ờ ắ ủ ạ ẩ ự ả ế ả thoát ra ngoài

3 Quét buồng đốt

       Giai đo n quét bu ng đ t kéo dài t  th i đi m xupap n p b t đ u m  đ n th i  ạ ồ ố ừ ờ ể ạ ắ ầ ở ế ờ

đi m xupap x  đóng hoàn toàn (đi m r1). Góc quay tr c khu u tính t  ĐCT đ n  ể ả ể ụ ỷ ừ ế

đi m xupap x  đóng hoàn toàn g i là góc x  mu n ( ) ể ả ọ ả ộ

         Trong giai đo n quét bu ng đ t, c  xupap n p và xupap x  đ u m  và có th   ạ ồ ố ả ạ ả ề ở ể

m t l ộ ượ ng khí m i và khí th i thoát ra kh i không gian công tác qua xupap x ớ ả ỏ ả

5.Nạp thêm

 N p thêm: ạ

      Giai đo n n p thêm kéo dài t  th i đi m piston  ạ ạ ừ ờ ể

r i ĐCD trong hành trình nén đ n th i đi m xupap  ờ ế ờ ể

n p đóng hoàn toàn (đi m a1). Góc quay tr c khu u  ạ ể ụ ỷ

đó c  xupap n p và x  cũng m ả ạ ả ở

II Ảnh hưởng của góc phối khí đến chất lượng quá trình nạp xả của

động cơ 4 kỳ

1.Góc xả sớm

Xupap m  tr ở ướ c khi piston t i ĐCD trong hành trình giãn n  nh m m c đích đ  tang  ớ ở ằ ụ ể

m t l ộ ượ ng đáng k  khí th i t  thoát ra kh i công gian công tác c a xilanh,do đó  ể ả ự ỏ ủ

gi m tiêu hao cho vi c đ y khí th i trong hành trình x  và gi m khí sót.G a s  b1 là  ả ệ ẩ ả ả ả ỉ ử

th i đi m b t đ u m  xupap x  t i  u và đ ờ ể ắ ầ ơ ả ố ư ườ ng x  đ ả ượ c th  hi n b ng đ ể ệ ằ ườ ng 

li n trên  ề

Góc xả sớm

  Tuy nhiên ph n công lãng phí v n l n h n và k t qu  là công su t đ ng c  s  gi m  ầ ẫ ớ ơ ế ả ấ ộ ơ ẽ ả

n u m  xupap x  quá s m ế ở ả ớ

   N u xupap x  quá mu n t c là khi piston đã đ n quá g n ĐCD trong hành trình giãn  ế ả ộ ứ ế ầ

n ,thì: ở

    Khí th i b t đ u thoát ra kh i không gian công tác c a xilanh khi áp su t trong đó đã  ả ắ ầ ỏ ủ ấ khá th p,do đó ph n công giãn n  b  lãng phí ít h n ấ ầ ở ị ơ

    Công tiêu hao cho vi c đ y khí th i trong giai đo n x  c ệ ẩ ả ạ ả ưỡ ng b c l n h n ứ ớ ơ

     L ượ ng khí sót nhi u h n ề ơ

Góc xả sớm

K t qu  cu i cùng là h  s  khí sót s  l n h n và công su t đ ng c  cũng gi m đi khi m   ế ả ố ệ ố ẽ ớ ơ ấ ộ ơ ả ở

xupap x  quá mu n do ph n công giãn n  t n d ng đ ả ộ ầ ở ậ ụ ượ c không bù đ p n i ph n công tiêu hao  ắ ổ ầ cho vi c đ y khí th i ra ngoài ệ ẩ ả

2.Góc xả muộn.

    Xupap được đóng kín sau khi piston đã r i ĐCD trong ờhành trình n p nh m m c đích gi m lạ ằ ụ ả ượng khí sót,b i vì ỡ

m c dù tác d ng đ y c a piston đã ch m d t nh ng do ặ ụ ẩ ủ ấ ứ ư

quán tính c a dòng khí th i và do chênh l ch áp su t nên ủ ả ệ ấ

m t lộ ượng khí th i đã b  “hút” ra kh i xilanh   nh ng th i ả ị ỏ ở ữ ờ

đi m đ u c a hành trình n p.Th m chí m t lể ầ ủ ạ ậ ộ ượng nh t ấ

đ nh khí m i cũng đị ớ ược hút ra đường  ng x  n u các góc ố ả ế

n p s m  và góc x  mu n có tr  s  thích h p.Hi n tạ ớ ả ộ ị ố ợ ệ ượng này được g i là quét bu ng đ t.G a s  r1 là th i đi m ọ ồ ố ỉ ử ờ ể

đóng kín xupap x  t i  u,đả ố ư ường áp su t tấ ương  ng là ứ

đường li n.ề

Góc xả muộn

 N u góc x  mu n quá nh ,t c là xupap x  đóng quá s m(đi m r1s) thì ti t di n  ế ả ộ ỏ ứ ả ớ ể ế ệ

l u thông c a xupap x  s  r t nh  t i nh ng th i đi m piston   g n ĐCT.Trong  ư ủ ả ẽ ấ ỏ ạ ữ ờ ể ở ầ

đi u ki n đó khí th i không đ ề ệ ả ượ c thoát ra ngoài và b  nén l i,và sau đó s  giãn  ị ạ ẽ

n (đ ở ườ ng ­­­­­­)và làm ch m l i quá trình n p,vì khí m i ch  có th  đi vào xilanh khi  ậ ạ ạ ớ ỉ ể

áp su t trong đó nh  h n áp su t tr ấ ỏ ơ ấ ướ c xupap n p.K t qu  là h  s  khí sót tăng và  ạ ế ả ệ ố

h  s  n p gi m khi góc x  mu n quá nh ệ ố ạ ả ả ộ ỏ

     

Góc xả muộn

N u góc x  mu n quá l n cũng có h u qu  tế ả ộ ớ ậ ả ương t  nh  ự ư

trường h p góc x  mu n quá nh ,vì khi đó s  có m t ợ ả ộ ỏ ẽ ộ

lượng nh t đ nh khí th i trong  ng x  đấ ị ả ố ả ược hút ngượ ạc l i không gian công tác c a xi lanhủ

3.Góc nạp sớm

   Xupap n p đ ạ ượ c m  tr ở ướ c khi piston t i ĐCT trong hành trình x  nh m m c đích  ớ ả ằ ụ tăng l ượ ng khí n p vào xilanh nh  đ m b o ti t di n l u thông c a xupap n p đ   ạ ờ ả ả ế ệ ư ủ ạ ủ

l n   giai đo n đ u c a hành trình n p.Gi  s  d1 là th i đi m b t đ u m  xupap  ớ ở ạ ầ ủ ạ ả ử ờ ể ắ ầ ở

n p t i  u và đ ạ ố ư ườ ng áp su t đ ấ ượ c th  hi n b ng nét li n trên ể ệ ằ ề

Góc nạp sớm

    N u góc n p s m quá nh ,t c là th i đi m b t đ u m  ế ạ ớ ỏ ứ ờ ể ắ ầ ởxupap n p quá g n ĐCT (đi m d1m),thì ti t di n l u ạ ầ ể ế ệ ư

thông c a xupap n p t i nh ng th i đi m piston d n ĐCT ủ ạ ạ ữ ờ ể ầ

s  nh ,s c c n khí đ ng s  tăng s  làm cho áp su t trong ẽ ỏ ứ ả ộ ẽ ẽ ấxilanh   giai đo n đ u hành trình n p s  th p h n.K t ở ạ ầ ạ ẽ ấ ơ ế

qu  là lả ượng khí n p s  gi m và công tiêu hao cho quá ạ ẽ ả

trình n p­x  cũng tăng.ạ ả

    N u xupap n p m  quá s m thì h u qu  cũng tế ạ ở ớ ậ ả ương t  ự

nh  trư ường h p xuoap n p m  quá mu n,vì khi đó m t ợ ạ ở ộ ộ

lượng nh t đ nh khí th i s  đ y vào đấ ị ả ẽ ẩ ường  ng n p r i ố ạ ồsau đó quay tr  l i không gian công tac c a xilanhở ạ ủ

Góc nạp muộn

 Vi c m  xupap n p đ ệ ở ạ ượ c di trì m t th i gian sau khi piston đã r i ĐCD trong hành tình nén  ộ ờ ờ

nh m m c đích tăng l ằ ụ ượ ng khí m i đ ớ ượ c n p vào xilanh.B i vì,m c dù piston đã b t đ u đi  ạ ỡ ặ ắ ầ lên nh ng do quán tính c a dòng khí n p và do chênh l ch áp su t,m t l ư ủ ạ ệ ấ ộ ượ ng nh t đ nh khí  ấ ị

m i v n ti p t c đi vào xilanh   nh ng th i đi m đ u c a hành trình nén ớ ẫ ế ụ ở ữ ờ ể ầ ủ

 N u xupap n p đóng quá s m thì ti t di n l u thông c  xupap n p khi piston   g n ĐCD s   ế ạ ớ ế ệ ư ủ ạ ở ầ ẽ

nh Đi u đó làm gi m hi u qu  n p thêm ỏ ề ả ệ ả ạ

Góc nạp muộn

    N u xupap n p đóng quá mu n thì m t ph n khí m i s  ế ạ ộ ộ ầ ớ ẽ

đ y ngẩ ược tr  l i đở ạ ường  ng n p.ố ạ

    Qua phân tích   trên ta th y,các góc ph i khí có  nh ở ấ ố ả

hưởng tr c ti p đén ch t lự ế ấ ượng quá trình n p x ,qua đó ạ ả

nh h ng đ n các ch  tiêu kinh t  k  thu t c a đ ng 

c Vi c l a ch n ho c đi u ch nh đúng các góc ph i khí ơ ệ ự ọ ặ ề ỉ ố

s   nh hẽ ả ưởng tr c ti p đ n công su t và hi u su t c a ự ế ế ấ ệ ấ ủ

đ ng c Góc ph i khí l n hay nh  tùy thu c trộ ơ ố ớ ỏ ộ ước h t vào ế

t c đ  quay c a đ ng c  và phố ộ ủ ộ ơ ương pháp n p­x Thông ạ ả

thường tr  s  c a các góc ph i khí đị ố ủ ố ượ ực l a ch n b ng ọ ằ

con đường th c nghi m.ự ệ

III Kết Luận

  Trên đây là các thông s  và di n bi n c a quá trình trao ố ễ ế ủ

đ i khí( quá trình thay đ i khí) c a đ ng c  Diesel 4 k  ổ ổ ủ ộ ơ ỳnói chung. Quá trình trao đ i khí trong đ ng c  là m t quá ổ ộ ơ ộtrình c u k  quan tr ng. Đ ng c  mu n ho t đ ng và ự ỳ ọ ộ ơ ố ạ ộ