Giáo trình Động cơ đốt trong: Phần 1

Cấu trúc cuốn giáo trình Động cơ đốt trong gồm 2 phần với 13 chương. Ở phần này mang nội dung phần lý thuyết Nguyên lý động cơ đốt trong, gồm 6 chương: Khái niệm chung về động cơ đốt trong; nhiên liệu và môi chất công tác; các quá trình của chu trình công tác; các chỉ tiêu về tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ đốt trong; chế độ làm việc và đặc tính của động cơ đốt trong; tăng áp cho động cơ.

MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI NÓI ĐẦU BẢNG VIẾT TẮT Phần A NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chƣơng KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.2 ĐỊNH NGHĨA – PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ 12 1.2.1 Định nghĩa 12 1.2.2 Phân loại 12 1.2.3 Ƣu, nhƣợc điểm phạm vi sử dụng ĐCĐT 13 1.3 ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG KIỂU PÍ T TÔNG (ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG) 14 1.3.1 Sơ đồ nguyên lý (Hình 1.2) 14 1.3.2 Các thuật ngữ 14 1.3.3 Trình tự trình (hình 1.3) 16 1.3.4 Phân loại: 17 1.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 18 1.4.1 Nguyên lý làm việc động kỳ 18 1.4.2 Nguyên lý làm việc động kỳ 28 1.4.3 So sánh động kỳ với động kỳ 32 1.4.4 So sánh động diesel với động xăng (dùng bộ chế hòa khí ) 33 1.5 ĐỘNG CƠ NHIỀU XI LANH 33 1.5.1 Khái niệm chung 33 1.5.2 Bảng sinh công 34 1.6 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐẶC BIỆT 36 1.6.1 Động Wankel 36 1.6.2 Động tua bin 38 Chƣơng NHIÊN LIỆU VÀ MÔI CHẤT CÔNG TÁC 40 2.1 NHIÊN LIỆU 40 2.1.1 Khái niệm chung 40 2.1.2 Nhiên liệu thể khí 40 2.1.3 Nhiên liệu thể lỏng 42 2.1.4 Các tính chất nhiên liệu 43 2.2 MÔI CHẤT CÔNG TÁC 50 2.2.1 Lƣợng khơng khí cần để đốt cháy nhiên liệu 50 2.2.2 Hòa khí 53 2.2.3 Sản phẩm cháy 54 2.2.4 Thay đổi môi chất cháy 58 2.2.5 Hệ số thay đổi phân tử thực tế 61 CHƢƠNG CHU TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 63 3.1 CHU TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 63 3.1.1 Các loại chu trình 63 3.1.2 Các tiêu đánh giá 65 3.1.3 Chu trình lý tƣởng động đốt 66 3.2 QUÁ TRÌNH NẠP 70 3.2.1 Diễn biến trình nạp động kỳ pk < pO 71 3.2.2 Các thông số ảnh hƣởng đến trình nạp 73 3.2.3 Định nghĩa – công thức hệ số nạp v 80 3.3 QUÁ TRÌNH NÉN 82 3.3.1 Diễn biến trình nén 82 3.3.2 Các thông số ảnh hƣởng đến trình nén 84 3.3.3 Công nén 85 3.3.4 Những yếu tố ảnh hƣởng đến số nén đa biến trung bình n1 87 3.3.5 Chọn tỷ số nén 88 3.4 QUÁ TRÌNH CHÁY 90 3.4.1 Quá trình cháy động xăng 90 3.4.2 Quá trình cháy động diesel 101 3.4.3 Các thơng số q trình cháy 109 3.5 QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ SINH CÔNG 112 3.5.1 Diễn biến trình giãn nở 112 3.5.2 Các thơng số q trình giãn nở 114 3.5.3 Công trình giãn nở 115 3.5.4 Những nhân tố ảnh hƣởng đến số giãn nở đa biến trung bình n2 116 3.6 QUÁ TRÌNH XẢ 118 3.6.1 Diễn biến trình xả 118 3.6.2 Các thơng số q trình xả 119 Chƣơng CÁC CHỈ TIÊU VỀ TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 120 4.1 CÁC CHỈ TIÊU CHÍNH 120 4.1.1 Công suất động 120 4.1.2 Hiệu suất có ích động 120 4.1.3 Tuổi thọ độ tin cậy hoạt động động 120 4.1.4 Khối lƣợng động 121 4.1.5 Kích thƣớc bao 121 4.2 CÁC THÔNG SỐ CHỈ THỊ 122 4.2.1 Công thị Li áp suất thị trung bình pi 122 4.2.2 Công suất thị động 126 4.2.3 Hiệu suất thị suất tiêu hao nhiên liệu thị 127 4.3 TỔN HAO CƠ GIỚI VÀ CÁC THƠNG SỐ CĨ ÍCH 129 4.3.1 Tổn hao giới 129 4.3.2 Hiệu suất giới 130 4.3.3 Cơng suất có ích Ne 131 4.3.4 Hiệu suất có ích e suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge 132 4.3.5 Cơng suất lít cơng suất pí t tơng 133 Chƣơng 5: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ ĐẶC TÍNH 136 5.1 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 136 5.1.1 Các chế độ làm việc 136 5.1.2 Điều kiện làm việc 138 5.2 ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 139 5.2.1 Khái niệm 139 5.2.2 Các biểu thức dùng để phân tích đặc tính động 139 5.2.3 Mối quan hệ i i với   142 5.2.4 Đặc tính tốc độ đặc tính ngồi 144 5.2.5 Đặc tính tải 147 5.2.6 Các đặc tính khác 151 5.2.7 Chuyển đổi đặc tính điều kiện tiêu chuẩn 153 Chƣơng TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 155 6.1 MỤC ĐÍCH CỦA TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ 155 6.1.1 Tăng áp để nâng cao công suất động 155 6.1.2 Tăng áp để tiết kiệm lƣợng 156 6.2 CÁC BIỆN PHÁP TĂNG ÁP CHỦ YẾU 157 6.2.1 Tăng áp dẫn động khí (Supercharger) 157 6.2.2 Tăng áp nhờ lƣợng khí thải 159 6.2.3 Tăng áp hỗn hợp 163 DANH MỤC HÌNH 165 DANH MỤC BẢNG 1666 Tài liệu tham khảo 1677 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Giáo trình “Động đốt trong” chúng tơi biên soạn tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI NÓI ĐẦU Biên soạn giáo trì nh là một hoạt động thuộc Tiểu hợp phần 3.1: Tăng cường lực quản lý, giảng dạy cải tiến giáo trình - khuôn khổ Dự án Khoa học công nghệ Nông nghiệp - vay vốn ADB Ćn giáo trình “ Động đốt trong” là một sản phẩm của Dự án biên soạn dùng cho việc giảng dạy và học tập ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô - hệ cao đẳng Giáo trình cung cấp cho sinh viên kiến thức nguyên lý động đốt trong; kết cấu động đốt trong; động học, động lực học cấu trục khuỷu – truyền cân động Cuốn giáo trình biên soạn dựa theo đề cương chi tiết hai học phần ( Nguyên lý động đốt kết cấu động đốt trong); dựa sở đổi phương pháp giảng dạy theo hướng tăng thời gian tự học, tự nghiên cứu sinh viên Trong trình biên soạn giáo trình, chúng tơi tham khảo nhiều giáo trình tài liệu liên quan, tìm hiểu thơng tin báo, mạng internet động đốt trong, kết hợp với kinh nghiệm thực tế Cấu trúc giáo trình “Động đốt trong” gồm phần với 13 chương: Phần A Nguyên lý động đốt trong, gồm chƣơng: Chương Khái niệm chung động đốt Chương Nhiên liệu môi chất công tác Chương Các q trình chu trình cơng tác Chương Các tiêu tính kinh tế kỹ thuật động đốt Chương Chế độ làm việc đặc tính động đốt Chương Tăng áp cho động Phần B Kết cấu động đốt trong, gồm chƣơng: Chương Cơ cấu trục khuỷu – truyền Chương Cơ cấu phân phối khí Chương Hệ thống bơi trơn Chương Hệ thống làm mát Chương Hệ thống cung cấp động xăng Chương Hệ thống cung cấp động diesel Chương Động học , động lực học cấu trục khuỷu – truyền cân động Giáo trình sở cho giảng viên soạn giảng để giảng dạy Các thơng tin giáo trình có giá trị hướng dẫn giảng viên thiết kế tổ chức giảng dạy cách hợp lý Giảng viên vận dụng cho phù hợp với điều kiện bối cảnh thực tế trình dạy học Cuốn giáo trình tài liệu học tập nghiên cứu sinh viên cao đẳng ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô Khi sử dụng giáo trình, sinh viên cần: Phân biệt loại động đốt trong; So sánh ưu, nhược điểm loại động đốt trong; lập bảng sinh công động nhiều xi lanh; Đánh giá tính chất nhiên liệu mơi chất cơng tác; Tính tốn tiêu kinh tế, kỹ thuật động đốt để ứng dụng vào thực tiễn; Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc động đốt đặt ô tô; Biết phân tích lực sinh động làm việc, hợp lực mô men tác dụng lên cấu trục khuỷu – truyền Nhằm đáp ứng tốt cho việc đào tạo theo nhu cầu xã hội, giáo trình cần chỉnh sửa hàng năm nhằm lược bỏ kiến thức lỗi thời, không cần thiết; kịp thời bổ sung kiến thức động đốt loại ô tô đại sử dụng phổ biến Việt Nam Mặc dù cố gắng, song việc biên soạn giáo trình khó tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận nhiều ý kiến đóng góp bạn đọc để giáo trình hồn thiện Chúng tơi chân thành cảm ơn Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn , Ngân hàng phát triển châu Á (ADB), Ban Quản lý Trung ương Dự án Khoa học công nghệ Nông nghiệp đã tạo điều kiện cho giáo viên Trường Cao đẳng Cơ điện Nông nghiệp Nam Bộ việc nâng cao lực , kinh nghiệm về biên soạn cải tiến giáo trì nh giảng dạy , góp phần nâng cao chất lượng dạy và học nhà trường Tham gia biên soạn Chủ biên: Đoàn Duy Đồng BẢNG VIẾT TẮT ĐCD Điểm chết ĐCĐT Động đốt ĐC – D Động diesel ĐCT Điểm chết ĐC – X Động xăng ĐTN Đặc tính ngồi ĐTTĐ Đặc tính tốc độ Phần A NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chƣơng KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Động đốt dùng rộng rãi tất ngành kinh tế quốc dân lĩnh vực quân Năng lượng Động đốt sinh chiếm khoảng 90% tổng lượng mà người sử dụng, 10% lại dạng lượng khác (sức gió, sức nước, lượng mặt trời, lượng nguyên tử…) ĐCĐT xuất từ nào? Chính pháo thăng thiên thủy tổ ĐCĐT Theo sử liệu, pháo thăng thiên tên lửa đời vào kỷ thứ I Pháo thăng thiên đồ chơi lý thú cho vua chúa phong kiến, có tính khoa học Thuốc pháo cháy ống tre (kiểu xy lanh cổ điển) để sinh lượng lớn khí cháy sau, tác dụng phản lực, pháo bay vút lên cao Đến kỷ thứ III, IV đèn kéo quân đời, ĐCĐT, thủy tổ động tua bin khí cháy đại Đến kỷ thứ XI, kỹ thuật pháo súng thần cơng đời, ĐCĐT kỳ, có cháy giãn nở, nòng súng “xi lanh”, viên đạn pít tơng Pít tông bay mà “không quay trở lại” Tiếc kỹ thuật sử dụng nguyên lý ĐCĐT vào mục tiêu phát triển sản xuất bị chế độ phong kiến lạc hậu kìm hãm thời gian dài hàng chục kỷ Trước đề cập đến lịch sử phát triển ĐCĐT cần lược qua đôi nét trình hình thành động nhiệt đại Năm 1746 thị trấn nhỏ Gơninốc phía Bắc nước Anh, cậu bé GiêmOát lên 10 tuổi quan sát nước sôi ấm, thấy sức mạnh nước đẩy nắp bật lên Nhưng đến năm 1784, GiêmOát 48 tuổi, máy nước nhân loại đời, hồn hảo, cơng suất 20 mã lực, hiệu suất đạt 2,0 ÷ 2,5% máy nước GiêmOát thực đánh dấu giai đoạn việc sử dụng lượng GiêmOát người thực việc biến đổi lượng từ dạng nhiệt thành máy nước Trong “tư luận” , Các-Mác khẳng định rằng: “Sự đời máy nước phát triển cách mạng công nghiệp kỷ XVIII” Năm 1803, Rơbơc-Phơntơn lắp máy nước tàu thủy trọng tải 25 tấn, tháng năm 1807 “con quái vật” sông Mitxixipi (theo tờ báo Open buổi sáng) chạy thử từ NiuOóc đến Open mở đầu trang sử ngành hàng hải Nhưng từ năm 1804, Rise – Treuydich chế tạo thành công đầu máy xe lửa, mở trang sử ngành đường sắt nước Anh GiêmOát năm 1819, thọ 83 tuổi, để ghi nhớ công lao to lớn ông, người ta dựng tượng đài OátMin Xtơ với dòng chữ “Con người nâng lên gấp bội sức mạnh người” Sau gần kỷ hay nói xác suốt 78 năm (kể từ năm 1784) nhiều người cống hiến cho phát triển máy nước Nhưng hiệu suất nhiệt máy vượt 10% Nguyên lý làm việc máy nước ngun liệu cháy lò, lượng nhiệt truyền lượng nhiệt cho môi chất công tác (hơi nước) khiến môi chất tăng áp suất nhiệt độ lên cao Môi chất công tác đưa xi lanh máy giãn nở để sinh công dẫn động máy Như bản, máy nước động đốt ngồi q trình chuyển hóa nhiên liệu thành nhiệt tiến hành bên động Tuy máy nước cồng kềnh, hiệu suất nhiệt thấp Có thể phát sinh loại động khác gọn nhẹ tiết kiệm khơng? Đó vấn đề trăn trở đối với nhà khoa học năm 80 kỷ XVIII Năm 1860, Lơnoa - kỹ sư người Pháp giữ nguyên trình chuyển hóa lượng động nhiệt, thực xy lanh động Thế nguyên lý làm việc ĐCĐT đời sau máy nước gần kỷ Nhìn bên ngoài khơng khác máy bơm nước bao nhiêu, hiệu suất đạt đến 4,65% trog lúc hiệu suất nhiệt máy nước lúc đạt 7% Nhưng thành cơng Lơnoa, ơng mơ ước sáng tạo loại động dùng cho vận tải đường Trong nhà nghiên cứu, tên tuổi Nicơlai-Ơttơ RuyĐơnPhơ Điêzel mãi lưu truyền lịch sử phát triển ĐCĐT Nicơlai-Ơttơ nhà bn trẻ nhiệt tình với khoa học kỹ thuật Năm 1861, ông bỏ nghề buôn mua động Lơnoa chọn đường nghiên cứu thực nghiệm, với kỹ sư LăngGhen người Pháp, hai ông nhận thấy cấu trục khuỷu truyền có guốc trượt Lơnoa có nhiều khuyết điểm nên chế tạo động hai kỳ độc đáo, gây nhiều tiếng vang lớn hiệu suất nhiệt đạt 12 ÷ 14% Gọi động kiểu At-MôtPhe, thời điểm thực ĐCĐT chiến thắng động đốt (máy nước) cách vẻ vang Mãi đến năm 1877 Ơttơ LăngGen phát minh động bốn kỳ loại động kiểu At-Mơt-Phe bị loại bỏ hoàn toàn Năm 1878 triển lãm cơng nghiệp lớn Pari, Ơttơ Lănggen trưng bày động bốn kỳ giới dùng nhiên liệu khí, điểm lửa điện, nhỏ gọn hiệu suất nhiệt đạt 20%, điều mà máy nước mơ tưởng Đồng thời mở đầu cho việc thiết kế, chế tạo ôtô - phương tiện vận tải đường mà trước chưa thể giải Tuy nhiên người xây dựng tảng lý thuyết cho động bốn kỳ lại Bơtơ-Rơxơ hiểu biết ơng hồn tồn đắn xác gần ngày hiểu động bốn kỳ Song nghèo mà Bôtơ-Rôxơ chưa tiến hành thực nghiệm nên bị lãng quên Cũng lý mà Ơttơ đòi độc quyền sản xuất động bốn kỳ tòa án tối cao nước Đức bãi bỏ Đây âm mưu có toan tính giới tư sản tư công nghiệp họ tự sản xuất động bốn kỳ Sau năm số động sản xuất đạt 200.000 động loại Riêng xưởng Dớts Ơttơ năm 1880 sản xuất loại động 100 mã lực Đến năm 1895 sản xuất loại động 1000 mã lực chạy nhiên liệu khí Sau 17 năm nghiên cứu thực nghiệm Ơttơ cống hiến cho ngành ĐCĐT thành tựu quan trọng sớm tự mãn với thành lao động mình, ông trọng đến loại nhiên liệu thể khí nên động ông nặng cồng kềnh dùng cho giao thông vận tải đường Đến năm 1885 ĐamLe-một kỹ sư người Pháp bạn thân trợ lý Ơttơ chế tạo thành cơng động mã lực đẩy vòng quay trục khuỷu lên tới 800 vòng/phút, nhỏ gọn 1/10 động Lơnoa có cơng suất, kỳ tích chưa có lúc Ngay năm 1885, hai nhà kĩ nghệ người Pháp Pơ-Giơ Lơ-VatXô mua phát minh ĐămLe để sản xuất loại động chạy nhiên liệu lỏng (xăng) Pơ-Giơ Lơ-VatXô cải tạo lại xưởng trở thành nhà chế tạo Ơtơ giới Năm 1887, Gotlip-ĐamLe Cac-BenĐơ đồng thời chế tạo thành công ôtô đặt động đốt chạy đạt tốc độ 15 km/h, xưởng Capxtat Men-Hem Kể từ xe trở thành phương tiện vận tải có tầm quan trọng to lớn Chưa đầy 100 năm sau, năm 60 kỷ XX sản lượng bình quân ôtô hàng năm 20 triệu Đến năm 1970 tồn giới có khoảng 230 triệu chiếc, cuối kỷ XX số lượng ôtô loại giới ước tính khoảng 1.500 triệu Hiện số lượng ĐCĐT sản xuất hàng năm giới ước khoảng 40 triệu với dải công suất từ 0,1 đến khoảng 70.000KW cho lĩnh vực giao thông vận tải, quân sự, xây dựng, nông nghiệp, lâm nghiệp, gia đình Cùng với phát triển nhanh chóng số lượng lẫn chất lượng ô tô, động đốt nghiên cứu, cải thiện không ngừng để đạt thành ngày Công lao ĐămLe Ben chế tạo ĐCĐT nhiên liệu lỏng (xăng) bỏ qua công lao Hoc-Cơ người dùng hỗn hợp khí (xăng – khơng khí) làm nhiên liệu động đốt thay khí đốt (1873 Hoc-Cơ thực nghiệm dùng nguyên liệu lỏng cho đông Lơnoa) Việc dùng xăng làm nhiên liệu đẩy mạnh công nghiệp khai thác chế biến dầu mỏ, đồng thời cách mạng nhiên liệu ĐCĐT thực bắt đầu Trong thời gian ô tô phát triển nhanh cơng suất động hạn chế chưa vượt qua 80 mã lực Do phạm vi trang bị động lực có cơng suất lớn phải dùng máy nước Lý động xăng bốn kỳ ĐămLê Ben hiệu suất chưa vượt 20%, nhiên liệu xăng trở nên khan hiếm, dạng nhiên liệu lỏng nặng (mazut, diesel) dư thừa Những yêu cầu thực tế thúc đẩy nhà phát minh suy nghĩ phương án tạo loại động thay máy nước Một nhà nghiên cứu đạt thành tích kỹ sư RuyĐônPhơ Diesel - người mà tên tuổi từ lâu gắn liền với loại động quan trọng - động diesel Ông người Đức sinh năm 1858 Pari thủ đô nước Pháp Diesel theo học Munich nghiên cứu loại động nhiệt Năm 1893 Diesel trình bày luận văn với nhan đề: “Lý thuyết kết cấu loại động nhiệt lý tưởng thay cho máy nước” Ơng tun bố đạt cho chu trình lý tưởng Cacnô Diesel chứng minh tỷ số nén tăng lên thật cao, đến 250, hiệu suất động đạt đến số kỉ lục 75% (thực điều không tưởng) Ngày chứng minh tỉ số nén vượt 22 hiệu suất nhiệt không tăng Các động diesel đại ngày hiệu suất đạt 47%) 10 - Wtb đặc trưng cho khả làm việc êm dịu động Nhiệt lượng toả giai đoạn khoảng 30 - 45% tổng nhiệt lượng sinh trình cháy Nhiệt độ khoảng 1.600 - 1.700K, Áp suất khoảng 6,5 - 8,5 MN/m2 Nếu thời kỳ cháy trễ kéo dài, số lượng nhiên liệu phun vào xi lanh thời kỳ nhiều chuẩn bị đầy đủ để cháy cần nơi phát hỏa, màng lửa lan nhanh đến nơi buồng cháy Tốc độ cháy lớn, tăng tốc độ gia tăng áp suất, hoạt động động trở nên thơ bạo khó điều khiển trực tiếp tốc độ cháy thời kỳ cháy nhanh, điều khiển cách gián tiếp thông qua việc giảm bớt gct cấp cho động thời kỳ cháy trễ Vì thấy, điều khiển thời kỳ cháy trễ có ảnh hưởng quan trọng tới q trình cháy ĐC-D, Tuy nhiên tính động lực tính kinh tế ĐC-D hoạt động thô bạo chưa * Giai đoạn 3: Giai đoạn cháy hỗn hợp khí cơng tác (hoặc cháy chậm) tính từ điểm đến điểm (điểm đạt nhiệt độ lớn nhất) Điểm đạt nhiệt độ lớn thường xuất sau ĐCT khoảng 20 - 25o góc quay trục khuỷu Đặc điểm thời kỳ là: - Quá trình cháy tiếp diễn với tốc độ cháy lớn, cuối thời kỳ số nhiệt lượng nhả khoảng 70 – 80% nhiệt lượng cấp cho chu trình - Trong thời kỳ này, thơng thường kết thúc phun nhiên liệu, sản vật cháy tăng nhanh làm giảm nồng độ nhiên liệu ôxy - Nhiệt độ tăng nhanh đến giá trị lớn (1.700 – 2.000oC), pít tơng bắt đầu xuống nên áp suất giảm xuống - Nồng độ sản vật trung gian buồng cháy giảm nhanh, nồng độ sản vật cháy cuối tăng nhanh Ở thời kỳ này, đầu tốc độ cháy lớn, sau lượng ơxy buồng cháy giảm dần, sản vật cháy tăng lên nhiều, điều kiện cháy trở nên khơng lợi cuối thời kỳ tốc độ cháy chậm Trong thời kỳ số nhiên liệu cháy điều kiện nóng thiếu ôxy cháy không hết tạo muội than theo khí xả ngồi gây nhiễm mơi trường Vì vấn đề thời kỳ cháy chậm mâu thuẫn tốc độ cháy tốc độ hình thành hòa khí Nếu tăng cường cung cấp ôxy cho nhiên liệu để cải thiện chất lượng hình thành hòa khí làm tăng tốc độ cháy, rút ngắn thời kỳ cháy chậm làm cho nhiên liệu cháy hồn tồn, nâng cao thêm tính động lực tính kinh tế động Trong giai đoạn việc cung cấp nhiên liệu vào xi lanh chấm dứt, tiếp tục cháy phần nhiên liệu chưa cháy kịp giai đoạn phun vào thiếu ơxy, lẫn khí trơ (sản vật cháy) tốc độ toả nhiệt thấp Nhưng nhiệt lượng toả giai đoạn lớn (khoảng 45 - 50%) so với nhiệt lượng toả cháy nhiên liệu, áp suất giảm thể tích tăng, nên nhiệt lượng tỏa giai đoạn không tham gia hết vào trình giãn nở, nên kéo dài hiệu sử dụng nhiệt thấp * Giai đoạn 4: Giai đoạn cháy rớt hỗn hợp sót lại Bắt đầu từ điểm (điểm đạt Tmax) thời điểm kết thúc trình cháy Đây giai đoạn cháy hết phần nhiên 105 liệu sót lại giai đoạn trước tiến hành đường giãn nở Kết thúc giai đoạn hệ số toả nhiệt đạt đến 95 - 97% Trên thực tế điểm kéo dài tới lúc mở cửa thải Trong động cao tốc thời kỳ chiếm khoảng 50% thời gian hình thành hòa khí cháy chu trình Đặc điểm thời kỳ là: - Tốc độ giảm dần tới kết thúc cháy, nồng độ nhả nhiệt dQ/dt giảm dần tới khơng - Do thể tích mơi chất xi lanh tăng dần nên áp suất nhiệt độ hạ thấp Ở thời kỳ cháy rớt , áp suất nhiệt độ môi chất xi lanh hạ thấp, chuyển động dòng khí yếu dần, sản vật cháy tăng nhiều làm cho điều kiện cháy nhiên liệu so với thời kỳ cháy chậm, khả hình thành muội than lớn, mặt khác thời kỳ cháy rớt, cháy lại diễn thời kỳ giãn nở, phần nhiệt lượng nhả thời kỳ chuyển thành công hiệu thời kỳ trước Ngược lại làm tăng phụ tải nhiệt chi tiết động cơ, tăng nhiệt độ khí thải tăng tổn thất nhiệt truyền cho nước làm mát làm giảm tính động lực tính kinh tế động Do ln ln mong muốn giảm thời kỳ cháy rớt tới mức ngắn Muốn phải tăng cường chuyển động xốy lốc dòng khí Vc động cơ, cải thiện chất lượng hình thành hòa khí làm cho nhiên liệu khơng khí hòa trộn tốt với nhau, đồng thời giảm lượng nhiên liệu phun vào xi lanh giai đoạn 3, làm cho trình cháy kết thúc sát ĐCT Như vậy, muốn cho ĐC-D hoạt động tin cậy (đặc biệt khởi động lạnh), cần phải đảm bảo cho nhiên liệu có điều kiện tốt để phát hỏa; muốn cho động chạy êm, ồn có tuổi thọ cao tốc độ tăng áp suất áp suất cực đại thời kỳ cháy nhanh không vượt giới hạn cho phép, phải tìm cách rút ngắn thời kỳ cháy trễ, giảm số hòa khí hình thành chuẩn bị tốt thời kỳ này; muốn cho nhiên liệu cháy kiệt, kịp thời nâng cao tính động lực tính kinh tế động cơ, giảm khói đen, cần cải thiện tăng cường hòa trộn nhiên liệu khơng khí thời kỳ cháy rớt c Ảnh hưởng yếu tố tới trình cháy ĐC-D Có nhiều nhân tố gây ảnh hưởng tới q trình cháy, chủ yếu là: tính chất nhiên liệu, tỷ số nén, quy luật phun nhiên liệu góc phun sớm, tốc độ phụ tải… * Ảnh hưởng tính chất nhiên liệu: Nếu điều kiện khác nhau, tăng thích đáng số xêtan nhiên liệu rút ngắn thời kỳ cháy trễ Nếu dùng nhiên liệu có số xêtan nhỏ kéo dài thời kỳ cháy trễ, làm cho thời kỳ cháy nhanh nên áp suất tăng nhanh , động làm việc có tiếng gõ Như cần dùng nhiên liệu có số xêtan tương đối cao ĐC-D cao tốc thường dùng nhiên liệu có số xêtan khoảng 40 – 45 * Ảnh hưởng  : Động diesel cần đảm bảo cho nhiên liệu tự bốc cháy điều kiện sử dụng, muốn nhiệt độ môi chất cuối trình nén, phải vượt nhiệt độ phát hỏa tự cháy hòa khí lúc (khoảng 3000C), muốn phải có  đủ lớn Tăng tỷ số nén làm tăng áp suất và nhiệt độ cuối q trình nén, làm tăng tốc độ sấy nóng, bay phản ứng hoá học, rút ngắn thời kỳ cháy trễ, nên tốc độ tăng áp suất thời kỳ cháy nhanh tương đối thấp, điều thuận lợi cho việc phòng ngừa hoạt động 106 thơ bạo động Nhìn chung nâng cao  , có lợi để cải thiện việc khởi động lạnh động cơ, dùng  lớn quá, pmax chu trình tăng lên nhiều, làm tăng mức phụ tải cấu khuỷu trục truyền, gây ảnh hưởng đến tuổi thọ động Do việc chọn  cho ĐC-D cần dựa vào điếu kiện sử dụng cụ thể Đối với động có đường kính xi lanh nhỏ Flm/Vc lớn, dễ tản nhiệt, cần chọn  cao, lúc phụ tải cấu khuỷu trục truyền không lớn diện tích đỉnh pít tơng nhỏ, động có buồng cháy dự bị buồng cháy xoáy lốc diện tích tản nhiệt lớn, cần chọn  cao ĐC-D cao tốc yêu cầu hình thành hòa khí khởi động lạnh chọn  cao, để áp suất nhiệt độ cuối kỳ nén đủ lớn giúp khởi động lạnh hình thành hòa khí dễ dàng nhanh Ví dụ: - Hiện động có tốc độ cao nhất, dùng Vc xoáy lốc D = 75mm, n = 5000 vg/ph với  = 22,3 - Với ĐC-D dùng cho ôtô du lịch, thường xuyên hoạt động tải vừa nhỏ, phải khởi động thường xuyên nên cần phải chọn tỷ số nén tương đối cao - Còn động máy kéo thường xuyên hoạt động tải lớn nên chọn tránh không để áp suất cực đại lớn  thấp, nhằm - Đối với động tăng áp để giảm nhẹ phụ tải khí cho chi tiết máy, cần giảm nhỏ  , qua hạn chế áp suất cực đại cháy Tóm lại, chọn  cho ĐC-D cần dựa vào yêu cầu khởi động lạnh, cấu tạo động tình hình sử dụng thực tế, điều kiện cần chọn  nhỏ để giảm pmax cháy * Ảnh hưởng quy luật cấp nhiên liệu: Với lượng nhiên liệu cấp cho xi lanh nhau, rút ngắn thời gian cung cấp làm tăng lượng nhiên liệu phun vào xi lanh thời kỳ cháy trễ, làm cho tốc độ tăng áp suất thời kỳ cháy nhanh tăng cao, rút ngắn thời gian cháy làm tăng công suất hiệu suất động cơ, hoạt động động tương đối thơ bạo Do nói, thay đổi quy luật phun nhiên liệu biện pháp hữu hiệu dùng để kiềm chế hoạt động thô bạo động điều chỉnh hiệu suất * Ảnh hưởng góc phun sớm: Tăng góc phun sớm, nhiên liệu phun vào khối khơng khí có áp suất nhiệt độ khơng lớn nên kéo dài thời gian cháy trễ làm cho tốc độ tăng áp suất p áp suất pz tăng cao, động làm việc có tiếng gõ Nhưng phun  nhiên liệu muộn quá, trình cháy kéo dài qua thời kỳ giãn nở, làm giảm p  áp suất pz , tăng nhiệt độ khí xả, tăng tổn thất nhiệt cho nước làm mát giảm hiệu suất động Do loại động có góc phun sớm tốt lựa chọn theo thực nghiệm 107 Góc phun sớm tốt phụ thuộc vào loại buồng cháy động cơ, loại b̀ng cháy phun trực tiếp, góc phun sớm tốt nằm giới hạn 25 – 35o góc quay trục khuỷu, loại buồng cháy ngăn cách (dự bị, xốy lốc), góc phun sớm tốt nhỏ hơn, khoảng 15 – 20o góc quay trục khuỷu * Ảnh hưởng chất lượng phun sương: Trong ĐC-D, nhiên liệu có cháy kiệt kịp thời hay khơng, phụ thuộc nhiều vào việc phun tơi nhiên liệu, nhiên liệu khơng phun tơi phân bố không không gian buồng cháy gây khó khăn cho hình thành hòa khí, kéo dài thời gian cháy rớt, làm giảm công suất hiệu suất động cơ, ngồi thải khói đen gây ô nhiễm môi trường, tích muội than thành buồng cháy làm cho động hoạt động khơng bình thường Nếu chất lượng phun sương tốt làm tăng nhanh tốc độ hình thành hòa khí, rút ngắn q trình cháy làm cho nhiên liệu cháy kiệt cháy kịp thời, chất lượng phun sương có tác dụng quan trọng ĐC -D dùng buồng cháy thống * Ảnh hưởng điều kiện nạp thải: Áp suất nhiệt đợ khơng khí vào vào xi lanh động định trạng thái môi chất xi lanh trình nén Nếu tăng áp, áp suất nhiệt độ môi chất vào xi lanh tăng, làm tăng áp śt nhiệt đợ mơi chất cuối thời kỳ nén nhờ cải thiện mơi trường hình thành hòa khí, làm giảm thời gian cháy trễ rút ngắn thời gian trình cháy, kết làm giảm p , giảm  cháy rớt làm tăng chút pz pc cao Áp suất đường thải tăng lên cản đường thải gây ra, làm tăng số lượng khí sót hệ số khí sót mơi chất cơng tác, làm giảm hệ số nạp Nếu không thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình tình trạng thay đổi thành phần hòa khí, lượng xi bị thiếu làm kéo dài thời gian trình cháy * Vật liệu làm pít tơng xi lanh: Nếu dùng vật liệu gang, bề mặt pít tơng xi lanh nóng so với trường hợp dùng hợp kim nhơm gang hấp thụ nhiệt nhanh, tản nhiệt chậm so với hợp kim nhôm Kết dùng vật liệu gang rút ngắn thời p gian cháy trễ làm giảm pz  * Ảnh hưởng tốc độ n phụ tải động cơ: Khi tăng tốc độ động , cường độ chuyển động dòng khí xi lanh tăng cường, đồng thời làm tăng áp suất phun, cải thiện tốt điều kiện hình thành hòa khí, tính theo giây tăng n làm giảm thời gian cháy trễ ti (s), thời gian thực chu trình bị giảm nhiều tăng n, thời gian cháy trễ thể góc quay trục khuỷu i (i  t i  6nt i ) tăng n,  i tăng Do đòi hỏi tăng n phải tăng góc phun sớm, để đảm bảo cho hòa khí bốc cháy lúc gần khu vực ĐCT Vì ĐC-D lắp tơ số thiết bị đòi hỏi n thay đổi phạm vi rộng, cần lắp tự động thay đổi góc phun sớm tăng n ĐC-D có buồng cháy xốy lốc, tăng tốc độ cường độ xốy lốc dòng khí tăng lên nên làm cho ti giảm nhiều, lúc 108 i thay đổi ít, ĐC -D dùng b̀ng cháy xốy lốc thường khơng lắp điều chỉnh góc phun sớm Tăng tải làm tăng nhiệt độ động cơ, cải thiện điều kiện chuẩn bị cháy, rút ngắn thời kỳ cháy trễ Nhưng tăng gct tăng thời gian phun nên thời gian tồn q trình cháy thường dài thêm 3.4.3 Các thơng số q trình cháy a Quan hệ thơng số đầu cuối q trình cháy: Quan hệ thông số môi chất xi lanh đầu cuối qúa trình cháy xác lập theo phương trình trạng thái phương trình q trình Trạng thái mơi chất c cuối trình nén coi trạng thái đầu q trình cháy Các thơng số mơi chất điểm c gồm pc, Vc, Tc mc, mc = gct.M1(1 +  r ); M1 – lượng môi chất 1kg nhiên liệu;  r - hệ số khí sót Phương trình trạng thái môi chất c: pcVc = 8314.gct.M1(1 +  r ).Tc (3.69) Cuối q trình cháy, z, thơng số trạng thái mơi chất gồm có p z, Vz, Tz mz, đó: mz = gct.Mz = g ct z M1 (1   r ) ; (3.70) Mz – tồn mơi chất z ứng với Kg nhiên liệu;  z - hệ số biến đổi mol z, (  z = Mz Mz )  M1  M r M 1   r  Phương trình trạng thái mơi chất z: pz.Vz = 8314 g ct  z M1 (1   r ) Tz; (3.71) Lấy phương trình trạng thái z chia cho phương trình trạng thái c được: p z Vz T  z z ; p c Vc Tc Biết rằng: (3.72) pz V   - tỷ số tăng áp; z   - tỷ số giãn nở cháy Vì pc Vc ĐC-D (chu trình cấp nhiệt hỗn hợp) ta được:   z Tz  Tc (3.73) Đối với ĐC-X (chu trình cấp nhiệt đẳng tích), 109 Vz   =1, ta được: Vc   z Tz Tc (3.74) b Các thông số trình cháy: - Để thuận tiện cho tính tốn thực tế, coi động xăng, q trình cháy thực chủ yếu thời kỳ cháy nhanh b̀n g cháy khu vực ĐCT, coi q trình cháy q trình đẳng tích (q trình cháy thực nhanh đến mức pít tơng chưa kịp chuyển dịch), q trình tồn nhiệt lượng tỏa kịp làm tăng nội môi chất phần nhỏ mát cho nước làm mát - Đối với động diesel, mặt nhiệt động trình cháy chủ yếu thể qua hai thời kỳ: cháy nhanh cháy Khi tính thời kỳ cháy nhanh thay đường đẳng tích CZ‟ thời kỳ cháy thay đường đẳng áp Z‟Z Như nhiệt lượng nhiên liệu bốc cháy nhả trình cháy động diesel dùng kịp thời để nâng cao nội môi chất (một phần nhỏ mát cho nước làm mát), mà dùng để thực phần công giai đoạn cháy đẳng áp Quá trình cháy động thực tế củng có tổn thất nhiên liệu cháy chưa kiệt, phân giải sản vật cháy tản nhiệt cho nước làm mát - Nhiên liệu cháy chưa kiệt tượng phổ biến loại động cơ, thể dạng sau: Một phần nhiên liệu không kịp cháy thời kỳ cháy nhanh cháy sản vật cháy có khói đen (muội than), sản vật trung gian chưa cháy kiệt - Phân giải sản vật cháy xuất nhiệt độ cháy vượt 20000K, đặc biệt trình cháy động xăng, nhiệt phân giải khơng bị hồn tồn Các sản vật phân giải tái hợp trở lại đường giãn nở nhiệt độ môi chất giảm xuống Số nhiệt lượng nhả tái hợp chuyển biến thành cơng, hiệu so với nhiệt lượng nhả đầu trình cháy Vì phân giải làm giảm nhiệt lượng cấp cho chu trình giai đoạn đầu trình cháy Dùng hệ số tỏa nhiệt x để tỷ số phần nhiệt lượng số nhiên liệu kịp cháy tỏa thời điểm xét so với toàn nhiệt lượng số nhiên liệu cấp cho chu trình x g ct QT  Qcc  Q pg (3.75) g ct QT Trong đó: gct – lượng nhiên liệu cấp cho chu trình (kg/chu trình); QT – nhiệt lượng kg nhiên liệu (J/kg nhiên liệu); Qcc – nhiệt lượng phần nhiên liệu chưa cháy chu trình; Qpg – nhiệt lượng phân giải sản vật cháy Với   có: QT = Qt (nhiệt trị thấp nhiên liệu) 110   có: QT = Qt -  Q Trong đó:  Qt – phần tổn thất nhiệt tất yếu thiếu ôxi  Qt = 120.106(1 -  )Mo (J/Kg nhiên liệu) Hệ số x biến số suốt trình cháy, phụ thuộc tính hồn thiện q trình biến động từ x = (đầu trình cháy) đền x = (cuối thời kỳ cháy rớt) Ngoài tổn thất Qcc, Qpg có tổn thất nhiệt cho nước làm mát Qw, phần tổn thất thay đổi liên tục trình cháy trình giãn nở Người ta dùng hệ số lợi dụng nhiệt  để phần nhiệt dùng cho việc nâng cao nội môi chất xi lanh để sinh cơng q trình cháy giãn nở so với số nhiệt lượng cấp cho chu trình gct.QT, là: x Qw g ct Q T (3.76) Như điểm trình cháy đường giãn nở, ln có: .g ct QT  x.g ct QT  Q w (3.77) Tại z, cuối thời kỳ cháy ta có:  z g ct Q T  x z g ct Q T  Q wz (3.78) Tại b, cuối trình giãn nở:  b g ct QT  x b g ct QT  Q wb Trong  z ,b (3.79) - hệ số lợi dụng nhiệt z b - Gọi xz xb hệ số tỏa nhiệt z b, thể phần nhiên liệu kịp cháy z b, tỷ lệ thuận với xz   z ,  b hai điểm trên, giả thiết xb = 1, có: z b (3.80) Tính chất cháy kịp thời thể qua xz, z cuối thời kỳ cháy qua biểu thức: x g ct QT  Qcc  Q pg g ct QT Hệ số lợi dụng nhiệt z (  z ) lại phụ thuộc vào xz phần tổn thất cho nước làm mát Qwz Muốn nâng cao  z cần phải nâng cao xz (bằng cách giảm Qccz Qpg,tức giảm phần nhiên liệu cháy thời kỳ cháy rớt) giảm Qwz (nhờ giảm diện tích truyền nhiệt Vc) 111 Như tất yếu tố gây ảnh hưởng đến cháy rớt tới nhiệt truyền cho nước làm mát cháy gây ảnh hưởng tới  z Ví dụ tăng tốc độ động (n), giảm Qwz (vì giảm thời gian truyền nhiệt cho nước làm mát), làm tăng số nhiên liệu chưa kịp cháy z để tham gia cháy rớt, qua làm tăng Qccz giảm xz, kết làm giảm chút  z So với động xăng,  z động điêdel nhỏ tượng cháy rớt nhiều hơn, đặc điểm hình thành hòa khí bên xi lanh, hỗn hợp không đều, đặc điểm lửa khuyếch tán, tốc độ cháy phụ thuộc vào lửa khuyếch tán Hiện tượng phân giải sản vật cháy gây ảnh hưởng tới Qpg tới x  qua biểu thức:    z Tz QT = Qt -  Q Hiện tượng phân giải sản vật cháy phụ thuộc  Tc vào nhiệt độ Nhiệt độ cháy cực đại Tz động diesel thường khơng q 2.2000K, tượng phân giải động diesel thường không 2% nhiệt độ động xăng thường cao Tz khoảng 2.8000K nên tượng phân giải sản vật cháy tương đối nặng Do động diesel bỏ qua tượng phân giải sản vật cháy, động xăng cần tính tới tổn thất Với thành phần hòa khí  = 0,89 – 0,95 tồn tải, động xăng có Tz lớn nhất, tượng phân giải trầm trọng Tóm lại, chọn  z cần xét tồn diện tất yếu tố có liên quan tới Qcc, Qpg Qw Giá trị thống kê số liệu thực nghiệm  z , pz, Tz điểm z đồ thị công loại động thường nằm phạm vi: z Loại động pz (MPa) Tz (K) Động diesel 0,65 - 0,85 5,0 - 10,0 1800 – 2200 Động xăng 0,85 - 0,92 3,0 - 5,0 2300 – 2800 Động ga 0,80 - 0,85 2,5 - 4,5 2200 – 2500 Giá trị pz lớn thuộc động diesel cao tốc Một vài trường hợp với động diesel tăng áp cỡ nhỏ, tốc độ cao, trị số pz tới 12,0 -15,0 MPa Hệ số tăng áp cháy  động diesel thường nằm giới hạn:   1,2  1,4 ; động xăng    Hệ số giãn nở cháy  động diesel nằm giới hạn:   1,2  1,7 3.5 QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ SINH CƠNG 3.5.1 Diễn biến q trình giãn nở 112 Quá trình giãn nở thực tế động khơng phải q trình đoạn nhiệt chu trình lý tưởng mà ngược lại trao đổi nhiệt môi chất môi trường diễn liên tục suốt trình giãn nở Các tượng cấp thêm nhiệt cho môi chất tượng gây nhiệt môi chất biểu phức tạp, gồm có: tượng cháy rớt hòa khí, tượng phân giải sản vật cháy nhiệt độ cao tái hợp trở lại nhiệt độ môi chất giảm, tản nhiệt từ môi chất thành xi lanh điều kiện nhiệt độ, áp suất diện tích tản nhiệt thay đổi liên tục; rò khí từ xi lanh ngồi qua khe hở pít tơng, xi lanh vòng găng Nếu gọi trình giãn nở trình đa biến với số đa biến n 2 thay đổi liên tục suốt từ đầu tới cuối trình diễn biến giá trị n 2 sau: Đầu q trình giãn nở, nhiều nhiên liệu cháy rớt, lúc đầu nhiệt độ nóng sản vật cháy cuối bị phân giải gây nhiệt, sau nhiệt độ hạ dần lại tái hợp (hàn nguyên) trở lại, tượng tái hợp trở lại cháy rớt, cấp nhiệt cho môi chất, phần nhiệt rò khí tản nhiệt cho thành xi lanh nhỏ khơng đáng kể Như giai đoạn đầu trình diễn điều kiện vừa giãn nở vừa cấp nhiệt làm cho đường giãn nở thực tế phẳng so với đường đoạn nhiệt giá trị n 2 < k2 (k2 số đoạn nhiệt sản vật cháy) Hình 3.11 Đồ thị p = f(V) q trình giãn nở ĐCĐT Pít tơng xuống, cách xa ĐCT, tượng cháy rớt tái hợp phần phân giải sản vật cháy giảm, phần nhiệt tản cho nước làm mát lại tăng dần (do tăng diện tích tản nhiệt), điều kiện ấy, phần nhiệt cấp cho môi chất ngày giảm mạnh, làm tăng độ dốc đường giãn nở tức làm tăng số giãn nở đa biến n 2 Tại vị trí pit tơng số nhiệt lượng cháy rớt tạo vừa cân với phần nhiệt lượng tản bên ngồi (do rò khí tản nhiệt cho nước làm mát), coi vị trí có số giãn nở n 2 = k2 q trình giãn nở tức thời vị trí giãn nở đoạn nhiệt 113 Sau vị trí vừa xét pit tông xuống gần ĐCD, phần nhiệt môi chất trở nên nhiều kể từ kết thúc cháy rớt trở Vì thời kỳ mơi chất vừa giãn nở vừa nhiệt làm cho đường giãn nở thực tế dốc đường đoạn nhiệt n 2 > k2 Như trình giãn nở trình đa biến với trị số tức thời số đa biến n 2 liên tục tăng suốt từ đầu đến cuối q trình Đầu q trình mơi chất nhận nhiệt nhiều n 2‟ > k2, tới điểm trung gian nhiệt lượng cấp cho môi chất, cân với nhiệt lượng tản n 2‟ = k2, sau phần nhiệt bị tản nhiều nên n 2‟ < k2 Mục đích tính q trình giãn nỡ thực tế nhằm xác định lượng công tạo q trình xác định thơng số cuối q trình giãn nở sơ đồ tính, trở thành trình giãn nở đa biến với số giãn nở đa biến trung bình n2 Có thể xác định giá trị n2 (trung bình) gần qua phương trình cân nhiệt trình giãn nở qua số liệu thực nghiệm theo đặc điểm cấu tạo đặc điểm sử dụng động 3.5.2 Các thơng số q trình giãn nở Các thơng số đầu trình giãn nở, là: pz, Tz, Vz mz, thơng số cuối q trình pb, Tb, Vb mb Muốn xác định mối quan hệ chúng, người ta dùng phương trình trạng thái môi chất điểm z b, với giả thiết xu páp thải mở ĐCD (Vb = Va) Q trình giãn nở từ z đến b ta có: p z Vzn  p b Vbn (3.81) Các phương trình trạng thái z b: pzVz = 8314mz Tz (3.82) pbVb = 8314mb Tb Số lượng môi chất z: mz = zgctM1(1 + r) (3.83) Số lượng môi chất b: mb = bgct M1(1 + r) (3.84) Trong đó: z – hệ số thay đổi phân tử (thể tích) z; b – hệ số thay đổi phân tử b Ta biết: z = + o  x 1 r z 114 b = + o 1 x 1  r b Trong đó: xz xb – hệ số nhả nhiệt z (đầu trình giãn nở) b (cuối trình giãn nở) Do sai lệch xz xb không lớn, tính giả thiết xz = xb, z = b, nên mz = mb Chia hai vế (3.82) cho được: p z Vz Tz  p b Vb Tb Gọi  = = (3.85) Vb V = a hệ số giãn nở q trình giãn nở, ta có: Vz Vz  Vb Va = = Vz Vz  (3.86) Động diesel từ p z Vz  p b Vb n pb  n p z Vz Tz  , tìm được: p b Vb Tb pz Tz n Tb    n 1 (3.87) Với động xăng:  1    theo  = Va  Vb = = Thay  vào Vz  Vz Tz pz T  , được: b  n 1 n2 pp  pp  Tz pz ; T = n 1  n2 b  (3.88) 3.5.3 Công q trình giãn nở Cơng q trình giãn nở xác định: Vb L zb   p.dV (3.89) Vz Trong trình giãn nở đa biến p z Vz Từ có: p  V n2 n2 pVn2  p z Vzn  p b Vbn ; V b p b Vbn n2 n2  , thay p z Vz  p b Vb vào L zb   p.dV , V n2 Vz được: 115 L zb  (p z Vz  p b Vb ) n2 1 (3.90) n 1 p z Vz   Vz   1     L zb  n    Vb     Thay (3.82) vào L zb  (p z Vz  p b Vb ) , được: n2 1 L zb  8314 m z Tz  m b Tb  n 1 (3.91) L zb  8314.m z Tz  m b Tb  1   n   m z Tz  (3.92) hoặc: Nhân chia vế phải L zb  L zb  8314 m z Tz  m b Tb  với mc được: n 1 m  m 8314 m c  z Tz  b Tb  n 1  mc mc  Biết rằng: m c  g ct M1 (1   r ); (3.93) m M mz Mz   z ; b  b  b mc Mc mc Mc Vì vậy: L zb  8314 g ct M1 (1   r ).( z Tz   b Tb ) n 1 (3.94) 3.5.4 Những nhân tố ảnh hƣởng đến số giãn nở đa biến trung bình n2 Trong trình giãn nở yếu tố làm tăng cháy rớt làm giảm n2, làm tăng nhiệt môi chất làm cho n2 tăng Những yếu tố gây ảnh hưởng đến n2 bao gồm: tốc độ phụ tải động cơ, kích thước xi lanh, trạng thái nhiệt động cơ, chất lượng diễn biến trình cháy… a Tốc độ động (n) Nếu tăng n làm giảm số nhiệt lượng từ môi chất truyền ngồi qua truyền nhiệt rò khí (vì giảm thời gian tiếp xúc môi chất thành xi lanh thời gian rò khí chu trình), động diesel lại tăng thời kỳ cháy rớt khiến môi chất nhận nhiệt nhiều hơn, kết làm giảm n2 Nếu giảm tốc độ động kết ngược lại 116 Trong động xăng có xu hướng tương tự, n2 giảm tăng n, thay đổi n2 theo n động xăng có đặc điểm riêng biệt động hoạt toàn tải sát toàn tải Trong phạm vi tốc độ thấp (từ 1.000 – 1.600 vòng/phút) giá trị n2 giảm tương đối nhanh tăng n, vượt 1.800 vòng/phút n2 khơng khơng giảm mà có chiều gia tăng tăng n, tốc độ vận động rối loạn (xốy lốc) dòng khí Vc gia tăng làm giảm cháy rớt, giảm tổn thất nhiệt cho thành xi lanh rò khí b Phụ tải động Phụ tải động có ảnh hưởng đến n2 hai mặt: - Khi tăng tải mặt áp suất và nhiệt độ môi chất q trình giãn nở tăng, làm tăng chênh áp nhiệt độ môi chất mơi trường xung quanh, qua làm tăng phần nhiệt tổn thất qua truyền nhiệt rò khí - Mặt khác, tăng tải với động diesel tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình, qua làm giảm hệ số dư lượng khơng khí  làm tăng cháy rớt đường giãn nở, làm tăng phần nhiệt lượng cấp cho động trình giãn nở c Kích thước xi lanh F  Nếu Vh =const mà giảm  S  (trường hợp  S  < 1), làm giảm  lm  , mức độ D D  Vh  tản nhiệt mơi chất cho thành xi lanh giảm qua làm giảm n2 Nếu giữ cho  S  = D F const mà giảm Vh, làm tăng  lm  Vh n2   khiến môi chất tản nhiệt nhiều qua làm tăng  d Cấu tạo buồng cháy Buồng cháy có tỷ số Flm nhỏ, tản nhiệt khó, làm giảm n2, ngược lại Vc làm tăng n2 e Diễn biến trình cháy Tăng tốc độ cháy hòa khí thời kỳ cháy nhanh cháy giảm hòa khí bốc cháy thời kỳ cháy rớt, kết làm tăng n2 f Trạng thái nhiệt động Khi tăng trạng thái nhiệt, tức tăng nhiệt độ bề mặt chi tiết thành xi lanh thời kỳ giãn nở, mặt khác làm giảm cháy rớt đường giãn nở (đối với động xăng xẩy ra) Nên tăng trạng thái nhiệt cho động xăng làm giảm n chút Trong động diesel tượng cháy rớt phổ biến tương đối trầm trọng tăng trạng thái nhiệt làm giảm cháy rớt nhiều, làm cho n2 tăng chút 117 Các giá trị số giãn nở đa biến trung bình n2, p, T cuối trình giãn nở pb, Tb nằm giới hạn sau: Loại động n2 pb (MPa) Tb ( 0K) Động xăng 1,23 – 1,20 0,35 – 0,50 1.500 – 1.700 Động diesel ôtô máy kéo 1,14 – 1,23 0,20 – 0,40 1.000 – 1.400 Động diesel tàu thủy cao tốc 1,15 – 1,25 0,35 – 0,60 1.000 – 1.200 Động tốc độ thấp vừa 0,25 – 0,35 900 – 1.000 1,22 – 1,30 3.6 Q TRÌNH XẢ 3.6.1 Diễn biến q trình xả Quá trình thải xu páp xả mở (điểm b,) kết thúc xu páp xả đóng (ro), ứng với đoạn b,brro Q trình xả chia làm giai đoạn Hinh 3.12 Đồ thị p = f(V) trình thải ĐCĐT a Giai đoạn 1: Là giai đoạn xả tự do, thời điểm mở xu páp xả đến pít tơng đến ĐCT, giai đoạn mở sớm xu páp Khí xả ngồi với tốc độ lớn (600 – 700 m/s) gây tiếng ồn Lượng khí xả giai đoạn khoảng 60 - 70% Khi pít tơng đến ĐCD áp suất khí xả giảm nhiều b Giai đoạn 2: Xả cưỡng pít tơng từ ĐCD lên ĐCT đẩy khí xả qua xu páp xả với vận tốc 200 - 300 m/s, lượng khí xả thải giai đoạn khoảng 25 - 30% c Giai đoạn 3: Xả qn tính, pít tơng từ ĐCT đến xu páp xả đóng (điểm ro) Sản vật cháy ngồi theo qn tính Lượng khí thải giai đoạn khoảng 5% Nhận xét: Công tiêu hao cho việc đẩy khí thải ngồi mức độ quét buồng cháy phụ thuộc chủ yếu vào góc độ phối khí q trình xả 118 Nếu xu páp xả mở sớm q phần tổn thất cơng giãn nở lớn dù cơng đẩy khí thải khơng bù đắp cơng mát Nếu mở xu páp xả q muộn cơng tổn thất cho việc đẩy khí thải ngồi lớn hiệu quét buồng cháy 3.6.2 Các thông số trình xả - Đầu trình xả: + Áp suất khoảng 0,4 - 0,5 MN/m2, + Nhiệt độ khoảng 1.100 – 1.6000K - Cuối trình xả: + Áp suất khoảng 0,11 – 0,12 MN/m2 + Nhiệt độ khoảng 670 – 1.2200K CÂU HỎI ÔN TẬP Các loại tiêu đánh giá chu trình động đốt Diễn biến thông số ảnh hưởng đến trình nạp Diễn biến thơng số ảnh hưởng đến q trình nén Cơng nén Những yếu tố ảnh hưởng đến số nén đa biến trung bình Tỷ số nén động xăng động diesel Diễn biến yếu tố ảnh hưởng đến trình cháy động xăng Diễn biến yếu tố ảnh hưởng đến trình cháy động diesel Các thơng số q trình cháy 10 Diễn biến thơng số q trình giãn nở 11 Công giãn nở 12 Những yếu tố ảnh hưởng đến số giãn nở đa biến trung bình 13 Diễn biến trình thải 119 ... cháy 10 9 3.5 Q TRÌNH GIÃN NỞ SINH CƠNG 11 2 3.5 .1 Diễn biến trình giãn nở 11 2 3.5.2 Các thông số trình giãn nở 11 4 3.5.3 Cơng q trình giãn nở 11 5 3.5.4... 12 0 4 .1 CÁC CHỈ TIÊU CHÍNH 12 0 4 .1. 1 Công suất động 12 0 4 .1. 2 Hiệu suất có ích động 12 0 4 .1. 3 Tuổi thọ độ tin cậy hoạt động động 12 0 4 .1. 4 Khối lƣợng động. .. bình n2 11 6 3.6 QUÁ TRÌNH XẢ 11 8 3.6 .1 Diễn biến trình xả 11 8 3.6.2 Các thông số trình xả 11 9 Chƣơng CÁC CHỈ TIÊU VỀ TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG