Giáo trình nguyên lý động cơ đốt trong - Chương 4

Nội dung của giáo trình giới thiệu một cách có hệ thống những vấn đề cơ bản về nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong, tính toán các quá trình nhiệt động, các thông số cơ bản và đặc tính

Chơng Iv chu trình thực tế động đốt Khác với chu trình lý tởng, chu trình thực tế động đốt giống nh chu trình thực tế máy công tác khác l chu trình hở, không thuận nghịch Cụ thể, chu trình thực tế có trình trao đổi khí v có tổn thất nạp thải (ví dụ tổn thất áp suất); trình nén v gi n nở đoạn nhiệt m có tổn thất nhiệt cho môi trờng xung quanh; trình cháy có tổn thất nh cháy không hết, phân giải sản vật cháy Ngo i ra, môi chất công tác thay đổi chu trình nên tỷ nhiệt môi chất thay đổi Nghiên cứu chu trình thực tế nhằm mục đích sau: ã Tìm qui luật diễn biến trình tạo nên chu trình thực tế v xác định nhân tố ảnh hởng Qua tìm phơng hớng nâng cao tính kinh tế v hiệu chu trình ã Xác lập phơng trình tính toán thông số động thiết kế v kiểm nghiệm động 4.1 Quá trình nạp 4.1.1 Diễn biến trình nạp v hệ số nạp Quá trình nạp l phận trình trao đổi khí, trình thải v có liên hệ mật thiết với trình n y Vì nghiên cứu trình nạp tách rời khỏi mối liên hệ với trình thải Đối với loại động khác nhau, trình nạp diễn với nét đặc trng riêng 4.1.1.1 Động bốn kỳ không tăng áp Quá trình nạp bắt đầu sau trình thải Tại điểm r, hình 4-1, p xy lanh chứa đầy khí sãt Khi piston ®i xuèng, khÝ sãt gi n në, ¸p suÊt xy lanh gi¶m xuèng Xu p¸p th¶i đóng muộn điểm r, Từ thời điểm áp suất xy lanh áp pth suất đờng nạp pk trở đi, khí nạp d1 r thực v o xy lanh v ho trén víi khÝ sót tạo th nh hỗn hợp công r' tác áp st xy lanh phơ thc v o tèc ®é v piston, có giá trị nhỏ Vc vmax Tại điểm ĐCD (điểm a), ĐCT ta viÕt: pa = pk - ∆pk víi ∆pk l tỉn thất áp suất nạp Đối với động không tăng áp, coi gần pk p0 v Tk ≈ T0 http://www.ebook.edu.vn b' b" d2 pth ∆pk pk a V Vh ĐCD Hình 4-1 Diễn biến trình nạp động bốn kỳ không tăng áp (4-1) 35 4.1.1.2 Động bốn kỳ tăng áp Đặc điểm động tăng áp l áp suất đờng nạp lớn áp suất đờng thải pk > pth > p0, hình 4-2 Khi xu páp nạp mở sớm điểm d1 khí nạp v o xy lanh qt khÝ ® l m viƯc qua xu páp thải đờng thải Từ điểm r, ứng với thời điểm xu páp thải đóng muộn trở có trình nạp khí nạp v o xy lanh Cũng nh động bốn kỳ không tăng áp, xu páp nạp đóng muộn điểm d2 Tõ h×nh 4-2 ta cịng cã thĨ viÕt: pa = pk - pk 4.1.1.3 Động hai kỳ p b' ∆pth d1 d2 r r' b" ∆pk pk a pth V Vc Vh ĐCT ĐCD Hình 4-2 Diễn biến trình nạp động bốn kỳ tăng áp Ta trở lại loại động hai kỳ đơn giản quét thải qua cửa, xem hình 1-5 Từ piston mở cửa quét điểm d đến ĐCD, hình 4-3, khí nạp có áp suất cao nạp v o xy lanh đồng thời quét khí đ cháy cửa thải Khi piston đổi chiều chuyển động từ ĐCD đến ĐCT, trình quét nạp tiếp tục piston đóng cửa quét d Từ piston đóng p thải a, môi chất xy lanh bị đẩy qua cửa thải đờng thải (giai đoạn lọt khí) Nh vậy, trình quét (nạp) - thải động kỳ so với động kỳ phức tạp h¬n nhiỊu dïng b khÝ qt khÝ Chóng ta trở lại vấn đề pk n y chơng VI pth pk Từ hình 4-3 ta có thÓ viÕt: d a o pth pa = pk - ∆pk ΨV h (1 - Ψ)Vh V Tõ ph©n tÝch diễn biến trình ĐCD ĐCT nạp động khác ta có Vh Vc thể rút mét v i nhËn xÐt sau: - KhÝ n¹p míi v o xy lanh phải khắc phục sức cản lu động nên có tổn thất áp suất pk Hình 4-3 Diễn biến trình nạp động hai kỳ - Trong tất loại động nêu quét hết sản vật cháy khỏi xy lanh Nói cách khác, xy lanh lợng khí sót ho trộn với khí nạp - Khí nạp v o xy lanh tiếp xóc víi c¸c chi tiÕt bng ch¸y v ho trộn với khí sót có nhiệt độ cao nên đợc sấy nóng Tất điều l m cho lợng khí nạp xy lanh kết thúc trình nạp thông thờng khác so với lợng khí n¹p míi lý thut cã thĨ chøa thĨ tÝch xy lanh Vh qui điều kiện đờng nạp với nhiệt độ Tk v áp suất pk Vì vậy, để đánh giá chất lợng trình nạp, ngời ta đa thông số hệ số nạp v đợc định nghÜa nh− sau: http://www.ebook.edu.vn 36 G1 M1 V1 = = G h M h Vh ηv = (4-2) G1 (kg/kgnl) v M1(kmol/kgnl) l lợng khí nạp thực tế xy lanh kết thúc trình nạp v V1 l thể tích lợng khí nạp qui điều kiện nhiệt độ Tk v áp suất pk Gh (kg/kgnl) v Mh(kmol/kgnl) l lợng khí nạp lý thut chøa thĨ tÝch Vh ®iỊu kiƯn nhiƯt ®é Tk v ¸p st pk Víi: (4-3) G h = k Vh Hệ số nạp l thông số đặc trng cho chất lợng trình nạp, thông thờng nhỏ v đợc khảo sát kỹ lỡng phần sau Đối với động hai kỳ hƯ sè n¹p tÝnh theo (4-2) l hƯ sè n¹p lý thuyết động hai kỳ có tổn thất h nh trình Thể tích công tác thực tế l Vh m l (1-)Vh ao với l hƯ sè tỉn thÊt h nh tr×nh ψ = , hình 4-3 Hệ số nạp thực tế đợc tính nh− sau: S ηv V1 V1 = = ′ (1 − ψ )Vh (1 − ψ ) Vh η′v = (4-4) 4.1.2 Những thông số trình nạp 4.1.2.1 áp suất cuối trình nạp pa p ,ω ,Τ k k , k ρk 1 f k, ωx, ζ0, ρk p, ω, ρk ¸p suÊt cuối trình nạp pa l thông số quan trọng để đánh giá chất lợng trình nạp Nếu pa c ng lớn lợng khí nạp c ng nhiều v ngợc lại Để tìm hiểu mối quan hệ pa với thông số kết cấu v thông số l m việc động cơ, ta dựa v o sơ đồ tính toán hình 4-4 với giả thiết đơn giản hoá Trong thực tế, áp suất dọc theo dòng chảy thay đổi nên coi khối lợng riêng môi chất k const Phơng trình Béc-nu-li cho dòng chảy mặt cắt 1-1 v 2-2 cã d¹ng: p k ω2 p ω2 ω2 + k = + + ξ0 x ρk k 2 (4-5) Hình 4-4 Lợc đồ tính toán áp suất pa Trong đó: pk: áp suất đờng nạp k: vận tốc môi chất mặt cắt 1-1, k : vận tốc môi chất mặt cắt 2-2 http://www.ebook.edu.vn 37 x: vận tốc môi chất họng xu p¸p p: ¸p st xy lanh ξ0: hƯ số tổn thất cục họng xu páp Gọi β = ω l hƯ sè h m dßng khÝ, phơng trình (4-5) có dạng: x pk p ω2 = + (β + ξ0 ) x ρk k (4-6) Một cách gần coi dòng chuyển động l ổn định, vận tốc môi chÊt xy lanh b»ng vËn tèc trung b×nh cđa piston cm Khi phơng trình liên tục có dạng: Fnωx = Fpcm = Fp Sn 30 (4-7) víi fn l tiết diện thông qua xu páp nạp v Fp l diƯn tÝch tiÕt diƯn piston Tõ ®ã rót ra: ωx = FpSn 30f n =k n fn (4-8) với k l số Từ (4-6) ta tìm giá trị tổn thất áp suất v ý đến (4-8): ∆p′k = p k − p = (β2 + ξ0 ) ρk n n2 ′ k =k fn fn (4-9) Trong ®ã k′ l hƯ sè Dùa v o (4-9) ta cã thĨ ph©n tÝch thông số ảnh hởng đến tổn thất áp suất trình nạp Ta dễ d ng nhận thấy, , 0, n giảm v fn tăng pk giảm v ngợc lại Tại điểm a cuối h nh trình n¹p ∆p′k = ∆p k = p k − p a v p có dạng nh (4-9): ∆p k = p k − p a = k n n2 f n2 (4-10) víi kn l hƯ sè đờng nạp phụ thuộc chủ yếu v o thông số kết cấu động Từ (4-10) ta rút ra: p a = p k − ∆p k = p k − k n n2 f n2 (4-11) Trong thực tế, muốn tăng pa ta áp dụng biện pháp sau: ã Thiết kế đờng nạp có hình dạng, kích thớc hợp lý v bề mặt ống nạp phải nhẵn để giảm sức cản khí động http://www.ebook.edu.vn 38 ã Chọn tỷ số fn thích hợp để giảm Fp ã Tăng fn cách tăng đờng kính xu páp với biện pháp sau: giảm S/D tức tăng D v giảm S; tăng số xu páp nh dùng 2, chí xu páp nạp nhằm tận dụng tối ®a diƯn tÝch bè trÝ xu p¸p; bè trÝ xu páp nghiêng so với đờng tâm xy lanh buồng cháy chỏm cầu Chú ý động xăng, hệ số cản cục đờng nạp phơ thc rÊt nhiỊu v o ®é më cđa van tiÕt l−u tøc l phơ thc t¶i träng Cơ thĨ, tăng tải, van tiết lu mở to sức cản giảm Tính toán pa theo (4-11) ho n to n không đơn giản nhiều thông số khó xác định Vì vậy, tính toán ngời ta thờng chọn pa theo số liệu kinh nghiệm ã Động bốn kỳ không tăng áp: pa = (0,8 ữ 0,9)pk ã Động bốn kỳ tăng áp: pa = (0,9 ữ 0,96)pk ã Động hai kỳ quét vòng: pa = p k + p th ã Động hai kỳ quét thẳng: pa (0,85 ữ 1,05)pk 4.1.2.2 HÖ sè khÝ sãt γr HÖ sè khÝ sót r đ đợc định nghĩa công thức (3-57) r = Mr M1 Nói chung nguyên tắc xác định r tính toán thực nghiệm phân tích khí Sau ta xét cụ thĨ a TÝnh to¸n hƯ sè khÝ sãt Xt ph¸t từ phơng trình trạng thái khí sót v biÕn ®ỉi, ta cã: Mr = p r Vr p V Vc pV = r r = r c λq 8314Tr 8314Tr Vc 8314Tr víi λ q = Vr Vc (4-12) (4-13) gäi l hƯ sè qt bng ch¸y q Khi không quét buồng cháy q = quét buồng cháy λ q = http://www.ebook.edu.vn 39 Thay Vc = γ r = λq Vh v o (4-12) v sau ®ã thay Mr v o công thức định nghĩa r, ta cã: ε −1 p r Vh 8314(ε − 1)M1Tr (4-14) Công thức (4-14) l công thức tổng quát để xác định r Tuy nhiên, để tính đợc r theo (4-14) ta phải biết M1 Trong phần 4.1.2.5 dới diễn giải tới công thức (4-33) tính r thờng sử dụng tính toán chu trình công tác động b Xác định hệ số khí sót phân tích khí Bằng phân tích mẫu hỗn hợp khí trình nén v mẫu khí thải xác định th nh phần CO2 tơng ứng c¸c mÉu l rCO v rCO Xuất phát từ giả thiết, lợng CO2 hỗn hợp hợp khí trình nén l lợng khí CO2 khÝ sãt cđa chu tr×nh tr−íc M CO , r ta cã: ′ rCO = ′′ rCO = M CO , r M1 + M r M CO , r Mr (4-15) (4-16) Tõ ®ã ta cã: ′′ rCO =1+ ′ rCO r (4-17) v tìm đợc r: r = ′ rCO ′′ ′ rCO − rCO (4-18) Về nguyên tắc xác định r tính toán v thực nghiệm cho động bốn kỳ v hai kỳ Tuy nhiên, động hai kỳ có trình quét thải phức tạp dùng khí quét khí nên khó xác định thông số to n trình nói chung v khí sót nói riêng Do r động kỳ thờng đợc xác định phơng pháp thực nghiệm nêu c Những thông số ảnh hởng đến r ã áp suất pr Theo (4-14) tăng pr r tăng Nếu nh thải v o tuốc bin hay xử lý khí thải pr tăng so với trờng hợp thải v o bình tiêu âm Đối với trình thải ta xét tơng tự nh trình nạp nên áp dụng công thức (4-10) v (4-11) với lu ý đến chiều dòng chảy: http://www.ebook.edu.vn 40 p r = p th + ∆p r = p th + k th n2 f th (4-19) ®ã kth hệ số phụ thuộc chủ yếu v o thông số kết cấu đờng thải v fth l tiết diện thông qua xu páp thải Những thông số ảnh hởng đến p r tơng tự nh thông số ảnh hởng đến p k đ xét 4.1.2.1 Tơng tự, tính toán thay tính theo (4-19) ngời ta thờng chọn pr theo kinh nghiệm Động tốc độ thấp: pr = (1,03 ữ 1,06)pth Động cao tốc: pr = (1,05 ữ 1,10)pth Đối với động tăng áp tuốc bin, bình tiêu âm: pth = p0 Tuy nhiên, hầu hết động thực tế thải qua bình tiêu âm, đó: pth = (1,02 ữ 1,04)p0 Đối với động tăng áp, pth l áp suất trớc tuốc bin Vấn đề n y đợc nghiên cứu giáo trình Tăng áp động ã Nhiệt độ Tr Khi Tr tăng, theo (4-14) r giảm v ngợc lại Nhng thực tế, Tr tăng l m cho Ta tăng v l m giảm lợng khí nạp M1 lại dẫn tới r tăng Tổng hợp lại kết luận Tr ¶nh h−ëng ®Õn γr Tr phơ thc v o nhiỊu u tè T¶i träng nhá v hƯ sè trun nhiƯt môi chất công tác qua chi tiết buồng cháy môi trờng l m mát lớn Tr nhỏ v ngợc lại Khi tính toán thờng lựa chọn Tr phạm vi sau: Động xăng: Tr = 900 ữ 1000 K Động diesel: Tr = 700 ữ 900 K ã Tỷ số nén Theo (4-14), tăng r giảm v ngợc lại Từ suy ra, so với động xăng động diesel có r nhỏ có tỷ số nén lớn ã Lợng khí nạp M1 Theo định nghĩa r v theo (4-14), rõ r ng l M1 tăng r giảm v ngợc lại ã T¶i träng Khi xÐt ¶nh h−ëng cđa t¶i träng, ta xét hai trờng hợp Đối với động xăng thông thờng giảm tải phải đóng bớt van tiết lu Khi sức cản tăng nên M1 giảm v r tăng nhanh Còn động diesel r hầu nh không phụ thuộc v o tải trọng Khi tính toán so sánh kết với giá trị kinh nghiệm sau: http://www.ebook.edu.vn 41 Đối với động bốn kỳ: Động xăng: r = 0,06 ữ 0,1 Động diesel r = 0,03 ữ 0,06 Đối với ®éng c¬ hai kú, γr phơ thc rÊt lín v o phơng pháp quét thải Quét thẳng: r = 0,06 ÷ 0,15 QuÐt vßng: γr = 0,08 ÷ 0,25 QuÐt vòng hộp các-te hộp trục khuỷu: r = 0,25 ữ 0,40 4.1.2.3 Nhiệt độ sấy nóng khí nạp Khí nạp từ đờng nạp có nhiệt độ Tk ®i v o xy lanh sÏ ®−ỵc sÊy nãng bëi chi tiết có nhiệt độ cao buồng cháy, đồng thời nhiên liệu hỗn hợp động xăng bay Nhiệt độ khí nạp thay đổi lợng l T: T = ∆Tt - ∆Tbh (4-19) ®ã ∆Tt l ®é tăng nhiệt độ khí nạp truyền nhiệt Tbh l độ giảm nhiệt độ nhiên liệu khí nạp bay Động diesel có ∆Tbh = ∆Tt phơ thc chđ u v o yếu tố sau: ã Hệ số trao đổi nhiệt môi chất v vách chi tiết: Tt tăng theo ã Thời gian tiếp xúc môi chất v vách chi tiết: tốc độ n c ng lín, thêi gian tiÕp xóc gi¶m dÉn tíi ∆Tt c ng nhỏ lớn ã Tải trọng động cơ: chế độ tải trọng lớn, nhiệt độ chi tiết TW cao nên Tt Cần ý rằng, nhiều động xăng dùng nhiệt động (ví dụ từ ống thải) để sấy nóng đờng nạp tạo điều kiện thuận lợi cho trình bay v ho trộn xăng với không khí nên Tk tăng dẫn đến Tt giảm Tuy nhiên sấy nóng đờng nạp l m giảm mật độ khí nạp tức l l m giảm M1 Vì đờng nạp không đợc sấy nóng Chính lý n y nên đờng nạp động diesel không đợc phép sấy nóng Trong thực tế động không tăng áp: T = 20 ữ 40 K động diesel T = ữ 20 K động xăng Còn động tăng áp nhng không l m mát trung gian khí tăng áp T nhỏ chút 4.1.2.4 Nhiệt độ cuối trình nạp Để tính toán nhiệt độ cuối trình nạp Ta ta coi rằng, khí nạp v khí sót ho trộn đẳng áp áp suất pa Lợng khí nạp M1 (pk, Tk) v o xy lanh đợc sấy nóng tới trạng thái M1 (Tk + ∆T, pa) http://www.ebook.edu.vn 42 L−ỵng khÝ sãt Mr (Tr, pr ) gi n nở đến trạng thái Mr ( Tr′ , pa) Coi khÝ sãt gi n në ®a biÕn tõ (pr, Tr) ®Õn (pa, Tr′ ) ta cã: p  Tr′ = Tr  a  p   r m −1 m (4-20) víi m l chØ sè gi n në ®a biÕn cđa khÝ sãt, tính toán chọn m khoảng 1,45 ữ 1,5 Với điều kiện ho trộn đẳng áp entanpi cđa hƯ tr−íc v sau ho trén b¶o to n, ta cã: ′ ′ Cµp (Tk + ∆T)M1 + Cµ′′ M r Tr = Cµp (M1 + M r )Ta p (4-21) Coi gần Càp Càp v đặt t = Cà p (4-22) Càp l hệ sè hiƯu ®Ýnh tû nhiƯt Theo kinh nghiƯm λ t phụ thuộc hệ số d lợng không khí nh sau: 0,8 1,0 1,2 1,4 Đối với động xăng: t 1,13 1,17 1,14 1,11 Đối với động diesel: = 1,5 ữ 1,8 lÊy λt = 1,1 Chia hai vÕ cña (4-21) cho M1 v biến đổi ta đợc: p Tk + ∆T + λ t γ r Tr  a  p   r Ta = + γr m −1 m (4-23) Khi tÝnh to¸n cã thĨ liƯu tham khảo số liệu Ta nh sau: Ta = 310 ữ 350 K động không tăng áp, Ta = 320 ữ 400 K động tăng áp 4.1.2.5 Hệ số nạp Hệ số nạp xác định tính toán v thực nghiệm Để tính toán hế số nạp, ta dựa v o định nghĩa hệ số nạp (4-2): v = M1 Mh Xét tổng quát cho động bốn kỳ v hai kỳ, điểm a cuối trình nạp, hình 4-1, 4-2 v 4-3, lợng môi chất công tác bao gồm khí nạp v khí sót l Ma = M1a + M r http://www.ebook.edu.vn 43 Trong ®éng bốn kỳ, đóng xu páp nạp điểm d2, hình 4-1 v 4-2, khí nạp đợc nạp thêm lợng, lợng môi chất công tác l M1 + Mr Đặt: nt = M1 + M r + γr = M1 Ma Ma (4-24) l hệ số nạp thêm, theo kinh nghiệm nằm khoảng nt = 1,02 ữ 106 Trong động hai kỳ, coi nh trình quét thải kết thúc piston đóng cửa quét (cửa nạp) nên tợng nạp thêm, λnt = Mét c¸ch tỉng qu¸t cã thĨ viÕt: M1 = pV λ nt λ nt Ma = a a + γr + γ r 8314Ta (4-25) Từ định nghĩa Mh xuất phát từ (4-2) v áp dụng phơng trình trạng thái ta có: Mh = p k Vh 8314Tk (4-26) Thay M1 v Mh v o công thức tính v trên, ta có: v = λ nt p a Va Tk p k Vh Ta (1 + γ r ) (4-27) víi chó ý r»ng: Va Va ε = = Vh Va − Vc ε − (4-28) Thay Ta(1 + γr) tõ c«ng thøc (4-23) v o (4-27) råi rót gän ta đợc: v = nt pa ε − pk Tk p  Tk + ∆T + γ r λ t Tr  a  p r m m (4-29) Tuy nhiên, để tính v ta cần biết r, nhng theo (4-14) r lại phụ thuộc M1 Vì vậy, để xác định độc lập v v r ta biến đổi nh sau Thay M1 từ định nghĩa v (4-2): M1 = ηv M h = ηv p k Vh 8314Tk (4-30) v o r phơng trình (4-14) ta đợc: γr = λ q p r Tk (ε − 1) p k Tr ηv (4-31) Gi¶i hệ phơng trình (4-29) v (4-31) ta đợc: http://www.ebook.edu.vn 44 a Góc đánh lửa sớm s Nếu s lớn dẫn đến tợng vừa cháy vừa nén l m tốn công nén v máy nóng Ngợc lại s nhỏ l m cho trình cháy kéo d i đờng gi n nở, nhiệt độ khí thải cao, máy nóng v hiệu sinh công Lựa chọn đợc s tối u cho tính kinh tế v tính hiệu cao Tuy nhiên cần lu ý với s tối u cha thể khẳng định nồng độ độc hại khí thải động thấp b Hệ số d lợng không khí Hỗn hợp xăng v không khí động xăng có giới hạn cháy hẹp 0,4 < < 1,68 nhiệt độ 3000C (xem mục điều chỉnh chơng VIII Đặc tính động cơ) Vì vậy, để điều chỉnh tải trọng phải sử dụng phơng pháp điều chỉnh lợng thông qua phận tiết lu đờng nạp nh van tiết lu điều chỉnh lợng kết hợp với điều chỉnh chất động phun xăng trực tiếp (xem chơng VII Hình th nh hỗn hợp) Nếu c ng lớn (hỗn hợp c ng nhạt) nhiệt toả ít, công suất động giảm Mặt khác hỗn hợp c ng nhạt cháy rớt c ng kéo d i, hiệu sinh công giảm, ®ã l m gi¶m tÝnh hiƯu qu¶ v tÝnh kinh tế động Để khắc phục phần n o ảnh hởng cháy rớt tăng s Ngợc lại, nhỏ quá, hỗn hợp đậm, nhiên liệu cháy không hết l m giảm tính kinh tế động v tăng ô nhiễm môi trờng c Tỷ số nén Khi tăng l m cho nhiệt độ v áp suất thời điểm đánh lửa p1 v T1 tăng dẫn tới giảm i v i Để bảo đảm điều kiện = nói phải giảm góc đánh lửa sớm s d Kết cÊu buång ch¸y v bè trÝ bu-gi KÕt cÊu buång cháy gọn, bu-gi đặt bố trí nhiều bu-gi l m cho thêi gian v ∆p gãc gi nh cho trình cháy nhanh l 2-3 v 2-3 đợc rút ngắn Đồng thời tăng v cháy rớt giảm Nếu buồng cháy có xoáy lốc hợp lý tốc độ cháy tăng dẫn tới p tăng v giảm cháy rớt e Tốc độ vòng quay n Khi tăng n, thêi gian (tÝnh theo s) gi nh cho to n trình cháy giảm Tuy nhiên, chuyển động rối tăng dẫn đến tăng tốc độ lan tr n m ng lửa nên góc d nh cho trình cháy nhanh 2-3 gần nh không đổi i v cháy rớt có tăng Thực nghiệm chứng tỏ i tăng tỷ lệ với n Để bảo đảm điều kiện = phải tăng s Đây l nguyên tắc điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo tốc độ vòng quay n động xăng f Tải trọng Khi giảm tải trọng phải đóng bớt van tiết lu đờng nạp l m tăng hệ số khí sót r (hỗn hợp bẩn hơn) v l m giảm áp suất v nhiệt độ cuối trình nén Hỗn hợp phải đậm (xem phần đặc tính cđa bé chÕ ho khÝ lý t−ëng m«n HƯ thèng nhiên http://www.ebook.edu.vn 56 P liệu) Do i tăng v tốc độ cháy giảm l m cho trình cháy kéo d i, tính kinh tế giảm v tăng ô nhiễm môi trờng Để hạn chế ảnh hởng n y phải tăng góc đánh lửa sớm s Đây l nguyên tắc điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo tải trọng động xăng 4.3.3.3 Các tợng cháy không bình thờng a Kích nổ Do yÕu tè n o ®ã nh− vËn h nh hay sử dụng nhiên liệu không đúng, nhiệt CT độ hay số vùng buồng cháy đủ lớn để tự cháy với xuất Hình 4-12 áp st xy lanh cã ngän lưa cơc bé ngän lưa tõ bu-gi ch−a kÝch nỉ lan tr n tíi Ngn lưa n y ph¸t triĨn rÊt nhanh, lan tr n víi tèc ®é lín v chÌn Ðp với vùng cháy lửa từ bu-gi, gây sóng va kèm theo tiếng gõ đanh v áp suất buồng cháy dao động với tần số lớn, hình 4-12 Nhiên liệu không kịp cháy bị phân huỷ th nh bon tự nên khí thải có khói đen Do kích nổ, động nóng v công suất giảm nên tiếp tục l m việc đợc Kích nổ l tợng đặc thù động đốt cháy cỡng Những yếu tố n o l m tăng nhiệt độ cục l nguyên nhân gây kích nổ Đó l tỷ số nén lớn, nhiên liệu có số ốc-tan nhỏ, tải lớn, l m mát kém, góc đánh lửa sớm không phù hợp b Cháy sớm p L tợng cháy xảy bu-gi cha bật tia lửa điện Nguồn lửa l chi tiết nóng muội than nóng đỏ, nên cháy sớm qui luật v không điều khiển đợc Cháy sớm l m tăng công nén, hình 4-13, máy nóng tới mức l m chảy piston Kích nổ v cháy sớm thờng kèm với có nguyên nhân l nhiệt độ cao c Ngắt điện l m việc Hiện tợng n y xảy động l m việc lâu trạng tải lớn, tốc độ vòng quay thấp Khi nhiệt độ chi tiết cao v thời gian cháy trễ đủ lớn để hỗn hợp tự cháy V CT Hình 4-13 áp st xy lanh cã ch¸y sím d Nỉ xy lanh Khi động l m việc lâu chế độ không tải, hỗn hợp đậm, nhiên liệu cháy không hết phân huỷ th nh muội than v bị nung nóng đỏ bám lên chi tiết nh bu-gi, http://www.ebook.edu.vn 57 xu páp Khi động chuyển chế độ có tải l nguồn lửa đốt hỗn hợp hầu nh đồng thời ỏ nhiều điểm xy lanh gây tiếng nổ e Nổ đờng thải Khi động l m việc chế độ tải lớn đột ngột chuyển chế độ không tải, ví dụ nh trờng hợp phanh ô tô đột ngột, động dùng chế ho khí hỗn hợp đậm (do đặc điểm cấu tạo chế ho khí động bị kéo chế độ tốc độ vòng quay cao v van tiết lu hỗn hợp vị trí không tải) Quá trình cháy kéo d i tận đờng thải gây tiếng nổ 4.3.4 Quá trình cháy động diesel 4.3.4.1 Diễn biến Tơng tự nh động xăng, hình 4-14 thể áp suất v nhiệt ®é xy lanh Ngo i cßn thĨ hiƯn qui luật phun thông qua đại lợng l tỷ lệ (%) lợng nhiên liệu đ phun so với lợng nhiên liệu chu trình gct, qui luật cháy x (%) v tốc độ toả nhiệt dx/d (xem mục 4.3.2.3) Động diesel l động có trình hình th nh hỗn hợp bên xy lanh Từ đặc điểm n y chia trình cháy th nh giai đoạn 4' 3' 2' 1' NÐn σ T p ϕi ϕs 5' ϕ CT , x=100% x Giai đoạn I: cháy trễ, tính từ dx/d vòi phun phun nhiên liệu ®iĨm ®Õn ®−êng ch¸y t¸ch khái ®−êng nén Trong giai đoạn n y xảy trình tạo th nh Hình 4-14 Quá trình cháy động diesel hỗn hợp v chuẩn bị cháy nh xé nhỏ nhiên liệu, bay v ho trộn nhiên liệu, phản ứng sơ hình th nh trung tâm tự cháy v bớc đầu phát triển trung tâm n y Các thông số đặc trng giai đoạn cháy trễ l thời gian cháy trƠ τi (s) hay gãc ch¸y trƠ ϕi (oTK), phơ thc tr−íc hÕt v o th nh phÇn v tÝnh chất nhiên liệu nh số xe-tan Xe, độ nhớt Ngo i ra, thời gian cháy trễ chịu ảnh hởng yếu tố khác nh nhiệt độ v áp suất xy lanh thời điểm phun, độ phun tơi, mức độ chuyển động rối môi chất Giai đoạn II: cháy nhanh, diễn từ điểm đến điểm Phần hỗn hợp đ đợc chuẩn bị giai đoạn cháy trễ bốc cháy nhanh l m cho áp suất v nhiệt độ xy lanh tăng vọt Tốc độ toả nhiệt lớn thể tích xy lanh thay đổi nên giai đoạn cháy nhanh gần với trình cấp nhiệt đẳng tích http://www.ebook.edu.vn 58 p , xem (4 p 50) Lợng hỗn hợp đợc chuẩn bị giai đoạn cháy trễ c ng nhiều c ng lớn, động l m việc không êm v ngợc lại Thông số đặc trng giai đoạn cháy nhanh l tốc độ tăng áp suất p động diesel nằm khoảng 0,3 ữ 0,6 MN/m2 0TK, lớn nhiều (khoảng lần) so với động xăng tỷ số nén cao Chính nên động diesel l m việc không êm nh động xăng Trong thực tế, Giai đoạn III: cháy chính, diễn từ điểm đến điểm Hỗn hợp vừa chuẩn bị vừa cháy nên trình cháy diễn từ từ với tốc độ cháy giảm dần Vì trình cháy diễn êm dịu Có thể coi giai đoạn cháy gần với trình cấp nhiệt đẳng áp v to n trình cháy động diesel gần với chu trình cấp nhiệt hỗn hợp Tốc độ cháy đợc định tốc độ ho trộn nhiên liệu v không khí hay tốc độ chuẩn bị hỗn hợp Mặt khác, tốc độ cháy giảm nồng độ ô-xy giảm dần Do đó, động l m việc êm nhng hiệu biến đổi nhiệt th nh công giảm (tính kinh tế giảm) v tăng khả cháy rớt giai đoạn sau Trong thực tế khoảng 40 ữ 50% lợng nhiên liệu chu trình cháy giai đoạn III Giai đoạn IV: cháy rớt, nh động xăng giai đoạn cháy rớt cháy nốt phần hỗn hợp lại (lớp sát vách hay khe kẽ buồng cháy) Hiệu sinh công thấp, nhiệt sinh chđ u l m nãng c¸c chi tiÕt Giai đoạn cháy rớt đợc coi l kết thúc (hay to n trình cháy kết thúc) cháy hết 95ữ97% lợng nhiên liệu chu trình Để hạn chế cháy rít cã thĨ ¸p dơng c¸c biƯn ph¸p nh− chän gãc phun sím ϕs, c−êng ®é vËn ®éng rèi cđa môi chất thích hợp 4.3.4.2 Những nhân tố ảnh hởng a TÝnh chÊt cđa nhiªn liƯu Nhiªn liƯu cã sè xê-tan Xe lớn, (tính tự cháy cao) thời gian cháy trễ i giảm, p lợng nhiên liệu chuẩn bị thời gian cháy trễ giảm nên v pmax nhỏ, động l m việc êm b Tỷ số nén Tăng l m tăng nhiệt độ v áp suất thời điểm phun nhiên liệu, tạo điều kiện p thuận lợi cho trình chuẩn bị nên i giảm dẫn tới giảm, động l m việc ªm h¬n ∆ϕ c Gãc phun sím Gãc phun sím s lớn điều kiện cho trình chuẩn bị không thuận lợi nhiệt độ v áp suất thời điểm phun nhiên liệu nhỏ Do thời gian cháy trễ i d i, p lợng hỗn hợp chuẩn bị nhiều nên lớn, động l m việc không êm Ngo i ra, s lớn l m tăng công nén l m giảm hiệu sinh công v máy nóng http://www.ebook.edu.vn 59 Góc phun sớm s nhỏ l m cho trình cháy kéo d i đờng gi n nở dẫn tới giảm tính kinh tế v tính hiệu động V× vËy, lùa chän gãc phun sím tèi −u l nhiệm vụ ngời thiết kÕ Gãc phun sím ϕs tèi −u phơ thc v o chế độ l m việc (tốc độ vòng quay, tải trọng) tỷ số nén, kết cấu buồng cháy v thờng đợc lựa chọn thực nghiệm d Chất lợng v qui lt phun nhiªn liƯu NÕu nhiªn liƯu phun tơi (ví dụ áp suất phun lớn, xoáy lốc không khí trình nén đủ mạnh) tạo điều kiện thuận lợi cho trình chuẩn bị hỗn hợp thời p gian cháy trễ i v tốc độ tăng áp suất nhỏ, động l m việc ªm ∆ϕ NÕu rót ng¾n thêi gian phun tøc l tăng cờng độ phun (bằng cách thay đổi dạng cam bơm cao áp hệ thống nhiên liệu thông thờng hay thay đổi qui luật điều khiển phun nhiên liệu hệ thống nhiên liệu điện tử) l m cho lợng nhiên liệu p chuẩn bị giai đoạn cháy trễ tăng lên dẫn tới tăng v pmax, động l m việc ồn v rung giËt Qua ®ã cã thĨ thÊy r»ng, qui luật phun l nhân tố ảnh hởng định đến diễn biến trình cháy e Xoáy lốc không khí buồng cháy Xoáy lốc l m tăng khả ho trộn nhiên liệu với không khí, giảm thời gian cháy trễ i v giảm cháy rớt Tóm lại, xoáy lốc l biện pháp hiệu nhằm ho n thiện trình cháy Tuy nhiên, xoáy lốc với cờng độ lớn tốn nhiều lợng, l m tăng tổn thất giới v dÉn tíi gi¶m tÝnh kinh tÕ v tÝnh hiƯu qu¶ động f Tải trọng v hệ số d lợng không khí Hỗn hợp nhiên liệu không khí động diesel có giới hạn cháy rộng khoảng 1,2 ữ 10 (xem mục đặc tính điều chỉnh , chơng VIII Đặc tính động cơ) Vì ngời ta dùng phơng pháp điều chỉnh chất tức l điều chỉnh thông qua điều chỉnh lợng nhiên liệu chu trình gct để điều chỉnh tải Khi giảm tải, gct giảm, tăng, thời gian phun giảm trình cháy đợc rút ngắn Vì phải giảm góc phun sớm s Đây l nguyên tắc điều chỉnh góc phun sớm theo tải trọng động diesel g Tốc độ vòng quay n Khi tăng tốc độ vòng quay, thời gian trình cháy (tính theo s) bị rút ngắn (ảnh hởng xấu) nhng cờng độ xoáy lốc tăng v nhiên liệu phun tơi (ảnh hởng tốt đến trình cháy) Tổng hợp lại, góc d nh cho hai giai đoạn cháy chủ yếu 2-4 thay đổi nhng góc cháy trễ i tăng lên, phải tăng góc phun sớm s Đây l nguyên tắc điều chỉnh góc phun sớm theo tốc độ vòng quay động diesel 4.3.5 Tính toán nhiệt động trình cháy Tính toán nhiệt động trình cháy nhằm xác định thông số trạng thái môi chất nh nhiệt độ v áp suất suốt trình Trong thực tế, khó tính toán xác đại lợng n y Để đơn giản, sử dụng trình tÝnh to¸n thay cho qu¸ http://www.ebook.edu.vn 60 p z p z y c c c' c' V V b) a) Hình 4-15 Sơ đồ tính toán nhiệt động trình cháy a) Động xăng, b) Động diesel trình cháy thực tế, hình 4-15 Nh đ trình b y trên, trình cháy động xăng thay trình cấp nhiệt đẳng tích cz v động diesel thay trình cấp nhiệt hỗn hợp cyz Nh vậy, mục đích tính toán cuối l xác định nhiệt độ Tz, áp suất pz v hƯ sè gi n në sím ρ (cịng cã nghĩa l xác định toạ độ điểm z đồ thị công) Để tính toán, ta sử dụng định luật nhiệt động I cho trình c-z: Qcz = Ucz + Lcz (4-51) Trong đó: Qcz l tổng (đại số) nhiệt lợng m môi chất trao đổi với môi trờng, bao gồm nhiệt nhận đợc cháy nhiên liệu Qch (dơng) v nhiệt mát cho vách chi tiết truyền cho môi chất l m mát Qlm (âm); U = Uz Uc l biến đổi nội môi chất v Lcz l công trình Sau ta xác định th nh phần cụ thể ã Qcz tính theo phơng trình cân lợng sau: Qcz = Qch Qlm = QH - ∆QH - Qc - Qp - Qlm (4-52) Trong đó: QH: nhiệt trị nhiên liệu QH: nhiệt lợng phần nhiên liệu không cháy đợc thiÕu kh«ng khÝ Khi λ ≥ cã thĨ coi ∆QH = Cßn λ < cã thĨ dïng c«ng thøc thùc nghiƯm sau: ∆QH = 126.106(1 - )M0 (J/kg) (4-53) Qlm: Nhiệt lợng truyền cho môi chất l m mát Qc: Nhiệt lợng phần nhiên liệu cha cháy, cháy giai đoạn sau http://www.ebook.edu.vn 61 Qp: Nhiệt lợng mát cho phân giải sản vật cháy Tuy nhiên khó xác định xác th nh phần (4-52) Để đơn giản v thn tiƯn cho tÝnh to¸n, ta gäi: ξz = Q cz Q H − ∆Q H (4-54) l hÖ sè lợi dụng nhiệt điểm z, đợc lựa chọn theo số liệu kinh nghiệm, z = 0,85 ữ 0,95 động xăng, cz = 0,70 ữ 0,85 động diesel Từ tÝnh: Qcz = ξ z (QH - ∆QH) (4-55) ′ ′ • ∆Ucz = Uz – Uc = M z Càvz Tz M c CàvcTc (4-56) ã Lcz = động xăng (4-57) Còn động diesel, l công trình gi n nở đẳng áp yz Lcz = Lyz = pz(Vz – Vy) = pzVz – λpcVc = 8314MzTz – 8314λMcTc (4-58) với l hệ số tăng áp suất Thay phơng trình (4-55), (4-56) v (4-57) v o (451) cho trờng hợp động xăng, ta đợc: ξ z (QH - ∆QH) = M z Cµ′vz Tz − M c CµvcTc Víi l−u ý: Mc = M1(1 + γr) Mz = βzMc ®ã βz l hƯ số biến đổi phân tử điểm z, xác định theo (3-59) βz = + x z βo − 1 + r (4-59) ta đợc: z (Q H − ∆Q H ) ′ ′ + CµvcTc = z CàvzTz M1 (1 + r ) (4-60) Tơng tù, thay (4-55), (4-56) v (4-58) v o (4-51) ®èi với động diesel, ta có: z (QH - ∆QH) = M z Cµ′vz Tz − M c CàvcTc + 8314MzTz 8314McTc biến đổi tơng tự nh Ngo i ra, theo (4-63): Càpz = Càvz + 8314 (J/kmol.K), cuối ta đợc: z (Q H − ∆Q H ) ′ ′ + ( Cµvc + 8314λ)Tc = βz Cµ′pz Tz M1 (1 + r ) (4-61) Các phơng trình (4-60) v (4-61) gọi l phơng trình cháy Để giải chúng, ta phải xác định thêm số thông số Các giá trị tỷ nhiệt đợc xác định theo chơng III v có dạng nh (3-69): http://www.ebook.edu.vn 62 Càvc = a ′v + b′ Tc (4-62) ′ ′ Cµ′vz = a′v + b′′ Tz (4-63) ′ ′ Cµ′pz = ap + b Tz (4-64) Để tính đợc z theo (4-59) ta phải biết xz l tỷ lệ nhiên liệu đ cháy tính đến điểm z Ta đ biết, trình cháy thực tế kéo d i đờng gi n nở Gọi lợng nhiệt nhiên liệu cháy sinh trừ lợng nhiệt mát cho vách chi tiết tính đến điểm b (xem mục 4.4) l Qcb T−¬ng tù nh− ξz , xem (4-54), ta đặt: b = Q cb Q H Q H (4-65) gọi l hệ số lợi dụng nhiệt ®iĨm b Theo kinh nghiƯm ξb = 0,85 ÷ 0,95 động xăng v 0,8 ữ 0,9 động diesel Có thể coi: xz = z b (4-66) Ngo i ra, động diesel phải chọn hệ số tăng áp suất Theo kinh nghiệm động diesel nằm khoảng ữ v động xăng khoảng 1,2 ữ 2,4 Sau thay tất thông số v o (4-60) v (4-61) ta đợc phơng trình bậc Tz: aTz2 + bTz + c = (4-67) Giải (4-67) v loại bỏ nghiệm âm, ta tìm đợc Tz Theo kinh nghiệm, Tz nằm khoảng 2300 ữ 2800 K động xăng v khoảng 1800 ữ 2200 K động diesel Để tìm áp suất pz v hệ sè gi n në sím ρ ta sư dơng ph−¬ng trình trạng thái cho hai điểm c v z: p c Vc = 8314M cTc v p z Vz = 8314M z Tz LËp lËp tû sè: p z Vz M z Tz p M Vz = Chó ý r»ng z = λ , z = βz v = cuối ta đợc: p c Vc M c Tc pc Mc Vc λρ = βz Tz Tc Từ tính đợc : http://www.ebook.edu.vn 63 = βz Tz λ Tc (4-68) v pz = λpc Riêng động xăng = nên chọn m đợc rút từ (4-68): = z Tz Tc 4.4 Quá trình giÃn nở 4.4.1 Diễn biến Trong trình gi n nở xảy nhiều trình vật lý phức tạp nh cháy rớt, tái hợp sản vật cháy, truyền nhiệt phức tạp từ môi chất với vách chi tiết v lọt khí Tơng tự nh trình nén, coi p trình đa biến với số đa biến pVk = const n thay đổi, hình 4-16 Đầu z y trình gi n nở, cháy rớt mạnh, môi chất nhận nhiệt nên đờng n gi n nở thoải đờng đoạn nhiệt (nằm trên), n < k Piston c ng xa ĐCT, cháy rớt giảm v diện tích k trao đổi nhiệt tăng nên lợng nhiệt nhận đợc giảm v lợng nhiệt mát tăng Do n tăng dần điểm M với n = k, lợng nhiệt nhận đợc lợng nhiệt V mát Nói cách khác, l chế ĐCT ĐCD độ đoạn nhiệt tức thời Từ trở đi, môi chất nhiệt ng y c ng Hình 4-16 Diễn biến trình gi n nở nhiều, đờng gi n nở dốc đờng đoạn nhiệt (nằm dới), n > k Để tính toán đơn giản, tơng tự nh trình nén, ta thay trình đa biến với n thay đổi trình đa biÕn víi chØ sè n2 = const víi ®iỊu kiƯn điểm đầu z v công gi n nở Theo kinh nghiệm n2 nằm khoảng 1,25 ữ 1,29 Nếu nh biết đợc n2 ta dễ d ng tìm đợc nhiệt độ v áp suất cuối trình gi n nở điểm b V pb = pz  z  V   b V  Tb = Tz  z  V   b n2  V V  = pz  z y   V V   b y n2 − ρ = Tz   ε n2 ρ = pz   ε n2 (4-69) n2 − (4-70) Đối với động xăng = 1: http://www.ebook.edu.vn 64 pb = pz Tb = Tz ε n2 (4-71) (4-72) ε n2 − 4.4.2 C©n b»ng nhiệt trình giÃn nở Để xác định n2, thông số đặc trng cho trình gi n nở, ta dựa v o định luật nhiệt động I: Q zb = L zb + ∆U zb (4-73) Trong ®ã, Qzb l tổng (đại số) nhiệt lợng m môi chất trao đổi với môi trờng, bao gồm nhiệt nhận đợc cháy (dơng) v nhiệt mát cho vách chi tiết (âm); Lzb l công gi n nở v U zb l lợng biến đổi nội môi chất Sau ta tính toán th nh phần cụ thể ã Qzb Có thể viết nh sau: Q zb = Qcb − Qcz v sư dơng (4-55) v (4-65), ta cã: Q zb = (ξ b − ξ z )(Q H − ∆Q H ) (4-74) • Lzb L zb = (p z Vz − p b Vb ) = 8314 (M zTz − M bTb ) n2 − n1 − Thay Mz = βzMc = βzM1(1 + γr) v Mb = βMc = M1(1 + r) ta đợc: L zb = 8314M1 (1 + γ r ) (βzTz − βTb ) n2 − (4-75) • ∆Uzb ′ ′ ′ ′ ∆U zb = U b − U z = M b Cµ′vbTb − M z Cµ′vzTz = M1 (1 + γ r )( CàvbTb z Càvz Tz ) Thay giá trị tỷ nhiệt đợc xác định theo chơng III v có dạng nh (3-69): Càvb = av + b′′ Tb ′ ′ Cµ′vz = a′v + b′′ Tz Trong phạm vi nhiệt độ 1200 ữ 2600 K cã thÓ coi βz ≈ β Thay tÊt c¶ v o (4-73) v rót gän, ci cïng ta ®−ỵc: http://www.ebook.edu.vn 65 n2 − = 8314 (ξ b − ξ z )(Q H − ∆Q H ) b′′ ′ + a′v + (Tz + Tb ) M1 (1 + γ r )β(Tz − Tb ) (4-76) HÖ phơng trình (4-72), (4-76) đợc giải phơng pháp mò nghiệm để tìm n2 v Tb tơng tự nh tìm n1 v Tc trình nén Khác với n1, nÕu nh− lùa chän ξz v ξ b chÝnh x¸c kết n2 nhận đợc l xác Để tìm áp suất pb ta sử dụng phơng trình (4-69) v (4-71) 4.4.3 Các nhân tố ảnh hởng đến n2 Để dễ d ng khảo sát, ta ý rằng, nhiệt m môi chất nhận đợc tăng (hay nhiệt m môi chất giảm) đờng gi n në c ng tho¶i tøc n2 c ng gi¶m 4.4.3.1 Tốc độ vòng quay n n2 n2 n nmin nmax a) n nmin nmax b) Hình 4-17 ảnh hởng tốc độ vòng quay đến n1 a) Động xăng tải nhỏ, tải trung bình v động diesel b) Động xăng tải lớn v to n tải Khi tăng n, thời gian truyền nhiệt v lọt khí giảm nên nhiệt giảm, đồng thời nhận nhiệt tăng cháy rớt tăng Tất điều dẫn tới l m giảm n2 Điều n y nói chung cho động xăng v diesel Riêng động xăng có thêm ảnh hởng tải trọng Tại chế độ tải lớn v to n tải, ban đầu n2 giảm nhanh nguyên nhân trên, sau tăng chút n lớn môi chất vận động rối mạnh có tác dụng cải thiện trình cháy dẫn tới giảm cháy rớt ảnh hởng tổng hợp tốc độ vòng quay n đợc thể hình 4-17 http://www.ebook.edu.vn 66 4.4.3.2 Tải trọng Khi tăng tải, áp suất xy lanh tăng l m tăng lọt khí Đồng thời chênh lệch nhiệt độ môi chất v vách chi tiết T TW tăng Những yếu tố l m tăng nhiệt nên n2 tăng Điều n y cho động xăng v diesel Riêng động diesel, tăng tải, hệ số d lợng không khí giảm, góc d nh cho trình cháy tăng tức trình cháy kéo d i l m tăng cấp nhiệt nên n2 giảm Tổng hợp lại, ảnh hởng riêng mạnh nên thực tế n2 giảm Đối với động xăng có ảnh hởng riêng phức tạp Ta khảo sát cho trờng hợp cụ thể dùng chế ho khí với đặc tính hỗn hợp nhạt dần tăng tải (xem giáo trình Hệ thống nhiên liệu v tự động điều chỉnh động cơ) Thực nghiệm chứng tỏ, ảnh hởng lọt khí v tăng chênh lệch nhiệt độ (mất nhiệt tăng) v ảnh hởng cháy rớt tăng (nhận nhiệt tăng) cân khoảng từ 50 ữ 100% tải nên n2 gần nh không đổi chế độ tải nhá kho¶ng 10%, van tiÕt l−u më nhá, γr lín, cháy rớt nhiều, lợng nhiệt môi chất nhận đợc lớn nên n2 nhỏ Khi tăng tải, van tiết lu mở to dần, r giảm dần, cháy rớt giảm l m giảm nhận nhiệt nên n2 tăng v đạt cực đại khoảng 20 ữ 25% tải giảm Tiếp tục tăng tải, cháy rớt lại tăng hỗn hợp nhạt dần, nhận nhiệt tăng nên n2 n2 n2 b) a) Tải 100% 0 50 Tải 100% Hình 4-18 ảnh hởng tải trọng đến n2 a) Động diesel, b) Động xăng ảnh hởng tổng hợp tải trọng đến n2 đợc thể hình 4-17 4.4.3.3 Kích thớc xy lanh Ta xét cho trờng hợp tơng tự nh 4.2.3.3 http://www.ebook.edu.vn 67 ã Khi giữ tỷ số S/D = const, tăng D (tăng Vh) l m cho Flm giảm nên nhiệt Vh giảm, nên n2 giảm Nh động nhỏ bất lợi ã Nếu giữ Vh = const v giảm S/D (tức tăng D, gi¶m S) l m cho Flm/Vh gi¶m, mÊt nhiƯt giảm nên n2 giảm, công gi n nở thu đợc lớn Nh động có S/D nhỏ có lợi 4.4.4 Xác định nhiệt độ môi chất trình giÃn nở Trong trình gi n nở xảy tợng cháy kèm theo biến đổi phân tử nên tính toán nhiệt độ môi chất sử dụng cách đơn giản phơng trình trình đa biến nh trình nén m phải kể đến yếu tố n y Tuy nhiªn, ta cã thĨ dùa v o nhiƯt độ trình nén l m sở tính toán, hình 4-19 Phơng trình trạng thái cho điểm x n o đờng gi n nở v điểm n đờng nén có thể tích Vx có d¹ng: p y z c x px b n pn a pxVx = 8314MxTx pnVx = 8314MnTn CT LËp tû số, ta đợc: Vx V CD Hình 4-19 Xác định nhiệt độ môi chất trình gi n në M x Tx p x = M n Tn p n Cã thÓ coi Mn = Mc = M1(1 + r) l lợng môi chất cuối trình nén không kể M đến nạp thêm v lọt khÝ th× x = β x l hƯ sè biÕn đổi phân tử điểm x tính theo (3-59) Mn Từ tính đợc: Tx = px Tn x pn (4-77) víi: n1 n2 V  V  V  p n = p a  a  , p x = p b  a  v Tn = Ta  a  V  V  V   x  x  x n1 − 4.5 Quá trình thải Trong thực tế, trình nạp liên quan chặt chẽ đến trình thải Do khảo sát trình nạp đ đề cập tỷ mỷ đến trình thải với thông số liên quan nh pth, pr, Tr, r Vì sau ta đề cập cách tóm tắt vấn đề trình thải http://www.ebook.edu.vn 68 4.5.1 Diễn biến v vấn đề thải Để đơn giản, ta khảo sát trình thải cho trờng hợp l động kỳ không tăng áp, hình 4-19 Khi xu páp thải p mở sớm điểm b, chênh lệch áp suất lớn, dòng khí lu động qua xu páp thải với vận tốc lớn tới 600 ữ 700 m/s Trong giai đoạn thải tự tính đến điểm b (ĐCD) có tới 60 ữ 70% khí cháy đợc thải khỏi xy lanh Từ ĐCD trở tới ĐCT, môi chất b' xy lanh bị piston đẩy cỡng qua xu páp thải với vận tốc khoảng 200 ữ 250 m/s Khi b pr piston tiêu tốn công gọi l công bơm b" r d1 Góc mở sớm xu páp thải có ảnh pth hởng lớn đến chất lợng thải v công bơm r' Nếu mở sớm công gi n nở tổn thất V nhiều, nhiên công bơm nhỏ áp suất ĐCT ĐCD xy lanh nhỏ v ngợc lại Vì vậy, đợc lựa chọn cho lợi công Hình 4-20 Quá trình thải Góc đóng muộn đợc lựa chọn động kỳ không tăng áp quan hệ chặt chẽ với góc mở sớm xu páp nạp nhằm bảo đảm thải v nạp đầy (γr nhá v ηv lín) Mơc ®Ých ci cïng cịng nhằm đạt đợc công chu trình l lớn tức l lợi công Nh đ trình b y, lùa chän pha phèi khÝ tèi −u th−êng lùa chọn thực nghiệm đòi hỏi thời gian d i v chi phÝ lín Ng y víi sù trỵ giúp phơng pháp mô (Simulation) với phần mềm tính toán tiên tiến, thời gian v chi phí cho thực nghiệm giảm nhiều Chú ý: Nói phần b mục 4.3.3.2 (viết tay) v o phần đặc tính điều chỉnh chơng Đặc tính động Đa số động xăng h nh có trình tạo th nh hỗn hợp bên ngo i xy lanh qua chế ho khí hay phun xăng v o đờng nạp nên coi l hỗn hợp đồng Mặt khác, chất hỗn hợp xăng v không khí có giới hạn cháy hẹp, ví dơ ë ngo i kho¶ng 0,4 < λ < 1,68 nhiệt độ 3000C hỗn hợp cháy đợc Do nói giới hạn điều chỉnh th nh phần hỗn hợp động xăng hỗn hợp gián tiếp tơng đối hẹp Vì vậy, để điều chỉnh tải trọng phải sử dụng phơng pháp điều chỉnh lợng thông qua phận tiết lu ®−êng n¹p nh− van tiÕt l−u… (vÊn ®Ị n y đ phải nói đại cơng v nhắc lại nói phần hệ thống nhiên liệu hay chơng hình th nh hỗn hợp chơng V m Vì không nên nói phần nhân tố ảnh hởng trình cháy) Đối với động diesel nên nói phần f mục 4.3.4.2 (viết tay) v o phần đặc tính điều chỉnh chơng Đặc tính động http://www.ebook.edu.vn 69 http://www.ebook.edu.vn 70 ... )   ( 4- 4 0) Thay ( 4- 3 9), ( 4- 4 0) v ( 4- 3 7) v o ( 4- 3 8) rút gọn, ta đợc: Qac b 83 14 = a ′v + Ta (ε n1 − + 1) − n1 − M1 (1 + γ r )Ta ( n1 1) ( 4- 4 1) Phơng trình cần nhiệt trình nén ( 4- 4 1) có ý... r Vh 83 14( ε − 1)M1Tr ( 4- 1 4) Công thức ( 4- 1 4) l công thức tổng quát để xác định r Tuy nhiên, để tính đợc r theo ( 4- 1 4) ta phải biết M1 Trong phần 4. 1.2.5 dới diễn giải tới công thức ( 4- 3 3) tính... H×nh 4- 1 5 Sơ đồ tính toán nhiệt động trình cháy a) Động xăng, b) Động diesel trình cháy thực tế, hình 4- 1 5 Nh đ trình b y trên, trình cháy động xăng thay trình cấp nhiệt đẳng tích cz v động diesel