2.4.1 Di n bi n c a quá trình giãn n
Vi c giãn n s n ph m cháy trong xilanh đ ng c di n ra khi piston chuy n đ ng t ĐCT xu ng ĐCD Trong các quá trình c a m t chu trình công tác ch có quá
trình này sinh công Trong tính toán chu trình công tác đo n đ c xem là áp
su t không đ i b i vì m c dù piston chuy n đ ng xu ng th tích xilanh c a đ ng c tăng lên nh ng do nhiên li u v n còn cháy mãnh li t nên cho phép duy trì áp su t không đ i trong xilanh đ ng c
Tuy nhiên khi miêu t các quá trình nhi t đ ng c a đ ng c đ t trong
chúng ta gi đnh r ng quá trình giãn n b t đ u t đi m và k t thúc đi m
trên đ th công ch th Trong th c t quá trình giãn n k t thúc khi m các c a trong đ ng c kỳ hay là các xupáp x trong đ ng c kỳ
P V V n2 k b Z z b Hình 2.4 Di n bi n quá trình gi~n n
Nghiên c u chu trình th c t c a đ ng c đ t trong có th nh n th y r ng quá trình giãn n là m t quá trình đa bi n ph c t p v i ch s giãn n đa bi n luôn luôn thay đ i đ u quá trình giãn n , do nhiên li u còn ti p t c cháy nên
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 41
ch t khí trong xilanh nh n nhi t ( nên ch s giãn n đa bi n nh h n
và n m trong kho ng (hình 2.4 Do s chuy n đ ng c a piston xu ng d i nên b m t làm mát xilanh tăng d n trong khi đó quá trình cháy r t gi m d n nên l ng nhi t mà công ch t h p th đ c gi m theo còn l ng nhi t mà nó truy n cho n c làm mát tăng lên do đó tăng d n Khi l ng nhi t mà
công ch t h p th đ c b ng l ng nhi t mà nó truy n cho n c làm mát thì quá
trình đo n nhi t x y ra t c th i ( khi đó Piston ti p t c chuy n đ ng
xu ng phíad i quá trình cháy r t gi m d n và k t thúc, b m t làm mát tăng
d n đ n giá tr l n nh t. Do l ng nhi t mà công ch t truy n chu n c làm
mát l n h n l ng nhi t do nó h p th , t c là môi ch t m t nhi t ( ) nên
cu i quá trình giãn n Đi u này có th đ c ch ng minh qua ph ng trình:
L u ý r ng trong quá trình giãn n , Cu i quá trình giãn n n m
trong kho ng .
Qua phân tích trên có th th y r ng gi a và có m i liên quan m t thi t
v i nhau. Khi tăng , khi có s cân b ng v nhi t t i đó đ t giá tr l n
nh t thì . Ti p theo gi m thì tăng d n Nh v y ch y u ph thu c
h s s d ng nhi t . Trong chu trình công tác, khi nhiên li u b t đ u cháy b t
đ u tăng nh ng có th nó ch a đ t giá tr c c đ i t i mà sau đi m (xem hình
3.4 Tr ng h p đ c bi t có th đ t giá tr c c đ i ngoài đi m t c là trong ng
x Khi càng g n đi m hi u su t nhi t c a chu trình càng tăng do đó l ng nhi t m t mát cho khí x gi m Giá tr n m trong kho ng .
Ngoài ch s giãn n đa bi n còn ph thu c vào các y u t khác đó là
các y u t khaithác và k t c u
Tăng s vòng quay c a đ ng c quá trình cháy r t s phát tri n trên m t đo n dài c a quá trình giãn n L ng nhi t mà công ch t h p th trên đ ng giãn n tăng còn l ng nhi t mà nó truy n cho n c làm mát gi m xu ng do th i gian trao đ i nhi t ng n l i Vì v y gi m xu ng
N u vòng quay c a đ ng c không đ i tăng ph t i c a đ ng c đòi h i ph i đ a thêm nhiên li u vào xilanh đ ng c Ngoài ra tăng s làm cho h s
d l ng không khí gi m cháy r t phát tri n d n đ n gi m
Các y u t làm thay đ i t c đ cháy và quá trình cháy đ u là nh ng nguyên
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 42
l ng không khí , v v là nh ng nhân t tác đ ng tr c ti p đ n quá trình cháy
và cũng là đ n ch s giãn n đabi n .
Các y u t v k t c u cũng có nh h ng đ n ch s giãn n đa bi n . Tăng hành trình c a piston làm cho b m t làm mát tăng lên Do v y kh năng trao nhi t c a công ch t cho thành vách xilanh tăng lên d n đ n tăng lên
Nh v y giá tr là m t giá tr bi n đ i liên t c trên đ ng giãn n và ph thu c r tnhi u vào các y u t Nh ng trong tính toán đ xác đ nh các thông s khí và công c a quá trình giãn n ng i ta không dùng quá trình giãn n đa bi n v i ch s giãn n đa bi n bi n đ i vì g p r t nhi u khó khăn mà thay b ng m t quá trình gi đ nh trong dó dùng ch s giãn n đa bi n trung bình .
Giá tr trung bình đ c xác đ nh v i gi thi t là công c a quá trình giãn n khi bi n đ i b ng công trong quá trình giãn n gi đ nh v i không đ i Giá tr bình quân c a ch s giãn n đa bi n đ c ký hi u là và có các giá tr n m trong kho ng sau
- Đ ng c cao t c không làm mát đ nh piston: .
- Đ ng c th p t c công su t trung bình không làm mát đ nh piston: ;
- Đ ng c th p t c công su t l n có làm mát đ nh piston: .
2.4.2 Các thông s c a quá trình giãn n
Áp su tcu i kỳ giãn n \p su t cu i kỳ giãn n đ c xác đ nh t ph ng trình đ c tr ng T c là Do đó
Trong đó là t s giãn n sau
Giá tr c a các đ ng c diesel n m trong kho ng
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 43 Vi t ph ng trình tr ng thái cho ch t khí t i đi m và đi m , coi s l ng
mol khí đi m và đi m là b ng nhau ta có và
Chia hai ph ng trình trên cho nhau ta đ c Suy ra:
V y (2-33)
Giá tr nhi t đ n m trong kho ng N u nhi t đ quá
cao có th gây ra cháy supáp x cũng nh xécmăng c a đ ng c Đ gi m xu ng th p trong tr ng h p không đ i ph i tăng th tích c a xilanh công tác Đi u này đã đ c gi i quy t trong nh ng đ ng c hi n đ i có hành trình siêu dài M t khác hi n nay các đ ng c diesel tàu th y có trang b các thi t b t n d ng nhi t khí x nên gi m th p h n n a là không c n thi t
T s giãn n sau
T công th c ; do nên:
V y (2-34)
T các công th c (2-33); (2-34) chúng ta th y r ng khi tăng ch s giãn n
sau làm cho gi m. Trong th c t tăng t c gi m quá trình cháy r t nhiên
li u trên đ ng giãn n tính kinh t c a đ ng c tăng
2.4.3 Tính ch s giãn n đa bi n
Vi c xác đ nh ch s giãn n đa bi n trung bình d a trên ph ng trình nhi t đ ng Ph ng trình đ nh lu t nhi t đ ng vi t cho quá trình giãn n có d ng sau
(2-35)
Trong đó
: l ng nhi t truy n cho công ch t trong quá trình giãn n : bi n thiên n i năng c a ch t khí trong quá trình giãn n
l ng nhi t t ng đ ng công ch t khí th c hi n trên đ ng giãn n
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 44
Trong quá trình giãn n đ ng th i v i vi c c p nhi t cho công ch t do s
cháy r t nhiên li u là s th i nhi t ngoàithành vách xilanh cho n c làm mát. Gi
s có nhiên li u cháy tham gia vào trong chu trình có nhi t tr th p là . Khi
đó có th tính nh sau
(2-36)
Giá tr thay đ i n i năng đ c tính nh sau
Trong đó , là s mol khí cháy t i và . Coi
Khi đó (2-37)
Thay và vào (2-37) ta
đ c:
(2-38)
L ng nhi t bi n thành công trên đ ng giãn n đ c tính nh sau V i chú ý là Khi đó ta có (2-39) Thay (2-38); (2-39) vào (2-35) và so sánh v i -36) ta có: T đó Cu i cùng
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 45
Thay: và r i đ t ta đ c
(2-40)
Trong công th c trên là các h s tính toán nhi t dung riêng đ ng tích c a
s n ph m cháy:
Vi c gi i ph ng trình -40 đ c th c hi n b ng ph ng pháp ch n g n đúng d n ch n m t giá tr thay vào hai v ph i c a ph ng trình -40 N u sau khi ch n và thay vào ph ng trình mà hai v c a ph ng trình cân b ng thì giá tr ta ch n là ch s giãn n đabi n bình quân c n tìm
Phân tích ph ng trình -40 chúng ta th y r ng khi quá trình cháy r t
càng phát tri n thì càng gi m đi và do v y tăng do đó gi m xu ng
K t q a d n đ n làm tăng và nhi t m t mát cho khí x và n c làm mát tăng
lên làm gi m hi u su t có ích c a đ ng c Khi l ng nhiên li u cung c p cho chu
trình không đ i, gi m l ng nhiên li u cháy r t trên đ ng giãn n t c là tăng
l ng nhiên li u cháy trên đo n đi u này làm cho hi u su t có ích c a đ ng
c tăng lên.
2.5 Quá trình th i
2.5.1 Di n bi n quá trình th i
Các v n đ c a quá trình th i đã trình bày quá trình n p và các ph n v
trao đ i khí trong đ ng c
2.5.2 V n đ gi m đ c h i c a khí th i đ ng c
Khí th i c a đ ng c ra môi tr ng ngoài các s n v t cháy hoàn toàn nh
CO2, H2O, N2 còn ch a các s n v t ch a cháy h t ho c phân gi i t s n ph m cháy
bao g m các ch t đ c trong khí th inh : CO, NOX, SO2, H2S...
Các bi n pháp gi m đ c t khí th i cho đ ng c đ c th c hi n theo hai h ng nh sau
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 46 - (òan thi n chu trình làm vi c c a đ ng c
- L p đ t các thi t b trung hòa khí th i
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 47
CH NG QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ T O H N H P TRONG
Đ NG C DIESEL
3.1 Các giai đo n c a quá trình cháy
Quá trình cháy trong đ ng c Diesel th c ch t là quá trình ôxy hoá các thành ph n hóa h c có trong nhiên li u kèm theo s t a nhi t mãnh li t Quá trình cháy bao g m hàng lo t các bi n đ i v lý hóa cái n k ti p cái kia và kéo dài cho đ n c sau khi h n h p đã b c cháy
cu i kỳ nén nhiên li u đ c phun vào trong xilanh đ ng c d i d ng s ng nh nhi t đ cao trong xilanh các h t nhiên li u s nhanh chóng bay h i kèm theo nh ng bi n đ i v v t lý hình thành khí h n h p và chu n b cho nó b c cháy Quá trình này chi m m t kho ng th i gian nh t đ nh và đ c g i là th i gian chu n b cháy ký hi u là (giây t ng ng v i m t kho ng góc quay (đ c a tr c khu u
Hình 3.1 Di n bi n qu| trình ch|y nhiên li u trong xilanh
Quá trình cháy trong đ ng c Diesel bao g m nhi u quá trình trung gian k
ti p nhau nh ng đ cho vi c nghiên c u đ c d dàng ng i ta chia quá trình cháy thành giai đo n trên c s căn c vào b n ch t các quá trình x y ra trong xilanh đ ng c
3.1.2 Giai đo n chu n b cháy
Giai đo n chu n b cháy đ c xác đ nh b ng kho ng th i gian t lúc nhiên li u b t đ u phun vào xilanh đ ng c đi m hình 3.1 đ n khi áp su t trong
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 48 xilanh đ ng c b t đ u tăng đ t ng t t c là đ ng cong áp su t bi u th quá trình cháy tách kh i đ ng cong nén (đi m ).
Giai đo n này trong xilanh đ ng c di n ra hàng lo t các quá trình ph c t p s y nóng nhiênli u bay h i phân h y các ph n t có liên k t dài thành các ph n t có liên k t ng n ôxy hóa Nhiên li u đ a vào trong xilanh đ ng c giai đo n
th nh t chi m l ng nhiên li u cung c p cho chu trình Giai đo n
này đ c đ c tr ng b ng th i gian chu n b cháy (giây hay góc chu n b
cháy (đ góc quay tr c khu u Gi a th i gian chu n b cháy và góc chu n b
cháy có quan h v i nhau theo công th c
Trong đó là vòng quay đ ng c )
Trong các đ ngc diesel (giây), còn bi n thiên t
(ogqtk)
Th i gian càng dài l ng nhiên li u tích lũy trong giai đo n này càng l n nó s nh h ng đ n đ c tính quá trình cháy Đ c bi t trong các đ ng c cao t c l ng nhiên li u c p trong giai đo n này khá cao Cá bi t có nh ng đ ng c l ng nhiên li u c p trong giai đo n này b ng l ng nhiên li u cung c p cho chu
trình ( )
3.1.3 Giai đo n tăng áp su t
Giai đo n này g i là giai đo n cháy n đ c xác đ nh b ng kho ng th i
gian t lúc b t đ u s b c cháy nhiên li u (đi m đ n th i đi m áp su t trong
xilanh đ ng c đ t giá tr l n nh t đi m giai đo n này t c đ t a nhI t c a nhiên li u r t l n đ ng th i áp su t ch t khí trong xilanh đ ng c cũng tăng lên m t cách đáng k
Đ đánh giá ch t l ng và m c đ cháy mãnh li t c a giai đo n này
ng i ta dùng hai thông s là
T c đ tăng áp su t t c th i
(3-1)
(o c t c đ tăng áp su t trung bình
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 49
Hai thông s trên đánh giá m c đ làm vi c nh nhàng, tin c y c a đ ng c
Tr s , l n đ ng c làm vi c c ng có ti ng gõ Khi t c đ tăng áp su t quá cao
có th d n đ n h h ng b đ tr c khu u c a đ ng c và các chi ti t khác Khi
đ ng c làm vi c bình th ng giá tr c a n m trong kho ng
, t t nh t là .
S dĩ trong giai đo n này có s t a nhi t m nh là vì ph n nhiên li u phun vào trong giai đo n chu n b cháy đã b t đ u b c cháy Nhi t l ng t a ra trong giai đo n này chi m kho ng s nhi t l ng do nhiên li u cung c p
3.1.4 Giai đo n tăng nhi t đ
Giai đo nnày đ c tính t lúc áp su t trong xi lanh đ ng c đ t giá tr c c
đ i đi m ) đ n khi nhi t đ ch t khí trong xilanh đ ng c đ t giá tr c c đ i (đi m
Trong giai đo n này, vi c cung c p nhiên li u vào xilanh đ ng c c b n là ch m d t C ng đ t a nhi t giai đo n này b t đ u gi m xu ng do n ng đ ôxy gi m đ u giai đo n này m c dù piston đã đi xu ng th tích xilanh tăng d n nh ng do nhiên li u còn ti p t c cháy mãnh li t nên áp su t trong xilanh