Khi đ ng c diesel ho t đ ng nhiên li u cung c p vào xi lanh đ ng c và đ c đ t cháy trong đó Ph n nhi t l ng do nhiên li u cháy to ra không đ c chuy n hoàn toàn thành công mà ng i tăng áp ph i tính toán đánh giá chính xác thành ph n năng l ng b t n th t và nh ng nguyên nhân nào đó
V n đ nghiên c u và đánh giá các thành ph n t n th t giúp cho chúng tăng áp có nh ng bi n pháp đ h n ch ho c đ l i d ng chính nh ng t n th t đó Vi c h n ch ho c l i d ng các t n th t nhi t trong diesel th ng kèm thao các thi t b ho c h th ng thi t b do đó khi đánh giá chính xác t n th t ng i ta m i có nh ng c s đ đ t nh ng thi t b ho c h th ng đó Cân b ng nhi t đ ng c còn giúp cho chúng tăng áp ki m tra l i các tính toán trong bài toán thu n nói trên
4.5.2 Ph ng trình cân b ng nhi t
Ph ng trình cân b ng nhi t đ c vi t:
(4-23)
Trong đó:
: Nhi t l ng do nhiên li u cháy hoàn toàn đ a vào đ ng c : Nhi t l ng t ng đ ng v i công có ích do đ ng c s n ra
: Nhi t l ng do n c làm mát mang ra : Nhi t l ng do khí x mang ra
: Nhi t l ng do cháy không hoàn toàn nhiên li u
: T ng c ng các thành ph n m t mát còn l i không tính toán c th đ c Vi t ph ngtrình d i d ng ph n trăm (4-24) Các thành ph n đ c tính toán Trong đó
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 83
: Nhi ttr th p c a nhiên li u ) hay ( )
(4-25)
Trong đó
L u l ng, nhi t dung riêng c a n c và d u nh n Nhi t đ n c, d u nh n vào và ra kh i đ ng c
(4-26)
Trong đó
: L u l ng nhi t dung riêng và nhi t đ khí cháy sau t h p
tuabin khí máy nén ho c ng x v i đ ng c không tăng áp
l u l ng nhi t dung riêng và nhi t đ c a không khí s ch tr c máy nén tăng áp ho c ng hút c a đ ng c không tăng áp Thông th ng
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 84
CH NG QUÁ TRÌNH TRAO Đ I KHÍ Đ NG C HAI K7
5.1 Các đ c đi m c a quá trình
M c đích c a quá trình trao đ i khí trong đ ng c diesel nói chung và hai kỳ nói riêng là th i h t khí cháy trong xi lanh và thay th b ng không khí s ch Đ ng c diesel hai kỳ không có các hành trình th i và hút c ng b c do đó không khí n p ph i đ c nén b ng thi t b ph đ đ t đ c áp su t l n h n áp su t khí cháy trong xilanh đ ng c
Đ đ m b o t t nh t quá trình trao đ i khí đ ng c hai kỳ c n ph i đ c đ m b o các yêu c u sau đây
- Đóng m h p lý các c a n p và c a x
- Các c a n p và c a x ph i có hình d ng h p lý đ i v i dòng ch y khí đ ng h c
- Các thi t b cung c p khí x và t n d ng nhi t khí x ph i đ m b o đ kh năng l u l ng v i yêu c u c n thi t
5.2 Các giai đo n c a quá trình trao đ i khí
Toàn b di n bi n quá trình trao đ i khí c a đ ng c kỳ đ c chia thành ba giai đo n hình 5.1)
Hình 5.1 C|c giai đo n c a qu| trình trao đ i khí
Giai đo n đ c g i là giai đo n x t do trong đó là th i đi m
m c c u x , còn là th i đi m áp su t khí cháy trong xi lanh đ ng c đ t giá tr
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 85 đ u và quán tính c a dòng ch y v i t c đ kho ng . Giai đo n này di n
ra r t thu n l i và đ c chia làm hai pha: pha x trên t i h n và pha x d i
t i h n Đi m phân bi t gi a hai pha là mà t i đó áp su t trong xi lanh đ t t i
giá tr t i h n
Trong đó
v i khí hai nguyên t v i khí ba nguyên t .
Còn t c đ t c th i c a dòng khí t i đi m là t c đ âm thanh
Giai đo n đ c g i là giai đo n quét khí và n p trong đó là
th i đi m đóng c c u n p Trong giai đo n này không khí n p v i áp su t l n h n áp su t khí cháy trong xi lanh b t đ u tràn vào đ n p và quét khí cháy còn ch a ra kh i xi lanh trong giai đo n Vào cu i giai đo n khi mà c a quét đóng g n h t c a x v n còn m áp su t c a h n h p không khí và khí cháy trong xi lanh gi m
Giai đo n đ c g i là giai đo n t n th t n p trong đó là th i
đi m đóng c a x Trong giai đo n này không khí n p không còn c p vào xi lanh nh ng c a x v n m nên không khí n p thoát ra ngoài qua c a x
Các pha trao đ i khí liên quan ch t ch v i nhau và ph thu c vào nhi u y u t Ch t l ng c a toàn b các quá trình trao đ i khí s quy t đ nh các ch tiêu kinh t k thu t c a đ ng c
5.3 Th i gian ti t di n trao đ i khí
5.3.1 Khái ni m đ th th i gian ti t di n
Đ th v s thay đ i ti t di n c a quét và c a x theo v trí c a piston ho c góc quay tr c khu u ho c th i gian g i là đ th th i gian ti t di n V tr s th i gian ti t di n đ c tính theo công th c
(5-1)
Đ th đ c bi u di n trên h t a đ Đê-các v i tr c tung là tr s ti t di n
c a quét ho c c a x , tr c hoành là th i gian ho c góc quay tr c
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 86
5.3.2 Xây d ng đ th th i gian ti t di n
Đ th th i gian ti t di n đ c xây d ng theo ph ng pháp Brica hình 5.2.
Gi s đ ng c có bán kính khu u là , chi u dài tay biên là chi u cao c a x là
và c a n p là .
V đ ng tròn bán kính , tâm theo t l xích đã ch n. T đi m l y
v i đ dài đ hi u ch nh nh h ng c a chi u dài tay biên
đ n m i quan h gi a v trí piston và góc quay tr c khu u. V bán kính
theo ph ng th ng đ ng trong đó đ c xem nh đi m ch t d i T l y
v phía m t đo n có đ dài ( ho c qua đó k đ ng n m
ngang song song v i ti p tuy n c a đ ng tròn t i c t n a đ ng tròn t i và (hình 5.2a N i các đi m và v i đi m r i t k các đ ng
và song song v i và . Góc chính là góc
m toàn b c c u n p ho c x đi m t ng ng v i v trí piston b t đ u đóng c a x n u ). Ti p t c chia góc thành các giá tr trung gian r i t các giá tr này k các đ ng song song v i . Kho ng cách chính là chi u cao c a x t ng ng v i góc quay tr c khu u t giá tr này ta tính đ c di n tích ti t di n c a x t ng ng v i góc quay tr c khu u Đ t các giá tr này lên tr c to đ có tr c tung là di n tích tr c hoành là góc
quay tr c khu u đ gqtk T ng t n u ta v đ c đ th th i gian
ti t di n c a c a quét
Hình 5.2 Đ th th i gian thi t di n
5.3.3 Các pha trao đ i khí trên đ th th i gian ti t di n
Các pha trao đ i khí trên đ th th i gian ti t di n bao g m
- pha x t do quy t đ nh làm gi m áp su t khí cháy trong xi lanh th p h n áp su t không khí n p vào th i đi m m xupap n p
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 87
- pha n p cùng v i pha x c ng b c quy t đ nh l ng không khí
n p vào xi lanh ch t l ng quét s ch xi lanh và chi phí không khí cho vi c quét s ch khí cháy trong xi lanh đ ng c
- pha t n th t n p làm m t m t ph n không khí n p theo đ ng x
C n h n ch ho c lo i b pha này
5.3.4 Đánhgiá ch t l ng quá trình trao đ i khí
Ch t l ng quá trình trao đ i khí đ c đánh giá b ng các thông s sau đây
- L ng khí cháy t c th i còn sót l i trong xi lanh đ ng c th i đi m
góc quay tr c khu u : và khi k t thúc trao đ i khí ;
- L ng không khí n p (s ch đi qua c a quét vào xi lanh đ ng c th i
đi m góc quay tr c khu u : và khi k t thúc trao đ i khí
;
- L ng không khí n p (s ch) còn l i trong xi lanh đ ng c th i đi m
góc quay tr c khu u : và khi k t thúc trao đ i khí ;
Hình 5.3minh ho s thay đ i t ng đ i các thành ph n khí nói trên trong xi lanh đ ng c khi di n ra quá trình trao đ i khí trong đ ng c Đ th cho phép đánh giá l ng chi phí không khí cho vi c quét khí b t kỳ th i đi m nào b ng
hi u và Trên đ th cũng cho th y s thay đ i l ng khí cháy trong
xi lanh đ ng c t lúc b t đ u m c a x đ n khi đóng hoàn toàn c a x Sau giai đo n x t do m i ch có kho ng m t n a l ng khí x đ c x ra ngoài. Không khí nén b t đ u c p vào xi lanh đ ng c chi m ch và th c hi n ch c năng quét khí đ y khí cháy ra kh i xi lanh đ ng c làm cho l ng khí cháy ti p t c gi m xu ng Trong giai đo n đ u c p không khí quét, không khí quét ch chi m ch trong xi lanh mà ch a ra theo đ ng khí cháy. B t đ u t đi m m t ph n không
khí quét ra ngoài xi lanh theo khí x và l ng cho phép đánh giá
l ng chi phí không khí s ch cho vi c quét khí Nh v y trong kho ng giá tr góc quay tr c khu u t lúc b t đ u m c a quét đ n th i đi m , ta có
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 88
Hình 5.3 S thay đ i c|c th{nh ph n không khí khí ch|y khi trao đ i khí
Tr s l n nh t cho th y toàn b l ng không khí chi phí cho vi c quét khí và n p Trong giai đo n t th i đi m g n đóng c a quét đ n khi đóng c a x l ng khí s ch còn l i trong xi lanh đ ng c gi m xu ng do nh h ng cùa t n th t n p T n th t n p là pha không có l i cho quá trình trao đ i khí Các bi n pháp đ c áp d ng đ h n ch nh h ng c a pha này nh ch n ph ng án tăng áp quét khí đ t các thi t b ph nh b m ch n
Các ch tiêu đánh giá ch t l ng quá trình trao đ i khí
H s quét khí :là t s gi a l ng không khí n p đã đi qua c a quét vào xi lanh đ ng c v i l ng không khí n p còn l i trong xi lanh đ ng c tính đ n th i đi m k t thúc quá trình trao đ i khí
(5-2)
Tr s càng l n có ý nghĩa là m t mát cho quá trình trao đ i khí càng l n Đi u này đ c bi t có ý nghĩa đ i v i bài toán cân b ng công su t c a t h p TBK-MN khi tăng áp cho đ ng c hai ký Tuy nhiên cũng ph i th a nh n r ng tr s l n c a m t m c đ nào đ y s làm gi m tr ng thái nhi t và do đó c ng su t nhi t các chi ti t nhóm piston xi lanh.
- V i đ ng c hai kỳ không tăng áp: - V i đ ng c hai kỳ có tăng áp:
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 89 - V i đ ng c b n kỳ:
H s khí sót : là t s gi a l ng khí cháy còn sót l i trong xi lanh đ ng c v i l ng không khí n p còn l i trong xi lanh đ ng c tính đ n cu i th i đi m k t thúc quá trình trao đ i khí
(5-3)
Tr s càng nh thì ch t l ng c a quá trình quét khí càng l n quá trình TĐK càng hoành thi n Giá tr nh cho th y ch t l ng khí sót còn l i trong xi lanh ít và l ng khí s ch n p vào xi lanh càng nhi u Giá tr nh h ng r t l n đ n quá trình cháy di n ra sau đó M i lo i đ ng c có giá tr r khác nhau:
- Đ ng c b n kỳ không tăng áp - Đ ng c b n kỳ có tăng áp
- Đ ng c hai kỳ quét th ng
- Đ ng c haikỳ quét vòng MAN - Đ ng c hai kỳ quét vòng SULZER - Đ ng c hai kỳ quét ngang
Các y u t nh h ng đ n toàn b tuy n n p-th i cũng nh vi c gi m áp su t không khí quét đ u nh h ng tr c ti p đ n r.
H s n p : là t s gi a l ng không khí n p còn l i trong xi lanh đ ng c v i l ng không khí có th ch a đ c trong th tích công
tác v i thông s c a không khí tr c c a n p và đ i v i đ ng
c không tăng áp ho c và đ i v i đ ng c có tăng áp .
(5-4)
Giá tr đánh giá kh năng s d ng th tích xi lanh trong quá trình trao đ i khí Khi càng l n thì hi u qu s d ng th tích xi lanh trong quá trình trao đ i khí càng cao l ng không khí m i n p vào xi lanh càng nhi u Giá tr ph thu c vào t ng lo i đ ng c
- Đ i v i đ ng c hai kỳ
- Đ i v i đ ng c b n kỳ không tăng áp - Đ i v i đ ng c b n kỳ có tăng áp
H s d l ng không khí n p hình h c :là t s gi a th tích không khí n p do máy nén cung c p đi u ki n áp su t và nhi t đ
Đ NG C D)ESEL T[U T( Y )) Đ ) ( C GTVT TP.HCM 2012 90
) trong th i gian th c hi n m t chu trình công tác c a đ ng c v i th
tích công tác c a các xi lanh đ ng c ( là s xi lanh
(5-5)
( s l u l ng không khí n p hình h c ph thu c ch y u vào h th ng quét khí c a đ ng c và áp su t tăng áp .
- Đ i v i đ ng c th p t c không tăng áp - Đ i v i đ ng c diesel th p t c có tăng áp - Đ i v i đ ng c dieselcao t c
5.4 nh h ng c a ph ng pháp s d ng tăng áp đ n quá trình trao đ i khí trong đ ng c hai kỳ khí trong đ ng c hai kỳ
Do đ c đi m c a đ ng c hai kỳ quá trình trao đ i khí di n ra mà không có hành trình b m riêng bi t nh đ ng c b n kỳ đ ng th i quá trình di n ra kèm theo đi u ki n không khí n p ph i đ c nén s b Vì th vi c s d ng ph ng pháp tăng áp cho đ ng c hai kỳ có nh h ng nhi u đ n quá trình trao đ i khí Chúng tăng áp xem xét nh h ng này qua hai ph ng pháp tăng áp ch y u là tăng áp xung và tăng áp đ ng áp
5.4.1 Trao đ i khí tăng áp xung
Trên hình v trình bày đ th s thay đ i áp su t c a khí x và khí n p trong xi lanh đ ng c và đ th th i gian ti t di n trong quá trình trao đ i khí hình 5.1).
5.4.1.1Pha x t do
B t đ u khi piston đi xu ng đ n đi m b m c a x khí cháy trong xilanh x ra ng x do s chênh l ch áp su t Vào th i đi m này áp su t khí cháy trong xi