L z1z = Pz Vz − Pz1 Vz1 = Pz (V z 1− Vz)
5.3.4 Đánh giá chất lượng quá trình trao đổi khí
Chất lượng quá trình trao đổi khí được đánh giá bằng các thơng số sau đây: - Lượng khí cháy tức thời cịn sĩt lại trong xy lanh động cơ ở thời điểm gĩc quay trục khuỷu φ: Gks(φ) và khi kết thúc trao đổi khí Gks [kg];
- Lượng khơng khí nạp (sạch) đi qua cửa quét vào xy lanh động cơ ở thời điểm gĩc quay trục khuỷu φ: Gk(φ) và khi kết thúc trao đổi khí Gkq [kg];
- Lượng khơng khí nạp (sạch) cịn lại trong xy lanh động cơ ở thời điểm gĩc quay trục khuỷu φ: Gk(φ) và khi kết thúc trao đổi khí Gkk[kh];
Hình 5.3 minh hoạ sự thay đổi tương đối các thành phần khí nĩi trên trong xy lanh động cơ khi diễn ra quá trình trao đổi khí trong động cơ. Đồ thị cho phép đánh giá lượng chi phí khơng khí cho việc quét khí ở bất kỳ thời điểm nào bằng hiệu Gkq(φ) và Gk(φ). Trên đồ thị cũng cho thấy sự thay đổi lượng khí cháy trong xy lanh động cơ từ lúc bắt đầu mở cửa xả đến khi đĩng hồn tồn cửa xả. Sau giai đoạn xả tự do, mới chỉ cĩ khoảng một nửa lượng khí xả được xả ra ngồi. Khơng khí nén bắt đầu cấp vào xy lanh động cơ, chiếm chỗ và thực hiện chức năng quét khí, đẩy khí cháy ra khỏi xy lanh động cơ, làm cho lượng khí cháy tiếp tục giảm xuống. Trong giai đoạn đầu cấp khống khí quét, khơng khí quét chỉ
chiếm chỗ trong xy lanh mà chưa ra theo đường khí cháy. Bắt đầu từ điểm k, một phần khơng khí quét ra ngồi xy lanh theo khí xả và lượng [Gkq(φ) – Gk(φ)] cho phép đánh giá lượng chi phí khơng khí sạch cho việc quét khí. Như vậy trong khoảng giá trị gĩc quay trục khuỷu từ lúc bắt đầu mở cửa quét đến thời điểm k, ta cĩ [Gkq(φ) = Gk(φ)]
Hình 5.3 Sự thay đổi các thành phần khơng khí, khí cháy khi trao đổi khí
Trị số lớn nhất Gk cho thấy tồn bộ lượng khơng khí chi phí cho việc quét khí và nạp. Trong giai đoạn từ thời điểm gần đĩng cửa quét đến khi đĩng cửa xả, lượng khí sạch cịn lại trong xy lanh động cơ Gk(φ) giảm xuống do ảnh hưởng cùa tổn thất nạp. Tổn thất nạp là pha khơng cĩ lợi cho quá trình trao đổi khí. Các biện pháp được áp dụng để hạn chế ảnh hưởng của pha này như chọn phương án tăng áp, quét khí, đặt các thiết bị phụ như bướm chắn …
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình trao đổi khí:
- Hệ số quét khí φa là tỷ số giữa lượng khơng khí nạp đã đi qua cửa quét vào xy lanh động cơ Gkq với lượng khơng khí nạp cịn lại trong xy lanh động cơ Gkk tính đến thời điểm kết thúc quá trình trao đổi khí. kk kq a G G = σ ; (5.2)
Trị số φa càng lớn cĩ ý nghĩa là mất mát cho quá trình trao đổi khí càng lớn. Điều này đặc biệt cĩ ý nghĩa đối với bài tốn cân bằng cơng suất của tổ hợp TBK-MN khi tăng áp cho động cơ hai kỳ. Tuy nhiên cũng phải thừa nhận rằng trị
số lớn của φaở một mức độ nào đấy sẽ làm giảm trạng thái nhiệt và do đĩ cả ứng suất nhiệt các chi tiết nhĩm piston xy lanh.
Với động cơ hai kỳ khơng tăng áp φa = 1,15 ÷ 1,25 Với động cơ hai kỳ cĩ tăng áp φa = 1,6 ÷1,65 Với động cơ bốn kỳ φa = 1,0 ÷ 1,2
-Hệ số khí sĩt γr là tỷ số giữa lượng khí cháy cịn sĩt lại trong xy lanh động cơ Gs với lượng khơng khí nạp cịn lại trong xy lanh động cơ Gkk tính đến cuối thời điểm kết thúc quá trình trao đổi khí. s r kk G G γ = (5-3)
Trị số γr càng nhỏ thì chất lượng của quá trình quét khí càng cao, quá trình trao đổi khí càng hồn thiện. Giá trịγr nhỏ cho thấy lượng khí sĩt cịn lại trong xy lanh ít và lượng khí sạch nạp vào xy lanh càng nhiều. Giá trịγr ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy diễn ra sau đĩ. Mỗi loại động cơ cĩ giá trịγr khác nhau:
- Động cơ bốn kỳ khơng tăng áp: γr = 0,06 ÷ 0,04 - Động cơ bốn kỳ cĩ tăng áp: γr = 0,02 ÷ 0,04 - Động cơ hai kỳ quét thẳng (B&W): γr = 0,04 ÷ 0,08 - Động cơ hai kỳ quét vịng (MAN): γr = 0,08 ÷ 0,09 - Động cơ hai kỳ quét vịng (SULZER): γr = 0,09 ÷ 0,12 - Động cơ hai kỳ quét ngang: γr = 0,12 ÷ 0,14
Các yếu tố ảnh hưởng đến tồn bộ tuyến nạp-thải cũng như việc giảm áp suất khơng khí quét đều ảnh hưởng trực tiếp đến γr.
- Hệ số nạp ηn là tỷ số giữa lượng khơng khí nạp cịn lại trong xy lanh động cơ Gkk với lượng khơng khí cĩ thể chứa được trong thể tích cơng tác Vs với thơng số của khơng khí trước cửa nạp P0 và T0 (đối với động cơ khơng tăng áp) hoặc Ps và Ts (đối với động cơ cĩ tăng áp) s kk n G G = η (5-4)
Giá trịηnđánh giá khả năng sử dụng thể tích xy lanh trong quá trình trao đổi khí. Khi ηn càng lớn thì hiệu quả sử dụng thể tích xy lanh trong quá trình trao đổi khí càng cao, lượng khơng khí mới nạp vào xy lanh càng nhiều. Giá trị ηn phụ thuộc vào từng loại động cơ.
Đối với động cơ hai kỳ: ηn = 0,75 ÷ 0,90 Đối với động cơ bốn kỳ khơng tăng áp: ηn = 0,75 ÷ 0,903 Đối với động cơ bốn kỳ cĩ tăng áp: ηn = 0,70 ÷ 0,85
-Hệ số dư lượng khơng khí nạp hình học φk là tỷ số giữa thể tích khơng khí nạp do máy nén cung cấpVk(mn) (ở điều kiện áp suất pk và nhiệt độ Tk) trong thời gian thực hiện một chu trình cơng tác của động cơ với thể tích cơng tác của các xy lanh động cơ i.Vs. ( ) s mn k k iV V . = ϕ (5-5)
Hệ số lưu lượng khơng khí nạp hình học φk phụ thuộc chủ yếu vào hệ thống quét khí của động cơ và áp suất tăng áp pk.
Đối với động cơ thấp tốc khơng tăng áp: φk = 1,15 ÷ 1,25 Đối với động cơ diesel thấp tốc cĩ tăng áp: φk = 1,40 ÷ 1,60 Đối với động cơ diesel cao tốc: φk = 1,40 ÷ 1,50
5.4 Ảnh hưởng của phương pháp sử dụng tăng áp đến quá trình trao đổi khí trong động cơ hai kỳ: