v. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
2.3.3 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng dòng khí thải
Hình 2.6 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại cửa thải động cơ ở chế độ không tải chuẩn
Nhiệt độ khí thải tại cửa thải của động cơ, phụ thuộc vào nhiệt độ khí thể trong xylanh và được coi là nhiệt độ trung bình theo chu trình. Nhiệt độ khí thải được mô tả trong công thức (2.66). Đồ thị Hình 2.6 thể hiện nhiệt độ khí tại cửa thải động cơ từ lúc khởi động lạnh đến khi động cơ ổn định ở chế độ không tải chuẩn 1730 v/p. Từ đồ thị ta có thể thấy rằng trong điều kiện khởi động lạnh và chạy không tải chuẩn, nhiệt độ khí thải ban đầu bằng với nhiệt độ môi trường Tg=Ta
=303K trong 10 giây đầu tiên nhiệt độ khí thải Tg tăng mạnh. Sau đó, nhiệt độ tiếp tục tăng nhẹ cho đến ổn định ở khoảng 790K khi nhiệt độ thành xylanh tiến tới trạng thái cân bằng và động cơ làm việc ổn định. Khi khởi động lạnh, quá trình cháy chỉ diễn ra ở một số vùng trong xylanh động cơ nên nhiệt độ khí thể thấp, bên cạnh
49
đó, nhiệt độ các chi tiết còn thấp làm cho khí thể mất nhiều nhiệt cho các chi tiết của động cơ do do nhiệt độ khí thể trong xylanh rất thấp bên cạnh đó, mất mát nhiệt từ xylanh đến cửa thải ban đầu là rất lớn do động cơ lạnh. Tổng hợp những điều trên làm nhiệt độ khí thải khi khởi động lạnh là rất nhỏ. Ngay sau đó, các vấn đề trên được cải thiện nhanh chóng. Nhiệt độ động cơ tăng, số vùng cháy tăng nhanh, mất nhiệt giảm. Tất cả những điều đó làm nhiệt độ khí thải tăng nhanh. Nhiệt độ động cơ và quá trình cháy dần đạt tới trạng thái ổn định do đó nhiệt độ khí thải cũng đạt tới trạng thái nhiệt ổn định.
Hình 2.7 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại cửa thải động cơ ở chế độ không tải nhanh
Hình 2.8 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại cửa thải động cơ ở chế độ 10% tải
Hình 2.7, 2.8 thể hiện nhiệt độ khí tại cửa thải động cơ từ lúc động cơ khởi động lạnh đến khi động cơ chạy ổn định các chế độ không tải nhanh 2500 v/p và 10% tải 2500 v/p. Về cơ bản, diễn biến nhiệt độ cũng tương tự như ở chế độ không tải chuẩn. Ở chế độ không tải nhanh 2500v/p, nhiệt độ khí thải từ nhiệt độ môi
50
trường Ta tăng nhanh trong 10 giây đầu tiên sau đó tăng nhẹ rồi ổn định ở 875K. Ở chế độ 10% tải 2500v/p nhiệt độ khí thải từ nhiệt độ môi trường Ta tăng nhanh trong 8 giây đầu tiên sau đó tăng nhẹ rồi ổn định ở 926K
Lưu lượng khí thải tăng nhanh ở chế độ khởi động sau đó tăng dần đến lưu lượng ổn định khi động cơ đạt trạng thái ổn định (hình 2.6- 2.8). Lưu lượng ổn định tại 0.32 g/s đối với không tải chuẩn, tại 0.48 g/s đối với không tải nhanh và 0.6 g/s đối với 10% tải.
Năng lượng khí thải tăng nhanh ở những giây đầu tiên sau đó đạt tới giá trị ổn định khi động có đạt tới trạng thái hoạt động ổn định (hình 2.6- 2.8). Năng lượng khí thải ổn định ở 174 J/s với chế độ không tải chuẩn, 315 J/s với chế độ không tải nhanh và 445J/s với chế độ 10% tải.
a b c
Hình 2.9 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại cửa thải động cơ ở các chế độ ổn định khác nhau
a. Nhiệt độ khí thải; b. Lưu lượng khí thải; c. Năng lượng khí thải
Khi động cơ hoạt động ổn định, nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại cửa thải động cơ cũng đạt một giá trị ổn định và có một giá trị nhất định ở mỗi một chế độ hoạt động của động cơ. Hình 2.9 thể hiện nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại các chế độ hoạt động ổn định khác nhau của động cơ. Từ biểu đồ hình 2.9 cho ta thấy, ở các chế độ toàn tải 7500v/p, 10% tải 2500v/p, không tải 2500v/p và không tải chuẩn 1730v/p, nhiệt độ khí thải lần lượt là: 1100, 926, 875 và 790K; lưu lượng khí thải lần lượt là: 6.95, 0.6, 0.48 và 0.32 g/s; năng lượng khí thải lần lượt là 6241, 445, 315 và 174 J/s.
Ở động cơ xăng, điều chỉnh tải bằng cách điều chỉnh lưu lượng khí nạp vào xylanh trong 1 chu trình. Do đó, lưu lượng khí thải (g/s) được quyết định bởi tải trọng và tốc độ động cơ. Tải sẽ ảnh hưởng tới lượng khí thải ra trong một chu trình còn tốc độ động cơ sẽ ảnh hưởng tới số chu trình trong một giây. Ở chế độ không tải chuẩn do tải trọng và tốc độ là nhỏ nhất (1730 v/p) nên lưu lượng khí thải cũng là nhỏ nhất 0,32 g/s; ở chế độ không tải nhanh (2500 v/p) có tốc độ lớn hơn tốc độ không tải chuẩn do đó có lưu lượng khí thải lớn hơn 0,48 (g/s); Chế độ 10% tải 2500 v/p có cùng tốc độ với chế độ không tải nhanh, tuy nhiên chế độ này chạy ở tải trọng lớn hơn, lượng hòa khí nạp vào xylanh cho một chu trình là lớn hơn, do đó
51
lưu lượng khí thải lớn hơn chế độ không tải nhanh (0,6g/s). Chế độ toàn tải 7500 v/p có tải trọng lớn nhất nên lượng hòa khí nạp vào xylanh nhiều nhất dẫn tới lượng khí thải cho một chu trình cũng là lớn nhất. Cùng với đó tốc độ động cơ cũng rất lớn 7500 v/p do đó lưu lượng khí thải là rất lớn (6,95 g/s).
Nhiệt độ khí tại cửa thải phụ thộc vào nhiệt độ khí thể tại thởi điểm bắt đầu quá trình thải và tổn thất nhiệt riêng (J/gkhí thải) của khí thải từ trong xylanh đến cửa thải, tổn thất này phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và lưu lượng của dòng khí thải. Lưu lượng càng lớn thì tổn thất nhiệt riêng càng nhỏ và ngược lại.
Chế độ không tải chuẩn, do nhiệt độ khí thể tại thời điểm bắt đầu thải là nhỏ nhất (1200K) cùng với việc lưu lượng thấp (0.32 g/s) nên làm giảm nhiệt do giãn nở lớn và mất nhiệt riêng nhiều, do đó nhiệt độ khí thải tại cửa thải ở chế độ này là thấp nhất (790K). So sánh chế độ không tải nhanh với chế độ không tải chuẩn ta thấy, nhiệt độ khí thể tại thời điểm bắt đầu thải ở chế độ không tải nhanh cao hơn (1318 so với 1250K), đồng thời lưu lượng của khí thải cũng cao hơn (0.48 so với 0.32 g/s), do đó nhiệt độ khí thải tại cửa thải ở chế độ không tải nhanh (875K) cao so với chế độ không tải chuẩn (790K). So sánh chế độ 10% tải 2500 v/p với chế độ không tải nhanh ta thấy. Chế độ 10% tải 2500 v/p có nhiệt độ khí thể tại thời điểm thải cao hơn ( 1370 K so với 1318 K), đồng thời có lưu lượng khí thải lớn hơn chế độ này (0.6 so với 0.48 g/s) do đó nhiệt độ khí thải tại cửa thải ở chế độ 10% tải 2500 v/p (926K) lớn hơn so với chế độ không tải nhanh (875K). Ở chế toàn tải, nhiệt độ khí thể tại thời điểm bắt đầu thải là rất lớn (trên 1500K), lưu lượng khí thải lớn (6.95 g/s) nên mất nhiệt riêng nhỏ do đó nhiệt độ khí thải tại cửa thải ở chế độ này là rất lớn (1100K).
Năng lượng khí thải được quyết định bởi nhiệt độ và lưu lượng của nó. Ở chế độ không tải chuẩn nhiệt độ khí thải nhỏ (Tg = 790K) và lưu lượng khí thải nhỏ (m
= 0.32g/s) nên năng lượng khí thải qg = 174J/s là rất nhỏ. Chế độ không tải nhanh và 10% tải, nhiệt độ và lưu lượng khí thải có cải thiện tuy nhiên vẫn còn nhỏ do đó năng lượng khí thải cũng vẫn khá thấp so với toàn tải. Nhiệt độ lần lượt là 875 và 926K, lưu lượng lần lượt là 0.6 và 0.48 g/s, năng lượng khí thải lần lượt là 315 và 445 j/s. Ở chế độ toàn tải, do nhiệt độ khí thải lớn (Tg=1100K) và lưu lượng khí thải lớn (m=6.95 g/s) nên năng lượng khí thải ở chế độ này là rất lớn (6421 J/s).
Từ những dữ liệu trên có thể thấy, ở chế độ không tải và tải nhỏ, năng lượng dòng khí thải khá nhỏ so với tải lớn nên không sấy nóng nhanh được BXT đến nhiệt độ làm việc trong giai đoạn khởi động lạnh. Muốn sấy nóng nhanh BXT cần sấy nóng bổ sung BXT để BXT nóng nhanh nhằm tăng hiệu quả xử lý ở chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy. Đồng thời ta cũng thấy rằng, năng lượng khí thải ở chế độ toàn tải là rất lớn nên nếu BXT được lắp gần cửa thải có thể sẽ nhanh bị hư hỏng và già hóa.
52