CHƯƠNG 3 : QUÁ TRÌNH CHÁY
4.1 Tính tốn nhiệt động cơ đốt trong
4.1.3 Chọn các thơng số cho tính tốn nhiệt
● Áp suất khơng khí nạp (𝑝0):
Được chọn bằng áp suất khí trời 𝑝0 = 0,1 [MN m/ 2]]
● Nhiệt độ khơng khí nạp mới (𝑇0):
Nhiệt độ khơng khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của mơi trường, nơi xe sử dụng.
𝑇0 = 300 oK
● Áp suất khí nạp trước xupap nạp (pk):
Trang 93 ● Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (Tk):
Đối với động cơ 4 kỳ thông tăng áp: 𝑡𝑘 = 𝑡0 [MN m/ 2]]
● Áp suất cuối quá trình nạp (𝑝𝑎):
Đối với động cơ khơng tăng áp, áp suất cuối q trình nạp trong xilanh thường nhỏ hơn áp suất khí quyển, do có tổn thất trên ống nạp và tại bầu lọc gây nên.
𝑝𝑎 = 𝑝0− 𝛥𝑝𝑘 [MN m/ 2]]
k p
: tổn thất trong quá trình nạp, chủ yếu phụ thuộc vào trở lực trên đường ống
nạp, tốc độ quay của động cơ và tiết diện lưu thông của họng nạp. 2 2 . k n k n p f
k: hệ số xét tới ảnh hưởng của hệ cản của đường nạp, thể tích cơng tác; n: số vịng quay trục khuỷu; fn: tiết diện lưu thơng hẹp nhất của xupap nạp.
Trong q trình tính tốn nhiệt, áp suất cuối q trình nạp pa thơng thường được xác định bằng công thức thực nghiệm.
Với động cơ 4 kỳ khơng tăng áp:
𝑃𝑎 = (0,8 ÷ 0,9)𝑃𝑘 = 0,09 [𝑀𝑁/𝑚2]
● Chọn áp suất khí sót (pr):
Là một thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xilanh động cơ. Tương tự như áp suất cuối quá trình nạp pa, áp suất khí sót pr được xác định bằng quan hệ sau:
2 p =p - p [r th r MN m/ ]
𝛥𝑝𝑟: tổn thất trong quá trình thải, chủ yếu phụ thuộc vào trở lực trên đường ống thải (động cơ có lắp bình tiêu âm, thiết bị xử lí khí thải, bình chứa khí thải hay khơng), tốc độ quay của động cơ và tiết diện lưu thông của họng xupap thải.
2 2 . k n k n p f
Trang 94
Giá trị của áp suất khí sót pr phụ thuộc vào các yếu tố như: diện tích tiết diện thơng qua của xupap xả, biên độ cao, góc mở sớm, đóng muộn của xupap xả… nên trong thực nghiệm người ta tính được giá trị
pr =0,101-0,118, chọn pr =0,101 [MN m/ 2] ● Nhiệt độ khí sót (Tr):
Phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp khí, mức độ giãn nở và sự trao đổi nhiệt trong quá trình giãn nở và thải.
Chọn : 𝑇𝑟= 900 ˚K.
Đối với động cơ diesel: 𝑇𝑟 = 900 ÷ 1100˚K. Đối với động cơ xăng: 𝑇𝑟 = 700 ÷ 900˚K ● Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (T):
T
= 0÷20 ˚K nên chọn T= 20 ˚K
Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xilanh của động cơ do tiếp xúc với vách nóng lên một trị số nhiệt độ là T.
Mức độ sấy nóng khí nạp mới phụ thuộc vào tốc độ lưu thơng khí nạp, thời gian nạp dài hay ngắn, ngồi ra cũng phụ thuộc vào mức độ chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt tiếp xúc của xy-lanh với khí nạp.
Khi tăng nhiệt độ của khí nạp mới mật độ nó sẽ giảm, cho nên dùng phương pháp đặc biệt để sấy nóng hệ thống nạp của động cơ xăng chỉ có lợi trong phạm vi mà nhiệt lượng cung cấp cho nó được lợi dụng để bốc hơi nhiên liệu. Sấy nóng q sẽ ảnh hưởng khơng tốt đến lượng khí nạp vào xilanh. Trị số tăng nhiệt độ của khí nạp mới được biểu thị theo cơng thức sau:
= t bh
T T T
t T
: tăng nhiệt độ của khí nạp mới do truyền nhiệt; Tbh: mức giảm nhiệt độ
của khí nạp mới do bốc hơi nhiên liệu. ● Chọn hệ số nạp thêm 1:
Trang 95 Chọn 1 =1,02
Hệ số nạp thêm 1 biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp khí
cơng tác sau khi nạp thêm so với lương khí cơng tác chiếm chỗ ở thể tích Va. Hệ số nạp thêm chọn trong giới hạn 11, 02 1, 07 .
● Chọn hệ số quét buồng cháy 2: Chọn 2 1
Đối với những động cơ không tăng áp do khơng có qt buồng cháy thì chọn
2 1
. Động cơ được quét sạch hồn tồn buồng cháy có 2 0, chỉ xảy ra khi thể tích buồng cháy Vc 0
● Chọn hệ số đính tỷ nhiệt t:
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt tphụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp và nhiệt
độ khí sót Tr theo thực nghiệm thống kê đối với động cơ xăng tđược chọn:
Bảng 4. 1 Hệ số dư lượng khơng khí
Hệ số dư lượng khơng khí 0,8
0 1,0 0 1,2 0 1,4 0 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t 1,1 3 1,1 7 1,1 4 1,1 1
● Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z( )z :
Chọn .Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá trình cháy, hay tỷ lệ lượng nhiên liệu đã cháy tại điểm Z. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trị số z như khi tăng số vòng quay mặc dù truyền nhiệt
Trang 96
cho vách xilanh có giảm đi, song do hiện tượng cháy rớt tăng nên trị số
z
giảm.
● Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b( )b :
Chọn b 0,95 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b( )b phụ thuộc vào nhiều yếu
tố. Khi tốc độ động cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến bnhỏ. Nếu động cơ có
tỷ số nén cao, hịa khí sẽ bị nén đến áp suất và nhiệt độ cao, sẽ bốc cháy nhanh và mãnh liệt làm giảm hiện tượng cháy rớt, vì vậy ta có thể chọn b có giá trị lớn
0,95
b
.
● Chọn hệ số dư lượng khơng khí : α=0,8
Khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu cần M0 (kmol) khơng khí. Tuy nhiên, lượng khơng khí đi vào xilanh M1 có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn M0. Điều này được đánh bằng hệ số dư lượng khơng khí.
1 0 M M 1
M : lượng khơng khí thực tế nạp vào xilanh (kmol);
0
M : lượng khơng khí lý thuyết cần thiết đốt cháy hồn toàn 1kg nhiên liệu. Hệ số ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy nếu hệ số nhỏ, hỗn hợp đậm, quá trình cháy diễn ra càng dữ dội, tốc độ cháy tăng, áp suất tăng, việc lợi dụng nhiệt càng hồn hảo, cơng suất cực đại lớn nhất.
● Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (d):
d
=0,95-0,97 nên ta chọn d =0.95
Hệ số điền đầy đồ thị đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị cơng thực tế
0,85
z
Trang 97 so với đồ thị cơng tính tốn.
● Tỷ số tăng áp ( ) :
Trong thực nghiệm ngưỡng giá trị của = 3-4 nên ta chọn = 3,5
Tỷ số càng lớn, lượng nhiên liệu cháy trong q trình đẳng tích càng nhiều, áp suất cực đại càng cao, áp suất có ích trung bình tăng, suất tiêu hao nhiên liệu giảm. Đối với động cơ cao tốc, nên tăng để đảm bảo mức độ đồng đều thành phần MCCT, độ đồng nhất của hỗn hợp. Đối với động cơ tốc độ thấp, do mức độ đồng đều MCCT tốt hơn nên có thể chọn bé. Tuy nhiên, khi ảnh hưởng đến độ bền, mòn của chi tiết, lớn áp suất cực đại tăng, lực tác dụng lên các chi tiết tăng.