II. Nhiệm vụ, yíu cầu, sơ đồ vă nguyín lý hệ thống bôi trơn: 1.Nhiệm vụ:
4. Lượng dầu chứa trong cacte:
1.3. ĐẶC ĐIỂM QUÂ TRÌNH NẠP-THẢI TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Hai q trình nạp vă thải liín quan mật thiết với nhau, tuỳ theo số kỳ của động cơ vă phương phâp thải nạp, có những thời điểm chúng xảy ra cùng một lúc. Vì vậy khi phđn tích q trình nạp cần lưu ý đến những thơng số đặc trưng của quâ trình thải, tức lă phải xĩt chung câc hiện tượng của q trình thay đổi mơi chất.
Trong động cơ 4 kỳ, q trình thay đổi mơi chất được thực hiện lúc bắt đầu mở xu pâp thải (điểm b’ ). Từ b’ đến ĐCD nhờ chính âp, sản vật chây tự thơt ra đường thải.Sau đó, từ ĐCD tới ĐCT, nhờ sức đẩy cưỡng bức của piston, sản vật chây được đẩy tiếp. Tại
ĐCT (điểm r ), sản vật chây chứa đầy thể tích buồng chây Vc với âp suất pr> pthải, tạo ra
chính âp Δpr. Chính âp Δpr phụ thuộc văo hệ số cản, tốc độ dịng khí n qua xu pâp thải vă văo trở lực của bản thđn đường thải.
Xu pâp thải thường được đóng sau ĐCT (đóng muộn ) nhằm tăng thím giâ trị “ tiết diện - thời gian “ mở cửa thải, đồng thời để tận dụng chính âp Δpr vă quân tính của dịng khí thải tiếp tục đẩy khí sót ra ngoăi.
1.4.1. Q trình nạp.
Q trình nạp mơi chất mới văo xi lanh được thực hiện khi piston đi từ ĐCT xuống ĐCD. Lúc đầu ( tại điểm r ), do pr > pk (pk – âp suất môi chất mới trước xu pâp nạp ) vă do p r> pth nín một phần sản vật chây trong thể tích Vc vẫn tiếp tục chạy ra ống thải, bín trong xi lanh khí sót giên nở đến điểm ro rồi từ đó trở đi, mơi chất mới có thể bắt đầu nạp văo xi lanh.
Hình 1-16. Đồ thị cơng của q trình trao đổi khí trong động cơ 4 kỳ
Quâ trình nạp lệ thuộc văo rất nhiều yếu tố, khiến cho môi chất mới nạp văo xi lanh trong mỗi chu trình nhỏ hơn lượng nạp lý thuyết, được tính bằng số mơi chất mới chứa đầy thể tích cơng tâc Vh có nhiệt độ Tk vă âp suất pk của mơi chất mới ở phía trước xu pap nạp (đối với động cơ điíden) hoặc của mơi chất mới ở phía trước bộ chế hoă khí (đối với động cơ xăng). Câc thông số sau đđy ảnh hưởng chính tới q trình nạp :
+ Âp suất cuối quâ trình nạp pa
Âp suất cuối q trình nạp có ảnh hưởng lớn tới cơng suất động cơ. Muốn tăng âp suất cuối quâ trình nạp người ta sử dụng câc biện phâp sau :
- Tạo đường nạp có hình dạng khí động tốt, tiết diện lưu thơng lớn vă phương hướng lưu động thay đổi từ từ, ít ngoặt.
- Dùng xu pâp có đường kính lớn hoặc dùng nhiều xu pâp. Động cơ A16 DMS sử dụng hai xu pâp nạp vă hai xu pâp thải cho mỗi mây, do đó tăng được lượng khí lưu thơng trong mỗi chu trình, tăng âp suất pa.
+ Lượng khí sót : Vc Pk Pk Pa Pth V P a b' b ro r Pa Va Pr Vh
Cuối q trình thải, xi lanh cịn lưu lại 1 ít sản vật chây gọi lă khí sót. Trong q trình nạp, số khí sót trín sẽ giên nở, chiếm chỗ trong xi lanh vă trộn với khí nạp mới ,lăm giảm lượng khí nạp mới. Vì vậy giảm lượng khí sót sẽ lăm tăng lượng khí nạp văo , lăm tăng công suất động cơ. Câc biện phâp sau lăm giảm lượng khí sót :
- Dùng động cơ tăng âp. Phương phâp năy thường được sử dụng trín động cơ điíden do khơng bị hạn chế bởi khả năng kích nổ.
- Tăng góc trùng điệp câc xu pâp nạp vă thải. Phương phâp năy âp dụng cho cả động cơ xăng vă điíden.
+ Nhiệt độ sấy nóng mơi chất mới ΔT
Đi trín đường nạp vă văo xi lanh, mơi chất mới tiếp xúc với câc bề mặt nóng của động cơ, được sấy nóng vă tăng nhiệt độ lín một gia số ΔT.
ΔT = ΔTt– ΔT b.h Trong đó :
ΔTt- mức tăng nhiệt độ của môi chất mới do sự truyền nhiệt từ câc bề mặt nóng
ΔT b.h - mức giảm nhiệt độ của mơi chất mới do bay hơi của nhiín liệu . ΔT = 20 ÷ 40oC - đối với động cơ điíden;
ΔT = 0 ÷ 20oC - đối với động cơ xăng.
+ Nhiệt độ mơi chất cuối q trình nạp Ta
Nhiệt độ mơi chất cuối q trình nạp Ta cũng ảnh hưởng tới mật độ mơi chất mới nạp văo xi lanh. Tăng Ta lăm giảm mật độ môi chất mới nạp văo xi lanh vă ngược lại. Nhiệt độ mơi chất cuối q trình nạp Ta lớn hơn Tk( nhiệt độ môi chất mới trước xu pâp nạp ) vă nhỏ hơn Tr ( nhiệt độ khí sót ) lă do kết quả của việc truyền nhiệt từ câc bề mặt nóng tới mơi chất mới khi tiếp xúc vă việc hoă trộn của môi chất mới với khí sót nhiều hơn. Câc q trình trín diễn ra riíng lẻ trín đường nạp hoặc đồng thời trín xi lanh động cơ.
- Hệ số nạp :
Hệ số nạp ηv lă tỉ số giữa lượng môi chất mới thực tế nạp văo xi lanh ở đầu q trình nĩn khi đê đóng câc cửa nạp vă cửa thải so với lượng môi chất mới lý thuyết có thể nạp đầy văo thể tích cơng tâc của xi lanh Vh ở điều kiện âp suất vă nhiệt độ mơi chất phía trước xu pâp nạp. Mơi chất mới của động cơ điíden lă khơng khí , của động cơ xăng lă hoă khí của khơng khí vă hơi xăng tạo thănh. Câc yếu tố ảnh hưởng đến hệ số nạp của động cơ 4 kỳ bao gồm: âp suất pa vă nhiệt độ Ta của mơi chất cuối q trình nạp ; nhiệt độ sấy nóng
mơi chất mới ΔT ; hệ số khí sót γr; nhiệt độ Tr vă âp suất pr ; tỉ số nĩn ε; hệ số quĩt buồng
chây λ2vă hệ số nạp thím λ1. Những thơng số trín có liín hệ qua lại mật thiết với nhau vă
mỗi thông số lại phụ thuộc văo câc yếu tố khâc. Vì vậy song song với việc phđn tích ảnh hưởng của từng thơng số riíng biệt phải phđn tích ảnh hưởng tổng hợp của chúng tới hệ số nạp ηvtheo câc chế độ lăm việc cụ thể của động cơ
- Câc biện phâp chính lăm tăng hệ số nạp vă giảm cản cho đường nạp :
Hệ thống đường nạp của động cơ gồm: bình lọc khí, bộ chế hoă khí, đường nạp chung, câc nhânh nạp của câc xi lanh vă xu pap đều gđy cản đối với dịng khí nạp. Lăm thế năo để giảm cản cho hệ thống năy lă vấn đề đâng lưu ý. Muốn giảm trở lực của hệ thống cần có tiết diện lớn của đường thơng qua đó giảm tốc độ của dịng chảy, cần chú ý đặc biệt đến lực cản cục bộ do chuyển hướng dòng hoặc do tăng giảm đột ngột tiết diện lưu thông của dịng tạo ra. Khi tìm biện phâp giảm cản cho đường nạp cần phải lưu ý tới nhiều yếu tố khâc nhau.
+ Bình lọc
Khi tìm câch giảm cản cho bình lọc, trước tiín phải chú ý tới hiệu quả lọc.Phải địi hỏi giảm trở lực tới mức nhỏ nhất trín cơ sở đảm bảo tốt hiệu quả lọc.Trong lúc sử dụng cần thường xun bảo dưỡng bình lọc, tuyệt đối trânh không để dầu bẩn gđy tắc lõi lọc giấy, phải thay lõi lọc kịp thời.
+ Bộ chế hoă khí
Muốn cho họng đạt được tâc dụng mong muốn lại giảm bớt trở lực, người ta lắp nối tiếp hai, ba họng lớn nhỏ khâc nhau để nhiín liệu được phun văo họng nhỏ, nơi có độ chđn khơng cao nhất, phần đuôi của họng nhỏ, đặt tại nơi thắt nhỏ nhất của họng lớn. Tiết diện lưu thông của họng lớn được chọn theo u cầu nạp mơi chất mới của động cơ, cịn họng nhỏ được chọn theo u cầu về độ chđn khơng để hút vă xĩ tơi nhiín liệu.
+ Đường ống nạp :
Hình dạng, kích thước của ống nạp gđy ảnh hưởng lớn tới hệ số nạp, tới mức độ phun tơi vă bay hơi của nhiín liệu vă sự phđn phối về số lượng vă thănh phần hoă khí văo câc xi lanh, đđy lă vấn đề tương đối phức tạp. Nếu lăm tiết diện ống nạp lớn để giảm cản thì sẽ lăm tăng tiíu hao nhiín liệu vă thănh phần hoă khí văo câc xi lanh khơng đều nhau. Vì vậy một số động cơ xăng, muốn đạt u cầu ít tiíu hao nhiín liệu ở tải nhỏ, phải chấp nhận mất mât 1 ít cơng suất bằng câch dùng ống nạp có tiết diện nhỏ một chút.Vă để hoă khí có thănh phần vă khối lượng đều nhau người ta còn cố ý gđy ngoằn ngoỉo ở một văi đoạn ống.
+ Câc nhânh ống nạp tới câc xi lanh vă xu pâp nạp:
Trong hệ thống nạp của động cơ, xu pâp nạp lă nơi có tiết diện lưu thơng nhỏ nhất nín trở thănh bộ phận quan trọng nhất của lực cản đường nạp. Người ta thường giảm đường kính xu pâp thải để tăng đường kính xu pâp nạp, tăng hănh trình cực đại, tăng tốc độ đóng mở câc xu pâp, tăng thời gian giữ xu pâp ở vị trí mở lớn nhất để tăng khả năng lưu thông qua xu pâp.
Cấu tạo của nhânh ống nạp, nhất lă phần sât với xu pâp gđy ảnh hưởng lớn tới lực cản của đường nạp. Muốn có hình dạng đường nạp tốt nhất phải thử nghiệm trín mơ hình lăm bằng vật liệu dẻo cho tới khi đạt hiệu quả cao nhất.
Câc thử nghiệm đê đem lại những kết quả có giâ trị.Phía trước xu pâp nạp, thím một vấu nhơ trơn trịn tạo họng thắt hợp lý có thể lăm giảm cản cho đường nạp. Nếu lắp ống Laval trín miệng đi văo xu pâp nạp sẽ lăm tăng lưu lượng hoă khí một câch rõ rệt khi chạy ở tốc độ cao. Mở rộng đường nạp vă trânh những đường ngoặt gấp sẽ có thể giảm bớt lực cản .v.v…
Dạng cửa văo phải được thiết kế để cho khơng khí văo sẽ quay hoặc xơy quanh trục của xi lanh. Độ xoây được thay đổi với mỗi kiểu vă kích cỡ buồng chây được sử dụng.
1.3.2. Q trình thải
Nhiều vấn đề của q trình thải đê được trình băy khi nghiín cứu về q trình nạp, ở đđy chỉ giới thiệu bổ sung một số vấn đề.
a- Thải sạch vă cơng tiíu hao cho q trình thay đổi mơi chất :
Để thải sạch khí sót vă nạp đầy mơi chất mới văo xi lanh, hầu hết câc động cơ hiện đại đều sử dụng hiệu ứng động của dao động âp suất trong hệ thống nạp thải nhằm tạo nín sóng âp dương ở khu vực xu pâp nạp trước khi kết thúc q trình nạp vă tạo nín sóng âp đm ở khu vực xu pâp xả trước khi kết thúc quâ trình thải. Ở động cơ tăng âp người ta lợi dụng chính âp từ đường nạp– xi lanh - đường thải để mở rộng, kĩo dăi thời kì trùng điệp của câc xu pâp để quĩt buồng chây, thải sạch khí sót vă nạp đầy mơi chất mới văo xi lanh. Cơng tiíu hao cho q trình thay đổi mơi chất được thể hiện bằng diện tích đồ thị p – V giữa đường nạp vă đường thải. Nếu đường thải nằm cao hơn đường nạp (động cơ không tăng âp hình 1.10a ) thì cơng tiíu hao cho thời kì thay đổi mơi chất lă công đm. Nếu đường thải thấp hơn đường nạp (động cơ tăng âp hình 1.10b ) thì đó lă cơng dương.
Hình 1-17 Diễn biến quâ trình thải trong động cơ 4 kỳ
a) Diễn biến quâ trình thải trong động cơ 4 kỳ, khơng tăng âp b) Diễn biến quâ trình thải trong động cơ 4 kỳ, tăng âp
b- Vấn đề khử độc hại của khí thải động cơ :
Khí thải từ xi lanh động cơ đi ra mơi trường, ngoăi câc sản vật chây hoăn toăn CO2,
H2O, N2, còn chứa câc sản vật chưa được chây hoăn toăn, câc sản vật được phđn giải từ
sản vật chây hoặc từ nhiín liệu. Nhiều chất trong khí thải rất độc đối với sức khoẻ con
người như : CO, NOX, khí SO2 vă H2S, câc alđíhit, câc hiđro câc bon thơm, câc hợp chất
của chì.Vì vậy vấn đề đặt ra lă lăm sao để giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường do khí thải từ động cơ.Vấn đề đó được giải quyết theo 2 hướng sau: hoăn thiện chu trình lăm việc của động cơ vă lắp thiết bị trung hoă trín hệ thống thải.
Để hoăn thiện chu trình lăm việc của động cơ có thể thực hiện bằng câc giải phâp sau: - Tối ưu hoâ cấu tạo của buồng chây để hạn chế sự hình thănh HC.
- Tăng cường chuyển động rối vă chuyển động xôy lốc của mơi chất. - Tối ưu hoâ tỷ số nĩn ε.