CHƯƠNG 2: CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA ĐỘNG CƠ
2.7. SO SÁNH VỚI CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ THỰC
Đặt những mô hình lý tưởng của những quá trình động cơ này trong mối quan hệ với nhau, chương này sẽ đúc kết với những trình bày tóm tắt của những ảnh hưởng cộng thêm mà nó quan trọng trong quá trình động cơ thực.
So sánh đồ thị p-V một động cơ thực trên kỳ nén và giãn nở với sự phân tích chu trình không khí - nhiên liệu tương đương trên hình 2-12. Động cơ thực và chu trình không khí - nhiên liệu có cùng một tỉ số nén hình học, thành phần hóa học nhiên liệu và hệ số tương đương, lượng khí sót và mật độ hỗn hợp trước khi nén. Ở giữa quá trình nén, áp suất trong chu trình không khí - nhiên liệu tạo ra bằng áp suất chu trình thực. Những sự khác biệt bình thường trong áp suất suốt kỳ hút và phần của kết quả quá trình nén sớm từ áp suất rơi bên kia xú-páp hút Hình 2-11. Đồ thị áp suất - thể tích cho chu trình động cơ giãn
nở tăng thêm
và chu trình Atkinson. rc và re là tỉ số nén thể tích và tỉ số giãn nở.
nạp; (3) dòng khí xả mất mát vì mở xú-páp trước điểm chết trên; (4) khí đi vào vùng khe hở và rò rĩ qua xéc- măng pít-tông; (5) đốt cháy không hoàn toàn khí nạp.
Những sự khác biệt này, được mô tả ở dưới. Chúng góp phần lên vùng diện tích kèm thêm trên đồ thị p-V cho động cơ được điều chỉnh một cách thích hợp với thời điểm tối ưu là khoảng 80% của diện tích kèm thêm của đồ thị p-V chu trình không khí - nhiên liệu tương đương. Sự chuyển đổi nhiên liệu chỉ thị hay hiệu suất chuyển đổi có ích của động cơ thực là khoảng 0,8 lần hiệu suất tính toán cho chu trình không khí - nhiên liệu. Việc sử dụng tỉ số này thường thường để ước tính sự biểu diễn của động cơ thực từ kết quả chu trình không khí - nhiên liệu.
1. Truyền nhiệt. Truyền nhiệt từ hỗn hợp chưa cháy tới thành xy-lanh có một ảnh hưởng không đáng kể trên đường p-V cho quá trình nén. Truyền nhiệt từ khí cháy thì quan trọng nhiều hơn. Vì truyền nhiệt trong suốt quá trình cháy, áp suất cuối quá trình cháy trong chu trình thực sẽ thấp hơn. Trong suốt kỳ giãn nở, truyền nhiệt sẽ tạo nên áp suất khí trên chu trình thực rớt xuống dưới đường giãn nở đẳng entropi vì thể tích tăng. Sự Hình 2-12. Đồ thị áp suất - thể tích cho động cơ đánh lửa cưỡng bức thực tế so với đồ thị chu trình không khí - nhiên
lieọu tửụng ủửụng . rc = 11.
Theồ tớch xy-lanh, dm3
Áp suất , MPa
đỉnh xảy ra khoảng 15 sau điểm chết trên. Vì thế áp suất đỉnh trong động cơ về thực chất dưới giá trị áp suất chu trình không khí - nhiên liệu, vì sự cháy tiếp tục cho đến khi tới sau điểm chết trên, khi thể tích xy- lanh lớn hơn nhiều thể tích trống. Sau áp suất đỉnh, áp suất kỳ giãn nở trong động cơ sẽ cao hơn giá trị chu trình không khí - nhiên liệu với sự thiếu vắng của cơ cấu thất thoát khác, vì có ít công thu được từ khí cháy. Sự so sánh của những chu trình đẳng tích và áp suất tới hạn mô tả trên hình 2-6 điều này.
Với thời điểm đánh lửa hay phun nhiên liệu trễ từ sự tối ưu cho hiệu suất cao nhất, áp suất đỉnh trong chu trình thực sẽ thấp hơn, và áp suất kỳ giãn nở sau áp suất đỉnh sẽ cao hơn trong chu trình thời điểm tối ửu.
3. Mất mát khí xả. Trong chu trình vận hành động cơ thực, xú-páp xả được mở khoảng 60 trước điểm chết dưới để giảm áp suất suốt phần đầu của kỳ xả trong động cơ bốn kỳ và cho phép thời gian để quét hết trong động cơ hai kỳ. Áp suất khí cuối kỳ xả vì vậy giảm dưới đường đẳng entropi. Giảm công truyền được trong kỳ giãn nở.
4. Ảnh hưởng khe hở và sự lọt khí. Vì áp suất xy-lanh tăng, khí lọt qua khe hở tại vùng giữa pít-tông, bạc xéc-măng, và thành xy-lanh. Những vùng khe hở này có thể gồm vài phần trăm của thể tích trống. Dòng khí này giảm khối lượng trong thể tích trên đỉnh pít- tông, và bị làm nguội bởi truyền nhiệt qua thành khe hở. Mặc dù có nhiều những khí này quay trở về xy- lanh sau đó trong kỳ giãn nở, nhưng một phần nhỏ từ sau và giữa bạc xéc-măng, lọt xuống lốc máy. Tuy nhiên sự rò rỉ trong những động cơ thiết kế và bảo trì tốt thì nhỏ (thường ít hơn 1% khí nạp). Tất cả những ảnh hưởng này làm giảm áp suất trong xy-lanh suốt giai đoạn sau của nén, cháy và suốt kỳ giãn nở xuống dưới giá trị của trường hợp không có ảnh hưởng khe hở và rò khí.
5. Cháy không hoàn toàn. Cháy của lượng khí nạp trong xy-lanh là không hoàn toàn; khí xả chứa những chất có thể cháy. Ví dụ như động cơ xăng lượng khí xả hydro cacbon từ một động cơ hâm nóng (mà tới lớn hơn từ vùng khe hở) là 2 tới 3% của khối lượng nhiên
suất quá trình cháy khoảng 95%). Áp suất chu trình không khí - nhiên liệu sau khi cháy sẽ cao hơn vì quá trình cháy được giả định là hoàn toàn.