Giáo trình Động cơ đốt trong | Đại học Fulbright Việt Nam

Giáo trình Động cơ đốt trong | Đại học Fulbright Việt Nam. Tài liệu được biên soạn dưới dạng file PDF gồm 180 trang, giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao trong kì thi sắp tới. Mời bạn đọc đón xem!

19 10 lượt tải Tải xuống

Chia sẻ Báo cáo tài liệu

lOMoARcPSD|25865958

MỤC LỤC

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ..................................................................................................

4 LỜI NÓI

ĐẦU ...................................................................................................................... 5

BẢNG VIẾT TẮT ................................................................................................................

Phần A. NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ........................................................... 8

Chƣơng 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ..................................

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .............................................

1.2. ĐỊNH NGHĨA – PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ...........................................................

1.2.1. Định nghĩa ........................................................................................................ 12

1.2.2. Phân loại ........................................................................................................... 12

1.2.3. Ƣu, nhƣợc iểm và phạm vi sử dụng ĐCĐT ................................................ 13

1.3. ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG KIỂU P T TÔNG (ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG) ......

1.3.1. Sơ ồ nguyên lý (Hình 1.2) .............................................................................. 14

1.3.2. Các thuật ngữ cơ bản .......................................................................................

1.3.3. Trình tự các quá trình (hình 1.3) ....................................................................

1.3.4. Phân loại: ..........................................................................................................

1.4. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .............................. 18

1.4.1. Nguyên lý làm việc của ộng cơ 4 kỳ ............................................................. 18

1.4.2. Nguyên lý làm việc của ộng cơ 2 kỳ ............................................................. 28

1.4.3. So sánh ộng cơ 2 kỳ với ộng cơ 4 kỳ ........................................................... 32

1.4.4. So sánh ộng cơ diesel với ộng cơ xăng (d甃ng bộ bộ ch Ā h漃a kh) ............

1.5. ĐỘNG CƠ NHIỀU XI LANH ............................................................................... 33

1.5.1. Khái niệm chung ..............................................................................................

1.5.2. Bảng sinh công ................................................................................................. 34

1.6. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐẶC BIỆT ..........................

1.6.1. Động cơ Wankel ...............................................................................................

1.6.2. Động cơ tua bin ................................................................................................ 38

Chƣơng 2. NHIÊN LIỆU VÀ MÔI CHẤT CÔNG TÁC ...............................................

2.1. NHIÊN LIỆU ...........................................................................................................

2.1.1. Khái niệm chung ..............................................................................................

lOMoARcPSD|25865958

2.1.2. Nhiên liệu thể kh .............................................................................................

2.1.3. Nhiên liệu thể lỏng ........................................................................................... 42

2.1.4. Các tnh chất cơ bản của nhiên liệu ............................................................... 43

2.2. MÔI CHẤT CÔNG TÁC .......................................................................................

2.2.1. Lƣợng không kh cần ể ốt cháy nhiên liệu ................................................ 50

2.2.2. H漃a kh mới ......................................................................................................

53 2.2.3. Sản phẩm cháy .................................................................................................

54 2.2.4. Thay ổi môi chất khi cháy .............................................................................

2.2.5. Hệ số thay ổi phân tử thực t Ā ........................................................................

CHƢƠNG 3. CHU TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ........................................

3.1. CHU TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .................................................... 63

3.1.1. Các loại chu trình .............................................................................................

3.1.2. Các chỉ tiêu ánh giá ....................................................................................... 65

3.1.3. Chu trình lý tƣởng của ộng cơ ốt trong ..................................................... 66

3.2. QUÁ TRÌNH NẠP .................................................................................................. 70

3.2.1. Diễn bi Ān của quá trình nạp của ộng cơ 4 kỳ p

< p

..................................

71 3.2.2. Các thông số ảnh hƣởng Ān quá trình

nạp .................................................. 73

3.2.3. Định nghĩa – công thức hệ số nạp

..............................................................

3.3. QUÁ TRÌNH NÉN ..................................................................................................

3.3.1. Diễn bi Ān của quá trình nén ............................................................................

3.3.2. Các thông số ảnh hƣởng Ān quá trình nén ..................................................

3.3.3. Công nén ...........................................................................................................

3.3.4. Những y Āu tố ảnh hƣởng Ān chỉ số nén a bi Ān

trung bình

................... 87

3.3.5. Chọn tỷ số nén ..................................................................................................

3.4. QUÁ TRÌNH CHÁY ...............................................................................................

3.4.1. Quá trình cháy trong ộng cơ xăng ............................................................... 90

3.4.2. Quá trình cháy trong ộng cơ diesel ............................................................ 101

3.4.3. Các thông số trong quá trình cháy ...............................................................

109

3.5. QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ SINH CÔNG ............................................................... 112

3.5.1. Diễn bi Ān của quá trình giãn nở ...................................................................

112

lOMoARcPSD|25865958

3.5.2. Các thông số quá trình giãn nở .....................................................................

114

3.5.3. Công trong quá trình giãn nở .......................................................................

115

3.5.4. Những nhân tố ảnh hƣởng Ān chỉ số giãn nở a bi Ān trung bình n

.......

116

3.6. QUÁ TRÌNH XẢ ...................................................................................................

118

3.6.1. Diễn bi Ān của quá trình xả ............................................................................

118

3.6.2. Các thông số quá trình xả ............................................................................. 119

Chƣơng 4. CÁC CHỈ TIÊU VỀ TNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG

CƠ ĐỐT TRONG ............................................................................................................

120

4.1. CÁC CHỈ TIÊU CHNH ......................................................................................

120

4.1.1. Công suất ộng cơ .......................................................................................... 120

4.1.2. Hiệu suất có ch của ộng cơ ......................................................................... 120

4.1.3. Tuổi thọ và ộ tin cậy trong hoạt ộng của ộng cơ .................................. 120

4.1.4. Khối lƣợng ộng cơ ........................................................................................ 121

4.1.5. Kch thƣớc bao ...............................................................................................

121

4.2. CÁC THÔNG SỐ CHỈ THỊ .................................................................................

122

4.2.1. Công chỉ thị L

và áp suất chỉ thị trung bình p

........................................... 122

4.2.2. Công suất chỉ thị của ộng cơ ....................................................................... 126

4.2.3. Hiệu suất chỉ thị và suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị .................................... 127

4.3. TỔN HAO CƠ GIỚI VÀ CÁC THÔNG SỐ CÓ CH ......................................

129

4.3.1. Tổn hao cơ giới ...............................................................................................

129 4.3.2. Hiệu suất cơ

giới . ........................................................................................... 130 4.3.3. Công suất

có ích N

........................................................................................ 131

4.3.4. Hiệu suất có ch

và suất tiêu hao nhiên liệu có ch g

.............................

132

4.3.5. Công suất lt và công suất pt tông ............................................................... 133

Chƣơng 5: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ ĐẶC TNH .......................................................

136

5.1. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ...........................

136

5.1.1. Các ch Ā ộ làm việc ........................................................................................

136

5.1.2. Điều kiện làm việc ..........................................................................................

138

5.2. ĐẶC TNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ......................................................

139

lOMoARcPSD|25865958

5.2.1. Khái niệm ........................................................................................................

139

5.2.2. Các biểu thức d甃ng ể phân tch ặc tnh của ộng cơ .............................. 139

............................................................ 142

5.2.3. Mối quan hệ giữa

và với

5.2.4. Đặc tnh tốc ộ và ặc tnh ngoài ................................................................. 144

5.2.5. Đặc tnh tải ..................................................................................................... 147

5.2.6. Các ặc tnh khác ........................................................................................... 151

5.2.7. Chuyển ổi các ặc tnh về iều kiện tiêu chuẩn ........................................ 153

Chƣơng 6. TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ................................................

155

6.1. MỤC ĐCH CỦA TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ ................................................. 155

6.1.1. Tăng áp ể nâng cao công suất ộng cơ ....................................................... 155

6.1.2. Tăng áp ể ti Āt kiệm năng lƣợng .................................................................. 156

6.2. CÁC BIỆN PHÁP TĂNG ÁP CHỦ YẾU ........................................................... 157

6.2.1. Tăng áp dẫn ộng bằng cơ kh (Supercharger) .......................................... 157

6.2.2. Tăng áp nhờ năng lƣợng kh thải .................................................................

159

6.2.3. Tăng áp hỗn hợp ............................................................................................ 163

DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................... 165

DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................

1666

Tài liệu tham khảo .........................................................................................................

1677

lOMoARcPSD|25865958

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Giáo trình “Động cơ ốt trong” do chúng tôi biên soạn là tài liệu thuộc loại sách giáo

trình nên các nguồn thông tin có thể ược phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục

ích về ào tạo và tham khảo.

Mọi mục ích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục ích kinh doanh thiếu lành

mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

lOMoARcPSD|25865958

LỜI NÓI ĐẦU

Biên soạ n giá o trình là mộ t hoạ t ộ ng thuộ c Tiểu hợp phần 3.1: Tăng cường năng lực

quản lý, giảng dạy và cải tiến giáo trình - trong khuôn khổ Dự án Khoa học công nghệ Nông

nghiệp - vay vốn ADB. Cuố n giáo trình “ Động cơ ốt trong” là mộ t sả n ph m c a Dự á n

ược chúng tôi biên soạn dùng cho việc giả ng dạ y và họ c t p ngành Công nghệ k礃 thu t

ô tô - hệ cao ẳng.

Giáo trình cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về nguyên lý ộng cơ ốt trong;

về kết cấu ca ộng cơ ốt trong; về ộng học, ộng lực học ca cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền

và sự cân bằng ộng cơ.

Cuốn giáo trình này ược biên soạn dựa theo ề cương chi tiết hai học phần ( Nguyên lý ộng

cơ ốt trong và kết cấu ộng cơ ốt trong); dựa trên cơ sở ổi mới phương pháp giảng dạy theo

hướng tăng thời gian tự học, tự nghiên cứu ca sinh viên. Trong quá trình biên soạn giáo

trình, chúng tôi ã tham khảo nhiều giáo trình tài liệu liên quan, tìm hiểu các thông tin trên

báo, trên mạng internet về ộng cơ ốt trong, kết hợp với kinh nghiệm thực tế.

Cấu trúc cuốn giáo trình “Động cơ ốt trong” gồm 2 phần với 13 chương:

Phần A. Nguyên lý ộng cơ ốt trong, gồm 6 chƣơng:

Chương 1. Khái niệm chung về ộng cơ ốt trong

Chương 2. Nhiên liệu và môi chất công tác

Chương 3. Các quá trình ca chu trình công tác

Chương 4. Các chỉ tiêu về tính năng kinh tế k礃 thut ca ộng cơ ốt trong

lOMoARcPSD|25865958

Chương 5. Chế ộ làm việc và ặc tính ca ộng cơ ốt trong Chương 6.

Tăng áp cho ộng cơ.

Phần B. K Āt cấu ộng cơ ốt trong, gồm 7 chƣơng:

Chương 1. Cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền

Chương 2. Cơ cấu phân phối khí

Chương 3. Hệ thống bôi trơn

Chương 4. Hệ thống làm mát

Chương 5. Hệ thống cung cấp ộng cơ xăng

Chương 6. Hệ thống cung cấp ộng cơ diesel

Chương 7. Động học

ộng lực học cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền và cân bằng ộng cơ.

Giáo trình này là cơ sở cho các giảng viên soạn bài giảng ể giảng dạy. Các thông tin trong

giáo trình có giá trị hướng dẫn giảng viên thiết kế và tổ chức giảng dạy một cách hợp lý.

Giảng viên có thể vn dụng cho phù hợp với iều kiện và bối cảnh thực tế trong quá trình dạy

học.

Cuốn giáo trình này cũng là tài liệu học tp và nghiên cứu ca sinh viên cao ẳng ngành

Công nghệ k礃 thut ô tô. Khi sử dụng giáo trình, sinh viên cần:

Phân biệt ược các loại ộng cơ ốt trong; So sánh ược ưu, nhược iểm giữa các loại ộng cơ

ốt trong; lp ược bảng sinh công ca ộng cơ nhiều xi lanh;

Đánh giá ược tính chất ca nhiên liệu và môi chất công tác;

Tính toán ược các chỉ tiêu về kinh tế, k礃 thut ộng cơ ốt trong ể có thể ứng dụng vào

thực tiễn;

Trình bày ược cấu tạo và nguyên lý làm việc ca ộng cơ ốt trong ặt trên ô tô;

Biết phân tích các lực sinh ra khi ộng cơ làm việc, hợp lực và mô men tác dụng lên cơ

cấu trục khuỷu – thanh truyền.

Nhằm áp ứng tốt cho việc ào tạo theo nhu cầu xã hội, giáo trình cần ược chỉnh sửa hàng

năm nhằm lược bỏ những kiến thức lỗi thời, không cần thiết; kịp thời bổ sung những kiến

thức mới về ộng cơ ốt trong trên các loại ô tô hiện ại ang hoặc sẽ ược sử dụng phổ biến tại

Việt Nam.

Mặc dù ã rất cố gắng, song việc biên soạn giáo trình này khó tránh khỏi thiế u sót. Chúng

tôi rất mong nhn ược nhiều ý kiến óng góp ca bạn ọc ể cuốn giáo trình ược hoàn thiện hơn.

Chúng tôi chân thành cảm ơn Bộ Nông nghiệ p và Phá t triể n Nông thôn , Ngân

hà ng phát triển châu 䄃Ā (ADB), Ban Quả n lý Trung ương Dự á n Khoa họ c công nghệ

Nông nghiệ p ã tạ o iề u kiệ n cho giá o viên Trường Cao ẳng Cơ iện và Nông nghiệp Nam

lOMoARcPSD|25865958

Bộ trong việ c nâng cao năng lự c, kinh nghiệ m về biên soạ n cả i tiế n giá o trình giả ng dạ

y , góp phầ n nâng cao chấ t lượ ng dạ y và họ c trong nhà trườ ng.

Tham gia biên soạn

Ch biên: Đoàn Duy Đồng

BẢNG VIẾT TẮT

ĐCD

Điểm chết dưới

ĐCĐT

Động cơ ốt trong

ĐC – D

Động cơ diesel

ĐCT

Điểm chết trên

ĐC – X

Động cơ xăng

ĐTN

Đặc tính ngoài

ĐTTĐ

Đặc tính tốc ộ

lOMoARcPSD|25865958

Phần A. NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Chƣơng 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Động cơ ốt trong hiện ang ược dùng rộng rãi trong tất cả các ngành kinh tế quốc dân và

lĩnh vực quân sự. Năng lượng Động cơ ốt trong sinh ra chiếm khoảng 90% tổng năng lượng

mà con người sử dụng, 10% còn lại là các dạng năng lượng khác (sức gió, sức nước, năng

lượng mặt trời, năng lượng nguyên tử…).

ĐCĐT xuất hiện từ khi nào?

Chính pháo thăng thiên là thy tổ ca ĐCĐT. Theo sử liệu, pháo thăng thiên là tên lửa ầu

tiên ra ời vào thế kỷ thứ I. Pháo thăng thiên là ồ chơi lý thú cho vua chúa phong kiến, có tính

khoa học. Thuốc pháo cháy ngay trong ống tre (kiểu xy lanh cổ iển) ể sinh ra một lượng lớn

khí cháy phụt ra sau, do tác dụng ca phản lực, pháo bay vút lên cao. Đến thế kỷ thứ III, IV

èn kéo quân ra ời, ó cũng là một ĐCĐT, thy tổ ca ộng cơ tua bin khí cháy hiện ại.

Đến thế kỷ thứ XI, k礃 thut pháo và súng thần công ra ời, ây chính là ĐCĐT một kỳ, chỉ

có cháy và giãn nở, nòng súng là “xi lanh”, viên ạn là pít tông. Pít tông bay i mà “không

quay trở lại”. Tiếc rằng k礃 thut sử dụng nguyên lý ĐCĐT vào mục tiêu phát triển sản xuất

ã bị chế ộ phong kiến lạc hu kìm hãm trong một thời gian dài hàng chục thế kỷ.

Trước khi ề cp ến lịch sử phát triển ca ĐCĐT cần lược qua ôi nét về quá trình hình thành

ộng cơ nhiệt hiện ại. Năm 1746 ở một thị trấn nhỏ Gơninốc phía Bắc nước Anh, cu bé

GiêmOát mới lên 10 tuổi quan sát nước sôi trong ấm, thấy sức mạnh ca hơi nước y nắp

bt lên. Nhưng ến năm 1784, khi GiêmOát 48 tuổi, chiếc máy hơi nước ầu tiên ca nhân loại

lOMoARcPSD|25865958

mới ra ời, khá hoàn hảo, tuy công suất 20 mã lực, hiệu suất chỉ ạt 2,0 ÷ 2,5% nhưng máy hơi

nước ca GiêmOát ã thực sự ánh dấu một giai oạn mới trong việc sử dụng năng lượng.

GiêmOát là người ầu tiên thực hiện ược việc biến ổi năng lượng từ dạng nhiệt năng thành

cơ năng trong máy hơi nước. Trong cuốn “tư bản lun” , Các-Mác ã khẳng ịnh rằng: “Sự ra

ời ca máy hơi nước là sự phát triển ca cuộc cách mạng công nghiệp thế kỷ XVIII”

Năm 1803, Rơbơc-Phơntơn lắp máy hơi nước trên tàu thy trọng tải 25 tấn, tháng 8 năm

1807 “con quái vt” trên sông Mitxixipi (theo tờ báo Open buổi sáng) chạy thử từ NiuOóc

ến Open mở ầu trang sử ca ngành hàng hải. Nhưng từ năm 1804, Rise – Treuydich ã chế

tạo thành công ầu máy xe lửa, mở ra một trang sử mới trong ngành ường sắt nước Anh .

GiêmOát mất năm 1819, thọ 83 tuổi, ể ghi nhớ công lao to lớn ca ông, người ta dựng tượng

ài ở OátMin Xtơ với dòng chữ “Con người ã nâng lên gấp bội sức mạnh ca con người”.

Sau gần một thế kỷ hay nói chính xác hơn trong suốt 78 năm (kể từ năm 1784) rất nhiều

người cống hiến cho sự phát triển ca máy hơi nước. Nhưng hiệu suất nhiệt ca máy không

thể vượt quá 10%. Nguyên lý làm việc ca máy hơi nước là nguyên liệu cháy trong lò, thoát

ra một lượng nhiệt và truyền lượng nhiệt này cho môi chất công tác (hơi nước) khiến môi

chất tăng áp suất và nhiệt ộ lên cao. Môi chất công tác ược ưa và xi lanh ca máy và giãn nở

ở ấy ể sinh công dẫn ộng máy. Như thế về cơ bản, máy hơi nước là một ộng cơ ốt ngoài vì

quá trình chuyển hóa năng ca nhiên liệu thành nhiệt năng tiến hành ở bên ngoài ca ộng cơ.

Tuy vy máy hơi nước quá cồng kềnh, hiệu suất nhiệt thấp. Có thể phát sinh ra một loại ộng

cơ khác gọn nhẹ tiết kiệm hơn không? Đó là vấ n ề trăn trở ố i vớ i các nhà khoa học trong

những năm 80 thế kỷ XVIII.

Năm 1860, Lơnoa - một k礃 sư người Pháp vẫn giữ nguyên quá trình chuyển hóa năng lượng

ca ộng cơ nhiệt, nhưng ược thực hiện ngay trong xy lanh ộng cơ. Thế là nguyên lý làm việc

ca ĐCĐT ra ời sau máy hơi nước gần một thế kỷ. Nhìn bên ngoà i nó không khác máy bơm

nước bao nhiêu, hiệu suất chỉ ạt ến 4,65% trog lúc ó hiệu suất nhiệt ca máy hơi nước lúc

bấy giờ ạt 7%. Nhưng ó cũng là một thành công ca Lơnoa, ông vẫn mơ ước sáng tạo ược

loại ộng cơ dùng cho vn tải ường bộ.

Trong các nhà nghiên cứu, tên tuổi ca Nicôlai-Ôttô và RuyĐônPhơ Điêzel mãi mãi ược lưu

truyền trong lịch sử phát triển ca ĐCĐT.

Nicôlai-Ôttô là một nhà buôn trẻ nhiệt tình với khoa học k礃 thut. Năm 1861, ông bỏ nghề

buôn mua một ộng cơ Lơnoa và chọn con ường nghiên cứu bằng thực nghiệm, cùng với k礃

sư LăngGhen người Pháp, hai ông nhn thấy cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có guốc trượt

ca Lơnoa có nhiều khuyết iểm nên ã chế tạo ộng cơ hai kỳ rất ộc áo, gây nhiều tiếng vang

lớn và hiệu suất nhiệt ã ạt 12 ÷ 14%. Gọi là ộng cơ kiểu At-MôtPhe, ây là thời iểm thực sự

ĐCĐT chiến thắng ộng cơ ốt ngoài (máy hơi nước) một cách vẻ vang. Mãi ến năm 1877 khi

Ôttô và LăngGen phát minh ra ộng cơ bốn kỳ thì loại ộng cơ kiểu At-Môt-Phe mới bị loại

bỏ hoàn toàn .

lOMoARcPSD|25865958

Năm 1878 trong triển lãm công nghiệp lớn ở Pari, Ôttô và Lănggen trưng bày chiếc ộng cơ

bốn kỳ ầu tiên trên thế giới dùng nhiên liệu khí, iểm lửa bằng iện, nhỏ gọn nhưng hiệu suất

nhiệt ạt 20%, iều mà máy hơi nước không thể mơ tưởng ược. Đồng thời mở ầu cho việc thiết

kế, chế tạo ôtô - một phương tiện vn tải ường bộ mà trước ây chưa thể giải quyết ược. Tuy

nhiên người xây dựng nền tảng lý thuyết cho ộng cơ bốn kỳ lại chính là Bôtơ-Rôxơ những

hiểu biết ca ông hoàn toàn úng ắn và chính xác gần như ngày nay chúng ta hiểu về ộng cơ

bốn kỳ vy. Song do quá nghèo mà Bôtơ-Rôxơ chưa tiến hành thực nghiệm ược nên ã bị

lãng quên. Cũng chính lý do trên mà khi Ôttô òi ộc quyền sản xuất ộng cơ bốn kỳ thì tòa án

tối cao ca nước Đức bãi bỏ. Đây là âm mưu có toan tính ca giới tư sản tư bản công nghiệp

và họ ã tha hồ tự do sản xuất ộng cơ bốn kỳ. Sau ít năm số ộng cơ sản xuất ạt 200.000 ộng

cơ các loại. Riêng xưởng Dớts ca Ôttô năm 1880 ã sản xuất loại ộng cơ 100 mã lực. Đến

năm 1895 sản xuất ra loại ộng cơ 1000 mã lực chạy bằng nhiên liệu khí. Sau 17 năm nghiên

cứu và thực nghiệm Ôttô ã cống hiến cho ngành

ĐCĐT những thành tựu hết sức quan trọng nhưng sớm tự mãn với thành quả lao ộng ca

mình, ông chỉ chú trọng ến loại nhiên liệu thể khí nên ộng cơ ca ông vẫn nặng và cồng kềnh

không thể dùng cho giao thông vn tải ường bộ ược.

Đến năm 1885 ĐamLe-một k礃 sư người Pháp là bạn thân và là trợ lý ca Ôttô chế tạo thành

công chiếc ộng cơ 8 mã lực y vòng quay trục khuỷu lên tới 800 vòng/phút, nhỏ gọn chỉ

bằng 1/10 ộng cơ ca Lơnoa có cùng công suất, kỳ tích chưa từng có lúc bấy giờ. Ngay năm

1885, hai nhà kĩ nghệ người Pháp là Pơ-Giơ và Lơ-VatXô ã mua bằng phát minh ca ĐămLe

ể sản xuất loại ộng cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng (xăng). Pơ-Giơ và Lơ-VatXô ã cải tạo lại

xưởng và trở thành nhà chế tạo Ôtô ầu tiên trên thế giới.

Năm 1887, Gotlip-ĐamLe và Cac-BenĐơ ã ồng thời chế tạo thành công chiếc ôtô ầu tiên ặt

ộng cơ ốt trong chạy ạt tốc ộ 15 km/h, tại xưởng Capxtat và Men-Hem. Kể từ ó xe hơi ã trở

thành một phương tiện vn tải có tầm quan trọng hết sức to lớn. Chưa ầy 100 năm sau, trong

những năm 60 ca thế kỷ XX sản lượng bình quân ôtô hàng năm là 20 triệu chiếc. Đến năm

1970 toàn thế giới có khoảng 230 triệu chiếc, cuối thế kỷ XX số lượng ôtô các loại trên thế

giới ước tính khoảng 1.500 triệu chiếc. Hiện nay số lượng ĐCĐT sản xuất hàng năm trên thế

giới ước khoảng 40 triệu chiếc với dải công suất từ 0,1 ến khoảng 70.000KW cho các lĩnh

vực giao thông vn tải, quân sự, xây dựng, nông nghiệp, lâm nghiệp, ... và gia ình.

Cùng với sự phát triển nhanh chóng cả về số lượng lẫn chất lượng ô tô, ộng cơ ốt trong

cũng ược nghiên cứu, cải thiện không ngừng ể ạt thành quả như ngày nay.

Công lao ca ĐămLe và Ben chế tạo ra ĐCĐT bằng nhiên liệu lỏng (xăng) nhưng chúng ta

không thể bỏ qua công lao ca Hoc-Cơ người ã dùng hỗn hợp khí (xăng – không khí) làm

nhiên liệu ca ộng cơ ốt trong thay khí ốt (1873 Hoc-Cơ ã thực nghiệm dùng nguyên liệu

lỏng cho ông cơ Lơnoa). Việc dùng xăng làm nhiên liệu ã y mạnh nền công nghiệp khai

thác và chế biến dầu mỏ, ồng thời cuộc cách mạng về nhiên liệu ca ĐCĐT thực sự bắt ầu.

Trong thời gian này ô tô phát triển rất nhanh nhưng công suất ca ộng cơ vẫn còn hạn chế

chưa vượt qua 80 mã lực. Do vy trong phạm vi trang bị ộng lực có công suất lớn phải dùng

lOMoARcPSD|25865958

máy hơi nước. Lý do là ộng cơ xăng bốn kỳ ca ĐămLê và Ben hiệu suất chưa vượt quá

20%, nhiên liệu xăng trở nên khan hiếm, trong khi ó dạng nhiên liệu lỏng nặng (mazut,

diesel) dư thừa.

Những yêu cầu thực tế ó ã thúc y các nhà phát minh suy nghĩ về một phương án tạo ra một

loại ộng cơ thay thế máy hơi nước. Một trong những nhà nghiên cứu ạt thành tích là k礃 sư

RuyĐônPhơ Diesel - người mà tên tuổi từ lâu ã gắn liền với một loại ộng cơ hết sức quan

trọng - ộng cơ diesel. Ông là người Đức sinh năm 1858 ở Pari th ô nước Pháp. Diesel theo

học tại Munich và nghiên cứu về loại ộng cơ nhiệt. Năm 1893 Diesel trình bày lun văn với

nhan ề: “Lý thuyết và kết cấu một loại ộng cơ nhiệt lý tưởng thay thế cho máy hơi nước”.

Ông tuyên bố ạt cho ược chu trình lý tưởng ca Cacnô. Diesel ã chứng minh rằng nếu tỷ số

nén tăng lên tht cao, có thể ến 250, thì hiệu suất ca ộng cơ sẽ ạt ến con số kỉ lục là 75%

(thực ra iều ó không tưởng). Ngày nay chúng ta ã chứng minh rằng nếu tỉ số nén vượt quá

22 thì hiệu suất nhiệt hầu như không tăng nữa. Các ộng cơ diesel hiện ại ngày nay hiệu suất

cũng chỉ ạt 47%).

Hai hãng lớn ca Đức là CơRơp và Man nhn thực hiện ồ án ca Diesel. Qua nhiều lần thực

hiện thất bại cuối cùng ĐCĐT mang tên Diesel ra ời, ó là vào năm 1897. Động cơ này khác

xa với bản thiết kế ộng cơ lý tưởng ở nhiều chỗ nhưng tỉ số nén cũng ạt 30 hiệu suất có ích

ạt ến 20%, khí ốt bằng dầu nặng. Công suất ạt 20 mã lực, số vòng quay 200 vòng/phút nhưng

mức tiêu hao nhiên liệu giảm ến kinh ngạc 225 g/mã lực. giờ (ngày nay ộng cơ diesel có

công suất tương ương suất tiêu hao nhiên liệu không thấp hơn ộng cơ diesel sản xuất năm

1897 bao nhiêu). Động cơ diesel sản xuất năm 1897 ược sử dụng tĩnh tại cơ cấu phối khí

dùng xupap, … bơm phun nhiên liệu bằng khí nén.

Năm 1899 xưởng NôBen ở Pêtecbua ã mua ược bản quyền sản xuất ộng cơ diesel. Từ ó ã

cải tiến và sản xuất hàng loạt ộng cơ có tính năng kinh tế cao. Điều áng chú ý là hầu như một

thời gian Rôbe-Bôtxơ (người Đức) và giáo sư Tôrin Cơle (người nga) năm 1891 ã ề xuất

phương án phun nhiên liệu bằng cơ giới, không dùng khí nén như diesel. Rôbe-Bôtxơ ã sáng

tạo ra bơm cao áp và vòi phun nổi tiếng trên thế giới góp phần vào sự phát triển mạnh mẽ

ca ộng cơ diesel. 20 năm sau ộng cơ diesel xuất hiện trên khắp các lĩnh vực. Ngày nay công

suất ca ộng cơ diesel có thể ạt ến con số áng sợ 56.000 mã lực và cao hơn nữa, ó là nguồn

ộng lực ch yếu ca các con tàu vượt ại dương có trọng tải vài chục vạn tấn.

ĐCĐT ã trở thành nguồn ộng lực ch yếu ca thế giới. Hình dạng, kết cấu phát triển hết sức

phong phú, a dạng, hiệu suất ca ộng cơ ạt tới 47%, sản lượng bình quân dự oán tới thế kỷ

XXI sản lượng hàng năm lên tới 40 triệu chiếc.

Lịch sử phát triển ĐCĐT ca nước ta còn quá khiêm tốn, ch yếu là một số xưởng sửa chữa

ôtô và tàu thy quy mô nhỏ như xưởng tàu thy Hải Phòng, xưởng Ba Son… Sau năm 1954

trên miền Bắc chỉ có khoảng 1.000 xe các loại dùng các kiểu ộng cơ xăng ca Pháp, Ý, Anh,

M礃, … Năm 1955 nhà nước ầu tư xây dựng thêm một số xưởng như: Trần Hưng Đạo, Bạch

Đằng, 1/5, X120, X250, Chiến Thắng, … Đặt cơ sở cho ngành sửa chữa và chế tạo ĐCĐT

sau này.

lOMoARcPSD|25865958

Năm 1960 nhà máy cơ khí Trần Hưng Đạo sản xuất thành công ộng cơ diesel công suất 20

mã lực, xưởng Chiến Thắng ca quân ội sản xuất thành công ộng cơ xăng 70 mã lực, …

Năm 1971 Cục Quản Lý Xe Máy (nay là Cục Xe Máy) cộ ng tác với khoa cơ khí ộng lực

ĐHBK Hà Nội thiết kế thành công xe tải ặt ộng cơ 150 mã lực, tốc ộ vòng quay 3200

vòng/phút, chữ V, 8 xylanh. Các nhà máy diesel Sông Công, diesel Long Bình, sản xuất hàng

loạt ộng cơ …, công suất 50 mã lực, tốc ộ vòng quay 1.600 vòng/phút.

Trong những năm ầu thế kỷ XXI cả nước ta có khoảng 20 nhà máy liên doanh sản xuất ôtô

với nước ngoài và nhiều xí nghiệp liên doanh sản xuất xe máy trên cơ sở lắp ráp dưới dạng

IKD. Trong ó phải kể ến Công ty Ô tô Toyota Việt nam (TMV) có năng lực sản xuất ô tô

ứng hàng ầu Việt nam. Theo kế hoạch, TMV sẽ tăng số lượng sản xuất lên 30.000 xe/năm,

ồng thời tỷ lệ nội ịa hóa tăng lên 40% (Innova ạt tỷ lệ nội ịa hóa ã lên ến 33% từ năm 2007)

và 45% khi thế hệ mới ca Innova ược giới thiệu tại Việt nam. Theo ch trương ca nhà

nước các liên doanh ang cố gắng nội hóa dần sản phm, từng bước nhn và chuyển giao công

nghệ. Đây là nền móng ca ngành chế tạo ô tô - xe máy và ngành chế tạo ĐCĐT hiện ại.

Trong tương lai gần nước ta sẽ theo kịp các nước có nền công nghiệp ô tô phát triển trong

khu vực cũng như trên thế giới.

1.2. ĐỊNH NGHĨA – PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ

1.2.1. Định nghĩa

a. Động cơ nhiệt:

Động cơ nhiệt là ộng cơ biến nhiệt năng thành cơ năng do ốt cháy nhiên liệu, tức là

những máy biến ổi nhiệt năng thành cơ năng.

Động cơ nhiệt có thể chia làm 2 loại:

- Động cơ ốt ngoài - quá trình ốt cháy nhiên liệu thực hiện ngoài xi lanh ộng cơ.

Như ộng cơ hơi nước là ộng cơ ốt ngoài.

- Động cơ ốt trong - quá trình ốt cháy nhiên liệu, sự tỏa nhiệt, giãn nở sinh công

trong xi lanh ộng cơ.

b. Động cơ ốt trong:

Động cơ ốt trong là một loại ộng cơ nhiệt, thực hiện việc chuyển ổi nhiệt năng, do nhiên

liệu ược ốt cháy trong xi lanh tạo ra, thành công cơ (cơ năng) ể dẫn ộng các máy công tác

(hệ thống truyền ộng trên ô tô, ầu máy xe lửa, máy bơm nước, máy phát iện, ...). Nguyên lý:

Đốt cháy nhiên liệu (chuyển h

漃

Āa năng thành nhiệt năng) Môi chất tích năng

lượng (p và T môi chất tăng) Môi chất giãn nở sinh công (chuyển nhiệt năng thành cơ

năng).

1.2.2. Phân loại

Động cơ ốt trong gồm có: Động cơ pít tông; ộng cơ wankel; ộng cơ tua bin.

lOMoARcPSD|25865958

Trong

漃

Ā, ộng cơ ốt trong kiểu pít tông ược sử dụng phổ biến. Vì vậy thuật ngữ “ ộng cơ

ốt trong” ược dùng với ý khái quát chung cho các loại ĐCĐT, ồng thời cũng c

漃

Ā ý dùng

ngắn gọn ể chỉ ĐCĐT pít tông. sẽ ược nghiên cứu kỹ trong chương trình.

Hình 1.1. Sơ ồ cấu tạo ĐCĐT kiểu pt tông (a); Tua bin kh (b); Động cơ phản lực d甃ng

nhiên liệu và chất ôxy hóa thể lỏng (c)

1.Cac te lắp trục khuỷu

2. Xi lanh

3. Nắp xi lanh

4. Pít tông

5.Thanh truyền

6. Trục khuỷu

7. Bơm nhiên liệu

8. Buồng cháy

9. Lỗ phun vào cánh tua

bin

10. Tua bin

11. Máy nén

12. Bình nhiên liệu khí

13. Bình chứa chất ôxy hoá

14. Bơm

15. Miệng phun phản lực

1.2.3. Ƣu, nhƣợc iểm và phạm vi sử dụng ĐCĐT

a. Ưu iểm chính của ĐCĐT:

- Hiệu suất có ích (

) cao.

- Kích thước nhỏ gọn, nhẹ.

- Khởi ộng nhanh.

- Hao ít nước.

- Bảo dưỡng ơn giản.

b. Nhược iểm chính của ĐCĐT:

- Không thể dùng nhiên liệu thể rắn, kém phm chất. Chỉ dùng nhiên liệu lỏng hoặc khí

chất lượng cao.

- Công suất ộng cơ bị giới hạn.

lOMoARcPSD|25865958

- Trên thiết bị vn tải ường bộ không thể nối trục ộng cơ với trục máy công tác trực tiếp

do hạn chế về ặc tính ĐCĐT.

- ĐCĐT khá ồn.

c. Phạm vi sử dụng:

Do nhiều ưu iểm vượt trội nên ĐCĐT ược sử dụng khá phổ biến trên mọi lĩnh vực.

Hiện nay ĐCĐT ược sử dụng làm nguồn ộng lực chính cho các thiết bị ộng lực cho hầu

hết các ngành: Đường sắt, ường th y, ường bộ, hàng không, nông nghiệp,... và cả lĩnh vực

sử dụng trong gia ình, với dải công suất từ 1KW ến hàng chục ngàn KW.

1.3. ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG KIỂU P T TÔNG (ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG)

1.3.1. Sơ ồ nguyên lý (Hình 1.2)

Hình 1.2. Sơ ồ nguyên lý ộng cơ ốt trong

1. Cac te ( áy dầu)

2. Trục khuỷu

3. Thanh truyền

4. Xi lanh

6. Nắp xi lanh

S. Hành trình pít tông

l. Chiều dài thanh truyền R. Bán

kính quay ca trục khuỷu

5. Pít tông

1.3.2. Các thuật ngữ cơ bản

a. Điểm chết

Điểm chết là iểm mà tại ó pít tông ổi chiều chuyển ộng.

Các iểm chết tương ứng với các vị trí giới hạn ngoài (pít tông nằm xa tâm quay nhất) và vị

trí giới hạn trong (pít tông nằm gần tâm quay nhất) ca pít tông. Theo cách gọi thông thường

giới hạn ngoài ca pít tông ược gọi là iểm chết trên (ĐCT), vị trí giới hạn trong ca pít tông

ược gọi là iểm chết dưới (ĐCD).

lOMoARcPSD|25865958

b. Hành trình của pít tông (S)

Là khoảng chạy từ giới hạn này sang giới hạn kia ca pít tông, S = 2R (R là bán kính

quay ca trục khuỷu). Cách khác: S là hành trình ca pít tông ược giới hạn giữa hai iểm chết.

c. Kỳ (Hành trình công tác)

Là một phần (một giai oạn) ca chu trình công tác ược thực hiện trong một hành trình.

d. Thể tích

Khi pít tông chuyển ộng sẽ làm thay ổi thể tích trong xi lanh.

- Thể tích buồng cháy : Là thể tích trong xi lanh giớ i hạ n bở i xi lanh, nắ p xi lanh

và ỉnh pít tông khi pít tông nằm ở ĐCT.

- Thể tích công tác : Là thể tích trong xi lanh giớ i hạ n bở i một hành trình ca pít

tông.

S (D- ường kính xi lanh)

thường ược o bằng lít (l) nếu V

> 1000 cm

thường ược o bằng cm

nếu V

< 1000 cm

- Thể tích toàn phần: Là thể tích trong xi lanh giớ i hạ n bở i xi lanh, nắ p xi lanh và

ỉnh pít tông khi pít tông nằm ở ĐCD.

Va = Vh + Vc

e. Tỷ số nén

Là tỷ số giữa thể tích toà n phầ n V

và thể tích buồng cháy V

V V

Vc Vc Vc

Đối với ộng cơ 2 kỳ: V

- Là thể tích công tác lý thuyết

- Là thể tích công tác thực tế

- Là thể tích sử dụng cho việc quét và xả khí.

Gọi =

là phần thể tích hay hành trình mất mát cho việc quét và xả khí.

Ta có tỷ số nén thực tế:

; Còn là tỷ số nén hình học (lý thuyết).

lOMoARcPSD|25865958

Tỷ số nén nói lên khí trong xi lanh bị nén xuống mấy lần khi pít tông chuyển ộng từ

ĐCD lên ĐCT. Ví dụ: = 8, tức là khí trong xi lanh bị nén xuống 8 lần khi pít tông chuyển

ộng từ ĐCD lên ĐCT.

f. Môi chất công tác

Là chất môi giới dùng ể thực hiện chu trình công tác gồm: Chất ôxy hóa (không khí),

nhiên liệu và sản vt cháy.

- Khí nạp mới gồm:

+ Không khí với ộng cơ diesel.

+ Hỗn hợp khí nạp (không khí - nhiên liệu) với ộng cơ xăng (ĐC-X).

- Hỗn hợp khí công tác gồm: Hỗn hợp khí nạp mới (hỗn hợp cháy) và khí sót.

- Thay ổi môi chất (môi chất là chất môi giới sử dụng trong ộng cơ nhiệt. Môi chất

trong ĐCĐT gồm không khí, hơi nhiên liệu và sản vt cháy), ể thực hiện việc chuyển

ổi năng lượng nhiệt thành công cơ học. Cuối mỗi chu trình, phải xả hết khí cháy (sản

vt cháy) và nạp ầy môi chất mới (không khí hoặc hòa khí) vào xi lanh ể thực hiện

chu trình mới.

- Thay ổi môi chất gồm 2 quá trình: Nạp và thải.

g. Đồ thị công p = f(V) của ĐCĐT

Thường dùng các ồ thị công ược vẽ trên các tọa ộ p = f(V) hoặc p = f( ).

Trong ó: p - 䄃Āp suất ca môi chất trong xi lanh ộng cơ (N/m

V - Thể tích xi lanh (m

- Góc quay ca trục khuỷu ( ộ).

- Các ồ thị này ược gọi là ồ thị công vì dựa vào ó người ta tính ược công do môi chất

tạo ra trong chu trình.

h. Chu trình làm việc

Khi hoạt ộng các xi lanh ộng cơ ều phải lặp i lặp lại hoặc thực hiện các quá trình: Nạp,

nén, cháy – giãn nở và xả. Do ó tp hợp các quá trình trên tạo nên chu trình làm việc ca ộng

cơ.

Chu trình làm việc ca ộng cơ có thể thực hiện trong 2 vòng quay trục khuỷu (720

)

tức là 4 hành trình pít tông, gọi là ộng cơ 4 kỳ.

Chu trình làm việc ca ộng cơ có thể thực hiện trong mộ t vòng quay trục khuỷu (360

)

tức là hai hành trình pít tông, gọi là ộng cơ 2 kỳ.

lOMoARcPSD|25865958

1.3.3. Trình tự các quá trình (hình 1.3)

Hình 1.3. Trình tự các quá trình của ĐCĐT

a) Động cơ hình thành hòa khí bên ngoài

b) Động cơ hình thành hòa khí bên trong

1.3.4. Phân loại:

a. Theo chu trình công tác

- Động cơ 2 kỳ

- Động cơ 4 kỳ

b. Theo loại nhiên liệu sử dụng

- Động cơ dùng nhiên liệu lỏng: Lỏng nặng; Lỏng nhẹ

- Động cơ dùng nhiên liệu khí

- Động cơ dùng nhiều loại nhiên liệu ( a nhiên liệu)

c. Theo phương pháp hình thành hỗn hợp

- Hỗn hợp hình thành ngoài xi lanh: ộng cơ xăng dùng bộ chế hòa khí,

ộng cơ phun xăng trên ường ống nạp

lOMoARcPSD|25865958

- Hỗn hợp hình thành trong xi lanh: ộng cơ iesel; ộng cơ phun xăng vào

trong xi lanh.

d. Theo phương pháp ốt cháy hỗn hợp

- Cưỡng bức

- Tự cháy

e. Theo phương pháp nạp

- Động cơ không tăng áp

- Động cơ tăng áp

f. Theo cấu tạo

- Theo số xi lanh: ộng cơ 1 xi lanh; ộng cơ nhiều xi lanh

- Theo cách bố trí xi lanh: Loại 1 hàng; 2 hàng chữ V; ộng cơ hình sao

g. Theo tốc ộ trung bình của pít tông - C

- Động cơ có tốc ộ thấp: C

< 6,5 m/s

- Động cơ có tốc ộ trung bình: C

= 6,5-9,0 m/s

- Động cơ cao tốc: C

> 9 m/s

h. Theo công dụng

- Động cơ ô tô

- Động cơ máy kéo...

i. theo dạng chu trình

- Cấp nhiệt ẳng tích

- Cấp nhiệt ẳng áp…

1.4. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.4.1. Nguyên lý làm việc của ộng cơ 4 kỳ

Động cơ 4 kỳ các loại (hòa khí hình thành bên ngoài cũng như bên trong xi lanh), chu

trình làm việc ều gồm các quá trình: Nạp (hút), nén, cháy - giãn nở và thải (xả). Trong ó công

có ích do quá trình cháy – giãn nở thực hiện. Chu trình làm việc ca ộng cơ ược thực hiện

như sau:

a. Kỳ thứ nhất – nạp (Hút)

lOMoARcPSD|25865958

Hình 1.4. Sơ ồ các quá trình làm việc và ồ thị công p -V của

ộng cơ diesel bốn kỳ

a) Kỳ 1 – hút c) Kỳ 3 – cháy và giãn nở

b) Kỳ 2 – nén d) Kỳ 4 – thải

- Đầu kỳ này pít tông còn ở ĐCT. Trong thể tích V

chứa ầy khí còn sót lại ca chu trình

trước chưa xả hết (Điểm r trên ồ thị công p-V) có áp suất p

lớn hơn áp suất khí trời p

Trên ồ thị công, vị trí bắt ầu kỳ thứ nhất tương ứng với iểm r (ĐCT). Khi trục khuỷu

quay (Theo chiều mũi tên), qua thanh truyền làm cho pít tông chuyển ộng từ ĐCT xuống

ĐCD, cơ cấu phối khí mở thông ường nạp qua xu páp nạp, nối không gian trên pít tông với

ường nạp.

Cùng với tăng tốc ộ ca pít tông, áp suất môi chất trong xi lanh giảm dần so với áp suất

trên ường nạp p

(Chênh lệch áp suất giữa ường nạp và xi lanh vào khoảng 0,01 - 0,03 MPa).

Chênh lệch áp suất kể trên tạo nên quá trình hút môi chất mới (không khí ối với ộng cơ diesel

và hòa khí với ộng cơ xăng) từ ường ống nạp vào xi lanh.

Trên ồ thị công, kỳ nạp ược thể hiện bằng ường ra. Trong thực tế xu páp nạp mở sớm

trước khi pít tông ến ĐCT, tương ứng góc

, ược gọi là góc mở sớm ca xu páp nạp, với

mục ích, khi khí nạp mới thực sự vào xy lanh thì diện tích thông qua ca xu páp nạp ã khá

lớn nên sức cản khí ộng học nhỏ và tn dụng sức hút vn ộng ca dòng khí thải nên nạp ược

nhiều khí nạp mới. Tn dụng quán tính dòng khí nạp và chênh lệch áp suất trong và ngoài xi

lanh, xu páp nạp óng muộn sau ĐCD một góc

, gọi là góc óng muộn ca xu páp nạp.

lOMoARcPSD|25865958

Như vy, quá trình nạp lớn hơn hành trình nạp cả thời gian lẫn góc ộ.

- Hành trình nạp: Từ iể m r ến a (từ ĐCT-ĐCD).

- Quá trình nạp: Từ thời iểm xu páp nạp mở ến thời iểm xu páp nạp óng

b. Kỳ thứ 2 – Nén

Pít tông chuyển ộng từ ĐCD lên ĐCT, môi chất bên trong xi lanh bị nén. Cuối kỳ thứ

nhất pít tông ở vị trí ĐCD áp suất trong xi lanh p

(Tại iểm a – ĐCD trên ồ thị công) còn nhỏ

hơn p

. Đầu kỳ thứ 2 khi pít tông lên một oạn (tới iểm d

) áp suất trong xi lanh mới ạt ến giá

trị p

. Do vy, ể tăng lượng môi chất nạp, ể cho xu páp nạp óng muộn tại d

, trên thực tế áp

suất môi chất tại d

lớn hơn p

do tn dụng ộng năng ca dòng môi chất.

Sau khi xu páp nạp óng, pít tông tiếp tục i lên làm cho á p suấ t và nhi ệt ộ môi chất

trong xi lanh tăng lên. Giá trị áp suất cuối kỳ nén (tại c – ĐCT) p

phụ thuộc vào , ộ kín

không gian chứa môi chất, mức ộ tản nhiệt ca thành xi lanh và áp suất môi chất ầu kỳ nén

Việc ốt cháy hòa khí trong ộng cơ hình thành hòa khí bên ngoài nhờ tia lửa iện, cũng

như việc phun nhiên liệu vào xi lanh ộng cơ hình thành hòa khí bên trong xi lanh ều ược

thực hiện trước lúc pít tông ến ĐCT (tại c

trên ồ thị công).

Như vy, trong kỳ thứ 2, bên trong xi lanh ch yếu thực hiện quá trình nén môi chất.

Ngoài ra ở ầu kỳ nén còn thực hiện việc nạp thêm và cuối kỳ bắt ầu ốt cháy hòa khí hoặc

phun nhiên liệu - Kỳ 2 ược thể hiện qua ường ac trên ồ thị công. Như vy hành trình nén lớn

hơn quá trình nén cả thời gian lẫn góc ộ.

- Hành trình Nén: Từ iể m a ến iểm c (từ ĐCD - ĐCT).

- Quá trình nén: Từ thời iểm óng xu páp nạp (d

) ến lúc quá trình cháy bắt ầu.

Hình 1.5. Đồ thị công p-V của chu trình thực t Ā

a) Động cơ 4 kỳ

b) Đồ thị quá trình nạp thải ca ộng cơ 4 kỳ không tăng áp

lOMoARcPSD|25865958

c) Đồ thị quá trình nạp thải ca ộng cơ 4 kỳ tăng áp

c. Kỳ thứ 3. Cháy – giãn nở sinh công

Được thực hiện khi pít tông từ ĐCT xuống ĐCD.

Đầu kỳ thứ 3 số hòa khí nạp vào xi lanh hoặc lượng nhiên liệu phun sớm vào xi lanh

ược chun bị ở cuối kỳ 2 ược bốc cháy nhanh. Do có ược một nhiệt lượng lớn ược nhả ra,

khiến cho á p suấ t và nhiệ t ộ ca môi chất tăng nhanh, mặc dù thể tích trong xi lanh tăng

lên ôi chút ( oạn cz trên ồ thị p-V). Dưới tác dụng ca lực y do môi chất tạo ra, pít tông tiếp

tục ược y i xuống thực hiện quá trình giãn nở ca môi chất trong xi lanh. Trong quá trình

giãn nở, môi chất y pít tông sinh công. Do ó hành trình thứ 3 gọi là hành trình công tác

(sinh công). Được thể hiện bằng ường czb trên ồ thị p =f(V).

- Quá trình cháy – giãn nở sinh công: Từ thời iểm bắt ầu quá trình cháy ến

thời iểm bắt ầu mở xu páp xả.

d. Kỳ thứ tư – thải (xả)

Trong kỳ thứ 4 thực hiện quá trình xả sạch khí thải ra khỏi xi lanh. Pít tông chuyển dịch

từ ĐCD xuống ĐCT y khí thải ra ngoài qua xu páp xả ang mở vào ống xả.

Do áp suất trong xi lanh cuối kỳ cháy giãn nở còn khá cao nên xu páp xả phải bắt ầu

mở ở cuối kỳ giãn nở khi pít tông ến gần ĐCD (tại b

), cách ĐCT khoảng 40 -60

góc quay

trục khuỷu, tương ương với góc

(hình 1-7) gọi là góc mở sớm ca xu páp xả.

Nhờ ó giảm ược công y khí cháy ra ngoài ở kỳ thứ 4 (công âm). Tiếp theo, pít tông chuyển

ộng i lên, khí thải ược y cưỡng bức ra ngoài qua xu páp thải. Kỳ thứ 4 ược thể hiện bằng

oạn br.

Do tổn thất khí ộng qua xu páp thải, áp suất trong xi lanh trong quá trình thải cao hơn

so với áp suất trên ường thải. Nếu áp suất trên ường thải càng cao, công y khí thải ra ngoài

càng lớn, ồng thời khí sót càng nhiều làm b n môi chất công tác ca chu trình tiếp theo. Vì

vy, người ta cố gắng tìm các biện pháp giảm áp suất trên ường thải như chọn góc mở sớm

xu páp thải và thiết kế ường thải hợp lý. Muốn lợi dụng quán tính dòng khí thải ể thải sạch

thêm, cuối quá trình thải, xu páp thải không óng tại ĐCT mà óng muộn sau ĐCT một góc

tức là ầu quá trình nạp ca chu trình tiếp theo.

Như vy cuối quá trình thải và ầu quá trình nạp ca chu trình tiếp theo, cả 2 xu páp nạp

và xả cùng mở – gọi là góc trùng iệp, tương ứng với góc (

1 6

). Do chênh áp nhỏ và tiết

diện lưu thông qua xu páp nạp còn nhỏ và chọn lựa góc trùng iệp hợp lý nên khí xả không

thể lọt ra ường nạp.

Tóm lại, ể thải sạch và nạp ầy, phải lựa chọn các góc mở sớm óng muộn ca các xu

páp – còn gọi là pha phân phối khí – hợp lý. Pha phân phối khí cũng như góc phun sớm ( ộng

cơ diesel) hay ánh la sớm ( ộng cơ xăng) tối ưu thường ược lựa chọn bằng thực nghiệm.

- Quá trình xả: Từ thời iểm mở xu páp xả (b‟) ến thời iểm óng xu páp xả (r

lOMoARcPSD|25865958

- Hành trình xả: Từ iể m b ến iểm r (từ ĐCD-ĐCT).

- Các iểm: r, c, b, a tương ứng với các iểm ầu và cuối các hành trình (vị trí

iểm chết).

Kỳ thứ 4 kết thúc chu trình công tác, tiếp theo chuyển ộng ca pít tông sẽ ược lặp lại

theo trình tự trên ể thực hiện chu trình tiếp theo.

e. Sơ ồ pha phân phối khí - ồ thị p = f( ) của ộng cơ 4 kỳ p

< p

- Đồ thị khai triển p = f( ) (hình1.6):

- Các pha phân phối khí ca ộng cơ ược thể hiện bằng bảng hoặc bằng ồ thị. Hình 1-9

là sơ ồ (giản ồ) pha phân phối khí.

Trên sơ ồ: O – là tâm quay ca trục khuỷu. Các tia xuất phát từ tâm quay, ánh dấu vị trí

ca khuỷu trục, ví dụ:

Hình 1.6. Đồ thị khai triển và ồ thị phân phối kh khai triển của

ộng cơ 4 kỳ p

< p

O1 – vị trí mở xu páp nạp Các góc

... thể hiện

O2 - vị trí óng xu páp nạp các giá trị:

O3nhiên liệu sớm* - vị trí bt tia lửa iện hoặc phun

1 - góc mở sớm ca xu páp nạp

lOMoARcPSD|25865958

O5 - vị trí mở xu páp xả 2 - góc óng muộn ca xu páp nạp

O6 - vị trí óng xu páp xả

1 2

- thời gian mở ca xu páp nạp

- góc ánh lửa sớm hoặc góc phun

sớm nhiên liệu

- góc mở sớm ca xu páp xả

3 4 5

- thời gian quá trình cháy - giãn

nở

- góc óng muộn ca xu páp xả

5 6

- thời gian mở ca xu páp xả

1 6

- thời kỳ trùng iệp ca các xu

páp nạp và xả

Hình 1.7. Sơ ồ pha phân phối kh của ộng cơ 4 kỳ

* Nguyên lý làm việc của ộng cơ xăng và ộng cơ diesel 4 kỳ không tăng áp (p

< p

Nguyên lý làm việc của ộng cơ diesel 4 kỳ không tăng áp:

Chu trình công tác ược thực hiện trong 4 hành trình pít tông tương ứng với 2 vòng quay

trục khuỷu. 䄃Āp suất nạp p

nhỏ hơn áp suất khí trời p

. Nhiên liệu sử dụng là diesel, hỗn

hợp hình thành trong xi lanh và tự bốc cháy. Chu trình ược thực hiện trong 4 hành trình sau:

- Hành trình thứ nhất - Hút không khí.

Đầu hành trình pít tông ở ĐCT, toàn bộ thể tích V

chứa ầy sản vt cháy còn sót lại ca

chu trình trước, gọi là khí sót. Điểm ặc trưng trạng thái ược thể hiện trên ồ thị p = f(V) là

iểm r (hình 1-10).

lOMoARcPSD|25865958

Khi trục khuỷu quay pít tông chuyển ộng từ ĐCT xuống ĐCD, thể tích không gian trên

pít tông tăng lên, nên trong xi lanh hình thành ộ chân không, dưới tác dụng chênh lệch áp

suất ngoài và trong xi lanh, không khí ược hút vào xi lanh qua xu páp nạp – trong suất thời

gian này xu páp nạp mở, xu páp xả óng.

Để nạp ầy xu páp nạp mở sớm tại d

và óng muộn tại d

do vy hành trình nạp nhỏ hơn

quá trình nạp cả thời gian lẫn góc ộ. Trên ồ thị hành trình nạp tương ứng oạn rr

a, quá trình

nạp tương ứng oạn d

Hình 1.8. Chu trình làm việc của ộng cơ diesel bốn kỳ

a) Kỳ nạp c) Kỳ cháy - giãn nở

b) Kỳ nén d) Kỳ xả

1. Vòi phun 2. Bơm cao áp

- Hành trình thứ hai - Nén không khí.

Hành trình này pít tông chuyển ộng từ ĐCD lên ĐCT xu páp nạp và xả óng kín, không

khí trong xi lanh bị nén, nhiệt ộ và áp suất tăng. Hành trình nén tương ứng với oạn ad

trên ồ thị. Nhưng quá trình nén thực tế từ lúc xu páp nạp óng kín (tại d

). Do vy hành trình

nén lớn hơn quá trình nén cả thời gian và góc ộ.

lOMoARcPSD|25865958

Hình 1.9. Đồ thị công p - V và ồ thị phân phối kh khai triển của

ộ ng cơ diesel 4 kỳ p

< p

Gần cuối kỳ nén tại c

áp suất và nhiệt ộ ạt tới giới hạn tự bốc cháy ca nhiên liệu, lúc

này nhiên liệu ược phun vào buồng cháy V

. Việc phun sớm nhiên liệu là cần thiết ể cho

nhiên liệu và không khí tạo thành hỗn hợp tốt cho quá trình cháy diễn ra thun lợi.

- Hành trình thứ 3 - Cháy - giãn nở sinh công.

Sau khi kết thúc giai oạn chun bị bốc cháy, hỗn hợp trong xi lanh bốc cháy nhanh, áp

suất và nhiệt ộ tăng lên nhanh. Sau ó sự cháy ược diễn ra tương ối ều hơn vì số nhiên liệu

phun vào sau bốc cháy nhanh hơn do có iều kiện cháy tốt hơn, quá trình cháy kết thúc tại x,

sau ó là quá trình giãn nở. Hành trình này kết thúc tại b

‟‟

(ĐCD).

- Hành trình thứ 4 - Thải khí cháy.

Ở hành trình này pít tông chuyển ộng từ ĐCD lên ĐCT y khí cháy ra ngoài qua xu

páp xả (xu páp xả mở). Để xả sạch, xu páp xả mở sớm trước ĐCT và óng muộn sau ĐCD

( iểm b

và iểm r

trên ồ thị). Do vy quá trình xả (b

) lớn hơn hành trình xả (bd

r) cả

thời gian và góc ộ.

Nguyên lý làm việc của ộng cơ xăng 4 kỳ (dùng bộ CHK ho c phun xăng trên ườ ng

ố ng nạ p), không tăng áp:

lOMoARcPSD|25865958

Hình 1.10. Đồ thị công p - V của ộng cơ xăng 4 kỳ p

< p

Động cơ xăng 4 kỳ không tăng áp, chu trình công tác ược thực hiện trong 4 hành trình

pít tông tương ứng với 2 vòng quay trục khuỷu. 䄃Āp suất nạp p

nhỏ hơn áp suất khí trời p

Nhiên liệu sử dụng là xăng, hỗn hợp hình thành ngoài xi lanh, ốt cháy cưỡng bức bằng tia

lửa iện cao áp. Chu trình ược thực hiện trong 4 hành trình sau:

- Hành trình thứ nhất: Hút hỗn hợp khí.

Đầu hành trình pít tông ở ĐCT, toàn bộ thể tích V

chứa ầy sản vt cháy còn sót lại ca

chu trình trước, gọi là khí sót. Điểm ặc trưng trạng thái ược thể hiện trên ồ thị p = f(V) là

iểm r.

Khi trục khuỷu quay pít tông chuyển ộng từ ĐCT xuống ĐCD, thể tích không gian trên

pít tông tăng lên, nên trong xi lanh hình thành ộ chân không, dưới tác dụng chênh lệch áp

suất ngoài và trong xi lanh, hỗn hợp khí ược hút vào xi lanh qua xu páp nạp – trong suốt thời

gian này xu páp nạp mở, xu páp xả óng.

Để nạp ầy, xu páp nạp mở sớm tại d

và óng muộn tại d

, do vy hành trình nạp nhỏ hơn

quá trình nạp cả thời gian lẫn góc ộ. Trên ồ thị hành trình nạp tương ứng oạn rr

a, quá trình

nạp tương ứng oạn d

- Hành trình thứ hai: Nén không khí.

Hành trình này pít tông chuyển ộng từ ĐCD lên ĐCT xu páp nạp và xả óng kín, hỗn

hợp khí trong xi lanh bị nén, nhiệt ộ và áp suất tăng. Hành trình nén tương ứng vơi oạn ad

trên ồ thị. Nhưng quá trình nén thực tế từ lúc xu páp nạp óng kín (tại d

). Do vy hành trình

nén lớn hơn quá trình nén cả thời gian và góc ộ.

Gần cuối kỳ nén tại c

áp suất và nhiệt ộ ạt tới giá trị tương ối cao người ta bắt ầu bt tia

lửa iện ể ốt cháy hỗn hợp. Việc ánh lửa sớm là cần thiết ể cho quá trình cháy diễn ra thun

lợi và tn dụng ược công giãn nở lớn nhất.

lOMoARcPSD|25865958

- Hành trình thứ 3: Cháy - giãn nở sinh công.

Sau khi kết thúc giai oạn chun bị bốc cháy, hỗn hợp trong xi lanh bốc cháy rất nhanh

và rất mãnh liệt, áp suất và nhiệt ộ tăng lên rất nhanh và ạt p

max

tại z, sau ó là quá trình giãn

nở. Hành trình này kết thúc tại b (ĐCD).

- Hành trình thứ 4 - Thải khí cháy.

Ở hành trình này pít tông chuyển ộng từ ĐCD lên ĐCT y khí cháy ra ngoài qua xu páp

xả (xupáp xả mở).

Để xả sạch xu páp xả mở sớm trước ĐCT và óng muộn sau ĐCD ( iểm b

và iểm r

trên

ồ thị). Do vy quá trình xả (b

) lớn hơn hành trình xả (bd

r) cả thời gian và góc ộ.

Sự giống và khác nhau về nguyên lý làm việc của ộng cơ xăng (nếu sử dụng bộ chế

hòa khí hoc phun xăng trên ường ống nạp) và diesel 4 kỳ không tăng áp:

- Trong chu trình công tác ca ộng cơ xăng và diesel 4 kỳ p

< p

, sự

giống nhau cơ bản là: Chỉ có kỳ thứ 3 cháy – giãn nở sinh công, còn các kỳ khác

là tiêu hao công – kỳ cản, ược thực hiện nhờ ộng năng ca bánh à, các chi tiết

quay là nhờ công ca các xi lanh khác (với ộng cơ nhiều xi lanh).

- Sự khác nhau cơ bản ca chu trình công tác trong ộng cơ xăng và ộng

cơ diesel là:

Ở kỳ nạp: Động cơ xăng nạp hòa khí (nếu sử dụng bộ chế hòa khí hoặc phun xăng trên

ường ống nạp); còn ộng cơ diesel nạp không khí

Ở kỳ nén: Động cơ xăng (nếu sử dụng bộ chế hòa khí hoặc phun xăng trên ường ống

nạp) nén hòa khí, còn ộng cơ diesel nén không khí. Cuối kỳ nén tại c

, ộng cơ xăng ố t cháy

bằng tia lửa iện cao áp, còn ộng cơ diesel phun nhiên liệu tạo hòa khí và tự bốc cháy trong

môi trường khí nén có á p suấ t và nhiệ t ộ cao. Do vy ộng cơ diesel cần có  lớn ể ạt ược

áp và nhiệt nhiệt ộ cao ể hỗn hợp tự bốc cháy.

Hệ số dư lượng không khí trong ộng cơ xăng nhỏ hơn ộng cơ diesel, kết hợp ồng thời với

các yếu tố trên dẫn ến ộng cơ xăng quá trình cháy nhanh và mãnh liệt hơn, vì có thể coi quá

trình cháy trong ộng cơ xăng là quá trình cháy hỗn hợp ồng nhất. Do vy ồ thị công ca ộng

cơ xăng có dạng nhọn hơn còn ộng cơ diesel thì tù hơn.

Nhận xét:

- Trong chu trình làm việc ca ộng cơ 4 kỳ, chỉ duy nhất kỳ cháy - giãn nở là sinh công, còn

lại là các kỳ cản ược thực hiện nhờ ộng năng ca bánh à và các chi tiết khác gắn với trục

khuỷu ộng cơ hoặc còn nhờ công ca các xi lanh khác (với ộng cơ nhiều xi lanh). Khi khởi

ộ ng ộ ng cơ, ể thắng 3 kỳ cản phải dùng ộng cơ iện hoặc bằng tay quay máy ể quay trục

khuỷu ộng cơ.

lOMoARcPSD|25865958

- Muốn xả sạch khí xả và nạp ầy khí nạp vào xi lanh ể làm tăng công suất ca mỗi chu trình

cần phải mở sớm và óng muộn các xu páp so với các iểm chết.

- Do có tỷ số nén lớn nên kỳ cháy – giãn nở ca ộng cơ diesel ược thực hiện triệt ể và sinh

công nhiều hơn nên hiệu suất ca nó lớn hơn ộng cơ xăng. Với công suất như nhau thì

nhiên liệu tiêu thụ trong ộng cơ diesel ít hơn ộng cơ xăng khoảng 20 – 25%. Nhiên liệu

diesel lại rẻ hơn so với xăng vì vy dùng ộng cơ diesel sẽ kinh tế hơn.

- Nhưng ộng cơ diesel có nhược iểm sau:

Do tỷ số nén lớn nên áp suất cuối kỳ nén và cháy – giãn nở lớn hơn, phải dùng những chi

tiết máy (pít tông, xi lanh, ...) nặng và bền hơn làm cho khối lượng nặng hơn và tuổi thọ máy

ngắn hơn so với ộng cơ xăng.

Do tỷ số nén lớn hơn và do nhiên liệu tự bốc cháy nên khởi ộng nặng và khó khởi ộng

hơn nhất là lúc trời lạnh.

Phân biệt ộng cơ 4 kỳ tăng áp và không tăng áp:

Trong ộng cơ 4 kỳ không tăng áp (p

< p

), môi chất mới ược hút từ ngoài vào vào xi

lanh có (p

) nhỏ hơn áp suất trước xu páp nạp (p

) - Nếu bỏ qua lực cản trên ường ống nạp

thì có thể coi p

. Do bị hạn chế về môi chất hút vào xi lanh nên tiềm lực nâng cao công

suất ộng cơ không lớn. Trong ộng cơ 4 kỳ tăng áp, môi chất trên ường nạp p

ược nén trước

> p

), qua ó làm tăng áp suất ầu kỳ nén, vì vy làm tăng tính hiệu quả ca chu trình, tức

làm tăng công suất ộng cơ.

Trên ộng cơ tăng áp ngoài bản thân ộng cơ còn có máy nén khí. Dẫn ộng máy nén khí

có thể dùng năng lượng ca trục khuỷu ộng cơ hoặc dùng năng lượng ca khí xả nhờ sinh

công trong tua bin khí. Do vy người ta chia ộng cơ tăng áp ra làm 2 loại: - Động cơ tăng

áp truyền ộng cơ khí; - Động cơ tăng áp tua bin khí.

Hình 1.11. Sơ ồ cấu tạo của ộng cơ 4 kỳ tăng áp tuabin kh (p

> p

)

lOMoARcPSD|25865958

1. Xi lanh ộng cơ

2. Tua bin

3. Máy nén

1.4.2. Nguyên lý làm việc của ộng cơ 2 kỳ

Trong ộng cơ 2 kỳ việc thải sach sản vt cháy ra khỏi xi lanh và nạp ầy môi chất mới

vào xi lanh (quá trình thay ổi môi chất) ược thực hiện trong khu vực chuyển ộng ca pít tông

ở gần ĐCD. Lúc này việc xả sạch khí cháy ra khỏi xi lanh ược thực hiện không phải nhờ pít

tông y khí thải ra ngoài mà là nhờ không khí hoặc khí nạp ược nén trước tới một áp suất

nhất ịnh. Việc nén trước không khí hoặc hòa khí ược thực hiện trong một bơm riêng.

Trong ộng cơ 2 kỳ cỡ nhỏ người ta dùng không gian cá c te ca cơ cấu khuỷu trục –

thanh truyền và pít tông ca ộng cơ làm bơm khí quét (thường sử dụng cho ộng cơ xăng 2

kỳ có công suất nhỏ). Trong quá trình thay ổi môi chất, một phần môi chất mới (không khí

hoặc hòa khí) chưa tham gia cháy ã cùng khí cháy xả ra ngoài gây tổn thất môi chất mới. Vì

vy ộng cơ 2 kỳ có công suất lớn thường sử dụng cho ộng cơ diesel, có máy nén khí riêng ể

thực hiện quá trình quét nạp khí, việc lọt môi chất mới ở ộng cơ diesel theo khí xả ra ngoài

chỉ là không khí nên ảnh hưởng ít ến các chỉ tiêu kinh tế – k礃 thut ca ộng cơ.

Trong ộng cơ 2 kỳ sử dụng nhiều phương án quét khí. Ở ây, chúng ta chỉ nghiên cứu 2

phương án quét khí cơ bản ược sử dụng phổ biến là: Động cơ 2 kỳ quét thẳng có máy nén

khí ược sử dụng phổ biến trên ộng cơ diesel có công suất vừa và lớn (hình 112). Động cơ 2

kỳ quét vòng, sử dụng không gian cá c te và pít tông làm bơm tạo khí quét, thường ược sử

dụng trên ộng cơ xăng có công suất nhỏ (hình 1-13)

a. Nguyên lý làm việc của ộng cơ 2 kỳ dạng quét thẳng qua xu páp xả

- Trong ộng cơ cơ này cửa quét ặt ở phần dưới xi lanh, chiều cao cửa quét chiếm 10 -

15% hành trình pít tông. Đóng mở cửa quét bằng pít tông khi pít tông chuyển ộng trong xi

lanh.

- Xu páp xả ặt trên nắp máy do cơ cấu phối khí dẫn ộng. Tỷ số truyền ộng từ trục khuỷu

ến trục phối khí là 1:1.

- Bơm quét khí nén không khí có áp suất cao vào không gian xung quanh xi lanh, sau

ó vào xi lanh quét sạch khí xả ra ống thải và nạp ầy môi chất mới vào xi lanh.

Chu trình làm việc như sau:

lOMoARcPSD|25865958

Hình 1.12. Sơ ồ hoạt ộng của ộng cơ 2 kỳ quét thẳng qua xu páp xả

a) Kỳ một: cháy – giãn nở – xả tự do – quét khí

b) Kỳ hai: xả – quét – nén – phun nhiên liệu

1. Cửa hút

2. Máy tăng áp (bơm quét

khí)

3. Pít tông

4. Xu páp xả

5. Vòi phun

6. Ống xả

7. Không gian chứa khí

quét

8. Cửa quét

- Kỳ thứ nhất: Thực hiện các quá trình: Cháy và nhả nhiệt, giãn nở ca môi

chất, xả khí thải (xả tự do), quét và nạp ầy môi chất mới.

Đầu hành trình khi pít tông ở ĐCT quá trình cháy diễn ra mãnh liệt và nhả nhiệt ( ường

cz trên ồ thị p-V) sau ó bắt ầu quá trình giãn nở ca khí cháy (thực hiện quá trình sinh công).

Khi pít tông chun bị mở cửa quét thì xu páp xả ược mở trước ( iểm m trên ồ thị p-V) sản

vt cháy bắt ầu thoát ra ngoài qua xu páp xả (giai oạn xả tự do, oạn mn trên ồ thị p-V), tiếp

ến pít tông mở cửa quét áp suất trong xi lanh xấp xỉ bằng áp suất khí quét do máy nén tạo ra.

Không khí quét qua cửa quét vào xi lanh, tiếp tục quét khí cháy còn sót lại ra ngoài qua xu

lOMoARcPSD|25865958

páp xả và nạp ầy khí nạp mới vào xi lanh. Quá trình ó ược gọi là quá trình thay ổi môi chất

(quét khí-oạn ma trên ồ thi p-V). Kết thúc kỳ thứ nhất.

- Kỳ thứ 2: Thực hiện các quá trình: kết thúc quá trình xả, quét và nạp ầy môi

chất mới vào xi lanh ở ầu hành trình, tiếp theo là quá trình nén.

Tương ứng với hành trình pít tông từ ĐCD –ĐCT. Đầu hành trình tiếp tục quá trình

quét và nạp ầy môi chất mới vào xi lanh ( oạn ak trên ồ thị p-V). Thời iểm óng kín cửa quét

và óng cửa xả ca xu pá p xả quyết ịnh thời iểm kết thúc quá trình thay ổi môi chất ( iểm k

trên ồ thị p-V). Cửa quét có thể óng ồng thời hoặc muộn hơn so với xu páp xả. 䄃Āp suất

trong xi lanh ộng cơ cuối thời kỳ thay ổi môi chất thường lớn hơn p

và phụ thuộc vào áp

suất khí quét p

. Từ lúc kết thúc quá trình thải và óng kín ca quét sẽ bắt ầu quá trình nén.

Trước khi pít tông ến ĐCT (trước ĐCT khoản 10

- 30

góc quay trục khuỷu) nhiên liệu ược

phun vào xi lanh ộng cơ tạo hỗn hợp và bốc cháy.

Khác với ộng cơ 4 kỳ, trong ộng cơ 2 kỳ không có các quá trình nạp và xả riêng, mà

chỉ thực hiện quá trình thay ổi môi chất ược thực hiện một giai oạn nhỏ ở cuối kỳ giãn nở và

ầu kỳ nén (gần ĐCD).

b. Chu trình công tác của ộng cơ 2 kỳ dạng quét vòng.

Đây là ộng cơ 2 kỳ có cửa nạp và xả ở trên thành xi lanh, pít tông óng vai trò như một

van trượt óng mở các cửa nạp và xả. Loại này thường ược ứng dụng cho ộng cơ xăng 2 kỳ

công suất nhỏ, hộp trục khuỷu và pít tông ộng cơ óng vai trò như một máy tăng áp. Trong

trường hợp này khi pít tông chuyển ộng từ ĐCD lên ĐCT sẽ làm tăng không gian dưới pít

tông khiến áp suất trong cac te nhỏ hơn áp suất khí trời, do vy hòa khí ược hút vào cac te

khi pít tông mở cửa hút (12) (hình 1-13). Trong hành trình ngược lại (pít tông từ ĐCT xuống

ĐCD), pít tông nén hòa khí trong cac te, suốt thời gian từ lúc óng cửa hút ến lúc mở cửa quét.

Khi mở cửa quét hòa khí quét vào xi lanh thực hiện quá trình quét khí và nạp ầy khí nạp mới

vào xi lanh.

Chu trình làm việc như sau:

- Kỳ thứ nhất: thực hiện các quá trình: Cháy – giãn nở sinh công – xả tự do – quét khí.

Đầu hành trình pít tông ở ĐCT quá trình cháy diễn ra rất mãnh liệt áp suất và nhiệt ộ

tăng lên rất cao.

Sau ó khí cháy giãn nở y pít tông từ ĐCT xuống ĐCD sinh công. Tiếp theo là quá

trình xả tự do (từ khi pít tông mở cửa xả ến khi pít tông mở cửa quét), từ thời iểm này là quá

trình quét khí.

lOMoARcPSD|25865958

Hình 1.13. Sơ ồ cấu tạo ộ ng cơ 2 kỳ và ồ thị công p-V của

ộng cơ 2 kỳ dạng quét v漃ng d甃ng cacte tạo quét kh

1. Không gian cac te 2. Thanh truyền

3. Đường nối không gian bên dưới pít tông với ường dẫn khí quét (thổi)

4. Đường dẫn khí quét

5. Cửa quét

6. Pít tông

7. Xi lanh

8. Nắp xi lanh

9.Bu gi

10. Cửa xả

11. Bộ chế hò a khí

12. Cửa hút

13. Trục khuỷu

- Kỳ thứ 2 – thực hiện các quá trình sau: Quét khí tiếp – lọt khí nạp mới – nén khí

Ở hành trình này pít tông từ ĐCD lên ĐCT, giai oạn ầu quá trình quét khí vẫn tiếp tục

cho tới khi pít tông óng cửa quét sau ó là quá trình lot khí nạp mới, khi pít tông óng các cửa

là quá trình nén khí và chun bị cho quá trình cháy ca chu trình tiếp theo.

lOMoARcPSD|25865958

c. Giản ồ pha phân phối khí của ộng cơ 2 kỳ quét vòng

Hình 1.14. Pha phân phối kh của ộng cơ hai thì quét v漃ng.

Tia 0-4

‟

– Vị trí óng cửa quét

Tia 0-3

‟

– Vị trí óng cửa xả

Tia 0-1

‟

– Vị trí bt tia lửa iện hoặc

phun nhiên liệu

Tia 0-1 – Vị trí ĐCT

Tia 0-3 – Vị trí mở cửa xả

Tia 0-4 – Vị trí mở cửa quét

4-4

– Góc mở cửa quét

3-3

– Góc mở cửa xả

– Góc ánh lửa sớm hoặc phun

sớm

-1

– Góc nén

1-2-3

– Góc cháy giãn nở

1.4.3. So sánh ộng cơ 2 kỳ với ộng cơ 4 kỳ

So sánh hai loại ộng cơ này trên cơ sở ã nghiên cứu nguyên lý làm việc ca ộ ng cơ 4

kỳ và ộng cơ 2 kỳ, như sau:

a. Ưu iểm của ộng cơ hai kỳ

- Trong ộng cơ 1 xi lanh, ộng cơ 2 kỳ cứ 1 vòng quay là 1 lần sinh công, còn

ọng cơ 4 kỳ 2 vòng quay 1 lần sinh công. Do ó, cùng thể tích công tác V

, cùng

tốc ộ vòng quay n về mặt lý thuyết công suất ộng cơ 2 kỳ lớn gấp 2 lần ộng cơ 4

kỳ, nhưng thực tế chỉ lớn hơn 50 - 70%, vì phải tốn công nén khí quét, mất một

phần công giãn nở do mất một phần thể tích công tác V

cho việc thay ổi môi

chất công tác.

lOMoARcPSD|25865958

- Mômen quay ca ộng cơ 2 kỳ ều ặn hơn, nên cấu tạo cũng như k礃 thut sử

dụng ơn giản hơn so với ộng cơ 4 kỳ, ăc biệt là ộng cơ 2 kỳ quét vòng.

b. Nhược iểm của ộng cơ hai kỳ

Nhược iểm chính ca ộng cơ 2 kỳ là mất mát một phần khí quét (khí nạp mới) theo khí

xả ra ngoài (khoảng 30% khí quét). Đối với ộng cơ xăng khí quét là hòa khí, tức là một lượng

xăng theo khí xả ra ngoài, làm giảm tính kinh tế và gây ô nhiễm môi trường.

Vì vy chỉ sử dụng ộng cơ xăng cho các loại ộng cơ có công suất nhỏ.

1.4.4. So sánh ộng cơ diesel với ộng cơ xăng (d甃ng bộ bộ ch Ā h漃a khí)

a.Ưu iểm của ộng cơ diesel

- Có hiệu suất cao hơn: Động cơ diesel: 28 - 38% ; ộng cơ xăng 18 -

25%

- Chi phí nhiên liệu riêng thấp hơn : Động cơ diesel: 170 - 230 g/ml.h;

ộng cơ xăng 240 - 290 g/ml.h.

- Diesel an toàn hơn xăng.

b. Nhược iểm của ộng cơ diesel

- Trọng lượng ộng cơ lớn hơn.

- Cấu tạo hệ thống cung cấp phức tạp hơn, số chi tiết chính xác nhiều hơn.

- Khởi ộng khó hơn.

1.5. ĐỘNG CƠ NHIỀU XI LANH

1.5.1. Khái niệm chung

Hình 1.15. Sơ ồ cấu tạo cơ cấu khuỷu trục thanh truyền ộng cơ chữ V, 8 xi lanh, góc

nhị diện 90

, thứ tự làm việc 1-5-4-2-6-3-7-8

lOMoARcPSD|25865958

Như ã biết, trong ộng cơ 4 kỳ, 4 hành trình chỉ có 1 hành trình sinh công (hành trình

cháy – giãn nở), còn 3 hành trình còn lại tiêu thụ công. Vì vy tốc ộ vòng quay ca ộng cơ 4

kỳ 1 xi lanh không ều ặn, ể khắc phục nhược iểm trên phải sử dụng ộng cơ nhiều xi lanh

(hình 1.15) hoặc tăng khối lượng ca bánh à.

Đối với ộng cơ nhiều xi lanh, iều kiện ảm bảo cho tốc ộ ộng cơ quay ều là các kỳ “cháy -

giãn nở” ca các xi lanh phải ược phân chia ồng ều trong thời gian một chu trình (2 vòng quay

trục khuỷu ối với ộng cơ 4 kỳ). Nếu gọi

là khoảng cách sinh công giữa 2 xi lanh “cháy –

giãn nở” kế tiếp nhau (tính bằng ộ), i là số xi lanh thì iều kiện trên ược diễn tả qua biểu thức:

720

Ví dụ: Động cơ 4 xi lanh, i = 4 thì

= 180

Động cơ 6 xi lanh, i = 6 thì

= 120

Động cơ 8 xi lanh, i = 8 thì

= 90

Như vy trong ộng cơ 4 kỳ, 4 xi lanh cứ 180

hoặc nửa vòng quay trục khuỷu thì có 1

xi lanh thực hiện kỳ “cháy – giãn nở”, các kỳ khác ca ộng cơ này cũng cách nhau 180

muốn thực hiện iều ó các khuỷu trục ca ộng cơ 4 xi lanh phải nằm trên cùng một mặt phẳng,

cổ khuỷu ca xi lanh 1 và 4 ược ặt về một phía còn cổ ca xi lanh 2 và 3 ược ặt ở phía ối

diện so với ường tâm trục khuỷu, cách làm trên một mặt ảm bảo yêu cầu ối với

(cứ nửa

vòng quay trục khuỷu sẽ có một pít tông nằm ở vị trí ĐCT thực hiện kỳ

“cháy – giãn nở”) mặt khác còn ảm bảo ược chất lượng cân bằng ca ộng cơ. Trên ô tô

thường dùng ộng cơ nhiều xi lanh xếp thành một hàng thẳng ứng hoặc xếp thành hình chữ

V (hình 1.15).

1.5.2. Bảng sinh công

a. Bảng sinh công ộng cơ 4 kỳ 4 xi lanh có thứ tự làm việc 1-3-4-2

lOMoARcPSD|25865958

Hình 1.16. Sơ ồ cấu tạo trục khuỷu ộng cơ 4 xi lanh

-Thứ tự làm việc: 1-3-4-2 -

Khoảng cách sinh công: 180

-Bảng sinh công:

Bảng 1.1. Bảng sinh công ộng cơ 4 kỳ 4 xi lanh

Góc quay trục cơ

Thứ tự xi lanh

-180

S.CÔNG

X礃礃

N䔃ĀN

H唃ĀT

180

-360

X礃礃

H唃ĀT

S.CÔNG

N䔃ĀN

360

-540

H唃ĀT

N䔃ĀN

X礃礃

S.CÔNG

540

-720

N䔃ĀN

S.CÔNG

H唃ĀT

X礃礃

b. Bảng sinh công ộng cơ 4 kỳ 6 xi lanh có thứ tự làm việc 1-5-3-6-2-4

Hình 1.17. Sơ ồ cấu tạo trục khuỷu ộng cơ 6 xi lanh

lOMoARcPSD|25865958

-Thứ tự làm việc: 1-5-3-6-2-4

-Khoảng cách sinh công: 120

-Bảng sinh công:

Bảng 1.2. Bảng sinh công ộng cơ 4 kỳ 6 xi lanh

Góc quay trục cơ

Thứ tự xi lanh

- 60

X礃礃

H唃ĀT

S.CÔNG

N䔃ĀN

H唃ĀT

- 120

N䔃ĀN

X礃礃

120

- 180

H唃ĀT

180

- 240

X礃礃

N䔃ĀN

240

- 300

H唃ĀT

300

- 360

N䔃ĀN

X礃礃

360

- 420

H唃ĀT

420

- 480

X礃礃

N䔃ĀN

480

- 540

H唃ĀT

540

- 600

N䔃ĀN

X礃礃

600

- 660

H唃ĀT

SINH

CÔNG

660

- 720

X礃礃

N䔃ĀN

1.6. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐẶC BIỆT

1.6.1. Động cơ Wankel

SINH

CÔNG

SINH

CÔNG

SINH

CÔNG

SINH

CÔNG

SINH

CÔNG

lOMoARcPSD|25865958

Hình 1.18. Sơ ồ cấu tạo và nguyên lý làm việc ĐCĐT kiểu pt tông quay

1. Pít tông quay (rô to)

2. Trục khuỷ u

3. Vành răng ca rô to

4. Bánh răng trục khuỷ u

6. Buồng nạp

7. Cửa nạp

8. Bu gi

9. Cửa thải

5. Xi lanh

Hình 1.18 trình bày nguyên lý làm việc ca một loại ộng cơ pít tông quay có rô to (1)

(pít tông quay) cho ộng cơ xăng. Vành răng trong (3) ca rô to luôn ăn khớp với bánh răng

trục khuỷu (4) có tỷ số truyền i = 2/3. Tâm ca rô to lệch với tâm ca trục khuỷ u một khoảng

là e. Khi rô to chuyển ộng song phẳng ba ỉnh A, B, C ca rô to luôn tiếp xúc với bề mặt xi

lanh (5) có dạng ường cong êpitrôcôit do ó tạo ra 3 không gian thay ổi là AC, AB và BC.

Trên hình 1.18a, theo chiều quay ca rô to, không gian AC tăng dần thể tích và thông

tới cửa nạp (7) nên tại ây sẽ xảy ra quá trình nạp; không gian AB giảm dần thể tích với quá

trình nén, còn ở không gian BC diễn ra quá trình thải. Khi ỉnh C i qua cửa nạp (7), không

gian AC ạt thể tích cực ại và quá trình nạp tại ây kết thúc. Tiếp theo, thể tích không gian AC

giảm dần thực hiện quá trình nén môi chất.

Tại vị trí như hình 1.18b, bu gi ( ộng cơ xăng) bt tia lửa iện ể ốt hỗn hợp. Sau một thời gian

cháy trễ, quá trình cháy sẽ thực sự diễn ra. 䄃Āp suất trong không gian này tăng vọt tác dụng

lên bề mặt AC ca rô to tạo ra mô men quay do rô to (1) lệch tâm với trục khuỷ u (2). Qua

bộ truyền bánh răng (3), (4) mô men ược truyền ra trục khuỷ u ra ngoài ể kéo máy công tác.

Đồng thời tại vị trí trên hình 1.18b ở không gian BC diễn ra quá trình nạp, còn khí cháy ược

thải ra ngoài từ không gian AB.

lOMoARcPSD|25865958

Tương tự như vy (hình 1.18c), ở không gian AC quá trình giãn nở kết thúc và chun bị bắt

ầu quá trình thải. Còn tại không gian AB, quá trình nạp bắt ầu trong khi không gian BC thực

hiện quá trình nén.

Như vy, khi rô to thực hiện một chu trình tương ứng với ba vòng quay ca trục khuỷu (2),

cả ba không gian ều thực hiện một chu trình làm việc gồm có các quá trình nạp, nén, cháy

giãn nở và thải tương ương với ộng cơ pít tông thông thường bốn kỳ ba xi lanh.

- So với ộng cơ pít tông thông thường, ộng cơ pít tông quay có những ưu iểm sau:

Rô to quay nên cân bằng dễ dàng bằng bằng ối trọng. Vì thế, tốc ộ vòng quay ộng cơ có

thể rất cao.

Chất lượng nạp – thải cao vì dùng cửa nạp – thải (không phải dùng xu páp) nên tiết diện

lưu thông lớn.

Động cơ rất gọn và có công suất cao.

- Khuyết iểm ch yếu ca ộng cơ pít tông quay là các chi tiết bao kín dạng thanh ở các

ỉnh ca rô to và bề mặt xi lanh mòn rất nhanh vì vn tốc trượt lớn và khó bôi trơn. Do ó, tuổi

thọ ca ộng cơ không cao.

1.6.2. Động cơ tua bin

a. Kiểu tua bin khí

Việc ốt cháy nhiên liệu ược thực hiện trong buồng cháy. Nhiên liệu vào buồng cháy nhờ

bơm và ược xé tơi qua vòi phun. Không khí cấp cho buồng cháy nhờ máy nén khí. Sản vt

cháy qua các lỗ phun i vào các bánh công tác ca tua bin ể giãn nở sinh công. Tua bin khí,

chỉ có các chi tiết quay tròn, nên có thể chạy ở tốc ộ cao, các bánh tua bin có thể lợi dụng

triệt ể năng lượng ca khí nóng.

Nhược iểm chính: hiệu suất thấp, các cánh tua bin làm việc trong nhiệt ộ môi trường

cao (nếu giảm nhiệt ộ ể tăng ộ bền sẽ làm giảm hiệu suất tua bin).

Sử dụng rộng rãi làm thiết bị phụ ca ộng cơ pít tông (tăng áp tua bin khí) và ộng cơ

phản lực.

b. Kiểu tua bin phản lực

Gồm 2 loại: Loại dùng chất ôxy hóa thể lỏng và loại dùng chất ôxy hóa thể khí.

Nhiên liệu và chất ôxy hóa ược các bơm cấp vào buồng cháy, sản phm cháy giãn nở

trong ống phun, phun ra môi trường với tốc ộ lớn. Lưu ộng ca dòng khí ra khỏi ống phun

là nguyên nhân sinh ra phản lực (lực kéo) ca ộng cơ.

Đặc iểm chính ca ộng cơ phản lực là lực kéo hầu như không phụ thuộc vào thiết bị

phản lực, còn công suất ca ộng cơ tỷ lệ thun với tốc ộ không khí vào máy tức là tốc ộ

chuyển ộng ca thiết bị phản lực. Đặc iểm trên ược sử dụng trong ộng cơ tua bin phản lực

ca máy bay.

lOMoARcPSD|25865958

Nhược iểm chính ca ộng cơ phản lực là hiệu suất tương ối thấp.

Hình 1-19. Sơ ồ cấu tạo ĐCĐT kiểu tua bin phản lực

1. Máy nén

2. Vòi phun nhiên liệu

4. Tua bin

5. Miệng phun phản lực

3. Buồng cháy

Ngày nay người ta sử dụng rộng rãi ộng cơ tăng áp tua bin khí, ó là loại ộng cơ liên kết

với nhau. Khí xả ca ĐCĐT có nhiệt ộ và áp suất cao, truyền năng lượng cho cánh tua bin

khí ể dẫn ộng máy nén khí. Máy nén hút không khí có á p suấ t p

nén ến áp suất p

rồi nạp

vào xi lanh ộng cơ pít tông.

Việc tăng lượng khí nạp vào xi lanh ộng cơ bằng cách tăng áp suất không khí trên ường

nạp ược gọi là tăng áp. Khi tăng áp, mt ộ không khí (

) sẽ tăng nên làm tăng lượng khí

nạp mới (m

) so với không tăng áp. Việc tăng (m

) làm tăng hỗn hợp cháy, làm tăng công

suất ộng cơ N

CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Định nghĩa, phân loại ộng cơ.

2. Sơ ồ nguyên lý ộng cơ ốt trong.

3. Các thut ngữ cơ bản về ộng cơ ốt trong.

4. Nguyên lý làm việc ca ộng cơ 4 kỳ.

5. Nguyên lý làm việc ca ộng cơ 2 kỳ.

6. So sánh ộng cơ 2 kỳ với ộng cơ 4 kỳ; ộng cơ diesel với ộng cơ xăng dùng bộ chế hòa khí.

7. Khái niệm về ộng cơ nhiều xi lanh. Lp bảng sinh công ộng cơ 4 kỳ nhiều xi lanh.

8. Nguyên lý làm việc ca ộng cơ Wankel, ộng cơ tua bin.

lOMoARcPSD|25865958

Chƣơng 2. NHIÊN LIỆU VÀ MÔI CHẤT CÔNG TÁC

2.1. NHIÊN LIỆU

2.1.1. Khái niệm chung

Môi chất công tác là chất môi giới dùng ể thực hiện quá trình chuyển hóa từ nhiệt năng

sang cơ năng trong chu trình thực tế ộng cơ ốt trong.

Khác với chu trình lí tưởng, trong chu trình thực tế môi chất công tác là những khí thực

mà tính chất lí hóa luôn biến ộng trong suốt chu trình, chúng gồm có: không khí, nhiên liệu

và sản vt cháy.

Ở hành trình nạp, tùy thuộc vào loại hình thành hòa khí mà người ta ưa vào xi lanh

không khí ( ộng cơ hình thành hòa khí bên trong) hoặc hòa khí ( ộng cơ hình thành hòa khí

bên ngoài). Không khí hoặc hòa khí mới nạp ược gọi là môi chất mới. Trong hành trình nạp

môi chất mới hòa trộn với khí sót còn lại trong xi lanh ca chu trình trước, tạo nên môi chất

ca quá trình nạp, về thực chất khí sót là sản vt cháy ca nhiên liệu và không khí.

Ở hành trình nén, môi chất công tác cuối quá trình nạp ược dùng làm môi chất ca quá

trình nén.

Ở quá trình cháy, môi chất cuối quá trình nén ược chuyển dần thành sản vt cháy.

Ở các hành trình giãn nở và thải, môi chất công tác là sản vt cháy. Nhiệt năng ược dùng ể

chuyển biến thành cơ năng trong ộng cơ là do phản ứng cháy ca hòa khí (hỗn hợp giữa hơi

nhiên liệu và không khí) tạo ra. Cần tạo mọi iều kiện ể phản ứng cháy này ược diễn ra úng

lúc, kịp thời, triệt ể, ồng thời ảm bảo cho máy chạy êm. Tất cả những iều ó lại phụ thuộc vào

chất lượng hình thành hòa khí và tính chất ca nhiên liệu dùng trong ộng cơ.

Đối với ộng cơ ốt trong, người ta chỉ sử dụng những nhiên liệu dễ hòa trộn với không

khí ể tạo thành hòa khí, ngoài ra trong sản vt cháy không ược có tro, vì tro sẽ làm cho vòng

găng bị liệt và làm tăng ộ mài mòn ca xi lanh, pít tông và vòng găng. Do ó ộng cơ ốt trong

chỉ dùng nhiên liệu thể khí hoặc nhiên liệu thể lỏng không chứa tro. Nhiên liệu thể rắn chỉ

có thể sử dụng cho ộng cơ ốt trong sau khi ã ược hóa lỏng hoặc ược khí hóa trong lò ga.

Trong chương này sẽ nghiên cứu tính chất lý hóa ca nhiên liệu và môi chất dùng cho ộng

cơ ốt trong.

2.1.2. Nhiên liệu thể kh

Nhiên liệu thể khí dùng cho ộng cơ ốt trong gồm có: khí thiên nhiên (sản phm ca các

mỏ khí), khí công nghiệp (sản phm xuất hiện trong quá trình luyện cốc, luyện gang (khí lò

cao) và tinh luyện dầu mỏ) và khí lò ga (khí hóa nhiên liệu thể rắn trong các lò ga). Một

nhiên liệu thể khí bất kỳ ều là hỗn hợp cơ học ca các thể khí cháy và khí trơ khác nhau.

Thành phần chính ca nhiên liệu thể khí gồm có ôxít cacbon (CO), mêtan (CH

), các loại hy

rô cacbon (C

), khí cacbôníc (CO

), ôxy (O

), hy rô (H

), hy rôsunfua (H

S) và các loại

khí trơ, ch yếu là nitơ (N

) với những tỷ lệ khác nhau.

lOMoARcPSD|25865958

Bảng 2.1. Thành phần thể tch và nhiệt trị thấp của nhiên liệu kh ở iều kiện tiêu chuẩn

Nhìn chung công thức hóa học ca các môi chất trong nhiên liệu thể khí có chứa cacbon

C, hy rô H hoặc ôxy O, ều có thể viết dưới dạng C

(trong ó: n = 0 - 5; m = 0 - 12; r =

0 - 2)

Nếu hàm lượng các chất thành phần chứa trong 1 Kmol (hoặc 1m

tiêu chun) nhiên

liệu khí ược tính theo thành phần thể tích và dùng ngay công thức hóa học ca mỗi chất thay

cho thành phần ó thì một Kmol (hoặc một 1m

khí tiêu chun) nhiên liệu khí ược thể hiện

qua biểu thức sau:

C H O

n m r

1Kmol (1m

tiêu chun)

(2.1)

Nhiên liệu khí dùng cho ộng cơ ốt trong ược chia làm 3 loại (dựa theo nhiệt trị thấp).

lOMoARcPSD|25865958

a. Loại có nhiệt trị lớn

- nhiệt trị ca 1m

nhiên liệu khí), Q

23MJ/m

tiêu chun. Loại này gồm khí thiên

nhiên và khí thu ược khi khai thác hoặc tinh luyện dầu mỏ và khí nhân tạo (qua crăcking),

thành phần chính ca nó là khí mêtan chiếm từ 30 - 99%, còn lại là các khí hy rôcacbon khác.

b. Loại có nhiệt trị vừa

= 16 - 23 MJ/m

tiêu chun. Loại này ch yếu là khí thu ược từ luyện cốc, thành

phần chính là H

(khoảng 40 - 60%) còn lại là CO, CH

c. Loại có nhiệt trị nhỏ

= 4 - 16 MJ/m

tiêu chun. Loại này bao gồm khí lò cao và khí lò ga. Thành phần

ch yếu là CO và H

chiếm tới 40%, còn lại là các loại khí trơ N

và CO

2.1.3. Nhiên liệu thể lỏng

Nhiên liệu lỏng dùng cho ộng cơ ốt trong ch yếu là các sản phm ược tạo ra từ dầu mỏ

vì loại này có nhiệt trị lớn, ít tro, dễ vn chuyển và bảo quản. Mỗi loại nhiên liệu lỏng kể trên

ều là một hỗn hợp ca nhiều loại hy rôcacbon có cấu tạo hóa học rất khác nhau, chính cấu

tạo ó gây ảnh hưởng lớn tới các tính chất lí - hóa cơ bản, ặc biệt là tới quá trình bay hơi, tạo

hòa khí và bốc cháy ca nhiên liệu trong ộng cơ.

Xăng và nhiên liệu diesel chưng cất từ dầu mỏ chứa khoảng 80 - 90% ankan và

xyclôankan. Trong khi ó muốn nâng cao tính năng chống kích nổ, thì trong xăng phải có tối

thiểu 40% aren. Vì vy các loại xăng cao cấp hiện nay ều là các sản phm ã qua các giải pháp

công nghệ ặc biệt.

Tính chất lí - hóa ca nhiên liệu phụ thuộc vào tỷ lệ thành phần ca các nhóm hy rô

cacbon kể trên. Tùy theo phương pháp hình thành và ốt cháy hòa khí trong chu trình công

tác mà có các yêu cầu khác nhau ối với nhiên liệu. Vì vy người ta chia nhiên liệu lỏng thành

2 nhóm:

- Nhiên liệu dùng cho ộng cơ tạo hòa khí bên ngoài, ốt cháy cưỡng bức; -

Nhiên liệu dùng cho ộng cơ diesel.

Các loại nhiên liệu lấy từ dầu mỏ ều có các nguyên tố chính sau: Cacbon (C), hy rô (H

)

và ôxy (O

), ôi khi cũng còn một hàm lượng nhỏ lưu huỳnh (S) và nitơ (N

). Nếu bỏ qua hàm

lượng nhỏ lưu huỳnh và nitơ thì thành phần khối lượng c, h, o

ca các nguyên tố C, H, O

trong nhiên liệu viết như sau:

c + h +o

= 1 kg (2.2)

Bảng 2.2. Các chỉ tiêu của nhiên liệu lỏng d甃ng cho ộng cơ ốt trong

lOMoARcPSD|25865958

2.1.4. Các tnh chất cơ bản của nhiên liệu

a. Nhiệt trị

Nhiệt trị là nhiệt lượng thu ược khi ốt cháy kiệt 1 Kg (hoặc 1 m

tiêu chun) nhiên liệu

( iều kiện tiêu chun p = 760 mmHg và t = 0

Cần phân biệt: nhiệt trị ẳng áp với nhiệt trị ẳng tích; nhiệt trị thấp với nhiệt trị cao; -

Nhiệt trị ẳng áp Q

và nhiệt trị ẳng tích Q

Nhiệt trị ẳng áp Q

là nhiệt lượng thu ược sau khi ốt cháy kiệt 1kg (hoặc 1m

tiêu

chun) nhiên liệu trong iều kiện ảm bảo áp suất môi chất trước và sau khi ốt bằng nhau.

Nhiệt trị ẳng tích Q

ược xác ịnh trong iều kiện giữ cho thể tích sản vt cháy (môi

chất sau khi cháy) bằng thể tích hòa khí (môi chất trước khi cháy).

Mối quan hệ giữa Q

và Q

ược xác ịnh theo biểu thức:

= Q

+ p

– V

) J/kg (J/m

) (2.3)

Trong ó: p

(N/m

) – áp suất môi chất trước khi cháy;

lOMoARcPSD|25865958

, V

) - thể tích hòa khí trước khi cháy và ca sản vt cháy ã quy dẫn về

áp suất p

và nhiệt ộ t

trước khi cháy.

Đối với nhiên liệu lỏng sản xuất từ dầu mỏ Q

nhỏ hơn Q

khoảng 0,2%, (vì V

, V

khi cháy thể tích môi chất lớn lên).

- Nhiệt trị cao Q

và nhiệt trị thấp Q

Nhiệt trị cao Q

là toàn bộ số nhiệt lượng thu ược sau khi ốt cháy kiệt 1 Kg (hoặc 1m

tiêu chun) nhiên liệu, trong ó có cả số nhiệt lượng do hơi nước ược tạo ra trong sản vt cháy

(số nhiệt lượng do hơi nước ược tạo ra trong sản vt cháy ngưng tụ lại thành nước khi sản

vt cháy ược làm lạnh tới bằng nhiệt ộ trước khi cháy ược gọi là nhiệt ẩn trong hơi nước).

Nhiệt trị thấp Q

: Trên thực tế, khí xả ca ộng cơ thải ra ở ngoài trời ở nhiệt ộ rất

cao, do ó hơi nước trong khí xả chưa kịp ngưng tụ ã bị thải mất. Do ó khi tính chu trình công

tác ca ộng cơ, người ta dùng nhiệt trị thấp Q

, nhỏ hơn Q

một số nhiệt lượng vừa bằng nhiệt

n ca hơi nước ược tạo ra khi cháy.

Mối quan hệ giữa Q

và Q

ược xác ịnh theo các biểu thức sau:

- Nhiên liệu lỏng: (nhiệt trị ca 1 Kg- Q

và Q

)

= Q

– 2,512 (9h + w ), MJ/kg (2.4)

Trong ó: 2,512 MJ/kg - nhiệt n ca 1 Kg hơi nước;

h – thành phần khối lượng ca H trong nhiên liệu;

w – thành phần khối lượng ca nước trong nhiên liệu

- Nhiên liệu khí: (nhiệt trị ca 1m

tiêu chun Q

và Q

)

tm cm

18 m

n m r

(MJ/m

tiêu chun) (2.5)

Q Q 2,512

22,4

C H O

Trong ó: 18 – phân tử lượng ca hơi nước

22,4 m

- thể tích phân tử ca hơi nước ở iều kiện tiêu chun p = 760 mmHg

và t = 0

- thể tích hơi nước khi ốt m.h kg khí H

b. Tính bay hơi

Tính bay hơi (thành phần chưng cất) ca nhiên liệu gây ảnh hưởng lớn tới tính năng

hoạt ộng ca cả ộng cơ xăng lẫn ộng cơ diesel. Trên thực tế người ta thường dùng các ường

cong chưng cất ể ánh giá tính bay hơi ca nhiên liệu. Dùng thiết bị chưng cất, cứ 10

C một

lOMoARcPSD|25865958

lần xác ịnh chất lỏng chưng cất ược, cuối cùng vẽ các ường cong, ó là các ường chưng cất

ca các loại nhiên liệu. Cách chưng cất như trên, nhiên liệu hoàn toàn cách li với không khí.

Trên thực tế, nhiên liệu ược bay hơi trong hỗn hợp nhiên liệu và không khí ể tạo thanh hòa

khí, do ó iều kiện bay hơi ca nhiên liệu trong ộng cơ khác xa iều kiện chưng cất, mặc dù

cách chưng cất kể trên có ánh giá mức ộ khó hoặc dễ hóa hơi ca các loại nhiên liệu.

Vì vy còn có cách chưng cất cân bằng trong không khí, tức là cho không khí và nhiên

liệu hòa trộn trước với nhau theo tỷ lệ m = G

- khối lượng không khí; G

- khối

lượng nhiên liệu), giữ hỗn hợp ở nhiệt ộ không ổi, xác ịnh lượng nhiên liệu ược bay hơi trong

iều kiện cân bằng ấy. Kết quả xác ịnh số % nhiên liệu bay hơi ở các nhiệt ộ khác nhau với tỷ

lệ hòa trộn khác nhau. Qua thí nghiệm trên thấy rõ, nhiệt ộ bay hơi thực tế thấp hơn nhiều so

với nhiệt chưng cất cách li với không khí.

礃礃nh hưởng tính bay hơi ca nhiên liệu tới tính năng hoạt ộng ca ộng cơ xăng và

ộng cơ diesel rất khác nhau, vì vy cần xét cụ thể cho từng trường hợp.

* Mối quan hệ giữa tính bay hơi của xăng và tính năng hoạt ộng của ộng cơ dùng chế hòa

khí.

- Tính năng khởi ộng

Khi bt tia lửa iện, hòa khí dễ bén lửa nhất ở tỷ lệ hòa trộn m = 12/1 – 13/1. Khi khởi

ộng tốc ộ ộng cơ rất chm, không khí và xăng hòa trộn không tốt, nhiệt ộ bề mặt thành ống

nạp, xi lanh, pít tông v.v.v.. rất thấp, do ó chỉ có khoảng 1/5 - 1/10 xăng ược bay hơi. Nếu

bộ chế hòa khí ã ược iều chỉnh ở thành phần hòa khí tốt nhất, thì hòa khí thực tế vào ộng cơ

lúc khởi ộng sẽ rất nhạt ( ặc biệt khi trời lạnh), rất khó bén lửa và khởi ộng. Vì vy phải óng

bướm gió ể cung cấp hòa khí có thành phần m = 1/1, làm cho hoà khí thực tế vào xi lanh có

giá trị sát với hòa khí tốt nhất. lúc ấy chỉ cần 8% xăng phun vào ược bay hơi là .

Trên ường cong chưng cất, tương ứng với 10% nhiên liệu bay hơi, nếu nhiệt ộ càng

thấp thì ộng cơ càng dễ khởi ộng lạnh. Do ó iểm 10% (nhiệt ộ bay hơi 10%) ược coi là chỉ

tiêu khởi ộng ca ộng cơ xăng.

- Nút hơi

Nhiên liệu có iểm 10% càng thấp, càng dễ hình thành bọt hơi tạo ra nút hơi trên ường

từ thùng chứa ến bộ chế hóa khí khi trời nóng, khiến lưu ộng ca ường xăng thiếu linh hoạt,

có thể còn gây tắc bơm xăng làm cho ộng cơ chạy không ổn ịnh, thm chí làm chết máy.

Tình trạng ấy dễ làm cho xe ang chạy nhanh với tải trọng lớn, ột nhiên chm lại rồi dừng

hẳn, không thể khởi ộng lại ược. Do ó iểm 10% không thể quá thấp, trong quy phạm về xăng

thường quy ịnh áp suất bão hòa ca xăng không quá 500 mmHg. Tất nhiên nếu thiết kế ường

xăng một cách hợp lí, tăng cường năng lực hoạt ộng ca bơm xăng và có biện pháp cách

nhiệt hợp lí cũng có thể làm tăng khả năng tránh nút hơi kể trên.

- Hâm nóng ộng cơ

lOMoARcPSD|25865958

Sau khi khởi ộng, cần cho ộng cơ chạy chm ợi máy nóng dần ể nhiên liệu lỏng còn

ọng trên thành ống ược bay hơi, sau ó mới có thể tăng tải dần cho ộng cơ. Thời gian từ lúc

khởi ộng ến lúc tăng tải là thời gian hâm nóng. Thí nghiệm chỉ rằng, xăng có iểm 20% - 50%

càng thấp, thì thời gian hâm nóng ộng cơ càng ngắn và tính cơ ộng ca ộng cơ càng tốt.

- Tính tăng tốc

Lúc mở bướm ga ột ngột làm ộng cơ tăng tốc, mặc dù cả nhiên liệu và không khí i vào

không gian chế hòa khí ều tăng nhưng một phần xăng chưa kịp bay hơi ọng lại trên thành

ống làm cho hòa khí thực tế i vào xi lanh ộng cơ trở nên loãng, gây ảnh hưởng tới tính tăng

tốc ca ộng cơ. mức ộ gây ảnh hưởng ấy tùy thuộc vào hình dạng ca ường chưng cất, nhiệt

ộ ộng cơ và tỷ lệ hòa trộn giữ a xăng và không khí khi tăng tốc. Ví dụ nếu nhiệt ộ thấp, hòa

khí loãng thì phần dưới ca ường chưng cất gây tác dụng lớn, ngược lại thì phần trên sẽ gây

tác dụng lớn. Nếu nhiệt ộ ường ống nạp lớn mà dùng xăng dễ bay hơi trong ộng cơ có thiết

bị tăng tốc, có thể làm cho hòa khí quá m, gây tác hại xấu cho tính tăng tốc. Nhìn chung

muốn cho ộng cơ dễ tăng tốc cần dùng loại xăng có iểm 35 - 65% tương ối thấp. Thông

thường người ta lấy iểm 50% làm tiêu chun ánh giá tính tăng tốc ca xăng.

- Phân phối

Thực nghiệm chỉ rằng: khoảng ½ xăng kịp bay hơi trên ường ống nạp sẽ ảm bảo nhiên

liệu phân phối ều vào các xi lanh. Do ó iểm 50% có ý nghĩa quan trọng ối với chất lượng

phân phối xăng vào xi lanh.

- Cháy

Muốn có chất lượng cháy tốt trong ộng cơ xăng cần bảo ảm bảo cho xăng kịp bay hơi

hết trước khi bt tia lửa iện. Do ó iểm hóa sương mù ca hòa khí phải rất thấp. Điểm sương

mù lại phụ thuộc vào iểm 90%. Nếu iểm 90% cao quá sẽ làm cho nhiên liệu cháy không kiệt,

tạo khói en, trong buồng cháy có nhiều muội than. Nếu iểm 90% quá thấp sẽ làm cho hòa

khí vào xi lanh quá „khô”, gây giảm hệ số nạp, giảm công suất và làm tăng khuynh hướng

chất nổ.

- Gây loãng dầu nhờn trong cac te

Nếu tính bay hơi chung ca xăng không tốt và nếu iểm sương mù ca hòa khí quá cao,

xăng có thể ngưng ọng trên thành xi lanh và lọt xuống cac te làm loãng và phá hỏng dầu

nhờn ở cac te. Tình trạng này càng trầm trọng khi khởi ộng lạnh và khi chạy ấm máy. Vì vy

iểm 90% ca ường chưng cất không ược cao quá.

- Lượng khí nạp

Nếu nhiệt ộ ường nạp thấp, sẽ làm tăng mt ộ khí nạp. Do ó tính bay hơi ca nhiên liệu

càng tốt (lúc ấy do nhiệt n ca nhiên liệu bay hơi gây ra sẽ làm giảm càng nhiều nhiệt ộ và

tăng càng nhiều lượng khí nạp vào xi lanh).

* Mối quan hệ giữa tính bay hơi của nhiên liệu diesel và tính năng hoạt ộng của ộng cơ

diesel

lOMoARcPSD|25865958

Nhiên liệu phun vào buồng cháy ộng cơ diesel ược bốc cháy sau khi hình thành hòa khí.

Trong thời gian cháy trễ (tính từ lúc phun nhiên liệu vào buồng cháy ộng cơ tới lúc bắt ầu

cháy) tốc ộ và số lượng bay hơi ca nhiên liệu phụ thuộc nhiều vào tính bay hơi ca nhiên

liệu phun vào ộng cơ. Tốc ộ bay hơi ca nhiên liệu có ảnh hưởng lớn tới tốc ộ hình thành

hòa khí trong buồng cháy. Thời gian hình thành hòa khí ca ộng cơ diesel cao tốc rất ngắn,

do ó cần òi hỏi tính bay hơi cao ca nhiên liệu. Nhiên liệu có nhiều thành phần chưng cất

nặng rất khó bay hơi hết, nên không thể hình thành hòa khí kịp thời, làm tăng cháy rớt, ngoài

ra phần nhiên liệu chưa kịp bay hơi khi hòa khí ã cháy, do tác dụng ca nhiệt ộ cao dễ phân

giải tạo nên các hạt cá c bon khó cháy. Kết quả làm tăng nhiệt ộ khí xả ca ộng cơ, tăng tổn

thất nhiệt, tăng muội than trong buồng cháy và trong khí xả làm giảm hiệu suất và ộ hoạt ộng

tin cy ca ộng cơ. Nhưng nếu thành phần chưng cất nhẹ quá, sẽ khiến hòa khí khó tự cháy,

làm tăng thời gian cháy trễ, và khi hòa khí ã bắt ầu tự cháy thì hầu như toàn bộ thành phần

chưng cất nhẹ ca nhiên liệu ã phun vào ộng cơ sẽ bốc cháy tức thời, khiến tốc ộ tăng áp suất

rất lớn, gây tiếng nổ thô bạo, không êm.

Mỗi loại buồng cháy ca ộng cơ diesel có òi hỏi khác nhau về tính bay hơi ca nhiên

liệu. Các buồng cháy dự bị và xoáy lốc có thể dùng nhiên liệu với thành phần chưng cất nhẹ.

Thực nghiệm chỉ rằng: các buồng cháy ngăn cách có thể dùng nhiên liệu có thành phần chưng

cất khá rộng từ 150 - 180

C ến 360 - 400

C, buồng cháy thống nhất dùng nhiên liệu có thành

phần chưng cất trong khoảng 200 - 330

C. Riêng ộng cơ a nhiên liệu không có yêu cầu gì ặc

biệt ối với tính bay hơi ca nhiên liệu.

c. Tính lưu ộng ở nhiệt ộ thấp và tính phun sương của nhiên liệu diesel

Điểm kết tủa

Ở nhiệt ộ thấp hàm lượng paraphin (chất ankan cao phân tử) và nước lẫn trong diesel sẽ

kết tinh tạo ra những tinh thể nhỏ khiến nhiên liệu trở thành dịch thể dạng ục. Lúc ấy tính

lưu ộng ca nhiên liệu tuy chưa mất hẳn, nhưng các tinh thể trên có thể gây tắc bình lọc và

ường ống làm ngừng cấp nhiên liệu. nhiệt ộ khiến nhiên liệu bắt ầu xuất hiện các tinh thể kể

trên ược gọi là iểm ục. Tiếp tục hạ thấp nhiệt ộ sẽ hình thành các tinh thể dạng lưới, làm mất

dần tính lưu ộng do bị kết ta. Người ta thường lấy iểm kết ta ể phân loại nhiên liệu diesel.

Khi chọn nhiên liệu diesel cần ảm bảo cho iểm kết ta thấp hơn nhiệt ộ cực tiểu ca môi

trường khoảng 3 - 5

C, ngoài ra iểm ục và iểm kết ta phải sát nhau (thường không quá 7

C).

Điểm kết ta ca nhiên liệu diesel phụ thuộc ch yếu vào thành phần hóa học ca nó.

Càng nhiều thành phần ankan chính iểm kết ta càng cao, càng dễ tự cháy, izôankancó iểm

kết ta thấp, nhưng rất không ổn ịnh, dễ kết keo, tích than. Thành phần lí tưởng ca nhiên

liệu diesel là izôankan phân tử lớn dài có mạch ngang.

Nhiên liệu diesel có gốc paraphin thường có iểm kết ta cao, có thể ược hạ thấp bằng

cách xử lý khử paraphin ể khử bớt các phân tử lớn ca ankan, nhưng cách ó làm giảm tính

tự cháy ca nhiên liệu. Có thể làm giảm iểm kết ta bằng cách pha thêm phụ gia.

lOMoARcPSD|25865958

Độ nhớt

Lực cản giữa các phân tử khi chất lỏng chuyển ộng dưới tác dụng ca ngoại lực ược gọi

là ộ nhớt. nếu ộ nhớt ca nhiên liệu diesel quá lớn sẽ gây khó khăn cho lưu ộng ca nhiên

liệu từ thùng chứa ến bơm, giảm ộ tin cy cho hoạt ộng ca bơm, gây khó khăn cho việc xả

khí khỏi hệ thống và việc xé tơi phun sương nhiên liệu qua vòi phun sẽ kém, khiến nhiên

liệu và không khí hòa trộn không ều, làm giảm công suất và hiệu suất ộng cơ. Nhưng nếu ộ

nhớt ca nhiên liệu diesel nhỏ quá sẽ gây khó khăn cho việc bôi trơn mặt ma sát ca các cặp

bộ ôi bơm cao áp và vòi phun, làm tăng nhiên liệu rò qua khe hở các cặp bộ ôi, ngoài ra còn

làm giảm hành trình tia nhiên lịêu trong buồng cháy. Như vy cần ảm bảo ộ nhớt hợp lý. Nói

chung ộ nhớt tương ối ca nhiên liệu diesel nhẹ trong khoảng E

= (1 - 2)

E (Độ nhớt tương

ối E

là tỷ số giữa thời gian cần thiết ể 200cm

nhiên liệu ở nhiệt ộ t, chảy qua ộ nhớt kế và

thời gian cần thiết ể 200cm

nước ở 20

C chảy qua thiết bị ó. Khi thử cần ể nhiên liệu chảy

thành dòng).

d. Nhiệt ộ bén lửa và nhiệt ộ tự bốc cháy

Nhiệt ộ bén lửa

Nhiệt ộ bén lửa là nhiệt ộ thấp nhất ể hòa khí bén lửa. Nhiệt ộ bén lửa phản ánh số lượng

thành phần chưng cất nhẹ ca nhiên liệu, nó ược dùng làm chỉ tiêu phòng hỏa ối với nhiên

liệu dùng trên tà u thy. Để tránh nổ vỡ buồng cháy, nhiệt ộ bén lửa ca

nhiên liệu dùng trên tầu th y không ược thấp hơn 65

Nhiệt ộ tự bốc cháy

Nhiên liệu diesel là loại nhiên liệu nặng với tỷ trọng = 0,80 – 0,95 g/cm

, có tính tự

cháy cao (không cần nguồn lửa bên ngoài). Do trong thành phần ca nó có nhiều cacbuahy

rô no C

2n+2

ở dạng mạch thẳng nên dễ bị phân h y ở nhiệt ộ cao trong phản ứng ôxy hó a

tỏ a nhiệt.

Nhiệt ộ tự bốc cháy là nhiệt ộ thấp nhất ể hòa khí (hỗn hợp nhiên liệu và không khí) tự

bốc cháy mà không cần nguồn nhiệt bên ngoài châm cháy. Nhiệt ộ tự cháy ca hòa khí phụ

thuộc vào loại nhiên liệu. Thông thường phân tử lượng ca nhiên liệu càng lớn thì nhiệt ộ tự

cháy càng thấp và ngược lại.

Nhiệt ộ tự cháy ca nhiên liệu còn phụ vào khối lượng riêng (mt ộ) ca hòa khí, mt ộ

càng lớn thì nhiệt ộ tự cháy càng thấp (vì số lần va chạm giữa các phân tử tham gia phản ứng

trong 1 ơn vị thời gian tỷ lệ thun với mt ộ).

Nhiên liệu dùng trong ộng cơ diesel cần có nhiệt ộ tự bốc cháy thấp, còn xăng dùng

trong ộng cơ có bộ chế hòa khí ốt cháy cưỡng bức thì ngược lại. Trên thực tế, do còn rất

nhiều yếu tố gây ảnh hưởng lớn tới nhiệt ộ tự cháy ca nhiên liệu, vì vy ánh giá tính tự cháy

ca nhiên liệu dùng cho các loại ộng cơ khác nhau người ta không dùng nhiệt ộ tự cháy ca

nhiên liệu. Đối với ộng cơ diesel, người ta dùng tính tự cháy ca nhiên liệu, còn với ộng cơ

lOMoARcPSD|25865958

xăng hình thành hòa khí bên ngoài ốt cháy cưỡng bức người ta dùng tnh chống kch nổ ca

nhiên liệu làm chỉ tiêu ánh giá chất lượng cháy ca nhiên liệu trong buồng cháy ộng cơ.

e. Đánh giá tự cháy của nhiên liệu diesel

Tính tự cháy ca hòa khí (nhiên liệu) trong buồng cháy là một chỉ tiêu quan trọng trong

ộng cơ diesel. Trong ộng cơ diesel, nhiên liệu ược phun vào buồng cháy ở cuối kỳ nén, nó

sẽ không bốc cháy ngay mà phải qua 1 thời gian chun bị làm thay ổi các tính chất vt lí và

hóa học (xé tơi tia nhiên liệu thành các hạt nhỏ, các hạt ược sấy nóng, bay hơi và hòa trộn

với không khí tạo nên hòa khí trong buồng cháy, các phân tử O

với nhiên liệu trong hòa khí

va p với nhau tạo phản ứng chun bị cháy, ...) sau ó mới tự bốc cháy. Thời gian tính từ lúc

bắt ầu phun nhiên liệu tới lúc hòa khí tự bốc cháy gọi là thời kỳ cháy trễ và ược o bằng thời

gian

(giây) hoặc góc quay trục khuỷu

( ộ)

Như vy giá trị

hoặc

ngắn hay dài sẽ thể hiện rõ tính tự cháy dễ hay khó ca nhiên

liệu diesel trong buồng cháy ộng cơ.

Trên thực tế người ta thường dùng các chỉ tiêu sau ể ánh giá tính tự cháy ca nhiên liệu

diesel:

- Tỷ số nén tới hạn

;

- Số xêtan;

- Số xêten;

- Chỉ số diesel Đ;

- Hằng số ộ nhớt - khối lượng W.

Ba chỉ tiêu ầu ược o trên ộng cơ thử nghiệm ặc biệt, trong iều kiện thử quy ịnh, hai chỉ

tiêu cuối ược o trong phòng thí nghiệm hóa chất. Các ộng cơ thử nghiệm về nhiên liệu có mã

hiệu sau: ASTM – CFR (M礃), BASF (Đức) hoặc ИT9 (Nga). Các ộng cơ trên có thể thay ổi

dễ dàng tỷ số nén .

f. Đánh giá tính chất chống kích nổ của nhiên liệu ộng cơ hình thành hòa khí

bên ngoài - ốt cháy cưỡng bức

Xăng là loại nhiên liệu nhẹ, = 0,65 – 0,80 g/cm

, dễ bay hơi và có tính tự cháy kém.

Quá trình cháy ca ộng cơ ốt trong hình thành hòa khí bên ngoài ốt cháy cưỡng bức ược

bắt ầu từ tia lửa iện phóng qua 2 cực nến iện, xuất phát từ các màng lửa lan rộng dần, ốt hết

hòa khí trong buồng cháy. Trường hợp cháy bình thường, tốc ộ lan ca màng lửa vào khoảng

20 40m/s. Có thể xảy ra trường hợp số hòa khí ở xa cực nến lửa do bị dồn ép làm tăng nhanh

áp suất và nhiệt ộ khiến tự nó bốc cháy khi màng lửa chưa mang tới, ó là hiện tượng kích nổ.

Nếu xảy ra kích nổ, do phần hòa khí gây ra kích nổ ã ược chun bị tốt nên tốc ộ cháy lớn;

lOMoARcPSD|25865958

tốc ộ màng lửa kích nổ có thể tới 1.500 – 2.000 m/s khiến áp suất tăng nhanh tạo ra sóng

kích nổ với cường ộ lớn, va p lên thành buồng cháy và sinh ra sóng phản hồi, các sóng trên

gây rung ộng thành buồng cháy, gây tiếng gõ kim loại và gây nhiều tác hại nghiêm trọng

khác cho ộng cơ. Vì vy, người ta ã tìm mọi giải pháp tránh không ể xảy ra kích nổ, trước

tiên là các giải pháp về nhiên liêu. Kích nổ có liên hệ mt thiết với tính tự cháy ca nhiên

liệu. nhiên liệu khó tự cháy sẽ khó sinh ra kích nổ. như vy tính năng chống kích nổ ca

nhiên liệu gắn liền với tính năng khó tự cháy ca nó. Để ánh giá tính chống kích nổ ca nhiên

liệu ộng cơ hình thành hòa khí bên ngoài, ốt cháy cưỡng bức người ta dùng tỷ số nén có lợi

nhất

, ó là tỷ số nén lớn nhất cho phép về mặt kích nổ. Xác ịnh

ược thực hiện trên ộng

cơ khảo nghiệm một xi lanh, có thể thay ổi tỷ số nén với các quy ịnh chặt chẽ về: tốc ộ ộng

cơ, góc ánh lửa sớm, nhiệt ộ nước, dầu và khí nạp, loại dầu, áp suất dầu, nến iện, khe hở xu

páp, ường kính họng bộ chế hòa khí, tải, thành phần hòa khí,… Khi thực nghiệm người ta

tăng dần tỷ số nén cho tới khi xảy ra kích nổ sẽ tìm ược

ca nhiên liệu khảo nghiệm.

Nhiên liệu có

càng lớn, tính chống kích nổ ca nó càng tốt.

Thực tế người ta thường dùng số ốctan ể ánh giá tính chống kích nổ ca nhiên liệu. Giá

trị ca số ôctan là số phần trăm (thành phần thể tích) ca hàm lượng izôôctan chứa trong hỗn

hợp nhiên liệu mẫu pha chế với heptan chính, hỗn hợp này có tính chống kích nổ

tương ương với nhiên liệu cần khảo nghiệm ược xác ịnh trên ộng cơ 1 xi lanh ặc biệt

với iều kiện khảo nghiệm chặt chẽ.

Ví dụ: nếu tính chống kích nổ ca nhiên liệu khảo nghiệm tương ương với nhiên liệu

mẫu, gồm 90% thể tích izôôctan và 10% thể tích heptan chính, thì số ôctan ca nhiên liệu

khảo nghiệm là 90.

Thông thường số ôctan ược xác ịnh với thành phần hòa khí gần gũi với hòa khí chun

(hệ số thừa không khí 0,95 1, 05).

Ngoài những tính chất kể trên trong các loại xăng và nhiên liệu iesel sử dụng trên thị trường,

còn quy ịnh các chỉ tiêu sau: hàm lượng vt sót khi chưng cất, thành phần keo, lưu huỳnh

(S), ộ axit, bụi … trong nhiên liệu.

2.2. MÔI CHẤT CÔNG TÁC

Như ã trình bày ở trên, môi chất công tác là chất môi giới dùng ể thực hiện quá trình chuyển

hóa từ nhiệt năng sang cơ năng trong chu trình công tác ca ộng cơ.

2.2.1. Lƣợng không kh cần ể ốt cháy nhiên liệu

Hòa khí dùng cho ộng cơ ốt trong có 2 thành phần: gồm nhiên liệu (dạng khí) và không khí,

muốn xác ịnh ược hòa khí ối với 1 kg nhiên liệu lỏng cần phải xác ịnh lượng không khí cần

thiết ể ốt kiệt số nhiên liệu ó.

a. Lượng không khí cần thiết ể ốt cháy kiệt 1 kg nhiên liệu lỏng

lOMoARcPSD|25865958

Cho rằng thành phần ch yếu ca nhiên liệu chỉ có các nguyên tố hy rô, ôxi và cacbon. Nếu

gọi thành phần khối lượng ca các nguyên tố trên lần lượt là h, o

và c, ta có: h

+ o

+ c = 1kg

Mỗi loại nhiên liệu cụ thể có các thành phần h, c, và o

nhất ịnh, nhưng khi ốt cháy sẽ tỏa

nhiệt và tuân theo các phương trình phản ứng sau: Lượng không khí cần thiết khi ốt cháy

kiệt 1 Kg nhiên liệu lỏng, sẽ xảy ra các phản ứng tạo thành CO

và H

C + O

= CO

+ 406976 kJ

+ ½ O

= H

O (thể nước) + 287000 kJ

hoặc H

+ ½ O

= H

O (thể khí) + 2418000 kJ (2.6)

Căn cứ vào các phương trình (2.6) ta có thể xác ịnh các phương trình cân bằng khối lượng

ca các phản ứng. Nếu 1 kg nhiên liệu gồm: c kg C, h kg H

, o

kg O

; có thể viết:

12kgC 32kgO

44kgCO

2kgH

16kgO

18kgH O

2 (2.7)

Phương trình (2.7) viết cho c kg cácbon và h kg hy rô có dạng:

ckgC

ckgO

ckgCO

hkgH

8hkgO

9hkgH O

3 3 (2.8)

Nếu tính số lượng O

, CO

và H

O theo ơn vị kmol sẽ ược:

ckgC 12

kmolO

kmolCO

(2.9) hkgH

4 kmolO

kmolH O

- Các biểu thức (2.8), (2.9) chỉ ra rằng: phản ứng ca C khiến thể tích môi chất trước

và sau phản ứng ược giữ nguyên không ổi, còn phản ứng ca H

khiến thể tích môi chất tăng

gấp ôi sau khi phản ứng.

- Nếu O

(kg/kg) và O

(Kmol/kg) là lượng ôxy cần thiết ể ốt cháy kiệt 1 Kg nhiên

liệu lỏng, sẽ tính ược:

lOMoARcPSD|25865958

c 8h O

, (Kg/Kg nhiên liệu)

(2.10)

Theo c + h + O

= 1kg ta ược:

h O

, (Kmol/ Kg nhiên liệu) (2.11)

12 4 32

trong ó O

là lượng ôxy có sẵn trong nhiên liệu

Lượng O

dùng ể ốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy ộng cơ là lượng O

trong không khí,

gồm 2 thành phần chính là: O

và N

. Tính theo thành phần khối lượng ca không khí khô:

chiếm 23,2% còn N

chiếm 76,8%. Tính theo thành phần thể tích (thành phần mol) O

chiếm 21%, còn N

chiếm 79%. Do ó lượng không khí lý thuyết ể ốt cháy kiệt 1Kg nl là L

(KgKK/kg nl) hoặc M

(KmolKK/kg nl) sẽ là:

1 8

c 8h O

, (kgKK/kg nl) (2.12)

0,232 0,232 3

M0 OO 1 c h Onl c 1 3 h 0,375 Onl

0,21 0,21 12 4 32 0,21 12 c c

(kmol KK/kgnl)

(2.13)

Trong xăng O

= 0 vì vy ối với xăng có thể viết:

1 8

c 8

hay: L

= 11,49 c.i (KgKK/Kg nl)

0,232 3

(2.14)

và M

3 h

; M

O =

(Kmol KK/kgnl) (2.15)

0,21 12 c 2,52

lOMoARcPSD|25865958

Trong ó

1 3 h

; i - Số ặc trưng ca xăng, chỉ phụ thuộc

vào giá trị

. c c

b. Lượng không khí cần thiết M

Kmol hoặc V

ể ốt cháy kiệt 1 Kmol hoặc 1m

nhiên liệu thể khí

Nếu coi các thành phần nhiên liệu thể khí gồm khí trơ N

và H

S và những chất khí do

các nguyên tử C, H, O tạo nên ược viết dưới dạng C H O

n m r

và nếu lược bỏ số lượng

rất nhỏ ca H

S thì 1mol nhiên liệu thể khí ược thể hiện qua biểu thức C H O

n m r

Trong 1 phân tử chất C H O

n m r

có n m r

1kmol (1m

tiêu chun).

nguyên tử C, phân tử H

và phân tử O

. Do ó ể ốt kiệt n mol C cần có n mol O

2 2

m m m

thu ược n mol CO

; ốt kiệt mol H

cần có mol khí O

và thu ược mol hơi

2 4 2

nước (H

O). Trong nhiên liệu có mol khí O

vì vy phương trình phản ứng ôxy hóa ca 2

1 mol C H O

n m r

sẽ là:

m r

C H O

n m

(n )O

nCO

H O

(2.16)

4 2 2

Ví dụ: Phương trình phản ứng ca C

với O

sẽ là:

C H

2 4

(2 0)O

2CO

2H O

(2.17)

Do ó lượng không khí lý thuyết M

kmol cần ể ốt cháy kiệt 1 Kmol hoặc V

) ể ốt

nhiên liệu thể khí với thứ nguyên (KmolKK/Kmol NL) hoặc (m

KK/m

NL) sẽ là:

1 m r 0,21 4 2

= V

= (n )C H O

n m r

(2.18)

trong ó: C H O

n m r

- Thành phần thể tích ca mỗi khí thành phần tương ứng trong nhiên

liệu khí.

c. Lượng không khí thực tế ể ốt cháy 1 Kg nhiên liệu

lOMoARcPSD|25865958

Nếu lượng không khí thực tế ưa vào ộng cơ ể ốt 1 Kg nhiên liệu lỏng là M (KmolKK/Kgnl)

hoặc L (KgKK/kgnl). Để ốt 1 Kmol hoặc 1 m

tiêu chun nhiên liệu khí là M

(KmolKK/Kmolnl) hoặc V (m

KK/m

nl), sẽ ược biểu thức sau:

V (2.19)

M 0 L 0 V0

Từ (2.19) sẽ xác ịnh ược lượng không khí thực tế ể ốt 1 kg nhiên liệu lỏng là:

M M

(Kmol KK/ kg nl) (2.20)

L L

(Kg KK/kg nl) (2.21)

hoặc 1 Kmol (hay 1 m

) nhiên liệu khí

M M

(Kmol KK/Kmol nl) (2.22)

V V

KK/m

nl) (2.23)

Trong ó: là hệ dư lượng không khí.

Khi dùng ơn vị m

cần ưa thể tích về iều kiện tiêu chun với p = 760 mmHg và t

= 0

2.2.2. H漃a kh mới

Trong ộng cơ iesel hòa khí gồm không khí và nhiên liệu ở thể khí ược hình thành trong

buồng cháy ộng cơ vào cuối quá trình nén. Thể tích nhiên liệu lỏng so với thể tích không khí

trong buồng cháy ộng cơ là rất nhỏ, nên khi tính kmol hòa khí mới thường bỏ qua, chỉ tính

kmol (m

) không khí mới. Vì vy, nếu M

là hòa khí mới ca ộng cơ quy về 1kg nhiên liệu

lỏng ộng cơ diesel sẽ là:

= M M

(Kmol/kg nl)

(2.24) Động cơ xăng hòa khí hình thành bên ngoài, nên trong hòa khí ngoài không khí còn có hơi

ca 1 kg nhiên liệu, vì vy M

là:

1 M

1 (Kmol/kg nl) (2.25)

nl nl

là phân tử lượng ca xăng,

≈ 114 (Kg/Kmol).

lOMoARcPSD|25865958

Trong ộng cơ gaz – hòa khí mới gồm không khí và nhiên liệu thể khí, vì vy ể ốt 1 kmol

(hoặc 1 m

) nhiên liệu khí, hòa khí mới sẽ là:

M M 1

M 1

; Kmol/Kmol nhiên liệu

V 1 V

1; m

nhiên

liệu (2.26)

Biết số lượng hòa khí M

(kmol) ca 1 Kg nhiên liệu lỏng hoặc V

) ca 1 m

nhiên liệu

thể khí sẽ tính ược nhiệt trị ca 1 m

tiêu chun ca hoà khí Q

(MJ/m

) hoà khí khi

Nhiên liệu diesel:

(MJ/m

)

(2.27)

22,4M

Nhiên liệu xăng, hoà khí hình thành bên ngoài

tk (MJ/m

)

(2.28) 22,4 M 0

trong ó:

tk MJ

Nhiệt trị thấp ca 1 kg nhiên liệu lỏng

Nhiên liệu khí

Q tm

Qtm V

(MJ/m

) (2.29)

lOMoARcPSD|25865958

Qtm MJm3 Nhiệt trị thấp ca 1 m

nhiên liệu khí

2.2.3. Sản phẩm cháy

a. Sản vật cháy ối với trường hợp cháy hoàn toàn ( 1)

- Nhiên liệu lỏng

Với 1 sản vt cháy gồm: CO

, hơi nước H

O, ôxi dư và N

(chứa trong không khí

ưa vào ộng cơ). Số mol các chất khí tương ứng M

H O

và M

dựa vào các phương

trình:

ckgC 12

kmolO

kmolCO

hkgH

4 kmolO

2 kmolH O

và thành phần thể tích ca O

và N

(trong không khí khô) sẽ là:

MCO2 c ;

MHO2 h ;

0,21( 1)M

; N

0,79 M

Nếu M

(Kmol/Kg nhiên liệu) là sản vt cháy ca 1 Kg nhiên liệu, có:

O M

h 0,21( 1)M

0,79 M

12 2

c h

0,21M

12 2

(2.30)

lOMoARcPSD|25865958

Thay 0,21M

từ:

M0 0O,21O 0,121 12c h4 O32nl 0,21 12c 1 3 hc 0,375

Ocnl (2.31) và sau khi chỉnh lý, ược: M

h O

; Kmol/Kg

nhiên liệu (2.32)

4 32

- Nhiên liệu kh

Các thành phần trong sản vt cháy ca nhiên liệu khí ược tính theo (Kmol/Kmol nhiên

liệu hoặc m

nhiên liệu) nhờ biểu thức:

C H O

n m

m r

nCO

H O

4 2 2

và thành phần O

và N

trong không khí khô, ược:

nC H O ;n m r

MCO2

mC H O ;n m r

MH O2

0,21( 1)M ;

0,79 M

Trong ó N

– thành phần thể tích ca N

trong 1 Kmol hoặc 1 m

nhiên liệu khí.

Nếu M

hoặc V

(Kmol/Kmol nhiên

liệu hoặc m

nhiên liệu) là sản phm cháy ca

1 Kmol hoặc 1m

nhiên liệu khí, ược:

i 4 m

(n )C H O

n m r

0,21M

(2.33)

Thay giá trị 0,21M

từ:

lOMoARcPSD|25865958

m r

= V

= (n )C H O

n m r

0,21 4 2

Cộng và trừ vế phải ca (2.33) với C H O

n m r

, ược:

m r

1)C H O

n m r

C H O

n m

(2.34)

2 4 2

Từ phương trình C H O

n m r

1kmol , biểu thức trên có

dạng:

(m r

1)C H O

n m r

(1 M )

; kmol/kmol nhiên liệu

4 2

Tương tự như trên ta ược: (2.35)

(

m r

1)C H O

n m r

(1 V )

; m

nhiên liệu

4 2

b. Sản vật cháy ối với trường hợp cháy không hoàn toàn ( 1)

Đối với trường hợp ( 1), Ở ộng cơ hình thành hòa khí bên ngoài do thiếu O

(vì thiếu

không khí) nên một phần C ca nhiên liệu ược cháy thành CO và một phần H

ca nhiên liệu

không ược cháy. Như vy trong trường hợp 1, thành phần sản vt cháy gồm: M

. Phân tích thành phần sản vt cháy trong trường hợp này thấy rằng tỷ số

giữa M

(chưa cháy) và M

hầu như không ổi và không phụ thuộc vào . Gọi K là giá

trị ca tỷ số trên, ta có:

K (2.36)

h h

Giá trị K ch yếu phụ thuộc vào tỷ số ca nhiên liệu. Với = 0,13 thì K =

0,3, c c

lOMoARcPSD|25865958

nếu = 0,17 – 0,19 thì K = 0,45 – 0,50. Phản ứng ca C với O

trong trường hợp thiếu c

có dạng:

CO 124019kJ (2.37)

Từ ây ta ược: ckgC

kmolO

kmolCO

(2.38)

24 12

So sánh với: ckgC

kmolO

kmolCO

, thấy rằng: Nếu 

12 12

c c c

( kmol) ốt cháy c kg C sẽ thu ược kmol khí CO

; Nếu số O

là kmol

12 12 24

chỉ  ốt c kg C thành CO ta cũng sẽ thu ược kmol, nhưng là khí CO. Như vy nếu

c c

, thì một phần C sẽ chuyển thành CO2, phần còn lại thiếu O

chỉ chuyển

24 12

thành CO, nhưng bao giờ cũng có:

c kmol (2.39)

Đối với H

cũng vy, do thiếu O

nên một phần H

ược chuyển thành H

O theo: hkgH

kmolO

kmolH O

, còn một phần H

không cháy vẫn giữ nguyên H

. Nếu h

4 2

kg H

có  hkmolO

ể cháy hết hkgH

kmolO

kmolH O

, sẽ thu ược

4 4 2

h h

lOMoARcPSD|25865958

kmolH O2 , còn nếu h kg H2 không có O

ể cháy sẽ có số mol là

kmolH

. Cũng lp

lun như trên, nếu O M

, khi ốt h kg H

, ta sẽ thu ược M

H O

và M

, luôn 4

thỏa mãn:

H O

kmol (2.40) 2

Ngoài ra khi cân bằng lượng O

chứa trong M

H O

,,M

với số O

chứa trong

không khí và trong nhiên liệu ta ược:

1 1 O

H O

0,21 M

(2.41) 2 2 32

Từ các phương trình trên, sẽ tìm ược 4 n số M

H O

còn giá trị M

sẽ

tính theo thành phần thể tích ca N

trong không khí. Cuối cùng ược: c 1

CO2

0,42 M ;

12 1 K

MH O2 h 0,42K 1 M ;0

2 1 K

0,42K1 K M ;

(2.42)

0,79 M ;

MCO 0,421 M0

1 K

Cuối cùng ược:

M 2( 1) MCO MCO2 M H2 M H O2 M N2 c h 0,79 M 0 (2.43)

12 2

2.2.4. Thay ổi môi chất khi cháy

So sánh các biểu thức:

lOMoARcPSD|25865958

= M M

(Kmol/Kg nl)

1 M

1 (Kmol/Kg nl)

nl nl

M 1 M

1; Kmol/Kmol nhiên liệu

V 1 V

1; m

nhiên liệu với các biểu

thức: M2 M0 h Onl ; kmol/kg nhiên liệu

4 32

i 4

)C H O

n m r

0,21M N

2 m r

( 1)C H O

n m r

(1 M )

; Kmol/Kmol

nhiên liệu

4 2

V2 ( m r 1)C H On m r (1 V )0 ; m3/m3 nhiên liệu

4 2

thấy rằng: Số lượng sản phm sau khi cháy M

hoặc V

không bằng số lượng hòa khí trước

khí cháy M

hoặc V

, vì trong quá trình cháy có sự thay ổi số mol ca môi chất. Ví dụ phản

ứng:

C + O

= CO

+ 406976 kJ

+ ½ O

= H

O (thể nước) + 287000 kJ hoặc

O (thể khí) + 2418000 kJ

Ta thấy: Hỗn hợp trước khi cháy chỉ là 1 kmol O

(ở dạng khí), còn sau khi cháy tạo ra 2

kmol hơi nước. Nhìn chung với nhiên liệu thể lỏng số kmol sản vt cháy lớn hơn số kmol

hòa khí trước khi cháy. Nếu gọi, sẽ có: M là số kmol chất thay ổi khi cháy - Đối với

ộng cơ diesel ( 1), từ biểu thức:

lOMoARcPSD|25865958

= M M

(Kmol/kg nl), và M

h O

; Kmol/Kg nhiên liệu

4 32

h Onl

Được: M M

h O

(

kmol

) (2.44)

4 32 4 kgnl

- Đối với ộng cơ xăng hình thành hòa khí bên ngoài, ốt cháy bằng tia lửa iện, trong

trường hợp 1, từ:

1 M

1 ; (Kmol/kg nl), và

nl nl

h O

; Kmol/Kg nhiên liệu, ược:

4 32

h O

nl 1 (kmol) (2.45)

kgnl

Trong trường hợp 0,7 < < 1,0, từ:

1 1

M M

(Kmol/kg nl), và

nl nl

h onl

(

kmol

) , ược:

4 kgnl

M c h 0,79 M 0 ( M 0 1 )

lOMoARcPSD|25865958

12 2

12c h2 0,21 M 0 1

O32nl O32nl

(2.46)

h O

nl 1 (kmol)

0,21(1 M

)

kgnl

Các biểu thức trên chỉ rằng: khi ốt nhiên liệu lỏng, số phân tử (kmol) môi chất luôn tăng

( M 0), chính vì trong một phân tử hy rôcacbon lỏng hầu hết ều chứa 4 phân tử H

trở

lên khiến cho các phân tử này chỉ là một phần nhỏ nằm trong thể tích ca một phân tử hy

rocacbon ã hoặc chưa hoá hơi. Kết quả ca M 0 sẽ làm tăng áp suất sau khi cháy (nếu giữ

thể tích không ổi), còn trong trường hợp giữ áp suất p = const sẽ làm tăng thể tích ể sinh

công.

- Đối với nhiên liệu thể khí, trong trường hợp 1, từ:

)C H O

n m r

;

4 2

M 1 M

1; kmol/kmol nhiên liệu

V 1 V

1; m

nhiên liệu và M

(

m r

1)C H O

n m r

(1 M )

; Kmol/Kmol nhiên liệu

4 2

( m r

1)C H O

n m r

(1 V )

; m

nhiên liệu

lOMoARcPSD|25865958

4 2

Ta ược: M

1 C H

(Kmol/Kmol nl hoặc m

nl) (2.47)

4 2

Từ ây thấy rằng: M phụ thuộc vào lượng nguyên tử ca các nguyên tố hóa học trong

các chất C

. Nếu

1 thì M 0 (số môi chất tăng lên sau khi cháy);

4 2

m r 1 thì M 0(số môi chất giảm i sau khi cháy) và nếu m r 1 thì

Nếu

4 2 4 2

M 0.

Sự thay ổi tương ối của M

(sản vật cháy) và M

(môi chất trước khi cháy) ược gọi là hệ

số thay ổi phân tử lý thuyết

, ược tính theo biểu thức:

(2.48)

M1 M1 M1

- Đối với ộng cơ diesel:

h o

1 1 M

M 4

(2.49)

- Đối với ộng cơ xăng: Trường hợp 1

h o

1 M

0 1 1 1

(2.50)

M0 0

nl nl

lOMoARcPSD|25865958

Trường hợp 1

h onl

(2.51)

- Đối với ộng cơ ga:

M M 1

(2.52)

Tuỳ thuộc vào dấu ca M,( M 0)hay ( M 0) mà có

0 hay

0 .

2.2.5. Hệ số thay ổi phân tử thực t Ā

Trong ộng cơ ốt trong thực tế số môi chất cuối quá trình nạp gồm có môi chất mới M

và khí sót M

. Sau khi cháy số môi chất mới M

chuyển thành sản vt cháy M

, còn khí sót

vẫn giữ nguyên không ổi. Nếu lấy tổng số môi chất sau khi cháy chia cho tổng số môi

chất trước khi cháy sẽ ược hệ số thay ổi phân tử thực tế . Tại thời iểm bất kỳ ca quá trình

cháy, biết phần nhiên liệu ã cháy là x (o < x < 1), thì hệ số thay ổi phân tử thực tế

sẽ là:

x M M M

r rx

1 1

M M

Mx M

1 x

(2.53)

Như vy khi x = 1 (nhiên liệu ã cháy kiệt) thì

, do ó:

(2.54)

0,21(1

)

lOMoARcPSD|25865958

CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Khái niệm chung về nhiên liệu.

2. Đặc iểm ca nhiên liệu thể khí.

3. Đặc iểm ca nhiên liệu thể lỏng.

4. Khái niệm về nhiệt trị, nhiệt trị ẳng áp, nhiệt trị ẳng tích, nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp.

5. Tính bay hơi ca nhiên liệu lỏng.

6. Điểm kết ta và ộ nhớt ca nhiên liệu ộng cơ diesel.

7. Nhiệt ộ bén lửa và nhiệt ộ tự cháy.

8. Đánh giá tính tự cháy ca nhiên liệu ộng cơ diesel.

9. Đánh giá tính chống kích nổ ca nhiên liệu ộng cơ xăng.

10. Lượng nhiên liệu cần thiết ể ốt cháy kiệt 1 Kg nhiên liệu lỏng (M

, L

11. Lượng không khí cần thiết (M

hoặc

) ể ốt cháy kiệt 1 Kmol hoặc 1 m

nhiên liệu thể

khí ở iều kiện tiêu chun.

12. Lượng không khí cần thiết ể ốt cháy 1 Kg nhiên liệu lỏng (M, L).

13. Hòa khí mới.

14. Sản vt cháy với trường hợp cháy hoàn toàn 1và cháy không hoàn toàn 1.

15. Hệ số thay ổi phân tử lý thuyết

và thực tế .

CHƢƠNG 3. CHU TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

lOMoARcPSD|25865958

3.1. CHU TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

3.1.1. Các loại chu trình

Trong ĐCĐT thực tế, việc chuyển hoá từ nhiệt năng sang công (cơ năng) tiến hành qua

hàng loạt những quá trình liên tục về lý - hoá - nhiệt ộng phức tạp. Là các quá trình hợp thành

chu trình lặp i lặp lại, hở và không thun nghịch - gọi là chu trình công tác hay chu trình thực

tế. Ngoài ra còn nhiều yếu tố ảnh hưởng tới diễn biến ến các quá trình công tác như các yếu

tố về kết cấu (quét, nạp, , phương pháp hình thành khí hỗn hợp…) và chế ộ làm việc (tải

trọng, n,

trạng thái nhiệt…), các thông số về iều chỉnh (góc phối khí, …). Do vy việc

nghiên cứu các quá trình ca chu trình công tác rất phức tạp, khó khăn, khó ánh giá chính

xác các chỉ tiêu kinh tế thut gây khó khăn trong việc nâng cao

, N

Để tiện nghiên cứu, người ta thay các quá trình phức tạp trên bằng các quá trình có

dạng ơn giản hơn nhưng vẫn sát với quá trình thực tế bằng cách loại bỏ những hiện tượng và

những tổn thất năng lượng có tính chất thứ yếu, xuất hiện trong chu trình thực tế. Cách làm

này cho ta chu trình lý tưởng ca ĐCĐT.

a. Chu trình lý tưởng:

Là chu trình kín, thun nghịch, không có sự tổn thất năng lượng nào ngoài tổn thất nhiệt

truyền cho nguồn lạnh (theo quy ịnh ca ịnh lut 2 - nhiệt ộng học).

Đặc iểm của chu trình lý tƣởng:

- Môi chất công tác ca chu trình là khí lý tưởng, nhiệt dung riêng không ổi, không

phụ thuộc vào áp suất và nhiệt ộ ca môi chất.

- Lượng môi chất không thay ổi – không có các quá trình nạp và xả khí, nên không có

các tổn thất do các quá trình này gây ra.

- Không có tổn thất nhiệt ối với môi trường xung quanh, các quá trình nén và giãn nở

là các quá trình oạn nhiệt.

- Các quá trình cháy, toả nhiệt, quét và xả khí thay bằng cung cấp nhiệt lượng Q

từ

nguồn nóng và nhả nhiệt Q

cho nguồn lạnh hoặc ở trạng thái V = const hoặc ở trạng thái p

= const hoặc ở trạng thái hỗn hợp V = const và p = const.

- Việc chuyển hóa từ nhiệt năng sang công cơ trong chu trình lý tưởng là lớn nhất, tức

là

lớn nhất so với

Khi nghiên cứu chu trình lý tưởng, sẽ xác lp ược ặc tính và mức ộ ảnh hưởng ca các

yếu tố thực tế tới các thông số làm việc ca ộng cơ. Những giả thiết trên rất gần gũi với thực

tế.

- Quá trình cấp nhiệt ẳng tích gần gũi với quá trình cháy ca ộng cơ xăng, ốt cháy

cưỡng bức. Do hòa khí tốt, nhiệt ộ cuối kỳ nén cao nên quá trình cháy rất nhanh khi pít tông

chưa kịp i xuống (V = const).

lOMoARcPSD|25865958

- Quá trình cấp nhiệt ẳng áp, gần gũi với quá trình cháy ca ộng cơ cơ phun nhiên liệu

bằng khí nén và ộng cơ diesel tăng áp cao cỡ lớn. Trong ộng cơ này việc phun tơi nhiên liệu

vào xi lanh ộng cơ ược thực hiện rất chm ể nhiên liệu ược cháy kiệt, ngoài ra tăng áp cao

còn hạn chế áp suất cực ại ca chu trình, vì vy quá trình cháy chm ược coi là ẳng áp – Quá

trình cấp nhiệt ẳng áp cũng gần gũi với tua bin khí và quá trình cháy liên tục trong buồng

cháy ca tua bin trong iều kiện ẳng áp.

- Quá trình cấp nhiệt hỗn hợp rất gần gũi với ộng cơ diesel hiện ại, trong ó phần nhiên

liệu ược phun trước tiên kịp hòa trộn với không khí nóng ở buồng cháy ể cháy nhanh ( ẳng

tích) còn phần nhiên liệu phun muộn hơn sẽ cháy ở giai oạn pít tông i xuống ( ẳng áp).

- Quá trình nhả nhiệt ẳng tích gần với các loại ộng cơ 4 kỳ, mở xu páp thải hoặc cửa

thải sớm, giai oạn này khí thải do chênh lệch áp suất lớn thoát ra ngoài rất nhanh khi pít tông

gần ĐCD gần như ẳng tích – phần lớn sản phm cháy xả ra môi trường ở giai oạn này (60%);

Sau ó là quá trình nhả nhiệt ẳng áp, pít tông i từ ĐCD - ĐCT y khí cháy ra ngoài.

- Quá trình nhả nhiệt ẳng áp rất gần gũi tua bin khí và các loại tua bin phản lực, quá

trình nhả nhiệt này ược thực hiện ở iều kiện áp suất không ổi và bằng áp suất khí trời. b. Chu

trình lý thuyết:

Là chu trình không kín không thun nghịch. Đây là chu trình trung gian giữa chu trình lý

tưởng và chu trình thực tế. Phục vụ cho công việc nghiên cứu trong một số trường hợp cụ

thể.

Đặc iểm của chu trình lý thuy Āt:

- Môi chất công tác là khí thực gồm khí nạp mới với khí sót, với thành phần và khối

lượng thay ổi, nhiệt dung riêng thay ổi.

- Nhiên liệu cháy hết ở ẳng tích, ẳng áp hoặc hỗn hợp tương ứng với các quá trình cấp

nhiệt ở chu trình lý tưởng.

- 䄃Āp suất tối a ca chu trình bằng nếu như chu trình thực là chu trình hỗn hợp và lớn

hơn nếu chu trình là chu trình cấp nhiệt ẳng tích.

- Quá trình nén và giãn nở là quá trình oạn nhiệt (không lọt khí).

- Quá trình trao ổi khí ược thay bằng thải ẳng tích.

c. Chu trình thực tế: Là chu trình hở không thun nghịch.

Đặc iểm của chu trình thực t Ā:

- Môi chất công tác là hỗn hợp khí (không khí – hơi nhiên liệu) thay ổi cả thành phần

và khối lượng.

- Nhiên liệu cháy không hoàn toàn.

- Các quá trình diễn ra phức tạp và a biến: Quá trình cháy là quá trình nhiệt ộng phức

tạp về mặt lý – hoá. Quá giãn nở tiến hành trong iều kiện trao ổi nhiệt phức tạp.

lOMoARcPSD|25865958

Tất cả các quá trình ca chu trình công tác là những quá trình nhiệt ộng phức tạp mà

hiện nay vẫn chưa giải thích hết. Các nhà khoa học ang tìm mọi biện pháp ể hoàn thiện nhằm

nâng cao

ca chu trình công tác.

3.1.2. Các chỉ tiêu ánh giá

Chỉ tiêu ch yếu ể ánh giá chu trình là tính kinh tế và tính hiệu quả.

a. Tính kinh tế

Đặc trưng bỡi hiệu suất nhiệt

ca chu trình: Là tỷ số giữa lượng nhiệt ã biến thành

công và nhiệt lượng cung cấp cho môi chất công tác.

Q Q

(3.1)

Q1 Q1 Q1

Trong ó:

– Công sinh ra ca môi chất công tác trong một chu trình. (J/chu trình).

– Nhiệt lượng nguồn nóng cung cấp cho môi chất công tác trong một chu trình.

(J/chu trình).

– Nhiệt lượng do môi chất thải ra cho nguồn lạnh trong 1 chu trình. ( J/chu trình).

= Q

- Q

- Số nhiệt lượng lợi dụng có ích (chuyển sang công).

b. Tính hiệu quả

Được ặc trưng bỡi công ơn vị ca chu trình tức là công ứng với một ơn vị thể tích công

tác ca xi lanh.

, Nm/m3 hoặc N/m2 (3.2)

Trong ó:

- Công ca chu trình, J hoặc Nm V

Thể tích công tác ca xi lanh, m

- Công ơn vị hay

áp suất bình quân ca chu trình.

Với giả sử p

không ổi tác dụng lên ỉnh pít tông trong khoảng thời gian tương ứng với

sự thay ôỉ thể tích từ V

max

– V

min

nên p

còn gọi là áp suất bình quân ca chu trình.

- Công ơn vị ca chu trình càng lớn thì kích thước xi lanh càng nhỏ (V

càng nhỏ).

lOMoARcPSD|25865958

- Các giá trị

và p

ca chu trình lý tưởng, ược coi là giới hạn trên ca các chu trình

thực tế có cùng thông số chu trình như chu trình lý tưởng, ó cũng là mục tiêu ể chu trình

thực tế vươn tới.

3.1.3. Chu trình lý tƣởng của ộng cơ ốt trong

Chu trình lý tưởng trong ĐCĐT có thể chia làm 3 loại ch yếu sau ây:

* Chu trình ẳng tích: Là chu trình có quá trình cấp nhiệt ở trạng thái thể tích không ổi

V = const.

* Chu trình ẳng áp: Là chu trình có quá trình cấp nhiệt ở trạng thái áp suất không ổi p

= const.

* Chu trình hỗn hợp: Là chu trình có quá trình cấp nhiệt ở trạng thái áp suất không ổi

và thể tích không ổi.

Để tiện cho việc nghiên cứu các dạng chu trình trên, trước tiên ta nghiên cứu chu trình

tổng quát, vì các chu trình trên là dạng ặc biệt ca chu trình tổng quát.

a. Chu trình lý tưởng tổng quát

Hình 3.1. Chu trình lý tƣởng tổng quát trong ĐCĐT

a) Đồ thi p-V ; b) Đồ thị T-S

Chu trình gồm các quá trình sau:

- Quá trình nén oạn nhiệt oc – Tỷ số giữa thể tích bắt ầu nén V

và cuối quá trình nén

gọi là tỷ số nén .

(3.3)

lOMoARcPSD|25865958

- Quá trình cấp nhiệt ẳng tích cy - Tỷ số giữa áp suất cực ại trong chu trình (p

y =

) và áp

suất cuối quá trình nén p

gọi là tỷ số tăng áp .

(3.4)

pc pc

- Quá trình cấp nhiệt ẳng áp yz - Tỷ số giửa thể tích cuối giai oạn cấp nhiệt V

và thể tích

cuối quá trình nén V

= V

gọi là tỷ số giãn nở ban ầu - hay là tỷ số giãn nở khi cháy.

(3.5)

Vc Vy

- Quá trình giãn nở oạn nhiệt zd - Tỷ số giữa thể tích cuối quá trình giãn nở V

và thể tích

cuối quá trình cấp nhiệt V

gọi là tỷ số giãn nở sau (giãn nở sau khi cháy).

(3.6)

- Quá trình nhả nhiệt ẳng tích df – Tỷ số giữa áp suất cuối quá trình giãn nở p

và áp suất

cuối giai oạn nhả nhiệt ẳng tích gọi là tỷ số giáng áp

(3.7) p

- Quá trình nhả nhiệt ẳng áp fo.

* Hiệu suất nhiệt của chu trình:

‟

1 = Q1V; Q

‟‟

1 = Q1p; Q

‟

2 = Q2V; Q2

‟‟

= Q2p (3.8)

Gọi M là số kmol môi chất có trong chu trình ta ược:

= Q

‟

+ Q

‟‟

= M[mc

– T

) + mc

– T

)]

= Q

‟

+ Q

‟‟

= M[mc

– T

) + mc

– T

)] (3.9)

Trong ó: mc

, mc

là tỷ nhiệt mol ẳng tích và ẳng áp –J/Kmol. ộ.

lOMoARcPSD|25865958

Có k = - Là chỉ số nén oạn nhiệt.

Thay vào công thức:

và sau khi biến ổi ta ược:

Q1 Q1 Q1

((TT

T )

k(T

k(Tz

T )

(3.10) Dựa vào quan hệ ca các quá trình nhiệt ộng ể tính nhiệt ộ tại các iểm cuối các

quá trình ca chu trình trong biểu thức trên theo T

, sẽ ược:

- Quá trình nén oạn nhiệt:

= T

k 1 T

k 1

(3.11)

- Quá trình cấp nhiệt ẳng tích:

T T

k 1

(3.12)

- Quá trình cấp nhiệt ẳng áp:

T T . T T

z y

y o

k 1

. . .

(3.13)

- Quá trình nhả nhiệt ẳng tích:

T .

. .

Tf T

d d o

(3.14) p

- Quá trình oạn nhiêt:

k 1 k 1 k 1

lOMoARcPSD|25865958

T Td z ppdz k Tz p0p. 0. k . k T0. k 1. .

k . k To . 1k . . kk 1 (3.15)

Thay kết quả trên vào công thức tính hiệu suất nhiệt ca chu trình, ược:

1 1 1

. k . 1 k

t 1 1 . . k k

(3.16)

1 k 1

Từ ây ta thấy:

phụ thuộc vào , cách cấp nhiệt từ nguồn nóng thể hiện qua và ,

cách nhả nhiệt cho môi chất qua và k thành phần và tính chất môi chất. Tăng sẽ làm

tăng

,… Tương tự ta cũng tính ược p

* Công ơn vị của chu trình:

pt = kk p

o t k . . 1

1 k (

1 1) , N/m2

(3.17)

- Chú ý p

trong tường hợp chu trình tổng quát:

pt f L t Vc hoặc pt VoL tVc , N/m2

(3.18)

b. Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

lOMoARcPSD|25865958

Hình 3.2. Chu trình lý tƣởng cấp nhiệt hỗn hợp

a) Đồ thị p-V ; b) Đồ thị T-S

Khác với chu trình tổng quát ở chỗ, chỉ một thành phần nhả nhiệt ra ở trạng thái V =

const. Do vy, ây là trường hợp ặc biệt ca chu trình tổng quát. Trong iều kiện T

= T

; T

; V

= V

; V

= V

; V

= V

– V

Trong iều kiện ấy giá trị ược tính như sau:

- Quá trình ẳng tích:

. .

k 1

(3.19)

po To

Hoặc:

Thay vào công thức tính hiệu suất nhiệt ca chu trình lý tưởng tổng quát, ta ược:

1 .

k 1

1 k

(3.20)

lOMoARcPSD|25865958

Tính ược công ơn vị p

: pt =

(3.21) Đây là chu trình lý tưởng

ca tất cả các loại ĐC-D cao tốc hiện ại.

c. Chu trình ẳng tích (V = const hoặc 1)

Chu trình cấp nhiệt ẳng tích là một trường hợp ặc biệt ca chu trình cấp nhiệt hỗn hợp,

trong ó chỉ có cấp nhiệt ẳng tích mà không có cấp nhiệt ẳng áp. Trong iều kiện ấy V

trùng

với V

= V

) và V

1. Đây là chu trình lý tưởng ca ộng cơ V

hình thành hỗn hợp bên ngoài và ốt cháy cưỡng bức bằng tia lửa iện. Thay 1 vào công

thức tính hiệu suất nhiệt chu trình cấp nhiệt hỗn hợp, có ược: t 1 1k 1 䄃Āp

suất trung bình ca chu trình (công ơn vị):

(3.22)

1 k 1

d. Chu trình ẳng áp (p = const)

Đây cũng là trường hợp ặc biệt ca chu trình hỗn hợp, trong ó không có trường hợp

cấp nhiệt ẳng tích mà chỉ có cấp nhiệt ẳng áp. Là chu trình lý tưởng ca ộng cơ diesel phun

nhiên liệu bằng khí nén có áp suất khoảng 5,0 – 6,0 MPa và ca ộng cơ diesel p

tốc ộ chm tăng áp cao. Trong iều kiện ấy iểm c trùng với iểm y và 1. p

Tính

ược:

lOMoARcPSD|25865958

1 1

k 1

(3.23) p

. p

(3.24)

1 k 1

3.2. QUÁ TRÌNH NẠP

Trong chu trình làm việc ca ĐCĐT cần phải thải sạch sản vt cháy ca chu trình trước

ra khỏi xi lanh ể nạp vào môi chất mới (hỗn hợp khí hoặc không khí). Hai quá trình thải và

nạp liên quan mt thiết với nhau, tuỳ theo số kỳ ca ộng cơ và phương pháp thải nạp. Vì vy

khi phân tích quá trình nạp cần lưu ý ến những thông số ặc trưng ca quá trình thải, tức là

phải xét chung các hiện tượng ca quá trình thay ổi môi chất.

Trong ộng cơ 4 kỳ, quá trình thay ổi môi chất ược thực hiện lúc bắt ầu mở xu páp thải

( iểm b

‟

, H.3-1). Từ b

‟

ến ĐCD (góc mở sớm ca xu páp thải) nhờ chênh áp, sản vt cháy tự

thoát ra ường thải, sau ó từ ĐCD – ĐCT, nhờ sức y cưỡng bức ca pít tông sản vt cháy

ược y tiếp. Tại ĐCT ( iểm r), sản vt cháy chứa ầy thể tích buồng cháy V

với áp suất p

thải

tạo ra chênh áp p

, p

là áp suất trong ường ống thải. Chênh áp p

phụ thuộc vào hệ số cản, tốc ộ dòng khí qua xu páp thải và vào trở lực ca ường thải.

Xu páp thải thường óng sau ĐCT ( óng muộn) nhằm tăng thêm giá trị “tiết diện – thời

gian” mở cửa thải, ồng thời ể tn dụng chênh lệch p

và quán tính ca dòng khí thải tiếp tục

thải sạch khí sót ra ngoài.

3.2.1. Diễn bi Ān của quá trình nạp của ộng cơ 4 kỳ p

< p

Hành trình nạp hỗn hợp khí mới vào xi lanh xy ra khi pít tông i từ ĐCT xuống ĐCD.

Nhưng tại r (ĐCT) có p

> p

nên trong xi lanh khí sót bắt ầu giãn nở ến iểm r

và chỉ sau khi

khắc phục các trở lực khí ộng trong hệ thống nạp thì lượng khí nạp mới bắt ầu vào xi lanh

ộng cơ. Quá trình nạp ược chia làm 3 giai oạn:

lOMoARcPSD|25865958

a) b)

Hình 3.3. Phần ồ thị công thải và nạp kh khi p

< p

(a), khi p

> p

(b)

* Giai oạn 1: Giai oạn từ khi xu páp nạp mở tại d

và ến khi pít tông ến ĐCT ( iểm r),

giai oạn này xu páp nạp mở chưa lớn lắm. Góc mở sớm ca xu páp nạp khoảng từ 10 - 35

góc quay trục khuỷu trước ĐCT. Giai oạn này khí nạp mới chưa vào xi lanh do p

> p

và p

> p

một phần sản vt cháy trong V

tiếp tục ra ường thải, còn trong xi lanh khí sót giãn nở

ến r

từ ây trở i môi chất mới mới có thể nạp vào xi lanh.

* Giai oạn 2: Giai oạn nạp chính, tính từ iểm r ến iểm a, pít tông từ ĐCT xuống ĐCD.

Giai oạn ầu xu páp nạp mở chưa lớn lắm và là giai oạn giãn nở ca khí sót. Sau khi xu páp

nạp mở tương ối lớn, tốc ộ ca pít tông tăng lên khí nạp mớ i bắt ầu ược hút vào xi lanh, sau

ó tốc ộ ca pít tông giảm dần và bằng 0 tại ĐCD. Lượng khí nạp vào giai oạn này khoảng

80%.

* Giai oạn 3: Từ khi pít tông từ ĐCD ến iểm xu páp nạp óng tại d

. Tại ĐCD tốc ộ ca

pít tông bằng 0 nhưng tốc ộ dòng khí nạp khác 0 (do quán tính dòng nạp). Góc óng muộn

ca xu páp nạp khoảng 25 - 85

góc quay trục khuỷu sau ĐCD. Lượng khí nạp vào trong

giai oạn này gọi là lượng nạp thêm, chiếm khoảng 20% ở chế ộ vòng quay ịnh mức.

Quá trình thay ổi môi chất trong ộng cơ 2 kỳ không có các kỳ thải và nạp riêng biệt như ở

ộng cơ 4 kỳ, mà ược thực hiện từ iểm b (hình 3-2) cuối kỳ giãn nở, lúc bắt ầu mở cơ cấu thải,

bằng cách dựa vào chênh áp ể sản vt cháy thoát tự do ra ường thải, sau ó môi chất mới ã

ược nén trước trong bơm quét khí tới áp suất p

(lúc này p

> áp suất sản vt cháy trong xi

lanh) i vào xi lanh tạo lực cưỡng bức y tiếp sản vt cháy ra ường thải, còn bản thân môi chất

mới ược nạp ầy xi lanh cho tới iểm a ( ầu quá trình nén). Như vy quá trình thay ổi môi chất

(nạp và thải) trong ộng cơ 2 kỳ hầu như diễn ra ồng thời xen kẽ nhau khiến vấn ề càng phức

tạp.

lOMoARcPSD|25865958

Hình 3.4. Phần ồ thị công của quá trình thay ổi kh trong ộng cơ 2 kỳ

Quá trình nạp phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, khiến cho môi chất mới nạp vào xi lanh

trong mỗi chu trình nhỏ hơn lượng nạp lý thuyết, ược tính bằng số môi chất mới chứa ầy thể

tích công tác V

có nhiệt ộ T

và áp suất p

ca môi chất ở phía trước xu páp nạp ( ộng cơ

diesel) hoặc ca môi chất mới ở phía trước bộ chế hòa khí hoặc bộ hòa trộn ( ộng cơ xăng,

máy ga). Giá trị ca p

, T

thường khác p

và T

ca khí trời. 䄃Āp suất p

ca ộng cơ 4 kỳ

không tăng áp thường nhỏ hơn p

, vì khi i vào ường nạp thường gặp cản ca bình lọc khí.

Trong các ộng cơ tăng áp và ộng cơ 2 kỳ, thường p

> p

vì trước khi vào ộng cơ khí

nạp ã ược nén trước trong máy nén tăng áp hoặc trong bơm quét khí. Nhiệt ộ T

cũng có thể

khác nhiệt ộ T

. Do ó ối với ộng cơ 4 kỳ không tăng áp (xăng và diesel):

= p

(3.25)

Trong ó:

- Tổn thất áp suất do cản ca bình lọc khí và ường nạp;

Đối với ộng cơ 4 kỳ tăng áp và ộng cơ 2 kỳ, p

bằng áp suất tăng áp p

ở sau máy nén

(nếu không có két làm mát trung gian cho không khí nén) và:

m 1

= T

m (3.26)

Trong ó: m – chỉ số nén a biến, phụ thuộc vào loại máy nén (m 1,6 – 1,8).

Trường hợp có két làm mát trung gian:

= p

- p

mat

(3.27)

lOMoARcPSD|25865958

Trong ó p

mat

- Tổn thất áp suất khi qua két làm mát.

m 1

Tk = T0 p0s m Tmat (3.28)

Trong ó: T

mat

- Chênh

lệch nhiệt ộ ca không khí trước và sau làm mát.

Lượng môi chất mới nạp vào xi lanh trong mỗi chu trình ộng cơ 4 kỳ phụ thuộc nhiều

nhất vào chênh áp p

p p

k a

áp suất môi chất trong xi lanh cuối quá trình nạp tại a).

Suốt kỳ nạp áp suất trong xi lanh ều thấp hơn p

, chênh áp ấy tạo nên dòng chảy ca môi

chất mới i vào xi lanh qua xu páp nạp, nó phản ánh trở lực ca xu páp nạp ối với dòng chảy.

Đối với ộng cơ 2 kỳ, lúc óng cơ cấu (cửa) quét, áp suất trong xi lanh thường nhỏ hơn p

nhưng lớn hơn áp suất khí trên ường thải p

Chênh áp giữa ường nạp và môi chất trong xi lanh còn ược duy trì ở ầu quá trình nén

cho tới khi áp suất trên ường nén ạt tới p

do kết quả ca việc nén khí. Dựa vào hiện tượng

ấy ể tìm các biện pháp ể nạp thêm môi chất vào xi lanh ầu quá trình nén.

3.2.2. Các thông số ảnh hƣởng Ān quá trình nạp

a. Áp suất cuối quá trình nạp

Coi dòng chảy ca môi chất mới qua xu páp nạp vào xi lanh là dòng chảy dừng không

chịu nén (do áp suất môi chất ít thay ổi trên ường nạp ca ĐC-D và ĐC-X khi mở hết bướm

ga), phương trình Benoullie dùng cho dòng chảy có dạng.

pk Wk2 pa, W 2 W 2

o. (3.29)

2 2

Trong ó: p

‟

– áp suất trong xi lanh ĐC tại xu páp nạp;

– tốc ộ dòng khí tại cửa vào ca ường nạp;

W – tốc ộ dòng khí qua xu páp nạp;

- hệ số cản ca ường nạp quy dẫn về tốc ộ W.

Do W

<< W nên có thể bỏ qua W

, ta có:

lOMoARcPSD|25865958

' pk p'a 1 o k W2 ; N/m2 (3.30)

Từ biểu thức trên ta thấy rõ: tại mỗi thời iểm tổn thất áp suất trên ường nạp p

tỷ lệ thun

với W

và hệ số cản

ca hệ thống.

Nhờ phương trình liên tục ca dòng chảy sẽ tính ược:

W C .

S.n

n (3.31) fk

30 fk fk

Trong ó:C

– tốc ộ trung bình ca pít tông (m/s);

n - tốc ộ trục khuỷu (vg/ph); f

– tiết diện lưu thông qua

xu páp nạp; (m

); S, F

– hành trình và diện tích ỉnh pít tông

(m, m

Thay vào ể tính p

, ta ược:

.K .

2 K .

k22

(3.32)

Từ biểu thức ta thấy rằng: p

tỷ lệ thun với 1

và tỷ lệ nghịch với f

Muốn giảm p

phải:

- Giảm

bằng cách tạo ường nạp có hình dạng khí ộng tốt, tiết diện lưu thông lớn và

phương hướng lưu ộng ược thay ổi một cách từ từ, ít chỗ ngoặt.

- Tăng f

bằng cách dùng xu páp có ường kính lớn hoặc dùng nhiều xupáp. Nếu

ộ ng cơ có V

= const, có thể tăng f

bằng cách giảm

, vì:

lOMoARcPSD|25865958

= .D

.S = const (3.33)

(dùng xu páp treo), như vy có thể nếu giảm

thì D sẽ tăng nhờ ó sẽ làm tăng

dùng 2 hoặc 4 xu páp (hai nạp hai thải) có ường kính lớn hơn. Dùng 4 xu páp sẽ rất có lợi

với ộng cơ cao tốc vì chẳng những sẽ làm tăng f

mà còn giảm bớt khối lượng ca xu páp,

qua ó giảm lực quán tính và nâng cao ộ tin cy ca cơ cấu phối khí. Có thể tăng f

nhờ sử

dụng buồng cháy dạng chêm hoặc dạng bán cầu (xu páp ặt nghiêng trong ĐC-X).

Tỷ số (i – số xu páp) phụ thuộc vào tốc ộ trung bình ca pít tông C

và nằm i.f

trong giới hạn sau:

Loại ộng cơ C

(m/s)

i.f

- Động cơ thấp tốc < 6 12 - 8

- Động cơ tốc ộ vừa 6 - 9 9 - 6

- Động cơ tốc ộ cao > 9 6 - 4,5

Tốc ộ trung bình ca môi chất mới qua xu páp ĐC-D nằm trong phạm vi 30 -70 m/s,

một vài trường hợp ộng cơ ôtô có thể lớn hơn 80 m/s.

Với ộng cơ diesel ã cho,

, K, K

, f

ều là hằng số nên từ công thức tính

thấy rõ n là thông số vn hành duy nhất gây ảnh hưởng chính tới p

(thay ổi N

chỉ

cần thay ổi g

Đối với ĐC-X và ộng cơ ga, người ta dùng bướm ga ể thay ổi công suất ộng cơ. Mỗi vị

trí bướm ga tương ứng với một giá trị

. Khi chạy ở tải nhỏ, bướm ga óng kín làm tăng

do ó p

cũng tăng theo.

Quá trình thay ổi môi chất trong ộng cơ 2 kỳ rất phức tạp. Giá trị p

, kích thước và

mối tương quan về thời gian mở các cửa quét và thải, nhìn chung p

sẽ giảm khi tốc ộ ộng

cơ thấp. Do ó tăng n sẽ làm tăng p

và giảm p

lOMoARcPSD|25865958

Trong quá trình tính toán nhiệt và nghiên cứu, áp suất p

(cuối quá trình nạp – tại a,

ĐCD) ược xác ịnh bằng số liệu thực nghiệm.

Với ộng cơ 4 kỳ không tăng áp: p

= (0,8 – 0,9)p

Với ộng cơ 4 kỳ tăng áp: p

= (0,90 - 0,96) p

Với ộng cơ 2 kỳ: Loại

thấp tốc, quét vòng: p

Loại cao tốc quét thẳng: p

(0,85 – 1,05)p

b. Lượng khí sót

Cuối quá trình thải trong xi lanh còn lưu lại một ít sản vt cháy, ược gọi là khí sót. Trong

quá trình nạp số khí sót trên sẽ giãn nở, chiếm chỗ trong xi lanh và trộn với khí nạp mới làm

giảm lượng khí nạp mới.

Nếu gọi M

và M

là lượng khí sót và khối lượng môi chất mới khi ốt cháy 1kg nhiên

liệu và m

và m

là lượng khí sót và lượng môi chất mới ca chu trình thì hệ số khí sót

sẽ

là:

g .M

ct r

(3.34)

m1 g .Mct 1

Trong ó: g

– lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình (Kg/chu trình).

Ở ộng cơ 4 kỳ không tăng áp, góc trùng iệp thường không quá 30

- 40

góc quay trục khuỷu

và thường không quét buồng cháy nên có thể cho rằng: tại iểm r (cuối kỳ thải) khí sót chiếm

toàn bộ thể tích V

với áp suất p

và nhiệt ộ T

, sẽ có:

p .V

(3.35)

Trong ó: p

, T

– áp suất và nhiệt ộ ca khí sót ở thể tích V

;

R – hằng số 1 Kmol khí;

= - thể

tích buồng cháy; 1

– thể tích công tác ca xi lanh.

lOMoARcPSD|25865958

䄃Āp suất khí sót p

ược xác ịnh bằng thực nghiệm theo áp suất ca môi trường thải p

. Nếu

thải ra ngoài trời thì p

= p

. Nếu trên ường thải có bình tiêu âm hoặc lắp tua bin tăng áp thì

> p

Tương tự như áp suất cuối quá trình nạp p

, áp suất p

ược xác ịnh qua biểu thức sau:

pr = pth + pr (3.36)

Trong ó: n 2

= K

. f

th2

(3.37)

– tiết diện lưu thông ca xu páp thải;

– hệ số phụ thuộc hệ số cản ca ường thải và mt ộ dòng khí thải.

Nhiệt ộ T

phụ thuộc vào thành phần ca hòa khí, mức ộ giãn nở ca sản vt cháy, trao ổi

nhiệt giữa sản vt cháy và thành xi lanh trong các quá trình giãn nở và thải. Trong ộng cơ

xăng thành phần hoà khí ít thay ổi nên giảm tải, T

cũng giảm nhưng giảm ít. ộng cơ diesel

thay ổi tải ược thực hiện trực tiếp qua thành phần hòa khí, vì vy khi giảm tải Tr giảm nhiều,

và do có rất lớn làm cho sản vt cháy ược giãn nở tương ối triệt ể, nên T

ca ộng cơ diesel

thấp hơn nhiều so với ộng cơ xăng (thấp hơn khoảng 200 – 300

C).

; V

sẽ giảm

khi tăng , qua

Thể tích V

= phụ thuộc vào tỷ số nén 1

p .V

r c

ta thấy rằng tăng sẽ làm giảm m

Số kmol môi chất m

ược xác ịnh theo iều kiện nạp và phương pháp iều chỉnh tải ca ộng

cơ. Ở ộng cơ xăng (ĐC-X) giảm tải nhờ óng nhỏ bướm ga, vì vy sẽ làm giảm số lượng môi

chất vào xi lanh mỗi chu trình m

, với ộng cơ diesel (ĐC-D) sử dụng phương pháp iều chỉnh

công suất nhờ tăng hoặc giảm g

vì vy khi giảm tải, m

thường hơi tăng. Khi tăng áp ều làm

tăng m

ca ĐC-X và ĐC-D.

漃

Ā c

漃

Ā thể rút ra một số nhận xét sau về hệ số khí s

漃

Āt:

ca ĐC-X lớn hơn so với ĐC-D (vì ĐC-D có lớn);

- Khi giảm tải,

ca ĐC-X tăng, còn ối với ĐC-D trên thực tế không thay ổi;

- Khi tăng áp,

ca ĐC-X, D ều giảm.

lOMoARcPSD|25865958

ca ộng cơ 4 kỳ nằm trong phạm vi sau: ĐC-X và máy ga không tăng áp:

= 0,06

– 0,10;

ĐC-D không tăng áp:

= 0,03 - 0,06.

Để xác ịnh

có thể chọ p

và T

theo các số liệu kinh nghiệm sau:

Ở ộng cơ 4 kỳ không tăng áp và trên ường thải không lắp bình tiêu âm, bình chứa khí thải

…, thì p

phụ thuộc vào tốc ộ n ca trục khuỷu và nằm trong giới hạn sau (tại N

thiết kế):

Động cơ có tốc ộ thấp p

= (1,03 – 1,06)p

; Động

cơ cao tốc p

= (1,05 – 1,10)p

Trường hợp ộng cơ tăng áp tua bin khí hoặc ộng cơ không tăng áp có lắp bình tiêu âm trên

ống xả phải thay p

bằng p

Động cơ tăng áp p

ược xác ịnh riêng, khi lắp bình tiêu âm cần lấy:

= (1,02 – 1,04)p

Nhiệt ộ T

nằm trong giới hạn sau:

ĐC-X: T

= (900 – 1.000)

ĐC-D: T

= (700 – 900)

Động cơ ga: T

= (750 -1.000)

Người ta còn dùng phương pháp quét buồng cháy ể giảm

ca ộng cơ 4 kỳ bằng cách tăng

góc trùng iệp ca các xupáp nạp và thải.

ca ộng cơ 2 kỳ còn phụ thuộc vào chất lượng ca các quá trình thải và quét khí và

thường thay ổi trong phạm vi rất rộng. Phụ thuộc vào hệ thống quét và thải cụ thể:

Quét vòng:

= 0,08 – 0,25;

Quét thẳng:

= 0,06 – 0,15;

Quét buồng cháy bằng khí nén ở cacte:

= 0,25 – 0,40.

Đối với ộng cơ 2 kỳ còn dùng hệ số thải sạch

lOMoARcPSD|25865958

1 (3.38) m1 mr M1 Mr 1 r

c. Nhiệt ộ sấy nóng môi chất mới T

Quá trình lưu ộng trên ường nạp vào xi lanh, môi chất mới tiếp xúc với các bề mặt nóng ca

các chi tiết, ược sấy nóng và tăng nhiệt ộ lên một gia số T. Giá trị T phụ thuộc vào tốc

ộ lưu ộng, thời gian tiếp xúc với bề mặt nóng. Nếu nhiệt ộ môi chất mới tăng sẽ làm giảm

mt ộ và do ó làm giảm khối lượng môi chất mới nạp vào ộng cơ. Vì vy trong ĐC-X, số

nhiệt lượng ể làm nóng môi chất mới chỉ làm cho xăng dễ bốc hơi trên ường nạp, nếu quá

mức ấy sẽ làm giảm lượng môi chất mới nạp vào ộng cơ. Số gia T ca môi chất mới ược

tính như sau:

T = T

- T

b.h

Trong ó: T

– mức tăng nhiệt ộ ca môi chất mới do sự truyền nhiệt từ các bề mặt

nóng;

b.h

– mức giảm nhiệt ộ ca môi chất mới do bay hơi ca nhiên liệu, ĐC-D

b.h

= 0

T ược xác ịnh theo số liệu thực nghiệm và theo cách tính gián tiếp, ược lấy

theo các số liệu sau: T = (20 – 40)

C với ĐC-X;

T = (0 - 20)

C với ĐC-D.

Đối với ĐC-X, ĐC-D tăng áp không làm mát trung gian cho khí nén T thường rất nhỏ do

chênh lệch nhiệt ộ thấp. Nếu T

(nhiệt ộ môi chất sau máy nén) lớn hơn nhiệ t ộ vách thì môi

chất mới ược làm mát và T < 0.

d. Nhiệt ộ môi chất cuối quá trình nạp T

Nhiệt ộ môi chất cuối quá trình nạp T

lớn hơn T

và nhỏ hơn T

là do kết quả ca việc

truyền nhiệt từ các bề mặt nóng tới môi chất mới khi tiếp xúc và việc hòa trộn môi chất mới

với khí sót nóng hơn. Các quá trình trên diễn ra riêng lẻ trên ường nạp hoặc ồng thời trong

xi lanh ộng cơ. Có thể xác ịnh T

(tại iểm a trên H 3.4) nhờ phương trình cân bằng nhiệt ca

khí nạp mới và khí sót trước và sau khi hòa trộn với giả thiết quá trình hòa trộn thực hiện ở

quá trình ẳng áp p

và khi khí sót giãn nở từ p

xuống p

, nhiệt ộ khí sót T

không thay ổi. Ta

có:

mC .m (T

p 1 k

T) mC .m .T

p rr

mC (m

p 1

m ).T ;

r a

lOMoARcPSD|25865958

Từ: m1 g .M ;mct 1 r g .Mct r

Thay vào và giản lược g

ược:

mC .M (T

p 1 k

T) mC .M .T

p r r

mC (M

p 1

M ).T

r a

(3.39)

Trong ó:

mC ,mC ,mC

- tỷ nhiệt mol ẳng áp ca môi chất mới, khí sót và môi chất công

tác tại iểm a.

– nhiệt ộ môi chất mới phía trước xupáp nạp;

T – nhiệt ộ sấy nóng khí nạp mới; T

–

nhiệt ộ khí sót.

Các tỷ nhiệt ẳng áp là hàm ca nhiệt ộ và thành phần ca mỗi loại khí. Giữa mC

và mC

không khác nhau nhiều, vì nhiệt ộ và thành phần môi chất công tác gần giống nhiệt ộ và

thành phần ca môi chất mới, nên có thể giả thiết mC

khác xa mC

vì T

>> T

và thành phần khí sót khác xa so với môi chất mới.

Gọi

mC''p là hệ số hiệu ính tỷ nhiệt, ta ược: mC''

t .mCP

phụ thuộc vào và nhiệt ộ T

Đối với ĐC-X : 0,8 1,0 1,2 1,4

: 1,13 1,17 1,14 1,11

Đối với ĐC-D khi = 1,5 – 1,8 có thể lấy

= 1,1.

Sau khi thay mC ,mC

theo các giả thiết trên vào (*), giản lược mC

, chia 2 vế ca

biểu thức cho M

và thay

sẽ ược:

lOMoARcPSD|25865958

Ta Tk 1T r t. t.Tr

(3.40) Nếu lấy

1, sai số T

thường không lớn, có:

1 T

(3.41)

Các công thức trên ều úng cho cả ộng cơ 2 kỳ và 4 kỳ. Biến ộng ca T

trong phạm vi:

Với ộng cơ 4 kỳ không tăng áp:

= (310 - 350)

Với ộng cơ 4 kỳ tăng áp và ộng cơ 2 kỳ:

= (320 - 400)

Từ trên thấy rằng: Nếu tăng

và T ều làm tăng T

và do ó làm giảm mt ộ môi chất mới

nạp vào xi lanh.

Trị số

ối với các loại ộng cơ nằm trong khoảng 1,02 – 1,07

3.2.3. Định nghĩa – công thức hệ số nạp

a. Định nghĩa:

Hệ số nạp

là

tỷ số giữa lượng môi chất mới thực tế nạp vào xi lanh ở ầu quá trình nén

khi ã óng các cửa nạp và cửa thải m

kmol hoặc G

kg so với lượng môi chất mới lý thuyết

có thể nạp ầy vao thể tích công tác ca xi lanh V

ở iều kiện áp suất và nhiệt ộ ca môi

chất trước xu páp nạp (p

và T

g M

ct 1

v = M

h k

(3.42)

Trong ó: m

- Số lượng khí nạp mới ca chu trình-kmol;

kg g

Lượng nhiên liệu cấp cho 1 chu trình ( )

chutrình

- Lượng môi chất mới thực tế i vào xi lanh ể ốt cháy 1 kg nhiên liệu

(

kmol );

kgnl

lOMoARcPSD|25865958

- Thể tích khí nạp mới có trong xi lanh sau khi quy dẫn về iều kiện p

, T

;

kgkk

- Lượng không khí nạp vào xi lanh mỗi chu trình ( ); chutrình

Đối với ộng cơ 2 kỳ, ngoài

tính theo toàn bộ thể tích công tác V

(còn gọi là hệ số nạp

lý thuyết), còn có hệ số nạp

(còn gọi là hệ số nạp thực tế), tính cho thể tích V

‟

ca hành

trình có ích.

g .M

h' (3.43)

Quan hệ giữa

và

V (1

h V

)

(3.44)

Từ ó:

(1 ).

(3.45)

Trong ó: - phần tổn thất hành trình ca pít tông dùng ể thay ổi môi chất, phụ thuộc vào sơ

ồ quét – thải: với hệ thống quét thẳng qua xu páp = 0,12 - 0,14.

Động cơ tăng áp cũng như ộng cơ 2 kỳ luôn luôn có một phần môi chất mới tổn hao cho

quét khí không tham gia vào các quá trình nén và cháy - giãn nở. Người ta dùng hệ số quét

khí

ể ánh giá tổn hao trên:

Gq Mq

(3.46)

Gk Mk

Trong ó: G

và M

– lượng không khí quét i qua cửa quét (kg hoặc mol)

và M

- lượng không khí quét còn lưu lại trong xi lanh khi nén.

Động cơ 4 kỳ nếu góc trùng iệp không quá 40 - 50 góc quay trục khuỷu thì:

b. Phương trình

tổng quát:

lOMoARcPSD|25865958

Theo ịnh nghĩa về hệ số nạp ta có:

g .M

ct 1 v

(3.47)

Từ phương trình trạng thái, xác ịnh ược M

chứa ầy V

ở p

, T

p .V

k h

(3.48)

8314.T

Do ó:

g .M

ct 1

p .

k v

(3.49)

8314.T

Trong ó: p

(Pa) ; V

) ; T

(K) và R = 8314 KJ/Kmol ộ.

Lượng môi chất mới g

ược chia làm 2 phần:

- Phần thứ nhất g

ược nạp từ ầu cho ến khi pít tông tới ĐCD ( iểm a).

- Phần thứ 2: g

– M

) là phần nạp thêm tính từ iểm a ến khi óng xu páp nạp

(Động cơ 4 kỳ).

Phần thứ nhất g

cùng với lượng khí sót ca chu trình g

tạo nên M

với áp suất

, nhiệt ộ T

và thể tích V

p .Va a 8314.T

= g

.(M

+ M

) = (3.50)

Sau khi nạp thêm lượng môi chất ở trong xi lanh sẽ là: (g

+ g

). Nếu

gọi:

g (M

ct 1

M )

là hệ số nạp thêm, sẽ

có:

g (Mct 1a M )r

+ M

) =

+ M

)

Thay

vào (3.50), rồi nhân và chia vế trái cho M

, ược:

lOMoARcPSD|25865958

)

8314

p .V

(3.51)

p .

k v

8314.T

Thay g .M

ct 1

vào công thức trên, sau ó thay:

1 V

1 ; sau khi giản lượcV

, chỉnh lý, ược:

(3.52)

1 p

T (1

)

Thay T (1

a r

) từ T

vào biểu

thức trên, ược:

v 1

1 pp

(3.53)

Đối với ộng cơ 2 kỳ

tính cho hành trình có ích ca pít tông sẽ có dạng:

'v = 1 ' ' 1 ppak Tk TTk t rTr

(3.54)

V V'

' h c - tỷ số nén thực tế ca ộng cơ 2 kỳ.

Trong ó:

lOMoARcPSD|25865958

3.3. QUÁ TRÌNH NÉN

3.3.1. Diễn bi Ān của quá trình nén

Quá trình nén ca ộng cơ ốt trong có tác dụng sau:

- Mở rộng phạm vi nhiệt ộ ca quá trình làm việc (nén, cháy và giãn nở);

- Đảm bảo cho sản vt cháy ược giãn nở sinh công triệt ể hơn; - Tạo iều kiện

thun lợi nhất cho hòa khí bốc cháy.

Tất cả những iều trên nhằm ảm bảo cho quá trình chuyển biến từ hóa năng ca nhiên

liệu thành nhiệt năng, rồi từ nhiệt năng trở thành công có ích ược thực hiện tốt nhất, làm tăng

hiệu suất ca chu trình.

Dựa vào cách hình thành và ốt cháy hòa khí ca ộng cơ mà có những yêu cầu khác nhau

về tỷ số nén và các thông số ca môi chất cuối quá trình nén p

và T

Đối với ộng cơ xăng hình thành hòa khí bên ngoài và châm cháy cưỡng bức, môi chất

công tác trong quá trình cháy gồm hòa khí và một ít khí sót. Tỷ số nén cũng như nhiệt ộ và

áp suất cuối quá trình nén bị giới hạn bởi hiện tượng kích nổ. Ngoài ra trong buồng nén nếu

có muội than hoặc có những vùng quá nóng còn có thể làm cho hòa khí cháy sớm.

Đối với ộng cơ diesel việc hình thành hòa khí ược thực hiện trong buồng cháy ộng cơ

vào cuối kỳ nén, sau khi một phần hòa khí ã bốc cháy, quá trình hình thành hòa khí vẫn tiếp

diễn cùng quá trình cháy cho tới khi hòa khí cháy hết. Vì vy ộng cơ òi hỏi quá trình nén

phải có tỷ số nén  lớn ảm bảo cho áp suất và nhiệt ộ (p

và T

) ạt tới giá trị thỏa mãn yêu

cầu ể hòa khí dễ tự bốc cháy trong mọi trường hợp. Không cần có nguồn lửa từ bên ngoài,

kể cả trường hợp khởi ộng lạnh, máy chạy ở tốc ộ thấp và tải trọng nhỏ, chạy ở nhiệt ộ môi

trường thấp cũng như khi sử dụng nhiều loại nhiên liệu lỏng khác nhau. Ngoài ra ộng cơ hình

thành hòa khí bên trong còn òi hỏi tạo ược dòng xoáy ca môi chất ở cuối quá trình nén và

ầu quá trình cháy giúp hòa khí ược hình thành nhanh và ều. Chuyển ộng xoáy kể trên có thể

bắt nguồn từ dòng xoáy khí nạp, do môi chất bị chèn khi nén hoặc do năng lượng tạo ra bởi

kết quả cháy một phần hòa khí trong buồng cháy phụ.

Khác với quá trình nén ca chu trình lý tưởng, diễn biến quá trình nén ca chu trình thực

tế rất phức tạp. Giữa môi chất công tác và thành xi lanh luôn luôn trao ổi nhiệt qua lại với

nhau.

Đầu quá trình nén nhiệt ộ môi chất T

thấp hơn nhiệt ộ trung bình ca xi lanh, pít tong,

nắp xi lanh.. nên các chi tiết nóng kể trên truyền nhiệt cho môi chất, vì vy ường nén trong

giai oạn này (a-2) dốc hơn ường nén oạn nhiệt ca chu trình lý tưởng (a-1). Nếu coi quá trình

nén thực tế là một quá trình a biến, với chỉ số a biến n

thì phương trình ặc trưng ca quá

trình sẽ là: pV

const. Giá trị n

ở ầu quá trình nén lớn nhất vì có chênh lệch nhiệt ộ lớn

giữa các chi tiết nóng và môi chất, khiến môi chất vừa chịu nén vừa nhn nhiệt thêm. Tiếp

lOMoARcPSD|25865958

theo pít tông càng nén càng làm tăng nhiệt ộ môi chất trong xi lanh và làm cho chênh lệch

nhiệt ộ giữa các chi tiết nóng và môi chất giảm dần, môi chất ược nhn nhiệt này càng ít làm

cho quá trình nén càng gan với quá trình oạn nhiệt và chỉ số nén n

tiến sát tới chỉ số oạn

nhiệt k

. Tới một iểm nào ó nhiệt ộ môi chất bằng nhiệt ộ trung bình ca vách xi lanh và có

thể coi iểm ó là nén oạn nhiệt, chỉ số nén n

= k

(chỉ số oạn nhiệt khi nén). Tiếp theo ca

quá trình nén sẽ làm cho nhiệt ộ môi chất trở nên lớn hơn nhiệt ộ vách xi lanh và chiều truyền

nhiệt sẽ thay ổi, môi chất truyền nhiệt cho vách xi lanh, kết quả làm cho ường nén thực tế

(3-c) ít dốc hơn so với ường nén oạn nhiệt (3-4); chỉ số nén n

ngày càng nhỏ hơn k

Hình 3.5. Đồ thị p -V phân tch các ƣờng cong ặc trƣng trạng thái của quá trình nén

Như vy quá trình nén thực tế ca ộng cơ là một quá trình a biến, với chỉ số a biến n

giảm dần từ ầu tới cuối quá trình. Tính toán quá trình nén nhằm xác ịnh các giá trị áp suất p

và nhiệt ộ T

, ảm bảo iều kiện cháy ca hòa khí, nếu dùng các giá trị tức thời ca n

ể tính

sẽ gặp nhiều khó khăn không cần thiết. Để ơn giản hoá việc tính toán, người ta dùng chỉ số

nén a biến trung bình n

thay cho các giá trị tức thời ca n

. Điều kiện ràng buộc ca giá

trị n

trung bình là ảm bảo cho các thông số p

và T

cũng như công tiêu hao cho quá trình

nén, dựa theo kết quả tính phải sát với các giá trị thu ược từ chu trình thực tế. Với ràng buộc

trên giá trị n

trung bình thường nằm trong phạm vi: n

= (1,34 – 1,39) rất hiếm trường hợp

ạt n

= (1,40 – 1,41).

3.3.2. Các thông số ảnh hƣởng Ān quá trình nén

a. Chỉ số nén a biến trung bình n

lOMoARcPSD|25865958

Trị số n

cho từng loại ộng cơ ược xác ịnh theo phương pháp gần úng dựa vào phương

trình công và sự trao ổi nhiệt trong quá trình nén, giá trị n

có thể chọn theo công thức kinh

nghiệm sau:

1,986

4,6 0,0006T (1 n1*

)

(3.55)

Phương pháp xác ịnh n

theo công thức trên ược thực hiện theo quy trình sau:

- Chọn n

ể tính ra n

, sau ó thay n

vừa tính ược vào n

ể tính n

vòng lại.

- Cứ tiếp tục như vây cho ến khi giá trị n

sẽ là hằng số thì ó là kết quả cuối cùng ca n

- Trong trường hợp có ồ thị chỉ thị ược ghi từ ộng cơ, thì n

có thể xác ịnh theo biểu thức:

p p lg

c lg

lgVlgp

a lgplgV

(3.56)

b. Áp suất cuối quá trình nén p

Được xác ịnh theo phương trình ca quá trình nén a biến:

p .V

(3.57)

Từ ó tính ược :

V n

pc p .

c p .

(3.58)

c. Nhiệt ộ cuối quá trình nén T

Được xác ịnh từ phương trình trạng thái:

= 8314.m

lOMoARcPSD|25865958

Trong ó: m

và m

– lượng môi chất (Kmol) ở ầu và cuối quá trình nén:

= m

.(1 +

)

Chia 2 vế ca phương trình trạng thái cho nhau sẽ ược :

Ta pa Va

Từ ó: T

T .

c n 11 T .

n 1

, trong ó:

c n1 (3.59)

pa Va

3.3.3. Công nén

Vi lượng công trong quá trình nén ược xác ịnh theo biểu thức: dL =

pdV

Tích phân từ ầu ến cuối quá trình nén ta ược công nén L

pdV (3.60)

Trong quá trình nén ta có:

p V

a a

p V

c c

const Từ ó tìm ược:

p VVa a

n1 , thay vào L

, ược:

p V

V a

n 1

p V p V

a a

c c

(3.61)

lOMoARcPSD|25865958

Thay p

và p

bằng biểu thức ca phương trình trạng thái và m

= m

, sẽ ược:

Lac = 8314n .m1

(3.62)

vì m

= m

= g

(1 +

), nên:

Lac = 8314.g .M 1nct 11 r Ta TC

(3.63)

Đối với : ĐC-X: M

= .M

O nl

;

ĐC-D: M

= .M

Thay Tc T .a pac .Vc T .a VVac n1 1 T .a n1 1

p Va

vào Lac = 8314.g .M 1nct 11 r Ta TC ta ược:

8314.g .M 1

ct1

n 1

Lac = -

(3.64)

lOMoARcPSD|25865958

Thay: g .Mct1 p .8314k v.T.V

h vào: Lac = 8314.g .M 1nct

11 r Ta TC ,

ược:

p .V 1kh r . T T p .V 1kh r

Lac = - (n 1).Tk v c a và Lac = - (n1 1).Tk . v.Ta n1 1 1

(3.65)

3.3.4. Những y Āu tố ảnh hƣởng Ān chỉ số nén a bi Ān

trung bình n

Chỉ số nén a biến trung bình n

phản ánh mức ộ trao ổi nhiệt giữa môi chất và thành xi

lanh. Trong quá trình nén nếu môi chất ược cấp nhiệt nhiều hơn so với tản nhiệt, n

sẽ lớn

hơn k

, nếu cấp và nhả nhiệt bằng nhau thì n

= k

, còn nếu nhiệt ược cấp ít hơn nhả nhiệt

sẽ làm cho n

< k

. Như vy bất kỳ một yếu tố nào làm tăng phần cấp nhiệt lượng sẽ làm cho

tăng, còn tăng phần tản nhiệt thì ngược lại. Có rất nhiều yếu tố gây ảnh hưởng tới n

như

tốc ộ ộng cơ, phụ tải, kích thước xi lanh, trạng thái nhiệt ca ộng cơ… Nhìn chung quá trình

nén tuyệt ại bộ phn ộng cơ quá trình tản nhiệt nhiều hơn.

a. Tốc ộ ộng cơ n

Khi tăng vòng quay sẽ làm tăng số chu trình trong 1 giây, qua ó làm tăng trạng thái

nhiệt các chi tiết trong xi lanh, giảm thời gian rò khí và thời gian tiếp xúc giữa môi chất và

thành xi lanh. Kết quả tổng hợp ca các yếu tố trên sẽ làm cho môi chất tản nhiệt ít hơn,

khiến n

tiến sát tới k

. Như

vy tăng tốc ộ ộng cơ sẽ làm tăng n

Trong ĐC-X ở chế ộ mở 100% bướm ga, áp suất môi chất trên suốt ường nạp ều lớn

làm nhiên liệu khó bay hơi; càng tăng tốc ộ ộng cơ, thời gian bay hơi ca nhiên liệu trên

ường nạp càng ít, làm tăng số nhiên liệu chưa bay hơi vào xi lanh, tới ầu quá trình nén vẫn

bay hơi tiếp sẽ hút nhiệt ca môi chất làm giảm n

giai oạn ầu quá trình nén. Hiện tượng trên

càng tăng khi càng tăng n. Như vy trong trường hợp mở 100% bướm ga, hiện tượng mất

nhiệt ca môi chất ầu quá trình nén do bay hơi ca nhiên liệu tạo ra sẽ càng nhiều khi càng

tăng n. Phần mất nhiệt trên gần như ược bù trừ hết do số nhiệt bị tản i từ việc tăng trạng thái

nhiệt các chi tiết, giảm rò khí và giảm thời gian tiếp xúc giữa môi chất với thành xi lanh gây

ra kết quả làm cho n

ít thay ổi khi tăng n.

Nếu càng óng nhỏ bướm ga sẽ làm giảm lượng nhiên liệu cấp cho chu trình và làm

giảm áp suất môi chất ở phía sau bướm ga, nhưng ở tốc ộ thấp vẫn còn quá trình bay hơi ở

ầu quá trình nén. Nếu tăng n, áp suất phía sau bướm ga càng giảm nhanh, iều kiện ấy khiến

nhiên liệu bay hơi nhanh. Như vy càng tăng n càng không có nhiên liệu bay hơi ở ầu quá

lOMoARcPSD|25865958

trình nén, làm cho n

tăng nhanh khi tăng n. Tốc ộ tăng ca n

theo n càng lớn khi óng bướm

ga càng nhiều.

b. Phụ tải ộng cơ

Khi tăng tải sẽ làm tăng trạng thái nhiệt và nhiệt ộ trung bình ca thành xi lanh, qua ó

làm tăng nhiệt lượng cấp cho môi chất ở ầu kỳ nén và giảm tản nhiệt ở cuối kỳ nén, kết quả

làm tăng n

. 礃礃nh hưởng kể trên ca tải tới n

ca ĐC-D rất nhỏ nhưng thể hiện rất khác

nhau ối với ĐC-X. Khi chạy ở tốc ộ lớn, tải ca ĐC-X gây ảnh hưởng ít tới n

. Ở tốc o thấp

tải gây ảnh hưởng lớn tới n

, vì khi óng nhỏ bướm ga mà n thấp sẽ có nhiều xăng chưa kịp

bay hơi i vào xi lanh ở ầu quá trình nén (vì ường nạp ít ược sấy nóng, tốc ộ môi chất lại thấp,

xăng khó bay hơi). Nếu tăng n sẽ làm tăng nhanh ộ chân không phía sau bướm ga, cải thiện

iều kiện phun tơi và bay hơi ca xăng, không còn xăng chưa kịp bay hơi ở ầu quá trình nén

(ở n = 2.000 vòng/phút và 2.200 vòng/phút).

c. Tình trạng kỹ thuật

Nếu pít tông – xi lanh mòn nhiều sẽ làm tăng lọt khí, gây mất nhiệt làm giảm n

. Có

muội than bám trên ỉnh pít tông, V

, hoặc có lớp cặn bám trên mặt tiếp xúc với môi chất làm

mát ca xi lanh sẽ làm ngăn tản nhiệt ca môi chất, làm tăng n

Tất cả các biện pháp nhằm giảm nhiệt ộ trung bình ca xi lanh: tăng tốc ộ tuần hoàn

ca nước làm mát, làm mát ỉnh pít tông… ều làm giảm n

. Nếu tăng tỷ số nén sẽ làm tăng p

và T

do ó sẽ làm tăng phần nhiêt tản cho xilanh và làm giảm n

d. Kích thước xi lanh ( ường kính D ca xi lanh và hành trình S ca piston): F

Tỷ số (trong ó F

, V

là diện tích làm mát và thể tích công tác ca xi lanh) tỷ

lệ thun với

, do ó làm tăng D sẽ làm cho môi chất khó tản nhiệt hơn qua ó làm tăng

S F

Nếu V

= const trong trường hợp > 1 nếu giảm nhờ ó n

sẽ tăng, nếu tăng

D V

S kết quả sẽ ngược lại.

e. Chế ộ làm việc của ộng cơ

Các chế ộ làm việc không dừng (chế ộ chuyển tiếp) ca ộng cơ khi tăng tải hoặc tăng

tốc ều có n

nhỏ hơn với chế ộ dừng. Sự sai khác lớn hay nhỏ ca n

phụ thuộc vào giá trị

gia tốc. Ở các chế ộ giảm tải hoặc giảm tốc thì n

lớn hơn so với chế ộ dừng.

lOMoARcPSD|25865958

100

3.3.5. Chọn tỷ số nén

Tỷ số nén là một trong những thông số kết cấu quan trọng, nó ảnh hưởng nhiều ến chỉ

tiêu kinh tế k礃 thut ca ộng cơ. Về mặt lý thuyết khi tăng tỷ số nén thì công suất và tính

kinh tế ộng cơ tăng, nhưng sẽ làm tăng tổn thất cơ giới, giảm tuổi thọ và sinh các hiện tượng

cháy không bình thường trong ộng cơ xăng, nên việc tăng tỷ số nén chỉ có lợi trong một

phạm vi nhất ịnh. Do vy tuỳ thuộc vào từng loại ộng cơ ể chọn cho hợp lý.

a. Đối với ộng cơ xăng:

Từ công thức tính

1 1

k 1

ca chu trình cấp nhiệt ẳng tích thấy rằng: giải

pháp chính làm tăng

là nâng cao . Lịch sử phát triển ĐC-X ã chỉ rằng: muốn nâng cao

tính năng ĐC-X không thể tách khỏi các giải pháp nhằm tăng . Tăng không chỉ làm

tăng p

và T

, tạo iều kiện tốt ể hòa khí ược cháy nhanh, rút ngắn thời gian cháy làm cho áp

suất cực và nhiệt ộ cực ại ca chu trình ược xuất hiên gần ĐCT mà quan trọng hơn là khi

tăng , công suất và hiệu suất ca chu trình ều tăng. Mặt khác nâng cao có thể mở rộng

phạm vi sử dụng thành phần hòa khí, sẽ có lợi cho việc sử dụng hòa khí nhạt.

Tuy nhiên khi tăng , mặc dù tốc ộ cháy ược gia tăng, nhưng do nhiệt ộ cuối quá trình

nén cao làm tăng khuynh hướng tự bốc cháy ca hòa khí ở khu vực cách xa buzi, thm chí

còn làm cho số hoà khí trên tự bốc cháy khi màng lửa chưa lan tràn tới sinh cháy kích nổ. Vì

vy, ược xác ịnh bỡi các yếu tố kết cấu và vn hành như: Tính cao tốc, chế ộ phụ tải,

phương pháp hình thành hỗn hợp, vt liệu chế tạo, hình dạng buồng cháy, kích thước xi

lanh… Nhưng trị số ốctan là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng ến kích nổ, trị số ốc tan càng

thấp khuynh hướng kích nổ càng lớn, tỷ số nén cho phép càng thấp. Vì vy nâng cao trị số

ốc tan ca xăng là tiền ề ể tăng tỷ số nén và giảm khuynh hướng kích nổ, ồng thời có buồng

cháy hợp lý sẽ nâng cao khả năng chống kích nổ.

Tóm lại, ca ĐC-X phụ thuộc vào số ôctan ca nhiên liệu và tính năng chống kích

nổ ca buồng cháy. Thông thường chọn qua thử nghiệm, tức là sau khi ã chọn nhiên liệu

và hình dạng buồng cháy thích hợp, phải dùng tương ối lớn với iều khiện không ể xảy ra

cháy kích nổ mạnh. Mặt khác chọn còn phải kết hợp với iều kiện sử dụng. Nếu ô tô dùng

lOMoARcPSD|25865958

101

hộp số cơ khí lúc bắt ầu lăn bánh tốc ộ ộng cơ rất thấp cần có mômen lớn (tức là sau khi bát

ầu lăn bánh, ộng cơ phải hoạt ộng ở tốc ộ thấp và tải lớn), nhưng chế ộ thường dùng ca ô

tô là tải vừa và tải nhỏ. Do ó phải dùng biện pháp ánh lửa muộn hơn khi chạy ở tốc ộ thấp

và tải lớn nhằm giảm khuynh hướng kích nổ (khi chạy ở tải vừa và tốc ộ cao lại ưa về góc

ánh lửa tốt nhất), tức là có thể tăng tỷ số nén cao hơn một chút so với giới hạn cháy kích nổ

khi chạy ở tải lớn tốc ộ thấp, nhờ ó sẽ làm tăng hiệu suất (giảm tiêu hao nhiên liệu) cho

những chế ộ ô tô thường hoạt ộng. Nếu dùng biến mômen thuỷ lực, sau khi ôtô bắt ầu lăn

bánh tốc ộ ộng cơ có thể tới n = 1.500 – 2.000 vòng/phút, tốc ộ sử dụng thường xuyên là trên

2.000 vòng/phút, trong trường hợp này có thể tăng ể làm tăng tính năng ộng lực và tính

kinh tế ca ô tô, dù rằng có thể xy ra cháy kích nổ khi chạy chm và tải lớn, nhưng ây không

phải là chế ộ thường dùng ca ô tô, vì vy nhìn toàn bộ quá trình sử dụng ô tô ảnh hưởng

ca nó không lớn lắm.

Do tính năng ca xăng ngày càng cao, các loại V

ngày càng cải tiến, hiện nay trên

phạm vi quốc tế ca ô tô du lịch phổ biến là ở = 9, ca ộng cơ ô tô tải = 8. Cũng

cần hiểu rõ là nếu > 10 lợi ích về công suất và tính kinh tế em lại không nhiều, ngược lại

nó tạo nên rất nhiều khuyết iểm gây cháy kích nổ và cháy sớm. Vì vy 10, 15 năm trở lại ây

ca ĐC-X ở nhiều nước ều giảm tới 9 và dưới 9, nhiều nước ã cấm dùng xăng pha têtraêtil

chì.

Giá trị ảm bảo sao cho T cuối quá trình nén thấp hơn T ộ tự cháy ca nhiên liệu,

không phát sinh ra các hiện tượng cháy không bình thường.

b. Đối với ộng cơ diesel:

Tỷ số nén có giá trị sao cho nhiệt ộ cuối quá trình nén phải ảm bảo cho hỗn hợp tự bốc

cháy ở mọi chế ộ làm việc và mọi nhiệt ộ môi trường. Nghĩa là: T

min

750 800 K.

Nhiệt ộ này lớn hơn nhiệt ộ tự cháy ca nhiên liệu từ 100 - 200

C, mặt khác phụ thuộc

vào phương pháp hình thành hòa khí ca ộng cơ ảm bảo cho ộng cơ ược khởi ộng dễ dàng

khi máy lạnh. Tỷ số nén thấp nhất từ 13 – 16 dùng trên ĐC-D phun nhiên

liệu trực tiếp và có nhỏ. Với = 17 – 21 dùng cho loại buồng cháy ngăn cách (buồng V

cháy dự bị, buồng cháy xoáy lốc…). Có trường hợp = 27 - 29 dùng cho ộng cơ a nhiên

liệu. Các giá trị kể trên vượt xa có lợi nhất (từ 11 – 12 ơn vị).

lOMoARcPSD|25865958

102

Khi chọn cho ĐC-D cần tính ến kích thước xi lanh, vt liệu làm píttông và xilanh,

chế ộ tốc ộ và tải ca ộng cơ… Động cơ càng nhỏ, dùng hợp kim nhẹ và chạy ở tải nhỏ càng

phải có lớn; ngược lại ộng cơ càng lớn, pít tông và nắp xi lanh làm bằng gang, thường làm

việc ở tải lớn thì phải nhỏ.

Trị số ca một số loại ộng cơ như sau:

ĐC-D tàu thuỷ, tàu hoả, tĩnh tại:

- Động cơ thấp tốc 13 -14

- Động cơ tốc ộ trung bình 14 -15

- Động cơ cao tốc 14 – 18

- Động cao tốc tăng áp 12 - 13 Động cơ ô tô, máy kéo :

- ĐC-X 6 - 12

- ĐC-D buồng cháy thống nhất 13 – 16

- ĐC-D buồng cháy ngăn cách 17 - 20

3.4. QUÁ TRÌNH CHÁY

3.4.1. Quá trình cháy trong ộng cơ xăng

Quá trình cháy bắt ầu từ nguồn lửa xuất hiện ở cực bu gi trong môi trường hòa khí ều

ược hòa trộn trước, sau ó xuất hiện màng lửa lan truyền theo mọi hướng tới khắp không gian

buồng cháy. Trong quá trình cháy hóa năng ca nhiên liệu ược chuyển thành nhiệt năng làm

tăng áp suất và nhiệt ộ môi chất. Nhiên liệu ược cháy càng kiêt, kịp thời thì năng lượng nhiệt

nhả ra ược chuyển thành công càng tốt làm tăng công suất và hiệu suất ộng cơ.

a. Quá trình cháy bình thường trong ộng cơ xăng.

lOMoARcPSD|25865958

103

Hình 3.6. Quá trình cháy bình thƣờng trong ộng cơ xăng

I– Cháy trễ

II– Cháy nhanh

III– Cháy rớt

1. Đánh lửa

2. Hình thành màng lửa trung tâm

3. 䄃Āp suất lớn nhất p

Có nhiều phương pháp nghiên cứu quá trình cháy trong ộng cơ, thường dùng nhất là sử

dụng ồ thị công p - , tức là ồ thị thể hiện biến thiên ca áp suất p trong xi lanh theo góc

quay trục khuỷu . Trên nắp xi lanh lắp một bộ phn cảm biến p, ặt trên trục hoành, dao

ộng ký ghi lại sự biến thiên ca p theo . dựa vào biến thiên ca p = f( ), có thể biết ược

diễn biến ca quá trình cháy. Phương pháp này tuy không cho biết rõ cơ lý ca quá trình

cháy cũng như tình hình lan truyền màng lửa, nhưng cho biết rõ hiệu quả ca quá trình, về

mặt k礃 thut thì ây là một phương pháp hữu hiệu, ơn giản. Ngoài ra còn dùng phương pháp

chụp ảnh nhanh quá trình cháy, dựa vào một dãy các bức ảnh liên tiếp chụp ược sẽ biết ược

tình hình tiến triển ca quá trình cháy trong xi lanh.

Đồ thị p - iển hình ca quá trình cháy bình thường thể hiện trên hình vẽ, iểm 1 – bắt

ầu ánh lửa, cách ĐCT một góc ược gọi là góc ánh lửa sớm; iểm 2 – là iểm ường áp suất

cháy tách khỏi ường nén; iểm 3 – là thời iểm ạt áp suất cực ại. Điểm p

max

và T

max

không

trùng nhau. Điểm ạt nhiệt ộ cực ại thường xuất hiện muộn hơn. Dựa vào ặc trưng biến thiên

p = f

(

)

, người ta chia quá trình cháy ca ĐC-X làm 3 thời kỳ.

* Thời kỳ cháy trễ I: (từ iểm 1 – 2), tính từ lúc ánh lửa ến lúc áp suất tăng ột ngột.

Trong thời kỳ này áp suất trong xi lanh thay ổi tương tự như trường hợp không ánh lửa, qua

một thời gian ngắn ến lúc xuất hiện nguồn lửa ược gọi là màng lửa trung tâm. Thời iểm xuất

hiện màng lửa trung tâm không nhất thiết trùng với thời iểm tăng ột ngột ca áp suất. Thông

lOMoARcPSD|25865958

104

thường màng lửa trung tâm xuất hiện trước một chút so với thời iểm tăng ột ngột ca á p suấ

t. Nhưng ể ơn giản không cần phân biệt rõ 2 iểm này.

Phân tích thời kỳ cháy trễ thấy rằng, sau khi bu gi ã bt tia lửa iện, hòa khí trong xi

lanh không cháy ngay mà phải thực hiện một loạt phản ứng sơ bộ tạo nên sản vt trung gian

v.v… Trong thời kỳ này nhiệt lượng nhả ra ca các phản ứng rất nhỏ, vì vy không thấy rõ

sự khác biệt ca nhiệ t ộ và á p suấ t so với trường hợp không ánh lửa.

Thời kỳ cháy trễ dài hay ngắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính chất trạng thái (áp suất,

nhiệt ộ) ca hòa khí trước khi ánh lửa, năng lượng ca tia lửa iện …

Giai oạn này không dài lắm ược tính bằng góc quay trục khuỷu

hoặc tính theo thời

gian

với quan hệ:

6 n

* Thời kỳ cháy nhanh II: Được tính từ iểm 2 ến iểm 3 ( iểm có p

max

). Thời kỳ này cũng

tương ứng với thời kỳ lan truyền màng lửa tính từ lúc xuất hiện màng lửa trung tâm tới khi

màng lửa lan truyền khắp thể tích buồng cháy. Màng lửa ca ĐC-X hầu hết là màng lửa chảy

rối. Trong quá trình lan truyền màng lửa có dạng mặt cầu nhấp nhô lồi lõm. Trong thời kỳ

này màng lửa lan truyền với tốc ộ tăng dần, hòa khí trong xi lanh có phản ứng ôxy hoá ngày

càng mãnh liệt và nhả ra một số nhiệt lượng lớn, trong khi dung tích trong xi lanh thay ổi ít

làm cho áp suất và nhiệt ộ môi chất tăng nhanh. Thời kỳ cháy nhanh là giai oạn cháy chính

ca quá trình cháy, phần lớn nhiệt lượng nhả ra trong giai oạn này; quy lut nhả nhiệt sẽ

quyết ịnh việc tăng áp suất, tức là quyết ịnh khả năng y píttông sinh công, vì vy thời kỳ

này có ý nghĩa quyết ịnh tới tính năng ca ĐC-X.

Nhìn từ khía cạnh nâng cao hiệu suất nhiệt ca chu trình, thì cần thời gian cháy càng

nhanh càng tốt. Muốn rút ngắn thời gian cháy phải nâng cao tốc ộ cháy, làm cho áp suất cực

ại và nhiệt ộ cực ại xuất hiện tại vị trí gần ĐCT, khiến số nhiệt lượng nhả ra ược lợi dụng ầy

, làm tăng công suất và hiệu suất ộng cơ.

Khi phân tích quá trình cháy cần phân biệt rõ hai khái niệm: tốc ộ lan truyền mang lửa

(m/s) và tốc ộ cháy U (kg/m

.s). S

thể hiện tốc ộ chuyển dịch ca màng lửa theo phương

pháp tuyến, còn U thể hiện khối lượng hòa khí ược một ơn vị diện tích màng lửa ốt cháy

trong một ơn vị thời gian. Chúng có mối quan hệ như sau:

U = .Sr (3.66)

Trong ó: - khối lương riêng ca hòa khí (Kg/m

Số nhiệt lương Q nhả ra trong một ơn vị thời gian:

Q = U.F

= .S

(KJ/s); (3.67)

lOMoARcPSD|25865958

105

Trong ó: F

– diện tích màng lửa (m

);

– nhiệt trị ca hòa khí (KJ/Kg).

Từ ó thấy rằng quy lut nhả nhiệt ca thời kỳ cháy nhanh, tức quy lut biến thiên ca

Q phụ thuộc vào tốc ộ lan truyền màng lửa S

, diện tích màng lửa F

và mt ộ môi chất .

Màng lửa lan tràn càng rộng, càng lớn vì lúc ấy số hòa khí chưa cháy phải chụi sự chèn

ép ca phần ã cháy gây ra. Số hòa khí cháy cuối cùng bị chèn ép tới 7 – 8 lần.

Trường hợp cháy bình thường, tốc ộ lan tràn màng lửa vào khoảng 10 -30 m/s, diện

tích màng lửa thay ổi theo quy lut phân bố dung tích ca V

, ặc iểm lưu ộng ca môi chất,

vị trí ặt bu gi v.v… Hình 3.7 giới thiệu sơ ồ phân bố này và tốc ộ lan tràn màng lửa. Sơ ồ a

với S

16 m/s, sơ ồ b với S

tới 45 m/s. Tốc ộ lan truyền và diện tích màng lửa càng lớn sẽ

làm cho tốc ộ cháy, tốc ộ nhả nhiệt, áp suất và nhiệt ộ ca môi chất trong xi lanh trong thời

kỳ cháy nhanh tăng lên càng nhiều làm cho công suất và hiệu suất ộng cơ càng ược cải thiện

hơn. Tuy vy tốc ộ cháy không thể lớn quá nếu không sẽ làm tăng nhanh tốc ộ tăng áp suất,

gây va p cơ khí, tăng tiếng ồn làm cho hoạt ộng ca ộng cơ trở nên thô bạo, gây tăng mài

mòn chi tiết và giảm tuổi thọ sử dụng ca ộng cơ.

Hình 3.7. Sơ ồ phân bố màng lửa và tốc ộ màng lửa

a) Chuyển ộng dòng khí yếu; b) Chuyển ộng xoáy mạnh ca dòng khí.

Tốc ộ tăng áp suất trung bình

ược thể hiện qua:

(MN/m

ộ góc

quay trục khuỷu) còn giá trị tức thời là

lOMoARcPSD|25865958

106

3 2

trong giới hạn (1,75 – 2,5).10

Pa/ ộ góc quay trục

Thông thường phải hạn chế d

khuỷu, mặt khác phải iều khiển ể p

max

( iểm 3) ược xuất hiện sau ĐCT khoảng 10 -15

góc

quay trục khuỷu, lúc ấy ộng cơ sẽ chạy êm, nhẹ nhàng và có tính năng ộng lực tốt.

* Thời kỳ cháy rớt III: Được tính từ iểm 3 ( iểm ạt p

max

) trở i mặc dù cuối thời kỳ II

màng lửa ã lan tràn khắp thể tích buồng cháy, nhưng do hòa khí phân bố không tht ều, iều

kiện á p suấ t và nhiệ t ộ ở mọi khu vực trong buồng cháy không hoàn toàn giống nhau, nên

có những khu vực nhiên liệu cháy chưa hết. Trong quá trình giãn nở, do iều kiện hòa trộn

thay ổi sẽ làm cho số nhiên liệu chưa cháy ược hòa trộn và bốc cháy tiếp tạo nên thời kỳ

cháy. Trong thời kỳ này, nhiệt lượng toả ra tương ối ít, dung tích xi lanh ộng cơ lại tăng

nhanh nên áp suất trong xi lanh anh sẽ giảm dần theo góc quay trục khuỷu. Thời kỳ cháy rớt

dài hay ngắn là phụ thuộc vào số lượng hòa khí cháy rớt, nhìn chung ều mong muốn rút ngắn

giai oạn cháy rớt. Nhưng cũng có trường hợp cháy rớt còn kéo dài sang cả quá trình thải,

thm chí ến khi bắt ầu quá trình nạp ca chu trình kế tiếp, khí cháy ang cháy còn chui vào

ường nạp ốt cháy hòa khí tại ây, ó là hiện tượng hồi hỏa ở ĐC-X (nổ trên ường ống nạp).

Nói chung thời kỳ cháy rớt ca ĐC-X ều ngắn.

Giai oạn này dài hay ngắn phụ thuộc vào mức ộ xoáy lốc ca khí ở cuối quá trình cháy,

thành phần , góc ánh lửa sớm. Giai oạn này kéo dài là bất lợi, nếu quá nhỏ hoặc quá lớn

ều làm cho giai oạn này kết thúc chm.

b. Những hiện tượng cháy không bình thường trong ĐC-X *

Cháy kích nổ

Khi cháy kích nổ ngoài việc gây tiếng gõ kim loại, do nhiệt ộ cao (có khu vực lên tới

4000

C), CO

và sản vt cháy còn bị phân hy thành CO và NO hoặc muội C v.v… làm xuất

hiện khói en và tàn than ỏ một cách gián oạn trong dòng khí xả. Do truyền ộng qua lại ca

sóng áp suất, kích nổ ã gây phá hoại bề mặt xi lanh, cũng như lớp dầu nhờn ph trên bề mặt

này. Kết quả sẽ làm tăng tản nhiệt cho thành xi lanh, làm tăng nhiệt các chi tiết trong buồng

cháy, hệ thống làm mát trở nên quá nóng, ồng thời gia tăng tổn thất nhiệt. Vì vy không cho

phép ộng cơ hoạt ộng lâu ở trạng thái này, nếu không chẳng những công suất, hiệu suất (tính

kinh tế) ca ộng cơ sẽ kém mà còn gây cháy pít tông, xu páp, làm hỏng bạc, phá vỡ lớp cách

iện ca bu gi v.v… Nhưng nếu chỉ cháy kích nổ nhẹ trong thời gian rất ngắn, sẽ không gây

tác hại rõ rệt ối với ộng cơ.

lOMoARcPSD|25865958

107

Hình 3.8. Cháy kch nổ ộng cơ xăng a)

Đồ thị p –V; b) Đồ thị p -

Các nhân tố gây ảnh hưởng ến cháy kích nổ: Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng tới kích

nổ. Để tiện phân tích có thể lý giải việc phát sinh kích nổ như sau: sau khi ã bt tia lửa iện,

màng lửa trung tâm bắt ầu lan truyền, ồng thời xy ra phản ứng phía trước màng lửa ca

phần hòa khí chưa cháy, những phản ứng trên là tiên ề chun bị phát hỏ a . Nếu gọi t

là thời

gian lan truyền màng lửa (tính từ lúc màng lửa trung tâm bắt ầu lan ến khi màng lửa lan hết

) và t

là quảng thời gian từ lúc màng lửa trung tâm bắt ầu lan, tới khi hòa khí chưa cháy

tự phát hỏa. Nếu t

< t

sẽ không có kích nổ, còn nếu t

> t

sẽ gây ra kích nổ. Như vy có thể

thấy rằng: bất kỳ một nhân tố nào làm giảm t

và làm tăng t

ều làm giảm khuynh hướng kích

nổ và ngược lại các nhân tố làm tăng t

, giảm t

ều làm tăng khuynh hướng kích nổ.

Vì vy có thể thấy rằng rút ngắn hành trình lan tràn màng lửa cũng như tăng tốc ộ lan

truyền màng lửa ều làm giảm t

; giảm nhiệt ộ hoặc tăng hàm lượng khí sót ca phần hòa khí

ở khu vực cuối hành trình màng lửa ều làm cho hòa khí trở thành quá m hoặc quá nhạt, gây

tác dụng tương tự như sử dụng nhiên liệu có số ôc tan cao, làm tăng t

. Có rất nhiều nhân tố

ể thực hiện các yêu cầu trên nhưng những nhân tố chính gồm: phm chất nhiên liệu (số ôc

tan), , cấu tạo V

, thời gian ánh lửa, thành phần hòa khí, và chế ộ làm việc ca ộng cơ thể

hiện qua tốc ộ và chế ộ tải ca ộng cơ… Khi ã chọn , thì trị số ôc tan có ảnh hưởng quyết

ịnh ối với sự phát sinh cũng như cường ộ ca cháy kích nổ.

* Cháy sớm (hoặc ánh lửa bề mặt): Cháy sớm xy ra trước khi bu gi bt tia lửa iện, làm

sai quy lut cháy bình thường ca ộng cơ. Có hiện tượng này vì xuất hiện những iểm hoặc

mặt nóng rực trong buồng cháy, phần lớn do muội than tích nhiệt trên tán xu páp thải hoặc

cực bu gi.

lOMoARcPSD|25865958

108

a) b)

Hình 3.9. Hiện tƣợng cháy sớm ộng cơ xăng

a) Cháy sớm; b) Nhiều chu trình cháy sớm liên tiếp

Đặc trưng bên ngoài ca hiện tượng cháy sớm cũng giống như cháy kích nổ, không

những gây tiếng gõ kim loại mạnh (tiếng gõ do cháy sớm tạo ra hơi trầm ục) mà còn làm cho

áp suất tăng cao, gây tăng phụ tải các chi tiết trong ộng cơ, rút ngắn tuổi thọ sử dụng, do ó

cũng là hiện tượng không mong muốn xảy ra trong ĐC-X. nhưng cháy sớm và cháy kích nổ

là hai hiện tượng khác nhau. Cháy sớm là do kết quả châm cháy ca hòa khí ca mộ t iểm

hoặc mộ t diện tích nhỏ nóng rực tạo ra, nói chung cháy sớm xuất hiện trước lúc bt tia lửa

iện, và không tạo ra sóng áp suất, còn cháy kích nổ là kết quả ca sự tự phát hỏa ca phần

hòa khí ở khu vực cuối hành trình màng lửa, khi màng lửa chưa lan tới, do bị chèn ép ngày

càng mạnh ca những phầ n môi chất ã cháy tạo ra; cháy kích nổ xuất hiện sau khi ã bt tia

lửa iện và cháy kích nổ tạo ra sóng áp suất truyền qua lại trong xi lanh ộng cơ.

Có rất nhiều nguyên nhân gây ra cháy sớm, như: cấu tạo ộng cơ (hình dạng buồng

cháy, tỷ số nén, vt liệu chế tạo…), tình trạng sử dụng, lọc nhiên liệu, loại dầu bôi trơn… tất

cả các yếu tố làm tăng áp suất và nhiệt ộ môi chất trong xi lanh, thúc y tạo muội than hoặc

hình thành các iểm, các bề mặt nóng rực bên trong V

ều là những nguyên nhân gây cháy

sớm.

Thực tế sử dụng ộng cơ cho thấy, các loại ộng cơ xăng ít cường hoá, thường ít xy ra

hiện tượng cháy sớm. Nhưng gần ây do sự phát triển ca ộng cơ xăng, xe du lịch công suất

lớn, tỷ số nén cũng như tốc ộ ộng cơ ược cường hoá nhiều thì xuất hiện nhiều vấn ề mới,

phần lớn ều liên quan ến hiện tượng cháy sớm, ược châm cháy qua các mặt hoặc các iểm

nóng rực trong buồng cháy. Các ộng cơ mà tỷ số nén vượt quá 9, khi xuất hiện các mặt nóng

rực trong xi lanh càng dễ xảy ra cháy sớm, mà cháy sớm là hay gián tiếp gây ra cháy kích

nổ, kích nổ lại xuất hiện thêm nhiều mặt nóng rực tạo nên cháy sớm mãnh liệt hơn. Hai hiên

tượng trên thúc y lẫn nhau tạo nên “kích nổ mạnh”, gây tiếng gõ anh sắc, nguy hại lớn hơn

kích nổ thông thường. Với ộng cơ tỷ số nén trên 9,5 chỉ cần xuất hiện một lớp muội than

mỏng trên ỉnh pít tông hoặc thành buồng cháy sẽ gây ra một loại ánh lửa bề mặt (cháy sớm)

lOMoARcPSD|25865958

109

khác làm cho tốc ộ tăng, áp suất gia tăng tạo nên tiếng gõ thấp tần khoảng 1.000Hz hình

thành hiện tượng “gõ nặng”. Hiện tượng “gõ nặng” thường xy ra ở tốc ộ cao, góc ánh lửa

sớm và hòa khí hơi m. Sau khi làm sạch lớp muội than có thể làm mất hiện tượng “gõ nặng”.

Với tỷ số nén cao hơn nữa, trong xi lanh dễ tạo nên hiên tượng hiện tượng ánh lửa bề mặt

ược gọi là hiện tượng “gõ ầm”, lúc ấy áp suất cực ại và tốc ộ tăng áp suất càng lớn hơn. Cũng

như hiện tượng “gõ nặng” kể trên, ó là tiếng gõ thấp tần nhưng mãnh liệt hơn so với: Gõ

nặng”. Người ta thường nhầm lẫn coi tiếng “gõ ầm” ch yếu do dao ộng ca trục khuỷu và

ca những chi tiết khác tạo ra. Hiện tượng: gõ ầm” thường xuất hiện khi chạy ở tốc ộ cao và

phụ tải lớn. Khác với hiện tượng “gõ nặng” kể trên, hiện tượng “gõ ầm” có thể xuất hiện khi

không có muội than trên thành buồng cháy.

Tất cả những hiện tượng “kích nổ nặng”, “gõ nặng”, “gõ ầm” kể trên ều gây tác dụng

phá hoại lớn ối vơí ộng cơ. Vì vy, có thể nói, hiện tượng châm cháy từ bề mặt nóng (cháy

sớm) cũng là một trở ngại chính ối với việc nâng cao tính năng ca ộng cơ xăng cần ược tiếp

tục nghiên cứu khắc phục trong tương lai.

Qua nghiên cứu thấy rằng: Đánh lửa bề mặt và tính chất ca nhiên liệu có quan hệ nhất

ịnh với nhau, ví dụ: Nâng cao trị số ôc tan bằng cách dùng nhiên liệu có nhiều thành phần

các bua thơm, măc dù chống kích nổ tốt, nhưng chống “gõ nặng” và “gõ ầm” lại rất kém.

Đăc biệt khi dùng xăng pha chì (têtraêtyl -i chì) thì khuynh hướng ánh lửa bề mặt càng lớn,

vì loại nhiên liệu này sẽ làm tăng hàm lượng muối chì chứa trong lớp muội than ọng trên

thành buồng cháy. Mối chì có thể kích thích phản ứng ô xi hoá ca cácbon. Thực nghiệm

còn phát hiện nếu nhiên liệu có thêm phụ gia chứa P (phốt pho) sẽ làm cho muối chì trở

thành muối phốt pho, và làm giảm khuynh hướng ánh lửa bề mặt. Tuy vy giải pháp trên sẽ

làm tăng nhiều giá thành nhiên liệu nên chưa thực hiên ược. * Những hiện tượng cháy không

bình thường khác

Rất khó tắt máy khi ngắt iện: tắt iện rồi ộng cơ vẫn làm việc một thời gian ở chế ộ

không tải, với tiếng gõ máy rất anh và không ổn ịnh. Hiện tương này xảy ra là do cao làm

cho hòa khí tự bốc cháy khi nén, vì p và T cuối kỳ nén ảm bảo cho thời gian cháy trễ ca hòa

khí ngắn hơn thời gian lưu lại ca hòa khí ở trạng thái chiụ nén trong xi lanh, khi n = 200 -

300 vg/ph. Nếu lấy khoảng thời gian chiụ nén ca hòa khí trong xi lanh tương ứng với thời

gian ca 40

góc quay trục khuỷu ( 20

về 2 phía ca ĐCT theo góc quay trục khuỷu thể

tích ít thay ổi) thì thời gian cháy trễ kể trên ca hòa khí không quá 30.10

-3

s; nếu dùng nhiên

liệu có ốc tan 60, thì tương ứng với nhiệt ộ nén khoảng 375

C, ở T này thời gian cháy trễ

không phụ thuộc vào p, vì vy ngay cả khi óng hết bướm ga, nếu nhiệt ộ cuối kỳ nén lớn hơn

375

C cũng không tắt máy ược.

Với cao, thì nhiệt ộ 375

C cuối kỳ nén có thể ạt ược ngay khi chạy ở tốc ộ thấp. Khi

chạy ở tốc ộ thấp, chuyển ộng rối ca hòa khí trong xi lanh rất yếu làm cho lớp hòa khí sát

với thành xi lanh có nhiệt ộ xấp xỉ nhiệt ộ vách, thường không nhỏ hơn 80

C hoặc 350K.

lOMoARcPSD|25865958

110

Nếu = 8 và chỉ số nén n

= 1,3 thì T

= 658K = 385

C. Như vy muốn tắt máy phải cắt

nhiên liệu nhờ một cơ cấu riêng trên bộ chế hò a khí.

Nổ trên ống xả: Là do có hiện tượng bỏ lửa ca một vài xi lanh, tạo nên sự tồn tại ca

hòa khí chưa cháy trên ường thải và trong bình tiêu âm, số hòa khí trên lại ược châm cháy

bởi khí thải ca các xi lanh khác, nếu hiện tượng cháy rớt ca các xi lanh này kéo dài tới ầu

quá trình thải. Như vy, về thực chất ca hiện tượng nổ trên ường thải là kết quả ca việc

bốc cháy ca số hòa khí tồn tại trên ường ống thải – Muốn khắc phục hiện tượng trên cần

iều chỉnh lại bộ c hế hò a khí ể khắc phục tình trạng hòa khí quá m hoặc quá loãng gây kéo

dài hiện tượng cháy rớt, ồng thời phải kiểm tra bảo dưỡng hệ thống ánh lửa nhằm khắc phục

hiện tượng bỏ lửa.

c. Những yếu tố chính ảnh hưởng ến quá trình cháy trong ộng cơ xăng

* Ảnh hưởng của chất lượng hòa khí ến quá trình cháy

Thành phần hòa khí: Quá trình cháy có thể cháy kiệt và kịp thời hay không phụ thuộc

vào tốc ộ lan truyền màng lửa. Nhân tố gây ảnh hưởng chính ến tốc ộ lan truyền màng lửa là

thành phần hòa khí.

Kết quả thực nghiệm cho thấy: thành phần hòa khí khác nhau sẽ cho tốc ộ lan tràn màng

lửa khác nhau, với = 0,85 – 0, 95 tốc ộ lan tràn màng lửa cao nhất, áp suất cực ại p

và

max

cũng lớn nhất, do ó công suất ộng cơ cao nhất. Thành phần trên ca hòa khí ược gọi là

thành phần công suất. Nếu hòa khí nhạt hơn (so với = 0,85 – 0, 95), tốc ộ lan tràn màng

lửa giảm bớt nên công suất ộng cơ giảm dần. Nhưng do nhiên liệu cháy kiệt hơn (vì có  O

)

nên hiệu suất cao hơn. Khi = 1,05 – 1,10 nhiên liệu cháy hoàn toàn, hiệu suất ạt cao nhất,

vì vy = 1,05 – 1,10 ược gọi là thành phần tiết kiệm. Tiếp tục làm nhạt hòa khí tức là khi

> 1,05 – 1,10, nếu có giải pháp thích hợp, ảm bảo cho hòa khí cháy kiệt, thì hiệu suất lợi

dụng nhiệt vẫn có thể tiếp tục tăng. Nhưng nói chung hòa khí càng nhạt, tốc ộ lan truyền

màng lửa càng giảm, tốc ộ cháy chm chạp, tăng phần cháy rớt, hiệu suất giảm. Nếu hòa khí

quá nhạt, thời gian cháy rớt sẽ kéo dài tới cuối kỳ thải có thể gây nên hiện tượng hồi hỏa.

Nếu hòa khí nhạt hơn nữa làm cho khoảng cách giữa các phần tử nhiên liệu quá lớn, khiến

màng lửa không thể lan tràn trong hòa khí, ộng cơ hoạt ộng không ổn ịnh thm chí gây bỏ

lửa và chết máy. Do ó = 1,3 – 1,4 là giới hạn ca thành phần hòa khí ảm bảo hòa khí có

thể lan truyền. Tương tự như vy nếu hòa khí có thành phần m hơn = 0,85 – 0, 95, do tốc

ộ lan tràn mang lửa giảm sút làm giảm công suất, và do nhiên liệu không cháy hết tăng lên,

nên làm tăng lượng nhiên liệu tiêu hao. Khi = 0,4 – 0,5 do thiếu ôxy trầm trọng, khiến hòa

khí không cháy ược, ó là giới hạn trên ca thành phần hòa khí ảm bảo cho màng lửa lan

truyền ược. Bên ngoài 2 giới hạn trên, màng lửa không lan truyền ược, tức là hòa khí sẽ

lOMoARcPSD|25865958

111

không cháy. Trong sử dụng thực tế ể ạt ộ tin cy ca ộng cơ khi hoạt ộng, thành phần hòa

khí thực tế thường nằm trong giới hạn từ 0,8 – 1,2.

Thành phần hòa khí cũng gây ảnh hưởng rõ rệt tới kích nổ. Khi hòa khi có = 0,85 –

0, 95 tốc ộ lan truyền mang lửa là lớn nhất và cho T và p cao nhất ở cuối kỳ cháy nhanh. Lúc

ấy thời gian cháy trễ ca số hòa khí ở cuối hành trình màng lửa cũng ngắn nhất, do ó với

= 0,85 – 0, 95 thì khuynh hướng gây kích nổ cũng lớn nhất. Khi xuất hiện kích nổ, bất kỳ

giải pháp nào làm cho hòa khí m lên hay nhạt i (làm tăng t

) ều có tác dụng iều khiển kích

nổ. Nhưng nếu iều khiển cho hòa khí m lên sẽ gây tốn nhiên liệu, làm nhạt hòa khí sẽ làm

giảm công suất ộng cơ.

Động cơ ô tô chỉ hoạt ộng ở tải nhỏ và vừa, chỉ khi lên dốc và khi cần khắc phục lực

cản lớn ca mặt ường mới cần phát công suất lớn nhất. Để thích ứng với iều kiện hoạt ộng

trên, hệ thống phun chính ca chế hòa khí cần cung cấp nhiên liệu có thành phần tiết kiệm

nhất. Chỉ khi gần với chế ộ toàn tải mới dùng cơ cấu làm m (cơ cấu tiết kiệm) cấp thêm

nhiên liệu ể cho hòa khí m lên tới thành phần cần thiết.

Phân phối hòa khí vào các xi lanh: Trong ộng cơ nhiều xi lanh chất lượng hòa khí còn

liên quan ến sự phân phối số lượng và thành phần hòa khí vào các xi lanh. Nếu phân phối

không ều về số lượng cũng như thành phần hòa khí thì các xi lanh ca ộng cơ không thể cùng

một lúc ều sử dụng hòa khí có thành phần công suất hoặc thành phần tiết kiệm nhất, do ó

làm giảm công suất và hiệu suất ộng cơ. Phân phối không ều là do hòa khí nặng khó bay hơi,

thành phần này lại dễ kích nổ, vì vy việc phân phối hòa khí không ều sẽ làm tăng khuynh

hướng kích nổ ở một vài xi lanh.

Trong ĐC-X, bay hơi ca nhiên liệu và hình thành hòa khí phần lớn ược thực hiện trên

ường nạp, vì vy việc phân phối ồng ều về số lượng cũng như thành phần hòa khí phụ thuộc

chính vào cấu tạo, tức là hình thức phân bố ường nạp.

* Ảnh hưởng của tới quá trình cháy, Gồm có: góc ánh lửa sớm vị trí ặt bu gi, loại bu gi,

năng lượng tia lửa iện…

Ảnh hưởng của góc ánh lửa sớm: Góc ánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn tới tính kịp thời

ca quá trình cháy. Giá trị tốt nhất ca góc ánh lửa sớm phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu,

tốc ộ và phụ tải ộng cơ. Nếu quá lớn, tức bt tia lửa iện quá sớm nên phần hòa khí bốc

cháy trước ĐCT, không những làm cho áp suất trong xi lanh tăng lên quá sớm, mà còn làm

tăng áp suất cực ại khi cháy, vì vy làm tăng phần công tiêu hao khi nén và làm giảm công

giãn nở ca khí cháy. Mặt khác do ánh lửa quá sớm làm cho nhiệt ộ ca hòa khí ca khu vực

cuối hành trình màng lửa tăng cao, qua ó làm tăng khuynh hướng kích nổ ca hòa khí. Khi

sử dụng nếu xy ra kích nổ có thể giảm góc ánh lửa sớm ể hạn chế kích nổ.

Nếu ánh lửa quá muộn quá trình cháy kéo dài sang thời kỳ giãn nở. 䄃Āp suất và nhiệt

ộ cao nhất khi cháy ều giảm làm giảm công suất và tính kinh tế ca ộng cơ. Góc ánh lửa hợp

lý, áp suất và nhiệt ộ cao nhất xuất hiện sau ĐCT khoảng 10 – 15 ộ góc quay trục khuỷu, quá

lOMoARcPSD|25865958

112

trình cháy tương ối kịp thời nhiệt lượng ược lợi dụng tốt nên tăng công suất và hiệu suất ca

ộng cơ. Góc ánh lửa tương ứng với công suất và hiệu suất cao nhất gọi là góc ánh lửa sớm

tối ưu.

Vị trí ặt bu gi: Vị trí ặt bu gi trong buồng cháy gây ảnh hưởng lớn tới khuynh hướng

kích nổ. Khoảng cách từ bu gi ến khu vực xa nhất ca buồng cháy càng dài (tức hành trình

màng lửa càng dài) thì khuynh hướng gây kích nổ càng tăng. Nếu ặt gần xu páp nạp, xa xu

páp xả sẽ làm tăng khả năng nâng cao nhiệt ộ ca khối hòa khí ở cuối hành trình màng lửa,

do nhiệt ộ lớn ca xu páp xả gây ra, vì vy làm tăng khuynh hướng kích nổ. Do ó nên ặt buzi

ở giữa buồng cháy và gần bộ phn nóng nhất sẽ rút ngắn hành trình màng lửa, giảm bớt nhiệ

t ộ ca hòa khí ở khu vực cuối màng lửa sẽ làm giảm khuynh hướng gây kích nổ. Vị trí bu

gi trong buồng cháy khác nhau sẽ òi hỏi số ôc tan khác nhau ca nhiên liệu.

Loại bu gi sẽ gây ảnh hưởng lớn ến tính năng của ộng cơ: Chọn loại bu gi phải phụ

thuộc vào trạng thái phụ tải nhiệt ca ộng cơ. Năng lực chụi phụ tải nhiệt ca bu gi ược gọi

là ặc tính nhiệt ca bu gi và ược thể hiện qua trị số nhiệt. Chọn úng loại bu gi, cần ảm bảo

cho ộng cơ làm việc tốt ở tốc ộ thấp và không ược tạo ra iểm nóng rực ể gây ánh lửa bề mặt

khi chạy ở tải lớ n. Thực nghiệm thấy rằng: nhiệt ộ phần ầu ca sứ cách iện phải nằm trong

phạm vi 580 - 850

C ộng cơ mới hoạt ộng bình thường, vì trong phạm vi nhiệt ộ ấy dầu nhờn

vào xi lanh và dính trên cực bu gi sẽ bị ốt cháy, làm giảm khả năng gây tích muội than tại

khe hở ca bu gi. Nếu thấp hơn 580

C sẽ gây tích than trên cực bu gi làm oãn mạch gây hiện

tượng bỏ lửa (không có tia lửa iện). Nếu nhiệt ộ lớn hơn 850

C sẽ làm cho cực bu gi trở

thành iểm nóng rực gây ánh lửa bề mặt, kết quả làm cháy cực bu gi và phá vỡ sứ cách iện,

vì vy phải giữ cho phần ầu sứ cách iện nằm trong phạm vi cho phép.

Nếu phần sứ cách iện tương ối dài, thì sứ cách iện dễ hấp thụ nhiệt, ngoài ra còn làm

tăng hành trình ường truyền nhiệt, gây khó tản nhiệt, vì vy khi hoạt ộng nhiệt ộ ầu sứ cách

iện tương ối lớn. Trị số nhiệt (thể hiện qua tản nhiệt) ca bu gi nhỏ, ược gọi là bu gi nóng.

Nếu phần ầu sứ cách iện ngắn, sẽ làm cho hành trình ường truyền nhiệt ngắn, dễ tản nhiệt.

Khi hoạt ộng ầu sứ cách iện hấp thụ nhiệt ít, tản nhiệt ược nhiều nên trị số nhiệt ca loại bu

gi này lớn, ược gọi là bu gi lạnh.

ĐC-X với lớn chạy ở n cao, có mức ộ cường hóa và có nhiệt ộ chu trình rất cao mà

thời gian tản nhiệt bu gi lại ngắn, nên cần chọn loại bu gi tương ối “lạnh”, nếu không sẽ gây

ánh lửa bề mặt. Với ộng cơ có nhỏ lại chạy ở tốc ộ thấp, nhiệt ộ chu trình không cao, có

thể chọn loại bu gi tương “ ối nóng”, nếu không sẽ gây tích muội than ở bu gi. Có thể phán

oán lựa chọn ặc tính nhiệt ca bu gi có phù hợp hay không qua các biểu hiện sau: Nếu trên

cực bu gi thường xuyên xuất hiện muội than gây hở iện hoặc oản mạch (bỏ lửa) thể hiện bu

gi quá “lạnh”. Nếu cực bu gi màu trắng ộng cơ hoạt ộng bình thường, liên tục, chứng tỏ nhiệt

ộ bu gi là phù hợp. Nếu bu gi có hiện tượng bị cháy hoặc có hiên tượng ánh lửa bề mặt,

chứng tỏ bu gi quá nóng.

lOMoARcPSD|25865958

113

Năng lượng ánh lửa: Muốn cho quá trình cháy ược thực hiện bình thường cần ảm bảo

tia lửa iện xuất hiện ở bu gi  năng lượng ể châm cháy hòa khí. Để ảm bảo ược iều này, ngày

nay hệ thống ánh lửa iện tử hiện ại có thể tạo ra iện áp thứ cấp lớn gấp vái chục lần hệ thống

ánh lửa cổ iển, với năng lượng tia lửa iện rất lớn tạo iều kiện cho quá trình châm cháy tối ưu.

* Ảnh hưởng của tốc ộ và phụ tải ến quá trình cháy

Ảnh hưởng của tốc ộ: Khi tăng tốc ộ ộng cơ, một mặt làm tăng tốc ộ dòng khí nạp vào

xi lanh, mặt khác làm tăng tốc ộ chuyển dịch ca pít tông làm tăng cường ộ dòng khí chèn

khi nén, vì vy ã cải thiện ược chất lượng hòa trộn hòa khí. Ngoài ra khi tăng n cũng làm

tăng nhiệt ộ hòa khí cuối kỳ nén, gia tăng quá trình chun bị cháy ca hòa khí, kết quả làm

tăng nhanh tốc ộ lan truyền màng lửa. Đó là một trong các tiền ề quan trọng ể phát triển ĐC-

X theo hướng cao tốc.

Do tăng tốc ộ ộng cơ sẽ làm giảm thời gian cháy trễ và thời gian cháy chính tính theo

giây, nhưng việc gia tốc quá trình cháy kể trên không bù trừ hết thời gian giảm sút ca mỗi

chu trình do tăng tốc ộ gây ra (thời gian tỷ lệ nghịch với n). Vì vy nếu tính thời kỳ cháy

theo góc quay trục khuỷu, thì nó sẽ tăng khi tăng tốc ộ ộng cơ.

Nếu giữ nguyên không thay ổi góc ánh lửa sớm sẽ có thể gây ra hiện tương kéo dài thời

kỳ cháy rớt qua quá trình giãn nở, làm giảm hiệu suất ộng cơ. Vì vy khi tăng n cần tăng góc

ánh lửa sớm.

Khi tăng n, sẽ làm tăng tốc ộ lan truyền màng lửa (giảm t

), mặt khác lại tăng M

, qua

ó làm giảm tốc ộ phản ứng ca hòa khí ca khu vực cuối hành trình màng lửa (tăng t

). Như

vy n càng lớn càng khó kích nổ.

Ảnh hưởng của tải: ĐC-X có bộ chế hòa khí sử dụng biện pháp iều chỉnh lượng hòa

khí ở tải nhỏ, óng bớt bướm ga, tạo cản trên ường nạp, qua ó làm giảm lượng hòa khí vào xi

lanh. Nhưng lúc ấy do lượng khí sót trong xi lanh thay ổi không nhiều, làm tăng hệ số khí

sót, qua ó làm gia tăng ộ loãng ca hòa khí và tăng thời gian cháy trễ, quá trình cháy trở nên

chm chạp, kết quả làm tăng thời gian quá trình cháy. Như vy, ở tải nhỏ cần tăng góc ánh

lửa sớm. Mặc dù tăng góc ánh lửa sớm không làm thay ổi tốc ộ cháy cũng như không thể rút

ngắn thời gian cháy, nhưng có thể giúp cho quá trình cháy ược thực hiện kịp thời ở khu vực

gần ĐCT. Trong hệ thống ánh lửa cổ iển, bộ tự ộng iều chỉnh góc ánh lửa sớm chân không

sẽ tự ộng tăng góc ánh lửa sớm khi càng óng nhỏ bướm ga.

* Ảnh hưởng của và loại buồng cháy tới quá trình cháy

Ảnh hưởng của : Khi tăng , T và áp suất cuối quá trình nén ều tăng, tạo iều kiện

tốt cho các phản ứng ôxi hóa ca hòa khí, nhờ ó sẽ rút ngắn thời kỳ cháy trễ và tăng tốc ộ

lan tràn màng lửa. Vì vy trong các ộng cơ có cao, thời gian cháy trễ t

(

), và thời gian

lan tràn màng lửa ều ược rút ngắn, áp suất cháy cực ại càng sát khu vực ĐCT,

lOMoARcPSD|25865958

114

tốc ộ tăng áp suất và p

max

ều lớn.

Ảnh hưởng của loại buồng cháy tới quá trình cháy: Loại buồng cháy và cách bố trí xu

páp có liên quan mt thiết với nhau. Buồng cháy càng nhỏ gọn và bố trí xu páp hợp lý sẽ làm

giảm hành trình màng lửa, do ó làm giảm thời gian quá trình cháy, nên làm giảm hiện tượng

cháy kích nổ.

3.4.2. Quá trình cháy trong ộng cơ diesel

a. Đặc iểm hình thành hòa khí trong ĐC-D

Quá trình cháy trong ĐC-D cũng có những òi hỏi tương tự như ĐC-X là: ảm bảo cho

nhiên liệu ược cháy kiệt, hóa năng ca nhiên liệu kịp thời biến thành nhiệt năng và từ nhiệt

năng biến thành cơ năng một cách hiệu quả nhất. Nhưng nhiên liệu ĐC-D là những thành

phần chưng cất nặng, vì vy sự hình thành hòa khí trong ĐC-D rất khác biệt với ĐCX. Nhiên

liệu diesel có ộ nhớt lớn, khó bay hơi, nên phải dùng biện pháp phun tơi nhiên liệu dưới áp

suất lớn vào môi trường có áp suất cao, nhiệt ộ lớn ca khí nén trong V

ở cuối kỳ nén, làm

cho hòa khí hình thành trực tiếp trong xi lanh. Sau ó hòa khí cũng qua những giai oạn phản

ứng hóa học phức tạp và tự bốc cháy. Do cuối kỳ nén mới phun nhiên liệu vào xi lanh nên

quá trình hình thành hòa khí rất ngắn, chỉ chiếm khoảng 15 -35

góc quay trục khuỷu, do ó

hòa khí có thành phần không ồng nhất trong V

ca ộng cơ. Mặt khác không thể cấp hết

nhiên liệu cùng một lúc, do ó trong suốt thời gian cấp nhiên liệu, thành phần hòa khí trong

xi lanh cũng biến ộng liên tục. Tại khu vực hòa khí m, nhiên liệu do thiếu ôxi nên hòa khí

m, thm chí gây cháy không kiệt tạo nên khói en trong khí xả, còn khu vực hòa khí nhạt

gây nên tình trạng không tn dụng hết ôxy. Vì vy ĐC-D chỉ có thể hoạt ộng bình thường

không thải khói en, khi giá trị trung bình ca > 1, nghĩa là trong tình trạng không sử dụng

hết ôxi nạp vào ộng cơ. Với > 1 vẫn còn hiện tượng cháy không kiệt, ó là một trong những

vấn ể chính cần giải quyết ể nâng cao tính năng ộng lực và tính năng kinh tế ca ộng cơ.

Như vy muốn nâng cao tính năng ca ộng cơ cần phải ảm bảo nạp nhiều nhất không

khí mới vào xi lanh, phải nâng cao hết mức hiệu suất sử dụng số không khí này, có nghĩa là

phải ảm bảo cho nhiên liệu cháy kiệt với nhỏ nhất và quá trình cháy kết thúc gần ĐCT.

Do ó, hình thành hòa khí và bốc cháy nhiên liệu là vấn ề then chốt quyết ịnh tính năng ộng

lực và tính năng kinh tế ca ộng cơ diesel.

b. Diễn biến của quá trình cháy trong ĐC-D

Nhiên liệu ược phun vào xi lanh ộ ng cơ vào cuối kỳ nén, do lực cản không khí nén

trong buồng cháy, nhiên liệu ược xé tơi thành những hạt nhỏ không ều về kích thước và phân

bố không ều trong không gian V

. Các hạt nhiên kiệu trong môi trường có nhiệt ộ cao ược

sấy nóng nhanh, khiến nhiệt ộ tăng cao. Nhiên liệu bắt ầu bay hơi từ bề mặt hạt sau ó hơi

nhiên liệu khuyếch tán nhanh vào khối không khí nóng xung quanh, sau một thời gian xung

lOMoARcPSD|25865958

115

quanh hạt nhiên liệu tạo ra các lớp hỗn hợp ca hơi nhiên liệu với không khí ược gọi là các

lớp hòa khí.

lOMoARcPSD|25865958

116

Hình 3.10. Đồ thị khai triển quá trình cháy ộng cơ diesel

g- Quy lut cấp nhiên liệu

Q- Quy lut nhiệt lượng cấp cho chu trình dQ/dt

– Quy lut tốc ộ toả nhiệt

T – Quy lut thay ổi T

Cũng như hòa khí trong ĐC-X, thành phần hòa khí trong ĐC-D cũng có giới hạn trên

và giới hạn dưới, trong phạm vi giới hạn ấy hòa khí có thể thực hiện các phản ứng ôxy hóa

ể tự phát hỏa và bốc cháy. Còn nếu thành phần hòa khí nằm ngoài giới hạn sẽ không tự phát

hỏa và bốc cháy.

Vì những lý do phân tích trên, trong ĐC-D quá trình cháy kém mãnh liệt hơn ĐC-X,

do không có các quá trình chun bị hỗn hợp khí công tác như trong ĐC-X tức là quá trình

cháy hỗn hợp không ồng nhất. Quá trình cháy chia ra 4 giai oạn:

* Giai oạn 1: Thời kỳ cháy trễ - Giai oạn chun bị các trung tâm cháy.

lOMoARcPSD|25865958

117

Là khoảng thời gian nhiên liệu bắt ầu phun vào V

(tại iểm1) cho ến lúc phát hỏa bốc

cháy, áp suất tăng rõ rệt ( iểm 2) tức là iểm ường cong cháy tách khỏi ường cong nén, gọi là

giai oạn cháy trễ. Giai oạn này có những ặc iểm sau:

- Tốc ộ phản ứng hóa học tương ối chm, sản vt ca phản ứng là sản vt trung gian.

- Nhiên liệu phun liên tục vào buồng cháy, ở giai oạn này khoảng 30 -40%g

, một vài

loại ộng cơ cao tốc cá biệt có thể phun 100%g

trong thời kỳ này.

- Do tốc ộ toả nhiệt dQ/dt rất thấp nên có thể coi không có sự khác biệt ca biến thiên

p = f( ) và T = f( ) so với ường nén.

Thời kỳ này ở ĐC-D, trên một chừng mực nào ó, cũng giống như thời kỳ cháy trễ trong

ĐC-X, ch yếu là ể hình thành nguồn lửa ảm bảo cho quá trình cháy ược phát triển ra toàn

bộ V

. Nhưng thời kỳ này ca ĐC-X ch yếu là phụ thuộc vào việc chun bị phản ứng hóa

học ca hòa khí còn ĐC-D ngoài việc phải chun bị cần thiết cho phản ứng hóa học còn phải

phân bố nhiên liệu trong không gian V

, sấy nóng các hạt nhiên liệu làm cho nhiên liệu bay

hơi và khuyếch tán… vì vy càng có nhiều yếu tố ảnh hưởng ến thời kỳ này.

* Giai oạn 2: Thời kỳ cháy nhanh - Giai oạn phát triển những trung tâm cháy và lan

tràn màng lửa tính từ iểm 2 ến khi ạt p

max

( iểm 3). Ở ộng cơ cao tốc p

= p

max

thường xuất

hiện ở vị trí 6 – 10

góc quay trục khuỷu sau ĐCT. Đặc iểm ca thời kỳ này là:

- Nguồn lửa ược hình thành, tốc ộ cháy tăng nhanh, tốc ộ tỏa nhiệt dQ/dt thường lớn nhất; ở

cuối kỳ này số nhiên liệu cháy khoảng 1/3 g

- 䄃Āp suất và nhiệt ộ tăng nhanh, áp suất cao nhất tới 6 - 9 (MPa), tại iểm 3.

- Nhiên liệu ược phun tiếp vào buồng cháy (số nhiên liệu phun vào thời kỳ này phụ thuộc

vào ộ dài ngắn ca thời gian cháy trễ và thời gian phun nhiên liệu ca chu trình) làm tăng

nồng ộ ca hòa khí.

p p

Trong thời kỳ cháy nhanh, tốc ộ tăng áp suất rất lớn. Nếu vượt quá (4 –

6)10

Pa/ ộ sẽ tạo nên các xung áp suất p vào bề mặt các chi tiết trong buồng cháy, gây tiếng

gõ anh, sắc ó là chế ộ hoạt ộng thô bạo ca ĐC-D, sẽ làm cho các chi tiết ộng cơ chịu tải lớn,

dễ hỏng và rút ngắn tuổi thọ, ồng thời gây khó khăn cho việc iều khiển ộng cơ, do vy cần

tìm biện pháp hạn chế hiện tượng trên.

Đây là giai oạn tăng áp suất mãnh liệt, tốc ộ toả nhiệt là lớn nhất, áp suất tăng lên rất

mạnh, nhiên liệu vẫn tiếp tục cung cấp. Cuối giai oạn này áp suất lớn nhất ạt tại iểm 3. Để

ánh giá chất lượng và mức ộ mãnh liệt ca giai oạn này, người ta ưa ra tốc ộ tăng áp trung

bình ca áp suất pso với góc quay trục khuỷu .

lOMoARcPSD|25865958

118

p p p

; (3.68)

- W

ặc trưng cho khả năng làm việc êm dịu ca ộng cơ.

Nhiệt lượng toả ra trong giai oạn này khoảng 30 - 45% ca tổng nhiệt lượng sinh ra

trong quá trình cháy. Nhiệt ộ khoảng 1.600 - 1.700K, 䄃Āp suất khoảng 6,5 - 8,5 MN/m

Nếu thời kỳ cháy trễ kéo dài, và số lượng nhiên liệu phun vào xi lanh ở thời kỳ trên

rất nhiều và ều ược chun bị ầy  ể cháy thì chỉ cần một nơi nào ó phát hỏa, màng lửa sẽ lan

nhanh ến mọi nơi trong buồng cháy. Tốc ộ cháy rất lớn, do ó tăng tốc ộ gia tăng áp suất, hoạt

ộng ca ộng cơ trở nên thô bạo rất khó iều khiển trực tiếp tốc ộ cháy ca thời kỳ cháy nhanh,

nhưng có thể iều khiển một cách gián tiếp thông qua việc giảm bớt g

cấp cho ộng cơ trong

thời kỳ cháy trễ. Vì vy có thể thấy, iều khiển thời kỳ cháy trễ có ảnh hưởng rất quan trọng

tới quá trình cháy ca ĐC-D, Tuy nhiên tính năng ộng lực và tính năng kinh tế ca ĐC-D

hoạt ộng thô bạo chưa chắc ã kém.

* Giai oạn 3: Giai oạn cháy chính ca hỗn hợp khí công tác (hoặc cháy chm) tính từ

iểm 3 ến iểm 4 ( iểm ạt nhiệt ộ lớn nhất). Điểm ạt nhiệt ộ lớn nhất thường xuất hiện sau ĐCT

khoảng 20 - 25

góc quay trục khuỷu. Đặc iểm thời kỳ này là:

- Quá trình cháy tiếp diễn với tốc ộ cháy lớn, cuối thời kỳ này số nhiệt lượng nhả ra

khoảng 70 – 80% nhiệt lượng cấp cho chu trình.

- Trong thời kỳ này, thông thường ã kết thúc phun nhiên liệu, do sản vt cháy tăng

nhanh làm giảm nồng ộ ca nhiên liệu và ôxy.

- Nhiệt ộ tăng nhanh ến giá trị lớn nhất (1.700 – 2.000

C), nhưng do pít tông ã bắt ầu

i xuống nên áp suất hơi giảm xuống.

- Nồng ộ sản vt trung gian trong buồng cháy giảm nhanh, còn nồng ộ ca sản vt cháy

cuối cùng tăng nhanh.

Ở thời kỳ này, mới ầu tốc ộ cháy rất lớn, sau ó do lượng ôxy trong buồng cháy giảm

dần, sản vt cháy tăng lên nhiều, iều kiện cháy trở nên không lợi vì vy cuối thời kỳ tốc ộ

cháy càng chm. Trong thời kỳ này một số ít nhiên liệu ược cháy trong iều kiện rất nóng và

thiếu ôxy và cháy không hết tạo ra muội than theo khí xả ra ngoài gây ô nhiễm môi trường.

Vì vy vấn ề chính ca thời kỳ cháy chm là mâu thuẫn giữa tốc ộ cháy và tốc ộ hình thành

hòa khí. Nếu tăng cường cung cấp ôxy cho nhiên liệu ể cải thiện chất lượng hình thành hòa

khí sẽ làm tăng tốc ộ cháy, rút ngắn thời kỳ cháy chm làm cho nhiên liệu cháy hoàn toàn,

nâng cao thêm tính năng ộng lực và tính năng kinh tế ộng cơ.

Trong giai oạn này việc cung cấp nhiên liệu vào xi lanh cơ bản là chấm dứt, tiếp tục

cháy phần nhiên liệu chưa cháy kịp ở giai oạn 2 mới phun vào do thiếu ôxy, lẫn khí trơ (sản

vt cháy) do ó tốc ộ toả nhiệt thấp. Nhưng nhiệt lượng toả ra ở giai oạn này là lớn nhất

(khoảng 45 - 50%) so với nhiệt lượng toả ra do sự cháy ca nhiên liệu, áp suất giảm do thể

lOMoARcPSD|25865958

119

tích tăng, nên nhiệt lượng tỏa ra trong giai oạn 3 không tham gia hết vào quá trình giãn nở,

nên nếu kéo dài thì hiệu quả sử dụng nhiệt thấp.

* Giai oạn 4: Giai oạn cháy rớt hỗn hợp còn sót lại. Bắt ầu từ iểm 4 ( iểm ạt T

max

) cho

ến thời iểm kết thúc quá trình cháy 5. Đây là giai oạn cháy hết phần nhiên liệu còn sót lại ở

giai oạn trước và ược tiến hành trên ường giãn nở. Kết thúc giai oạn này hệ số toả nhiệt ạt

ến 95 - 97%. Trên thực tế iểm 5 có thể kéo dài tới lúc mở cửa thải. Trong ộng cơ cao tốc thời

kỳ này chiếm khoảng 50% thời gian hình thành hòa khí và cháy ca chu trình. Đặc iểm ca

thời kỳ này là:

- Tốc ộ giảm dần tới kết thúc cháy, do ó nồng ộ nhả nhiệt dQ/dt cũng giảm dần tới không.

- Do thể tích môi chất trong xi lanh tăng dần nên áp suất và nhiệt ộ ều hạ thấp.

Ở thời kỳ cháy rớt, do á p suấ t và nhiệ t ộ môi chất trong xi lanh ều hạ thấp, chuyển

ộng ca dòng khí yếu dần, sản vt cháy tăng nhiều làm cho iều kiện cháy ca nhiên liệu kém

hơn so với thời kỳ cháy chm, khả năng hình thành muội than càng lớn, mặt khác trong thời

kỳ cháy rớt, sự cháy lại diễn ra trong thời kỳ giãn nở, vì vy phần nhiệt lượng nhả ra trong

thời kỳ này chuyển thành công ít hiệu quả hơn các thời kỳ trước. Ngược lại nó còn làm tăng

phụ tải nhiệt các chi tiết ca ộng cơ, tăng nhiệt ộ khí thải và tăng tổn thất nhiệt truyền cho

nước làm mát làm giảm tính năng ộng lực và tính kinh tế ộng cơ. Do ó luôn luôn mong muốn

giảm thời kỳ cháy rớt tới mức ngắn nhất. Muốn vy phải tăng cường chuyển ộng xoáy lốc

dòng khí trong V

ộng cơ, cải thiện chất lượng hình thành hòa khí làm cho nhiên liệu và

không khí hòa trộn tốt với nhau, ồng thời giảm lượng nhiên liệu phun vào xi lanh trong giai

oạn 3, làm cho quá trình cháy về cơ bản kết thúc ở sát ĐCT.

Như vy, muốn cho ĐC-D hoạt ộng tin cy ( ặc biệt là khi khởi ộng lạnh), cần phải ảm

bảo cho nhiên liệu có iều kiện tốt ể phát hỏa; muốn cho ộng cơ chạy êm, ít ồn có tuổi thọ cao

thì tốc ộ tăng áp suất và áp suất cực ại ca thời kỳ cháy nhanh không vượt quá giới hạn cho

phép, phải tìm mọi cách rút ngắn thời kỳ cháy trễ, giảm số hòa khí ược hình thành và chun

bị tốt trong thời kỳ này; muốn cho nhiên liệu ược cháy kiệt, kịp thời nâng cao tính năng ộng

lực và tính kinh tế ộng cơ, giảm khói en, cần cải thiện và tăng cường hòa trộn giữa nhiên liệu

và không khí trong thời kỳ cháy rớt.

c. Ảnh hưởng của những yếu tố chính tới quá trình cháy của ĐC-D

Có nhiều nhân tố gây ảnh hưởng tới quá trình cháy, ch yếu là: tính chất nhiên liệu, tỷ

số nén, quy lut phun nhiên liệu và góc phun sớm, tốc ộ và phụ tải…

* Ảnh hưởng của tính chất nhiên liệu: Nếu các iều kiện khác như nhau, cứ tăng thích

áng số xêtan ca nhiên liệu sẽ rút ngắn thời kỳ cháy trễ. Nếu dùng nhiên liệu có số xêtan nhỏ

sẽ kéo dài thời kỳ cháy trễ, làm cho thời kỳ cháy nhanh nên áp suất tăng nhanh, ộ ng cơ là

m việ c có tiế ng gõ . Như vy cần dùng nhiên liệu có số xêtan tương ối cao. ĐC-D cao tốc

thường dùng nhiên liệu có số xêtan khoảng 40 – 45.

lOMoARcPSD|25865958

120

* Ảnh hưởng của : Động cơ diesel cần ảm bảo cho nhiên liệu tự bốc cháy trong iều

kiện sử dụng, muốn vy nhiệt ộ môi chất cuối quá trình nén, phải vượt quá nhiệt ộ phát hỏa

tự cháy ca hòa khí lúc ó (khoảng 300

C), muốn vy phải có  lớn.

Tăng tỷ số nén sẽ làm tăng á p suấ t và nhiệ t ộ cuối quá trình nén, làm tăng tốc ộ sấy

nóng, bay hơi và phản ứng hoá học, rút ngắn thời kỳ cháy trễ, nên tốc ộ tăng áp suất và thời

kỳ cháy nhanh tương ối thấp, iều ó rất thun lợi cho việc phòng ngừa hoạt ộng thô bạo ca

ộng cơ. Nhìn chung nâng cao , rất có lợi ể cải thiện việc khởi ộng lạnh ca ộng cơ, nhưng

nếu dùng lớn quá, p

max

ca chu trình sẽ tăng lên quá nhiều, làm tăng quá mức phụ tải ca

cơ cấu khuỷu trục thanh truyền, gây ảnh hưởng ến tuổi thọ ca ộng cơ.

Do ó việc chọn cho ĐC-D cần dựa vào iếu kiện sử dụng cụ thể. Đối với ộng cơ có

ường kính xi lanh nhỏ do F

lớn, dễ tản nhiệt, cần chọn hơi cao, lúc ấy phụ tải ca cơ

cấu khuỷu trục thanh truyền không lớn lắm vì diện tích ỉnh pít tông nhỏ, ộng cơ có buồng

cháy dự bị và buồng cháy xoáy lốc do diện tích tản nhiệt lớn, cũng cần chọn hơi cao. ĐC-

D cao tốc do yêu cầu ca hình thành hòa khí và ca khởi ộng lạnh cũng chọn hơi cao, ể

áp suất và nhiệt ộ cuối kỳ nén  lớn giúp khởi ộng lạnh và hình thành hòa khí dễ dàng và

nhanh.

Ví dụ:

- Hiện nay một trong các ộng cơ có tốc ộ cao nhất, dùng V

xoáy lốc D = 75mm,

n = 5000 vg/ph với = 22,3.

- Với ĐC-D dùng cho ôtô du lịch, thường xuyên hoạt ộng ở tải vừa và nhỏ,

phải khởi ộng thường xuyên nên cần phải chọn tỷ số nén tương ối cao.

- Còn ộng cơ máy kéo thường xuyên hoạt ộng ở tải lớn nên chọn thấp, nhằm

tránh không ể áp suất cực ại quá lớn.

- Đối với ộng cơ tăng áp ể giảm nhẹ phụ tải cơ khí cho các chi tiết máy, cần

giảm nhỏ , qua ó hạn chế áp suất cực ại khi cháy.

Tóm lại, chọn cho ĐC-D cần dựa vào yêu cầu ca khởi ộng lạnh, cấu tạo ộng cơ và

tình hình sử dụng thực tế, trong iều kiện có thể cần chọn nhỏ nhất ể giảm p

max

khi cháy.

* Ảnh hưởng của quy luật cấp nhiên liệu: Với lượng nhiên liệu cấp cho xi lanh như

nhau, nếu rút ngắn thời gian cung cấp sẽ làm tăng lượng nhiên liệu phun vào xi lanh trong

thời kỳ cháy trễ, làm cho tốc ộ tăng áp suất ca thời kỳ cháy nhanh tăng cao, rút ngắn thời

lOMoARcPSD|25865958

121

gian cháy làm tăng công suất và hiệu suất ộng cơ, hoạt ộng ca ộng cơ tương ối thô bạo. Do

ó có thể nói, thay ổi quy lut phun nhiên liệu là một biện pháp hữu hiệu dùng ể kiềm chế

hoạt ộng thô bạo ca ộng cơ và iều chỉnh hiệu suất.

* Ảnh hưởng của góc phun sớm: Tăng góc phun sớm, do nhiên liệu phun vào khối

không khí có áp suất và nhiệt ộ không lớn nên kéo dài thời gian cháy trễ làm cho tốc ộ tăng

áp suất

và áp suất p

tăng cao, ộng cơ làm việc có tiế ng gõ . Nhưng nếu phun

nhiên liệu muộn quá, quá trình cháy kéo dài qua thời kỳ giãn nở, do ó làm giảm và

áp

suất p

, tăng nhiệt ộ khí xả, tăng tổn thất nhiệt cho nước làm mát và giảm hiệu suất ca ộng

cơ. Do ó mỗi loại ộng cơ ều có góc phun sớm tốt nhất và ược lựa chọn theo thực nghiệm.

Góc phun sớm tốt nhất phụ thuộc vào loại buồ ng chá y ca ộng cơ, các loại buồ ng

cháy phun trực tiếp, góc phun sớm tốt nhất nằm trong giới hạn 25 – 35

góc quay trục khuỷu,

các loại buồng cháy ngăn cách (dự bị, xoáy lốc), góc phun sớm tốt nhất nhỏ hơn, khoảng 15

– 20

góc quay trục khuỷu.

* Ảnh hưởng của chất lượng phun sương: Trong ĐC-D, nhiên liệu có cháy kiệt và kịp

thời hay không, phụ thuộc rất nhiều vào việc phun tơi nhiên liệu, vì nếu nhiên liệu không

ược phun tơi và phân bố không ều trong không gian buồ ng chá y sẽ gây khó khăn cho sự

hình thành hòa khí, kéo dài thời gian cháy rớt, làm giảm công suất và hiệu suất ộng cơ, ngoài

ra còn thải khói en gây ô nhiễm môi trường, tích muội than trên thành buồng cháy làm cho

ộng cơ hoạt ộng không bình thường. Nếu chất lượng phun sương tốt sẽ làm tăng nhanh tốc

ộ hình thành hòa khí, rút ngắn quá trình cháy làm cho nhiên liệu cháy kiệt và cháy kịp thời,

chất lượng phun sương có tác dụng quan trọng ối với ĐC -D dùng buồ ng cháy thống nhất.

* Ảnh hưởng của iều kiện nạp và thải: 䄃Āp suất và nhiệ t ộ không khí vào i vào xi

lanh ộng cơ quyết ịnh trạng thái môi chất trong xi lanh trong quá trình nén. Nếu tăng áp, áp

suất và nhiệt ộ môi chất i vào xi lanh ều tăng, do ó làm tăng á p suấ t và nhiệ t ộ

môi chất cuối thời kỳ nén và nhờ ó cải thiện môi trường hình thành hòa khí, làm giảm

thời gian cháy trễ và rút ngắn thời gian ca quá trình cháy, kết quả sẽ làm giảm , giảm

cháy rớt nhưng làm tăng chút ít p

vì p

cao hơn.

䄃Āp suất trên ường thải tăng lên do cản ca ường thải gây ra, sẽ làm tăng số lượng khí

sót và hệ số khí sót ca môi chất công tác, vì vy sẽ làm giảm hệ số nạp. Nếu không thay ổi

lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình thì tình trạng trên sẽ thay ổi thành phần hòa khí,

lượng ô xi bị thiếu làm kéo dài thời gian ca quá trình cháy.

lOMoARcPSD|25865958

122

* Vật liệu làm pít tông và xi lanh: Nếu dùng vt liệu bằng gang, bề mặt pít tông và xi

lanh sẽ nóng hơn so với trường hợp dùng hợp kim nhôm vì gang hấp thụ nhiệt nhanh, tản

nhiệt chm hơn so với hợp kim nhôm. Kết quả dùng vt liệu bằng gang sẽ rút ngắn thời

gian cháy trễ và do ó làm giảm và p

* Ảnh hưởng của tốc ộ n và phụ tải ộng cơ: Khi tăng tố c ộ ộ ng cơ , cường ộ chuyển

ộng ca dòng khí trong xi lanh ược tăng cường, ồng thời còn làm tăng áp suất phun, cải thiện

tốt hơn iều kiện hình thành hòa khí, vì vy nếu tính theo giây thì khi tăng n sẽ làm giảm thời

gian cháy trễ t

(s), nhưng do thời gian thực hiện một chu trình bị giảm nhiều khi tăng n, vì

vy thời gian cháy trễ thể hiện bằng góc quay trục khuỷu

(

6nt

)

thì khi tăng

n, i

sẽ hơi tăng. Do ó òi hỏi khi tăng n phải tăng góc phun sớm, ể ảm bảo cho hòa khí bốc

cháy úng lúc gần khu vực ĐCT. Vì vy ĐC-D lắp trên ô tô và một số thiết bị òi hỏi n thay ổi

trong một phạm vi rộng, cần lắp bộ tự ộng thay ổi góc phun sớm khi tăng n. ĐC-D có buồng

cháy xoáy lốc, khi tăng tốc ộ thì cường ộ xoáy lốc ca dòng khí tăng lên nên làm cho t

giảm

nhiều, lúc ấy về cơ bản

thay ổi ít, vì vy ĐC -D dùng buồ ng chá y xoáy lốc thường không

lắp bộ iều chỉnh góc phun sớm.

Tăng tải sẽ làm tăng nhiệt ộ ộng cơ, cải thiện iều kiện chun bị cháy, vì vy sẽ rút ngắn

ược thời kỳ cháy trễ. Nhưng do tăng g

và do tăng thời gian phun nên thời gian ca toàn bộ

quá trình cháy thường dài thêm.

3.4.3. Các thông số trong quá trình cháy

a. Quan hệ giữa các thông số ở ầu và cuối quá trình cháy:

Quan hệ các thông số ca môi chất trong xi lanh ở ầu và cuối qúa trình cháy ược xác

lp theo phương trình trạng thái và các phương trình ca các quá trình.

Trạng thái môi chất tại c ở cuối quá trình nén ược coi là trạng thái ầu quá trình cháy.

Các thông số ca môi chất tại iểm c gồm p

, V

, T

và m

, trong ó m

= g

(1 +

); M

– lượng môi chất mới ca 1kg nhiên liệu;

- hệ số khí sót.

Phương trình trạng thái ca môi chất tại c:

pcVc = 8314.gct.M1(1

).Tc (3.69)

Cuối quá trình cháy, tại z, các thông số ca trạng thái môi chất gồm có p

, V

, T

và m

trong ó:

= g

= g .

ct z

.M (1

); (3.70)

lOMoARcPSD|25865958

123

– toàn bộ môi chất tại z ứng với 1 Kg nhiên liệu;

- hệ số biến ổi mol tại z, (

M M

Phương trình trạng thái môi chất tại z: p

= 8314. g .

ct z

.M (1

1 r

) .T

;

(3.71) Lấy phương trình trạng thái tại z chia cho phương trình trạng thái tại c ược:

p .V

; (3.72)

p .Vcc Tc

Biết rằng:

- tỷ số tăng áp;

- tỷ số giãn nở khi cháy. Vì vy ối với pc

ĐC-D (chu trình cấp nhiệt hỗn hợp) ta ược:

(3.73)

Đối với ĐC-X (chu trình cấp nhiệt ẳng tích),

=1, ta ược:

(3.74)

b. Các thông số cơ bản của quá trình cháy:

- Để thun tiện cho tính toán thực tế, coi ộng cơ xăng, quá trình cháy thực hiện ch

yếu ở thời kỳ cháy nhanh trong buồ n g chá y tại khu vực ĐCT, do ó coi quá trình cháy là

quá trình ẳng tích (quá trình cháy thực hiện nhanh ến mức pít tông chưa kịp chuyển dịch),

trong quá trình này toàn bộ nhiệt lượng tỏa ra chỉ kịp làm tăng nội năng môi chất và một

phần nhỏ mất mát cho nước làm mát.

- Đối với ộng cơ diesel, về mặt nhiệt ộng quá trình cháy ch yếu thể hiện qua hai thời

kỳ: cháy nhanh và cháy chính. Khi tính thời kỳ cháy nhanh ược thay bằng ường ẳng tích CZ

‟

còn thời kỳ cháy chính ược thay bằng ường ẳng áp Z

‟

Z. Như vy nhiệt lượng do nhiên liệu

bốc cháy nhả ra trong quá trình cháy ca ộng cơ diesel chẳng những ược dùng kịp thời ể

nâng cao nội năng ca môi chất (một phần nhỏ mất mát cho nước làm mát), mà còn ược

dùng ể thực hiện một phần công ở giai oạn cháy ẳng áp.

lOMoARcPSD|25865958

124

Quá trình cháy ca ộng cơ trong thực tế bao giờ cng có những tổn thất do nhiên liệu

cháy chưa kiệt, do phân giải ca sản vt cháy và do tản nhiệt cho nước làm mát.

- Nhiên liệu cháy chưa kiệt là hiện tượng phổ biến ở mỗi loại ộng cơ, ược thể hiện

dưới các dạng sau: Một phần nhiên liệu không kịp cháy trong các thời kỳ cháy nhanh và

cháy chính trong sản vt cháy có khói en (muội than), các sản vt trung gian chưa cháy kiệt.

- Phân giải ca sản vt cháy xuất hiện khi nhiệt ộ cháy vượt quá 2000

K, ặc biệt là quá

trình cháy ca ộng cơ xăng, nhiệt phân giải không bị mất hoàn toàn. Các sản vt phân giải

sẽ tái hợp trở lại trên ường giãn nở khi nhiệt ộ môi chất giảm xuống. Số nhiệt lượng nhả ra

khi tái hợp sẽ ược chuyển biến thành công, nhưng ít hiệu quả hơn so với nhiệt lượng nhả ra

ầu quá trình cháy. Vì vy phân giải sẽ làm giảm nhiệt lượng cấp cho chu trình ở giai oạn ầu

quá trình cháy.

Dùng hệ số tỏa nhiệt x ể chỉ tỷ số giữa phần nhiệt lượng do số nhiên liệu ã kịp cháy tỏa

ra tại thời iểm xét so với toàn bộ nhiệt lượng ca số nhiên liệu cấp cho chu trình.

g Q

(3.75)

g Qct . T

Trong ó:

– lượng nhiên liệu cấp cho chu trình (kg/chu trình);

– nhiệt lượng ca một kg nhiên liệu (J/kg nhiên liệu);

– nhiệt lượng ca phần nhiên liệu chưa cháy trong chu trình;

– nhiệt lượng do phân giải sản vt cháy.

Với 1 có: Q

= Q

(nhiệt trị thấp ca nhiên liệu)

1 có: Q

= Q

- Q Trong

ó:

– là phần tổn thất nhiệt tất yếu do thiếu ôxi.

= 120.10

(1 - )M

(J/Kg nhiên liệu)

Hệ số x là biến số trong suốt quá trình cháy, phụ thuộc tính hoàn thiện ca quá trình

và biến ộng từ x = 0 ( ầu quá trình cháy) ền x = 1 (cuối thời kỳ cháy rớt).

Ngoài tổn thất Q

, Q

còn có tổn thất nhiệt cho nước làm mát Q

, các phần tổn thất

này cũng thay ổi liên tục trong quá trình cháy và quá trình giãn nở.

lOMoARcPSD|25865958

125

Người ta còn dùng hệ số lợi dụng nhiệt ể chỉ phần nhiệt ược dùng cho việc nâng

cao nội năng ca môi chất trong xi lanh và ể sinh công trong quá trình cháy và giãn nở so

với số nhiệt lượng cấp cho chu trình g

, là:

(3.76)

g .QctT

Như vy tại một iểm bất kỳ trong quá trình cháy và trên ường giãn nở, luôn có:

.g .Q

ct T

x.g .Q

ct T

(3.77)

Tại z, cuối thời kỳ cháy chính ta có:

.g .Q

ct T

x .g .Q

z ct T

(3.78)

Tại b, cuối quá trình giãn nở:

.g .Q

ct T

x .g .Q

b ct T

(3.79)

Trong ó

- là hệ số lợi dụng nhiệt tại z và b.

- Gọi x

và x

là hệ số tỏa nhiệt tại z và b, thể hiện phần nhiên liệu ã kịp cháy tại z và b,

tỷ lệ thun với

tại hai iểm trên, giả thiết x

= 1, có:

(3.80)

Tính chất cháy kịp thời ược thể hiện qua x

, tại z cuối thời kỳ cháy chính qua biểu

thức: x g Q Qct . T ct . ccT Qpg . Hệ số lợi dụng nhiệt tại z ( z ) lại

phụ thuộc vào xz và

g Q

phần tổn thất cho nước làm mát Q

. Muốn nâng cao

cần phải nâng cao x

(bằng cách

giảm Q

ccz

và Q

,tức là giảm phần nhiên liệu cháy trong thời kỳ cháy rớt) và giảm Q

(nhờ

giảm diện tích truyền nhiệt ca V

lOMoARcPSD|25865958

126

Như vy tất cả các yếu tố gây ảnh hưởng ến cháy rớt và tới nhiệt truyền cho nước làm

mát khi cháy ều gây ảnh hưởng tới

Ví dụ khi tăng tốc ộ ộng cơ (n), mặc dù sẽ giảm Q

(vì giảm thời gian truyền nhiệt cho

nước làm mát), nhưng sẽ làm tăng số nhiên liệu chưa kịp cháy tại z ể tham gia cháy rớt, qua

ó làm tăng Q

ccz

và giảm x

, kết quả sẽ làm giảm chút ít

So với ộng cơ xăng,

ca ộng cơ iêdel nhỏ hơn vì hiện tượng cháy rớt nhiều hơn, do

ặc iểm hình thành hòa khí bên trong xi lanh, hỗn hợp không ều, và do ặc iểm ca ngọn lửa

khuyếch tán, tốc ộ cháy phụ thuộc vào ngọn lửa khuyếch tán.

Hiện tượng phân giải sản vt cháy gây ảnh hưởng tới Q

và do ó tới x và qua các

và Q

= Q

- Q. Hiện tượng phân giải sản

vt cháy phụ thuộc biểu thức:

vào nhiệt ộ. Nhiệt ộ cháy cực ại T

ca ộng cơ diesel thường không quá 2.200

K, do ó hiện

tượng phân giải ca ộng cơ diesel thường không quá 2% còn nhiệt ộ ộng cơ xăng thường rất

cao T

khoảng 2.800

K nên hiện tượng phân giải sản vt cháy tương ối nặng. Do ó ộng cơ

diesel có thể bỏ qua hiện tượng phân giải sản vt cháy, nhưng ở ộng cơ xăng thì cần tính tới

tổn thất này.

Với thành phần hòa khí = 0,89 – 0,95 ở toàn tải, ộng cơ xăng có T

lớn nhất, vì vy

hiện tượng phân giải cũng trầm trọng nhất.

Tóm lại, khi chọn

cần xét toàn diện tất cả các yếu tố có liên quan tới Q

, Q

và Q

Giá trị thống kê số liệu thực nghiệm ca

, p

, T

tại iểm z trên ồ thị công ca các loại

ộng cơ thường nằm trong phạm vi:

Loại ộng cơ

(MPa) T

(K)

Động cơ diesel 0,65 - 0,85 5,0 - 10,0 1800 – 2200

Động cơ xăng 0,85 - 0,92 3,0 - 5,0 2300 – 2800

Động cơ ga 0,80 - 0,85 2,5 - 4,5 2200 – 2500

Giá trị p

lớn thuộc về ộng cơ diesel cao tốc. Một vài trường hợp với ộng cơ diesel

tăng áp cỡ nhỏ, tốc ộ cao, trị số p

có thể tới 12,0 -15,0 MPa.

lOMoARcPSD|25865958

127

Hệ số tăng áp khi cháy ca ộng cơ diesel thường nằm trong giới hạn: 1,2 1,4;

ộng cơ xăng 3 4.

Hệ số giãn nở khi cháy ca ộng cơ diesel nằm trong giới hạn: 1,2 1,7.

3.5. QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ SINH CÔNG

3.5.1. Diễn bi Ān của quá trình giãn nở

Quá trình giãn nở thực tế ca ộng cơ không phải là quá trình oạn nhiệt như chu trình lý

tưởng mà ngược lại trao ổi nhiệt giữa môi chất và môi trường diễn ra liên tục trong suốt quá

trình giãn nở. Các hiện tượng cấp thêm nhiệt cho môi chất cũng như hiện tượng gây mất

nhiệt ca môi chất biểu hiện rất phức tạp, gồm có: hiện tượng cháy rớt ca hòa khí, hiện

tượng phân giải ca sản vt cháy khi nhiệt ộ còn rất cao và tái hợp trở lại khi nhiệt ộ môi

chất ã giảm, tản nhiệt từ môi chất trong thành xi lanh trong iều kiện nhiệt ộ, áp suất và diện

tích tản nhiệt thay ổi liên tục; rò khí từ xi lanh ra ngoài qua các khe hở giữa pít tông, xi lanh

và vòng găng...

Nếu gọi quá trình giãn nở là một quá trình a biến với chỉ số a biến n

thay ổi liên tục

suốt từ ầu tới cuối quá trình thì diễn biến ca giá trị n

như sau:

Đầu quá trình giãn nở, còn nhiều nhiên liệu cháy rớt, lúc ầu do nhiệt ộ quá nóng sản vt

cháy cuối cùng bị phân giải gây mất nhiệt, nhưng sau ó khi nhiệt ộ hạ dần lại tái hợp (hàn

nguyên) trở lại, hiện tượng tái hợp trở lại cũng là cháy rớt, và cấp nhiệt cho môi chất, trong

khi ó phần mất nhiệt do rò khí và do tản nhiệt cho thành xi lanh còn nhỏ không áng kể. Như

vy giai oạn ầu quá trình ược diễn ra trong iều kiện vừa giãn nở vừa ược cấp nhiệt làm cho

ường giãn nở thực tế phẳng hơn so với ường oạn nhiệt và giá trị n

< k

chỉ số oạn nhiệt

ca sản vt cháy).

Hình 3.11. Đồ thị p = f(V) của quá trình giãn nở trong ĐCĐT

lOMoARcPSD|25865958

128

Pít tông i xuống, càng cách xa ĐCT, các hiện tượng cháy rớt và tái hợp các phần phân giải

ca sản vt cháy càng giảm, trong khi phần nhiệt tản cho nước làm mát lại tăng dần (do tăng

diện tích tản nhiệt), trong iều kiện ấy, phần nhiệt cấp cho môi chất ngày càng giảm mạnh, và

làm tăng ộ dốc ca ường giãn nở tức là làm tăng chỉ số giãn nở a biến n

. Tại vị trí nào ó

ca pit tông số nhiệt lượng do cháy rớt tạo ra vừa cân bằng với phần nhiệt lượng tản ra bên

ngoài (do rò khí và do tản nhiệt cho nước làm mát), có thể coi vị trí ó có chỉ số giãn nở n

= k

và quá trình giãn nở tức thời ca vị trí ấy là giãn nở oạn nhiệt.

Sau vị trí vừa xét pit tông càng i xuống gần ĐCD, phần mất nhiệt ca môi chất càng trở nên

nhiều hơn nhất là kể từ khi kết thúc cháy rớt trở i. Vì vy thời kỳ này môi chất vừa giãn nở

vừa mất nhiệt làm cho ường giãn nở thực tế dốc hơn ường oạn nhiệt và n

> k

Như vy quá trình giãn nở là quá trình a biến với trị số tức thời ca chỉ số a biến n

liên

tục tăng suốt từ ầu ến cuối quá trình.

Đầu quá trình môi chất nhn nhiệt nhiều hơn n

‟ > k

, tới một iểm trung gian khi nhiệt

lượng cấp cho môi chất, cân bằng với nhiệt lượng tản mất thì n

‟ = k

, sau ó phần nhiệt bị

tản mất nhiều hơn nên n

‟ < k

. Mục ích tính quá trình giãn nỡ thực tế là nhằm xác ịnh lượng

công tạo ra trong quá trình và xác ịnh các thông số cuối quá trình giãn nở trong sơ ồ tính, trở

thành quá trình giãn nở a biến với chỉ số giãn nở a biến trung bình n

Có thể xác ịnh giá trị n

(trung bình) gần úng qua phương trình cân bằng nhiệt ca quá

trình giãn nở hoặc qua các số liệu thực nghiệm theo ặc iểm cấu tạo và ặc iểm sử dụng ộng

cơ.

3.5.2. Các thông số quá trình giãn nở

Các thông số ầu quá trình giãn nở, là: p

, T

, V

và m

, các thông số cuối quá trình là p

, V

và m

. Muốn xác ịnh mối quan hệ giữa chúng, người ta dùng phương trình trạng thái

ca các môi chất tại iểm z và b, với giả thiết xu páp thải ược mở tại ĐCD (V

= V

). Quá

trình giãn nở từ z ến b ta có: p V

z z

p V

b b

(3.81) Các phương trình trạng thái tại z và tại b:

pzVz = 8314mz . Tz (3.82) p

8314m

. T

Số lượng môi chất tại z: m

(1 +

)

(3.83) Số lượng môi chất tại b:

(1 +

) (3.84)

lOMoARcPSD|25865958

129

Trong ó:

– hệ số thay ổi phân tử (thể tích) tại z;

– hệ số thay ổi phân tử tại b.

Ta biết:

z = 1 +

+ 1 r xb

b = 1

Trong ó: x

và x

– là các hệ số nhả nhiệt tại z ( ầu quá trình giãn nở) và tại b (cuối quá

trình giãn nở).

Do sai lệch giữa x

và x

không lớn, khi tính có thể giả thiết x

= x

, vì vy

, nên

= m

. Chia hai vế ca (3.82) cho nhau sẽ ược:

p V

(3.85)

Vb b Tb

Gọi =

là hệ số giãn nở trong quá trình giãn nở, ta có:

= = = (3.86)

p Vz z Tz

Động cơ diesel từ p V

p V

và p V

b b

, tìm ược:

và T

(3.87)

vào

lOMoARcPSD|25865958

130

Với ộng cơ xăng: 1 và theo = V = V = . Thay

pnz2 và Tb Tn2z 1 , ược:

; T

= n

(3.88)

3.5.3. Công trong quá trình giãn nở

Công trong quá trình giãn nở ược xác ịnh:

p.dV (3.89)

Trong quá trình giãn nở a biến pV

p V

z z

p V

b b

;

Từ ó có: p p .Vznz2 n2 p .VbVn2bn2 , thay p Vzzn 2 p Vb bn 2 vào Lzb VV bz

p.dV ,

ược:

1(p .V

p .V )

b b

(3.90)

Lzb np .Vz z1 1 VVbz n2 1

Thay (3.82) vào Lzb n21 1(p .Vzz p .V )b b , ược:

lOMoARcPSD|25865958

131

8314 n

m .T

z z

m .T

b b

(3.91)

hoặc:

8314n .m .T

m .T

(3.92)

8314

Nhân và chia vế phải ca L

1 m .T

z z

m .T

b b

với m

ược: n

n8314

c T

(3.93)

; m

Biết rằng: m

g .M (1

ct1 r

);

mc Mc mc Mc

Vì vy:

8314

.g .M (1

ct 1 r

).(

z b

.T )

(3.94) n

3.5.4. Những nhân tố ảnh hƣởng Ān chỉ số giãn nở a bi Ān trung bình n

Trong quá trình giãn nở bất kỳ yếu tố nào làm tăng cháy rớt sẽ làm giảm n

, còn làm

tăng mất nhiệt ca môi chất sẽ làm cho n

tăng. Những yếu tố gây ảnh hưởng ến n

bao gồm:

tốc ộ và phụ tải ộng cơ, kích thước xi lanh, trạng thái nhiệt ca ộng cơ, chất lượng và diễn

biến quá trình cháy…

a. Tốc ộ ộng cơ (n)

Nếu tăng n sẽ làm giảm số nhiệt lượng từ môi chất truyền ra ngoài qua truyền nhiệt và rò

khí (vì giảm thời gian tiếp xúc giữa môi chất và thành xi lanh cũng như thời gian rò khí ca

mỗi chu trình), trong khi ó ộng cơ diesel lại tăng thời kỳ cháy rớt khiến môi chất càng nhn

nhiệt nhiều hơn, kết quả làm giảm n

. Nếu giảm tốc ộ ộng cơ kết quả sẽ ngược lại.

lOMoARcPSD|25865958

132

Trong ộng cơ xăng cũng có xu hướng tương tự, n

cũng giảm khi tăng n, nhưng sự thay

ổi ca n

theo n ca ộng cơ xăng có những ặc iểm riêng biệt khi ộng cơ hoạt ở toàn tải hoặc

sát toàn tải. Trong phạm vi tốc ộ thấp (từ 1.000 – 1.600 vòng/phút) giá trị n

giảm tương ối

nhanh khi tăng n, khi vượt quá 1.800 vòng/phút n

không những không giảm mà có chiều

gia tăng khi tăng n, vì ở tốc ộ này vn ộng rối loạn (xoáy lốc) ca dòng khí trong V

ược gia

tăng làm giảm cháy rớt, giảm tổn thất nhiệt cho thành xi lanh và rò khí.

b. Phụ tải của ộng cơ

Phụ tải ca ộng cơ có ảnh hưởng ến n

trên hai mặt:

- Khi tăng tải một mặt do á p suấ t và nhiệ t ộ môi chất trong quá trình giãn nở ều tăng,

do ó làm tăng chênh áp và nhiệ t ộ giữa môi chất và môi trường xung quanh, qua ó làm tăng

phần nhiệt tổn thất qua truyền nhiệt và rò khí.

- Mặt khác, tăng tải với ộng cơ diesel là tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình, qua

ó làm giảm hệ số dư lượng không khí và làm tăng cháy rớt trên ường giãn nở, vì vy làm

tăng phần nhiệt lượng cấp cho ộng cơ trong quá trình giãn nở.

c. Kích thước xi lanh

Nếu Vh =const mà giảm DS (trường hợp DS < 1), sẽ làm giảm

FVlmh , mức ộ

tản nhiệt môi chất cho thành xi lanh sẽ giảm qua ó làm giảm n

. Nếu giữ cho

khiến môi chất tản nhiệt nhiều hơn qua ó làm tăng

const mà giảm V

, sẽ làm tăng

d. Cấu tạo buồng cháy

càng nhỏ, tản nhiệt càng khó, làm giảm n

, ngược lại sẽ

Buồng cháy có tỷ số

làm tăng n

e. Diễn biến quá trình cháy

Tăng tốc ộ cháy ca hòa khí trong thời kỳ cháy nhanh và cháy chính sẽ giảm hòa khí

bốc cháy trong thời kỳ cháy rớt, kết quả làm tăng n

lOMoARcPSD|25865958

133

f. Trạng thái nhiệt của ộng cơ

Khi tăng trạng thái nhiệt, tức là tăng nhiệt ộ bề mặt các chi tiết trong thành xi lanh trong

thời kỳ giãn nở, mặt khác sẽ làm giảm cháy rớt trên ường giãn nở ( ối với ộng cơ xăng ít xy

ra). Nên khi tăng trạng thái nhiệt cho ộng cơ xăng sẽ làm giảm n

chút ít. Trong ộng cơ diesel

hiện tượng cháy rớt là phổ biến và tương ối trầm trọng vì vy khi tăng trạng thái nhiệt sẽ làm

giảm cháy rớt nhiều, làm cho n

tăng chút ít.

Các giá trị ca chỉ số giãn nở a biến trung bình n

, p, T cuối quá trình giãn nở p

, T

nằm trong giới hạn sau:

Loại ộng cơ n

(MPa) T

(

Động cơ xăng 1,23 – 1,20 0,35 – 0,50 1.500 – 1.700

Động cơ diesel ôtô máy kéo 1,14 – 1,23 0,20 – 0,40 1.000 – 1.400

Động cơ diesel tàu thy cao tốc 1,15 – 1,25 0,35 – 0,60 1.000 – 1.200

Động cơ tốc ộ thấp và vừa 1,22 – 1,30 0,25 – 0,35 900 – 1.000

3.6. QUÁ TRÌNH XẢ

3.6.1. Diễn bi Ān của quá trình xả

Quá trình thải bắt ầu từ khi xu páp xả mở ( iểm b

) kết thúc khi xu páp xả óng (r

), ứng

với oạn b

brr

. Quá trình xả có thể chia làm 3 giai oạn.

Hinh 3.12. Đồ thị p = f(V) của quá trình thải trong ĐCĐT

a. Giai oạn 1:

Là giai oạn xả tự do, bắt ầu từ thời iểm mở xu páp xả ến khi pít tông ến ĐCT, ây là giai

oạn mở sớm ca xu páp. Khí xả thoát ra ngoài với tốc ộ rất lớn (600 – 700 m/s) gây tiếng ồn.

Lượng khí xả thoát ra trong giai oạn này khoảng 60 - 70%. Khi pít tông ến ĐCD áp suất khí

xả giảm nhiều.

b. Giai oạn 2:

Xả cưỡng bức pít tông từ ĐCD lên ĐCT y khí xả ra ngoài qua xu páp xả với vn tốc

200 - 300 m/s, lượng khí xả thải ra ở giai oạn này khoảng 25 - 30%.

lOMoARcPSD|25865958

134

c. Giai oạn 3:

Xả quán tính, pít tông từ ĐCT ến khi xu páp xả óng ( iểm r

). Sản vt cháy thoát ra ngoài

theo quán tính. Lượng khí thải ra ở giai oạn này khoảng 5%.

Nhận xét:

Công tiêu hao cho việc y khí thải ra ngoài cũng như mức ộ quét sạch buồng cháy phụ

thuộc ch yếu vào góc ộ phối khí trong quá trình xả.

Nếu xu páp xả mở sớm quá thì phần tổn thất công giãn nở lớn dù công y khí thải ít i

cũng không bù ắp nổi công mất mát ó.

Nếu mở xu páp xả quá muộn thì công tổn thất cho việc y khí thải ra ngoài lớn và hiệu

quả quét sạch buồng cháy kém 3.6.2. Các thông số quá trình xả - Đầu quá trình xả:

+ 䄃Āp suất khoảng 0,4 - 0,5 MN/m

+ Nhiệt ộ khoảng 1.100 – 1.600

- Cuối quá trình xả:

+ 䄃Āp suất khoảng 0,11 – 0,12 MN/m

+ Nhiệt ộ khoảng 670 – 1.220

CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Các loại và các chỉ tiêu ánh giá chu trình ộng cơ ốt trong.

2. Diễn biến và các thông số ảnh hưởng ến quá trình nạp.

3. Diễn biến và các thông số ảnh hưởng ến quá trình nén.

4. Công nén.

5. Những yếu tố ảnh hưởng ến chỉ số nén a biến trung bình.

6. Tỷ số nén trong ộng cơ xăng và ộng cơ diesel.

7. Diễn biến và những yếu tố ảnh hưởng ến quá trình cháy trong ộng cơ xăng.

8. Diễn biến và những yếu tố ảnh hưởng ến quá trình cháy trong ộng cơ diesel.

9. Các thông số cơ bản ca quá trình cháy.

10. Diễn biến và các thông số quá trình giãn nở.

11. Công giãn nở.

lOMoARcPSD|25865958

135

12. Những yếu tố ảnh hưởng ến chỉ số giãn nở a biến trung bình.

13. Diễn biến ca quá trình thải.

Chƣơng 4. CÁC CHỈ TIÊU VỀ TNH NĂNG KINH TẾ KỸ

THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

4.1. CÁC CHỈ TIÊU CHNH

Người ta dùng các chỉ tiêu sau ể so sánh tính năng kinh tế k礃 thut ca ộng cơ ốt trong:

- Công suất ộng cơ;

- Hiệu suất ộng cơ;

- Tuổi thọ và ộ tin cy;

- Khối lượng;

- Kích thước bao.

Mỗi loại chỉ tiêu kể trên ều giữ vai trò ch yếu khác nhau theo công dụng và iều kiện sử

dụng ộng cơ. Trước tiên cần làm rõ khái niệm và nội dung từng loại chỉ tiêu trên

4.1.1. Công suất ộng cơ

Công suất là yêu cầu ầu tiên ca máy công tác và hệ thống ộng lực sử dụng ộng cơ. Công

suất có ích là công suất thu ược từ uôi trục khuỷu, rồi từ ó truyền cho máy công tác. Công

suất có ích là chỉ tiêu quan trọng quyết ịnh khả năng sử dụng ộng cơ ể dẫn ộng máy công tác

và hệ thống ộng lực cụ thể.

4.1.2. Hiệu suất có ch của ộng cơ

Hiệu suất có ích thể hiện số phần trăm nhiệt lượng chuyển thành công có ích trong tổng số

nhiệt lượng cấp cho ộng cơ, do kết quả ốt cháy nhiên liệu trong xi lanh tạo ra. Hiệu suất có

ích càng cao thì lượng nhiên liệu tiêu hao cho 1 KW trong một giờ sẽ càng nhỏ, nhờ vy làm

giảm số lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ, iều ó có ý nghĩa quan trọng ối với ộng cơ dùng

trên các thiết bị vn tải, vì ể chạy một quảng ường nhất ịnh sẽ cần ít nhiên liệu dự trữ, nhờ ó

chở ược nhiều hàng hơn, tiền chi phí cho nhiên liệu ít hơn và giá thành vn tải sẽ nhỏ hơn.

4.1.3. Tuổi thọ và ộ tin cậy trong hoạt ộng của ộng cơ

Tuổi thọ ca ộng cơ là thời gian sử dụng giữa 2 kỳ sửa chữa (tính theo giờ hoặc Km ca

thiết bị vn tải ). Độ tin cy ược phản ánh qua tỉ số ca giờ sử dụ ng tốt {không có hỏng hóc,

không mài mòn thái quá, không bị giảm công suất .v.v..} và toàn bộ số giờ sử dụng kể cả số

giờ hỏng hóc và thời gian khắc phục những hỏng hóc ấy trong khoảng thời gian giữa 2 kỳ

sửa chữa. Do ó thước o ộ tin cy có tính xác suất.

lOMoARcPSD|25865958

136

Độ tin cy phụ thuộc vào chất lượng chế tạo, lắp ghép iều chỉnh và tính ổn ịnh về chất

lượng ca vt liệu chế tạo ộng cơ.

Muốn nâng cao ộ tin cy ca ộng cơ, trước tiên cần nâng cao ộ bền mỏi ca chi tiết, giảm

ứng suất tp trung và nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết.

Tuổi thọ ca ộng cơ phụ thuộc vào tính hoàn thiện về mặt cấu tạo các chi tiết ộng cơ cũng

như mức ộ cường hoá ộng cơ theo tải (p

) và tốc ộ (n). Chất lượng nhiên liệu, dầu nhờ n, iều

kiện sử dụng và chế ộ làm việc ca ộng cơ cũng ảnh hưởng lớn ến tuổi thọ.

Động cơ diesel cỡ lớn tốc ộ thấp, sau thời gian chạy 3 † 5 vạn giờ mới phải doa hoặc thay

xi lanh. Còn ộng cơ diesel cao tốc cỡ nhỏ chỉ sau 5 † 8 nghìn giờ ã phải doa xi lanh.

Chỉ tiêu về ộ tin cy và tuổi thọ gây ảnh hưởng trực tiếp tới giá thành ộng cơ và năng suất

ca thiết bị vn tải.

4.1.4. Khối lƣợng ộng cơ

Khối lượng ộng cơ gắn liền với lượng vt liệu (kim loại và phi kim loại) dùng chế tạo

ộng cơ và trực tiếp ảnh hưởng tới giá thành ộng cơ. Khối lượng G

(kg) phụ thuộc vào các

yếu tố ca chu trình công tác và ặc iểm cấu tạo ca ộng cơ. Khối lượng ộng cơ lại có liên

quan mt thiết tới tuổi thọ. Thông thường ộng cơ cao tốc, nhẹ thường có tuổi thọ thấp, còn

ộng cơ lớn, thấp tốc, nặng thường có tuổi thọ cao.

Người ta thường dùng suất khối g

làm chỉ tiêu so sánh về mặt khối lượng giữ các ộng cơ:

(Kg/kW)

Giá trị g

biến ộng trong phạm vi rộng, g =1,3 ÷ 70 (Kg/KW). Các loại ộng cơ hiện nay g

nằm trong giới hạn sau:

Động cơ cường hóa ít: 18 g

< 40 Kg/KW

Động cơ cường hoá ở mức ộ vừa: 8< g

< 18 Kg/KW

Động cơ cường hoá cao: 1,3 < g

< 8 Kg/KW

Người ta còn dùng khái niệm về khối lượng lít, ó là khối lượng ộng cơ quy về 1 lít thể tích

công tắc xi lanh: G

= G

/i.V

(Kg/l); (trong ó: i-số xi lanh; V

(l) – thể tích công tắc ca một

xi lanh).

4.1.5. Kch thƣớc bao

Kích thước bao quyết ịnh bởi ba kích thước: dài (L), rộng (B), cao (H) ca khối chữ nht,

ược o giữa các iểm ở giới hạn ngoài cùng ca khối ộng cơ. Để ánh giá mức ộ sử dụng các

kích thước trên, người ta dùng các chỉ tiêu sau:

/ LBH – ánh giá mức o sử dụng thể tích mà ộng cơ chiếm.

/ LB – ánh giá mức ộ sử dụng diện tích ặt ộng cơ.

/ BH – ược gọi là công suất chính diện, có ý nghĩa ặc biệt với ộng cơ máy bay.

lOMoARcPSD|25865958

137

Các kích thước gây ảnh hưởng trực tiếp ến iều kiện sử dụng ộng cơ, phụ thuộc vào số xi

lanh i, cách bố trí xi lanh trên ộng cơ, tỉ số giữa hành trình S và ường kính ca pít tông .v.v.

Trong một vài trường hợp cụ thể chỉ tiêu về kích thước bao có thể quan trọng hơn các chỉ

tiêu khác. Ngoài 5 chỉ tiêu trên ôi khi còn thêm các chỉ tiêu khác như: tính thích ứng ca

ộng cơ ối với thiết bị vn tải ường bộ, hiệu suất ca ộng cơ ối với một vài chế ộ ược dùng

nhiều nhất, chiều cao trọng tâm ca ộng cơ … Trong một số trường hợp cụ thể, các chỉ tiêu

này có thể còn quan trọng hơn các chỉ tiêu trên.

Trong phạm vi môn học nguyên lý ộng cơ cần hiểu k礃 về hai chỉ tiêu ầu. Các chỉ tiêu về

tính năng kinh tế kĩ thut ca ộng cơ luôn luôn phụ thuộc vào chất lượng ca chu trình công

tác, ược thể hiện qua hai thông số chính là: áp suất chỉ thị trung bình p

và hiệu suất chỉ thị

, vì vy trước tiên cần hiểu k礃 hai thông số này.

4.2. CÁC THÔNG SỐ CHỈ THỊ

4.2.1. Công chỉ thị L

và áp suất chỉ thị trung bình p

Trong chu trình công tác ca ộng cơ 4 kỳ, chỉ có kỳ thứ 3 là kỳ sinh công, do quá trình

cháy ca hỗn hợp khí sinh ra năng lượng nhiệt biến thành công trong xi lanh – ược gọi là

công chỉ thị.

Kết quả tính toán nhiệt vẽ ra ồ thị công - ược gọi là ồ thị công tính toán lý thuyết. Trên

hình 4.1 và 4.2 ường acz

zbna là ường cong tính toán và afedgxu là ường cong hiệu ính ca

ộng cơ diesel. Đường cong afkzba là ường cong tính toán và afkz

lx là ường cong hiệu ính

ca ộng cơ xăng.

- Đối với ồ thị công tính toán, ta có công chu trình tính toán:

z z

' L

(4.1)

+ Công L

là công ca quá trình giãn nở ẳng áp p = const:

z z

, p V

z z

p V

z c

p V

1 p V (

1) p V

(

c c

1) (4.2)

+ Công giãn nở a biến zb:

lOMoARcPSD|25865958

138

p V

V n 1

Lzb

(4.3)

, V

và

Nhân và chia vế phải ca ẳng thức trên với V

, rồi thay

Vc Vz

, sẽ ược:

n 1

(4.4)

p V

c c

+ Công nén a biến tính theo L

p V

a a

a V

n 1

p V p V

a a

c c

, ưa

làm thừa số chung và sau khi tính toán có:

np V

c c

1 1

n 1

p V

c c

1 1 n 1

(4.5)

Thay các giá trị L

z‟z

, L

và L

vào L

z z

' L

, ược:

L'i p Vc c 1 n 2 1 1 n12 1

n11 1 1 n11 1 (4.6)

lOMoARcPSD|25865958

139

- Gọi p (

) là áp suất chỉ thị trung bình tính theo lý thuyết (chưa hiệu ính)

ca chu trình công tác là công chỉ thị ca một ơn vị thể tích công tác ca xi lanh trong một

chu trình ược thể hiện qua biểu thức:

' ' i

pi =

h , (J/m hoặc N/m

= Pa) (4.7)

Thay L

vào, ược:

pi' L'i pa n1 1 n 2 1 1 n12 1

n11 1 1 n11 1 (4.8)

Vh 1

Trong ó p p

và

Nếu thay 1, lúc ấy sẽ ược p

ca chu trình cấp nhiệt ẳng tích ( ộng cơ

xăng). p

VL'

i pa n11 n 2 1 1 n12 1

n11 1 1 n11 1 (4.9)

trong ó: L

(J, hoặc N.m ); V

) – thể tích công tác ca xi lanh;

Thứ nguyên ca áp suất là Pa (N/m

lOMoARcPSD|25865958

140

Hinh 4.1. Đồ thị công hiệu nh p =f(V) của ĐC-D

Sau khi hiệu ính các ồ thị công tính toán, ồ thị sát với thực tế hơn và diện tích bao giờ

cũng nhỏ hơn, sai lệch giữa hai ồ thị ược thể hiện bằng các diện tích gạch chéo. Sự sai lệch

trên giữa tính toán lý thuyết và chu trình thực tế là do diễn biến ca quá trình cháy thực tế

không hoàn toàn phù hợp với giả thiết cấp nhiệt ẳng tích và ẳng áp khi tính toán, cũng như

ảnh hưởng ca góc ộ phối khí, ánh lửa sớm, phun sớm gây ra.

Người ta dùng hệ số iền ầy ồ thị công

ể bù trừ vào sự khác biệt ó.

Trong ó L

là công chỉ thị thực tế. Vì vy, áp suất chỉ thị trung bình p

ca chu trình thực tế,

ộng cơ 4 kỳ là:

(4.10)

Vh Vh

Thông thường người ta dùng MPa (MN/m

) làm ơn vị tính áp suất do ó từ ta có: p

= 10

-6

, (MPa);

lOMoARcPSD|25865958

141

Hình 4.2. Đồ thị công hiệu nh p =f(V) của ĐC-X

Theo thực nghiệm giá trị

0,92 0,95 . Giá trị

ca ộng cơ xăng lớn hơn ộng cơ

diesel. Trong ó giá trị

nhỏ dùng cho ộng cơ diesel cao tốc còn giá trị lớn dùng cho ộng

cơ xăng.

Động cơ xăng 4 kỳ

0,93 0,97

Động cơ diesel 4 kỳ

0,90 0,96

Động cơ 2 kỳ

0,97 1,00

Khi hiệu ính áp suất cực ại p

1 ca ông cơ xăng, chọn:

pz1 0,85pz

Trong ó p

- 䄃Āp suất cực ại ca chu trình theo tính toán lý thuyết và 0,85 là hệ số hiệu

ính cho phù hợp với thực tế.

Trong thời gian hoạt ộng, ngoài áp suất p ca môi chất trong xi lanh còn có áp suất khí thể

dưới cac te cũng luôn luôn tác dụng lên pit tông theo hướng ngược chiều so với p. Phần lớn

lOMoARcPSD|25865958

142

các ộng cơ, cac te ều ược nối thông với khí trời hoặc với ường nạp qua hệ thống thông gió

cac te, vì vy có thể coi áp suất khí thể trong cac te bằng áp suất khí trời p

Như vy khi pita tông chuyển ộng trong xi lanh, hợp lực khí thể P

tác dụng y pít tông

trong xi lanh sẽ là:

= (p – p

). (N) (4.11)

trong ó: D (m) – ường kính xi lanh

Hợp lực khí thể F

y pít tông chuyển dịch một vi lượng hành trình dS, sẽ tạo ra vi lượng

công dL

, theo biểu thức:

= P

.dS = ( p – p

) . . dS= ( p – p

) dV (4.12)

trong ó: dV là vi lượng biến thiên ca thể tích công tác.

Đồ thị công p = f(V) hoặc p =f( ) (trong ó là góc quay trục khuỷu) là do thiết bị xác

ịnh ồ thị (indicateur) vẽ ra khi ộng cơ ang hoạt ộng. Tung ộ ca ồ thị phản ánh các giá trị ca

áp suất trong xi lanh, còn hoành ộ ca ồ thị là vị trí ca ỉnh pít tông hoặc vị trí bán kính quay

ca trục khuỷu phản ánh thể tích ca xi lanh hoặc góc quay trục khuỷu .

Khái niệm về áp suất chỉ thị trung bình p

là một khái niệm quan trọng, thường gặp trong

các giáo trình và các tài liệu khoa học nghiên cứu về ộng cơ ốt trong. Do ó cần phải làm rõ

thêm vài khía cạnh ca khái niệm này.

Hiện nay giá trị p

nằm trong giới hạn sau:

- Động cơ không tăng áp: p

= 0,7 ÷ 1,2 MPa

- Động cơ tăng áp có thể ạt p

= 3,0 MPa hoặc lớn hơn

4.2.2. Công suất chỉ thị của ộng cơ

Công do môi chất trong xi lanh tạo ra trong mỗi chu trình ược xác ịnh qua ồ thị công p-

V ược gọi là ồ thị công, và công ó ược gọi là công chỉ thị ca chu trình L

(như ã trình bày ở

phần trên).

Dựa theo ịnh nghĩa ca p

, có thể tính L

nhờ biểu thức sau:

= p

(N.m) (4.13)

trong ó: V

tính theo m

; p

- theo Pa = N/m

Công chỉ thị L

có thể xác ịnh cả công ca các hành trình “bơm”, hoặc không tính công

ca các hành trình “bơm”.

lOMoARcPSD|25865958

143

Công suất chỉ thị ca ộng cơ – chính là công suất do các công chỉ thị L

tạo ra trong một

giây.

Nếu: n (vòng /s)- là số vòng quay ca trục khuỷu trong 1 giây;

- là số kỳ ca một chu trình (số hành trình pít tông trong 1 chu trình);

m - số chu trình trong 1 giây ca xi lanh;

Sẽ ược:

2n n 60 30

m =

, chu trình /s (4.14)

Nếu số xi lanh trong ộng cơ là i ta có:

2n n

m = .

.i (4.15)

60 30

p V i n

. .

= L

.i.m =V

.i.m = (4.16)

4.2.3. Hiệu suất chỉ thị và suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

Tính kinh tế ca chu trình ược ặc trưng bằng 2 thông số hiệu suất chỉ thị

và suất

tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g

. Được xác ịnh bằng công thức:

; g

, kg/W.s hoặc m

/W.s (4.17)

G Qnl. tk Ni

Từ ây ta có:

(4.18) g Qi. tk

: Là tỷ số giữa nhiệt lượng ược chuyển thành công chỉ thị L

với nhiệt lượng cấp

cho ộng cơ trong cùng một thời gian.

lOMoARcPSD|25865958

144

Nếu lấy thời gian 1 chu trình:

(4.19) g Qi. tk Trong ó:

– Lưu lượng tiêu hao nhiên liệu trong 1 giây (kg/s hoặc m

/s)

– Nhiệt trị thấp ca 1 kg nhiên liệu (J/Kg hoặc J/m

), là nhiệt lượng thu ược

không tính ến nhiệt n hóa hơi ca hơi nước chứa trong sản phm cháy.

Như vy, hiệu suất chỉ thị

là tỷ số giữa nhiệt lượng chuyển thành công chỉ thị với

nhiệt lượng cấp cho ộng cơ do nhiên liệu ốt cháy trong xi lanh tạo ra trong một ơn vị thời

gian (thường tính bằng giây).

khác

ở chỗ là trong ó có tính ến cả tổn thất nhiệt truyền cho vách xi lanh, do

cháy không hoàn toàn, do phân giải sản vt cháy, tổn thất khí thải… Từ L

= p

và

p .

k v

8314.M .T

1 k

trong ó:

h , ược:

Vh 8314.M T g1. k . ct ; Được: Li pi

8314.M T g1. k . ct pk . v pk . v

8314.

M p T

(4.20)

Qtk . v.pk

trong ó: Q

= J/kg; M

= kmol/kg. - Đối với ộng cơ diesel: M

và

thay vào

, ược: p

8314

.L p

(4.21)

Qtk . v. k - Đối với ộng cơ xăng: M

Mo 1 .Lo 1 và

Tk hk . 1 , thì:

nl hk pk 8314 k

lOMoARcPSD|25865958

145

( . L

1).p

(4.22)

Qtk . v. k

- Đối với ộng cơ ga: Q

là nhiệt trị thấp ca 1m

khí tiêu chun (O

C và 760mmHg)

hoặc Q

là nhiệt trị thấp ca 1kmol, thì:

371,15

M p T

, hoặc:

Qtm. v. k

M p

(4.23)

Qtm. v. k

trong ó: 371,15 – hệ số từ tỷ số ;

- phân tử lượng ca hòa khí. (Kg/Kmol)

- Đối với ộng cơ 2 kỳ, các trị số p

và

phải tính theo thể ích hành trình có ích ca

pít tông - S

‟

Từ ó thấy rằng:

phụ thuộc vào

hoặc

(số nghịch ảo ca 1 Kmol môi

Qtk Qtm

chất mới) và i , pi , Tk hoặc k . pk

Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g

là lượng nhiên liệu tiêu hao cho 1w chỉ thị trong 1

giây, cũng là thông số ặc trưng cho tính kinh tế ca chu trình.

(4.24)

Qtk . i

Từ:

8314.

M p T

, ược: g

12.10

p .

k v

(Kg/W.s),

(4.25)

Qtk . v.pk M .p .T1 i k

lOMoARcPSD|25865958

146

p .

k v

(g/KW.h) trong ó Q

= J/Kg. Hoặc g

432

M .p .T1 i k

(4.26)

Đối với ộng cơ chạy bằng nhiên liệu khí, suất tiêu hao nhiên liệu thể khí v

ược

1 m3

xác ịnh: v

Qtm. t , W s. , trong ó: Qtm tính theo J/m3, tính theo i ược:

v1 269.10

k ,

kWh

(4.27)

M p T

* Giá trị:

kg/kw.h (g/ml.giờ)

Động cơ xăng 210 – 340 (155 – 250) 44 - 25

Động cơ diesel 4 kỳ 150 – 200 (110 – 145) 56 - 43

Động cơ diesel 2 kỳ 170 – 220 (125 – 160) 50 – 40

Động cơ gaz 35 - 28

4.3. TỔN HAO CƠ GIỚI VÀ CÁC THÔNG SỐ CÓ CH

4.3.1. Tổn hao cơ giới

Một phần N

ca ộng cơ tiêu hao cho bản thân ộng cơ mà không ược lợi dụng có ích.

Phần công suất ó dùng ể khắc phục lực cản bên trong ộng cơ – gọi là công suất cơ giới N

bao gồm.

a. N

– Tiêu hao cho ma sát giữa các chi tiết trong ộ ng cơ

b. N

- Tiêu hao cho ma sát giữa các chi tiết chuyển ộng với không khí (thanh

truyền - trục khuỷu – bánh à…).

c. N

– Tiêu hao cho dẫn ộng các chi tiết và cơ cấu phụ cho ộng cơ.

d. N

– tiêu hao cho tổn thất bơm ( ặc trưng cho p

, khi tăng áp p

> 0 ; do ó

làm

tăng N

e. N

– Tiêu hao cho quét khí trong ộ ng cơ 2 kỳ

lOMoARcPSD|25865958

147

Do ó: Nm = Nms + Ng +Nd +Nb +Nqk (4.28)

p .V .i.n

m h

Hay: N

= 30. KW

(4.29) 䄃Āp suất tổn thất cơ giới trung bình p

30. .N

m 2

(4.30)

MN/m

n.V .i

䄃Āp suất cơ giới trung bình thường ược xác ịnh bằng thực nghiệm, biểu diễn dưới

dạng công thức kinh nghiệm:

= A + B. C

, hay: p

= A

‟

+ B

‟

Trong ó: A, B, A

‟

, B

‟

– Là các hệ số thực nghiệm phụ thuộc kiểu loại ộng cơ, kích

thước xi lanh và mức ộ cao tốc ca ộng cơ. C

= m/s; n = v/ph

4.3.2. Hiệu suất cơ giới

là tỷ số giữa công suất có cơ giớ i N

chia cho công suất chỉ thị N

N N

i e

. Hoặc:

Ni Ni Ni

pm P pi e pe

1 .

có thể tính bằng công thức: pi pi

(4.31)

A. i

trong ó A – Là một hằng số.

lOMoARcPSD|25865958

148

một số ộng cơ nằm trong giới hạn sau:

- Động cơ xăng 4 kỳ:

0,70 0,82

- Động cơ diesel 4 kỳ:

0,70 0,80

- Động cơ diesel 2 kỳ:

0,66 0,75

Ý nghĩa của ç

là hiệu suất cơ giới, thể hiện số phần trăm năng lượng N

trong xi lanh chuyển thàng

công suất có ích N

. Từ ó ta có: N

e m

p V i n

. . , W

(4.32)

Trong ó:

– Áp suat có ích trung bình, N/m

– 䄃Āp suất chỉ thị trung bình, N/m

h –

Thể tích công tác ca xi lanh,

i – Số xi lanh.

– Số kỳ.

n – Số vòng quay ca trục khuỷu, vg/ph

Nếu V

tính bằng lít (l) thì N

tính bằng KW 4.3.3.

Công suất có ch N

p .n.V .i

e h

= N

– N

hay N

= 30. , KW

(4.33)

- Áp suất có ích trung bình p

30. .N

, MN/m2

(4.34) n.V .i

Khi phân tích sự ảnh hưởng ca các yếu tố khác nhau ến p

và N

. Theo các biểu thức:

lOMoARcPSD|25865958

149

Từ p

e m

.p ,N

i e m

, Ta có:

pe 12.10 5 Qtk i. v. m pk , N/m

M1 Tk

120.Q

, MN/m

(MPa) (4.35)

M1 Tk

Và N

12.10 .

V i

. .

. .n

, W

4.V ih. .Qtk .1. i. v. mn. pk , kW

M1 Tk

p .n.V .i

e h

, ml (4.36)

225.

Với nhiên liệu khí ta có:

2690.

, MN/m

(MPa)

(4.37)

M1 Tk

89,67.V .i.

n. p

, KW (4.38)

M1 Tk

- Mômen quay M

ở ầu ra trục khuỷu:

2 .

0,55.

, N.m. (4.39)

trong ó: N

tính bằng W, n tính bằng vg/ph

726,2 N

, KG.m (4.40)

lOMoARcPSD|25865958

150

p .n.V .ie hM n. .2 p V i n. . .

Từ Ne = 30. , ược: Ne = e60 e h30 ( Ne M e. M e60..2. . n ), từ ây có:

. M

(4.41) iV.

Từ ây ta thấy rằng: với một ộng cơ nhất ịnh các giá trị , , ,i V

ều là hằng số, vì

vy p

tỷ lệ thun với M

. Ngoài M

là mô men tổng từ uôi trục khuỷu truyền ra ngoài, còn

phản ánh giá trị mô men một lít thể tích công tác ca xi lanh. M

ở ầu ra trục khuỷu ược

xác ịnh trên băng thử ộng cơ.

4.3.4. Hiệu suất có ch

và suất tiêu hao nhiên liệu có ch g

a. Hiệu suất có ích

: Hiệu suất có ích là tỷ số giữa nhiệt lượng chuyển thành công có

ích và nhiệt lượng cấp cho ộng cơ do nhiên liệu ược ốt cháy trong xi lanh tạo ra. Hai loại

nhiệt lượng này cùng xác ịnh trong một ơn vị thời gian.

(4.42)

G Qnl tk

Trong ó:

- Số nhiên liệu cấp cho ộng cơ trong 1 giây (Kg/W.s)

– Nhiệt trị thấp ca 1 kg nhiên liệu (J/Kg).

– Tính bằng W.

– Nhiệt lượng cấp cho 1 chu trình (J)

b. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g

: Suất tiêu hao nhiên liệu g

: Là lượng tiêu thụ nhiên

liệu cho 1W trong 1 giây (Kg/KW.h):

(4.43)

Từ

, Được:

G Qnl t

lOMoARcPSD|25865958

151

(4.44) g Qe.

Trên thực tế G

thường tính theo kg/giờ; N

– KW, g

– g/KW.h và Q

– MJ/Kg. Vì

vy:

.10 (

) (4.45)

W.s

3,6.10

(4.46)

g Qe. tk

c. Quan hệ giữa

Quan hệ giữa

và

như sau:

G nl

Từ g e và g i G nl , ge.Ne = g.iNi = Gnl gi = ge Ne ge m

N e N i Ni

Từ

;

gQe tk e i gQi tk gi i

, hoặc

e i m

(4.47)

Ta có:

4.3.5. Công suất lt và công suất pt tông

Để ánh giá mức ộ sử dụng thể tích công tác V

, mức ộ chịu tải trọng nhiệt và tải trọng

ộng ca pít tông người ta dùng công suất lít N

và công suất pít tông N

a. Công suất lít N

: Là tỷ số giữa công suất có ích N

và thể tích công tác ca ộng cơ.

Để ánh giá cường ộ nhiệt và ộng lực học ca thể tích công tác xilanh và so sánh mức ộ

cường hóa ca ộng cơ, người ta dùng hai chỉ tiêu: Công suất lít N

và công suất 1dm

diện

tích pít tông N

Công suất lít N

chính là công suất ịnh mức ca ộng cơ ối với 1lít thể tích công tác ca

xi lanh.

lOMoARcPSD|25865958

152

Công suất ơn vị diện tích pít tông N

là công suất ịnh mức ca ộng cơ ối với 1 dm

hoặc 1m

diện tích pít tông.

Công suất ịnh mức là công suất ược nhà chế tạo ảm bảo trong iều kiện hoạt ộng

nhất ịnh ca ộng cơ. Theo ịnh nghĩa công suất lít N

( N

), thay

i.V

4.V i

. . .

. .

,kW

(4.48)

M1 Tk

Và N

89,67.V .i.

,kW vào N

ta có:

i.V

- Đối với nhiên liệu lỏng:

Qtk .1. i. v.

mn.pk , KW

(4.49)

NL 4.

M1 Tk

- Đối với nhiên liệu khí:

.1.

. . n.p

, KW

N 8967.

i v m

(4.50)

Thường khi tính N

, sử dụng công thức ơn giản sau:

p .n.V .i

e h

p .n

, KW/lít (4.51)

30. .i.V

30.

Hoặc N

p .n

, ml/lít

(4.52)

lOMoARcPSD|25865958

153

225.

Nhận xét: Trong cùng iều kiện như nhau, nếu N

càng lớn thì V

càng nhỏ tức là ộng

cơ nhỏ gọn.

Giá trị N

nằm trong giớ hạn:

Đông cơ xăng: N

= 20 - 50 ml/l

Đông cơ diesel: N

= 8 - 30 ml/l

Đông cơ xe ua, thể thao: N

= 70 - 130 ml/l

b. Công suất pít tông N

: Là công suất tương ứng với 1 dm

diện tích ca ỉnh pít

F .i

.D .i

p .

.S.n.i p .S.n

KW/dm2 (4.53)

30.

30. . .i

Thay

S.n

0,1C

(m/s), sẽ ược: N

0,1

p .C

e m

, KW/dm

Thay p

từ các biểu thức p

120.Q

, MN/m

(Mpa) và

M1 Tk

2690.

, MN/m

(Mpa), vào N

0,1

p .C

e m

M1 Tk

KW/dm

, ược:

12.Q

.C .

, kW (4.54)

M1 Tk

và N

269.

.C .

, kW (4.55)

tông F

, thay N

vào ta có:

lOMoARcPSD|25865958

154

M1 Tk

Hay: N

p .S.n

(4.56)

, ml/dm

225.

CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Khái niệm các chỉ tiêu chính ánh giá tính năng kinh tế k礃 thut ca ộng cơ.

2. Xác ịnh công chỉ thị và áp suât chỉ thị trung bình.

3. Tính công suất chỉ thị ca ộng cơ.

4. Xác ịnh hiệu suất chỉ thị và suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị.

5. Tổn hao cơ giới.

6. Hiệu suất cơ cơ giới.

7. Công suất có ích.

8. Hiệu suất có ích và suất tiêu hao nhiên liệu có ích.

9. Công suất lít và công suất pít tông.

Chƣơng 5: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ ĐẶC TNH

CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

5.1. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

5.1.1. Các ch Ā ộ làm việc

lOMoARcPSD|25865958

155

Các chế ộ làm việc ca ộng cơ ốt trong ặc trưng bởi một tổ hợp những thông số công

tác ch yếu ca ộng cơ như: phụ tải, số vòng quay, trạng thái nhiệt… Chế ộ làm việc luôn

luôn thay ổi theo ặc iểm sử dụng ộng cơ.

Yếu tố chính thể hiện công ca ộng cơ dẫn ộng các loại máy công tác là công suất có ích N

(KW), ược tính theo mômen có ích M

(KN.m) và tốc ộ quay ω số vòng quay n (vòng/phút)

ca trục khuỷu.

2. .nπ

= M

. = 0,1047M

.n (5.1)

Hình 5.1. Các ch Ā ộ có thể hoạt ộng của các loại ộng cơ

Trong suốt quá trình làm việc phụ tải và tốc ộ ca ộng cơ luôn luôn thay ổi theo nhu

cầu ca máy công tác.

Tốc ộ nhỏ nhất, phụ thuộc vào iều kiện làm việc ổn ịnh ca ộng cơ. Tốc ộ cho phép lớn nhất

ca ộng cơ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: các iều kiện ảm bảo chu trình công tác tiến

hành tốt, mức ộ tăng ca các lực quán tính và ứng suất nhiệt ca các chi tiết, mức ộ giảm ca

hệ số nạp và nhiều yếu tố khác gây ảnh hưởng xấu tới chu trình công tác, tuổi thọ và ộ tin

cy ca ông cơ.

Động cơ có thể hoạt ộng tốt trong phạm vi tốc ộ từ nhỏ nhất ến lớn nhất cho phép. Ở mỗi

tốc ộ n, mô men hoặc công suất có thể thay ổi từ không (chế ộ không tải) tới trị số tải lớn

nhất tương ứng với tốc ộ ấy. Như vy tổng hợp mọi chế ộ có thể làm việc ca ộng cơ trên ồ

thị M

(n) hoặc N

(n) sẽ là diện tích ồ thị giớ hạn bởi 4 ường sau: hai ường song song với

tung ộ i qua n

min

(số vòng quay nhỏ nhất) và n

max

(số vòng quay lớn nhất), bản thân trục

hoành và ường a nối các iểm có công suất cực ại tương ứng với các chế ộ tốc ộ (hình 5.1).

lOMoARcPSD|25865958

156

Hinh 5.2. Đặc tnh của ộng cơ và máy công tác

Trên hình 5.2 giới thiệu hàm N

= f(n) thể hiện trên các ường từ 1 ến 4, mỗi ường tương

ứng với một vị trí tương ứng ca cơ cấu iều khiển ộng cơ (vị trí bướm ga hoặc thanh răng

bươm cao áp). Biến thiên về công suất ca máy công tác N

cũng là hàm ca tốc ộ quay n:

= f(n). Các ường I…IV (hình 5.2) thể hiện biến thiên ca hàm N

theo n với các mức cản

khác nhau ca máy công tác ( ộ dốc và trạng thái mặt ường khác nhau ối với ôtô, iện trở khác

nhau ca mạch iện bên ngoài ối với máy phát iện…).

Nếu ộng cơ hoạt ộng ở một chế ộ mà các thông số công tác (công suất, mô men, số vòng

quay, trạng thái nhiệt…) không thay ổi theo thời gian, ta nói: ộng cơ hoạt ộng ở chế dừng.

Chế ộ dừng chỉ tồn tại khi công suất có ích ca ộng cơ N

bằng công suất ca máy công tác

, khi thay ổi cơ cấu iều khiển ộng cơ cũng như ộ cản ca máy công tác. Nếu nối liền trục

quay ca máy công tác với trục quay ca ộng cơ thì số vòng quay ca máy công tác bằng số

vòng quay ca ộng cơ, lúc ấy muốn xác ịnh chế ộ hoạt ộng ca ộng cơ chỉ cần ặt các ồ thị

ca máy công tác và ồ thị ca ộng cơ lên cùng một bản vẽ. Điểm cắt ca ặc tính ộng cơ và

ặc tính ca máy công tác a, c… ều là các chế ộ dừng ca cả hệ thống ộng cơ và máy công

tác.

Mỗi chế ộ dừng, cơ cấu iều khiển ộng cơ nằm ở một vị trí nhất ịnh, máy công tác cũng

hoạt ộng ở một iều kiện cản nhất ịnh, chính là thời iểm cắt ca hai ặc tính; ví dụ: iểm a là

iểm cắt ca ặc tính 2 ca ộng cơ và ặc tính II ca máy công tác, khi ộng cơ chạy theo ường

2 và máy công tác theo ường II.

Cho thay ổi kiểu hoạt ộng ca máy công tác (thay ổi ộ dốc và chất lượng mặt ường, iện

trở bên ngoài ca máy phát iện…) sẽ làm thay ổi ặc tính ca máy công tác N

. Ví dụ: giảm

lOMoARcPSD|25865958

157

mức ộ cản ca máy công tác từ a xuống b (từ ường II xuồng ường III) với tốc ộ n

công suất

ộng cơ N

> N

(công suất máy công tác), một oạn ab, công suất dư ấy sẽ làm tăng tốc ối với

hệ thống cho tới khi cân bằng năng lượng ược hồi phục ở chế ộ dừng mới ( iểm c).

Nếu thay ổi cơ cấu iều khiển ộng cơ (khi giữ không ổi mức cản ca máy công tác), cũng sẽ

làm cho quá trình thay ổi chế ộ dừng ca hệ thống diễn ra tương tự như trên.

Như vy với một thay ổi bất kỳ ca cơ cấu iều khiển ộng cơ cũng như mức cản ca máy

công tác ều làm thay ổi chế ộ dừng với công suất và số vòng quay khác với chế ộ cũ.

5.1.2. Điều kiện làm việc

a. Động cơ tĩnh tại

Trong một số trường hợp ( ộng cơ quay máy phát iện, máy nén khí, bơm nước…) òi hỏi

ộng cơ luôn luôn hoạt ộng ở một tốc ộ nhất ịnh. Muốn vy cần phải thay ổi kịp thời cơ cấu

iều khiển ộng cơ khi mức cản ca máy công tác thay ổi (hình 5.1). Khi lắp thêm một bộ iều

chỉnh tốc ộ (bộ iều tốc) thì ộng cơ vẫn chạy ở tốc ộ cũ hoặc sát với tốc ộ cũ khi thay ổi mức

ộ cản ca máy công tác. Điều kiện hoạt ộng kể trên ca ộng cơ ược gọi là iều kiện tĩnh tại.

Người ta dùng hệ số không ồng ều ca bộ iều tốc ể ánh giá mức ộ sai lệch giữa tốc ộ thưc tế

so với mức ộ trung bình ca ộng cơ trong vi phạm iều chỉnh tốc ộ nhờ bộ iều tốc.

*Các ch Ā ộ có thể hoạt ộng của ộng cơ tĩnh tại ều nằm trên ường thẳng vuông góc

với trục hoành i qua số vòng quay ịnh mức n

(tốc ộ thiết kế). Giới hạn trên ca ộng tĩnh tại

tại iểm A, iểm cho công suất cực ại tại tốc ộ ịnh mức N

emax

- Công suất cực ại N

emax

là công suất lớn nhất mà ộng cơ có thể phát ra trong

một thời gian giới hạn (1 2 giờ).

- Công suất thiết kế N

là công suất có ích ược nhà sản xuất ảm bảo cho

ộng cơ chạy trong iều kiện quy ịnh. Đối với ộng cơ tĩnh tại, công suất thiết kế là

công suất cho phép ộng cơ chạy quá tải trong khoảng 10 20% trong thời gian

một giờ.

- Số vòng quay thiết kế n

là số vòng quay ca trục khuỷu ộng cơ tương ứng

với công suất thiết kế.

Động cơ tĩnh tại và các ộng cơ phụ ca tầu thy chỉ hoạt ộng ở số vòng quay thiết kế. Các

chế ộ làm việc khác ca ộng cơ như: khởi ộng, tăng tốc, quá tải… chỉ là những chế ộ chuyển

tiếp, không dừng.

b. Động cơ lắp trên thiết bị vận tải ường bộ

Động cơ lắp trên thiết bị vn tải ường bộ phải thường xuyên làm việc trong iều kiện

thay ổi lớn cả về tốc ộ lẫn mức ộ cản ca xe. Thông thường giữa số vòng quay và công suất

ca ộng cơ loại này không có mối quan hệ ơn trị; với một số vòng quay bất kỳ công suất

ộng cơ ều có thể thay ổi từ không ến công suất cực ại. Vì vy các chế ộ làm việc ca ộng

cơ vn tải trên ồ thị N

=f(n) (hình 5.1) ược thể hiện bằng toàn bộ diện tích giới hạn bởi:

lOMoARcPSD|25865958

158

trục hoành, hai ường thẳng song song với trục tung i qua n

min

và ường n

max

và ường N

max

nối những iểm có công suất cự c ại tương ứng với số vòng quay n.

Trong iều kiện sử dụng thực tế phần lớn thời gian ộng cơ vn tải ều hoạt ộng ở các chế ộ

không tải và ít tải.

5.2. ĐẶC TNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

5.2.1. Khái niệm

Người ta dùng ặc tính ể ánh giá các chỉ tiêu k礃 thut ca ộng cơ, hoạt ộng trong các iều

kiện khác nhau.

Đặc tính của ộng cơ là các hàm số thể hiện sự thay ổi của các chỉ tiêu công tác chính

theo chỉ tiêu công tác khác hoặc theo nhân tố nào ó có ảnh hưởng trực tiếp tới chu trình

công tác.

Các ặc tính ược sử dụng nhiều trong ộng cơ gồm có:

- Đặc tính tốc ộ (có ặc tính ngoài và ặc tính bộ phn);

- Đặc tính tải;

- Đặc tính tổng hợp;

- Đặc tính không tải;

- Đặc tính iều tốc; - Đặc tính chân vịt;

- Đặc tính iều chỉnh.

Các ặc tính tổng hợp, iều tốc, không tải, chân vịt chỉ là trường hợp ặc biệt ca ặc tính

tốc ộ. Các ặc tính ca ộng cơ ược xác ịnh bằng thực nghiệm trên băng thử ộng cơ. Sau ây sẽ

giới thiệu một số ường ặc tính chính.

5.2.2. Các biểu thức d甃ng ể phân tch ặc tnh của ộng cơ

Muốn phân tích ặc tính ca ộng cơ cần lp mối qua hệ toán học giữa các chỉ tiêu kinh

tế k礃 thut ca ộng cơ, như công suất có ích N

, mômen có ích M

, áp suất có ích trung bình

e‟

suất tiêu hao nhiên liệu có ích g

, lưu lượng nhiên liệu G

với các thông số ca chu trình

như: v , i , m, ...

Để tiện phân tích ảnh hưởng ca các yếu tố khác nhau khi ộng cơ hoạt ộng tới N

và

cần dựa vào: g

, rồi lần lượt dùng các biểu thức:

12.10

, N/m

(Pa) (5.2)

lOMoARcPSD|25865958

159

M1 Tk

- Nếu Q

= MJ/kg; p

= MN/m

, thì:

120.Q

, MN/m

(Mpa) (5.3)

M1 Tk

Do vy, ối với ộng cơ dùng nhiên liệu lỏng công thức tính N

12.10 .

V i

. .Q

. .n

,W (5.4)

M1 Tk

- Nếu Q

(J/kg); V

( m

); p

( N/m

) ;n (vg/s) và

. .

n p

, KW Q

.1.

(5.5)

4.V i

. .

M1 Tk

- Nếu Q

(MJ/kg); V

); p

(MN/m

); n = vg/ph.

Nhờ các biểu thức trên, nếu bỏ qua phần hơi nhiên liệu trong hòa khí, ối với ộng cơ chạy

bằng nhiên liệu lỏng ta có biểu thức:

ρ η η

k v im

.i.n; (W) (5.6)

30τ α.L

pe = pi η

= α

ρ η

ηη

k v im

, (Pa) (5.7)

= N

.30

.i ; (N.m) (5.8)

n L

Từ biểu thức trên sẽ xác ịnh ược biểu thức ca g

và G

lOMoARcPSD|25865958

160

= ; (kg/W.s) (5.9)

Q .tk η ηi. m

V .i

.ρ

.η

.n ( Kg/s) (5.10)

= g

30.τ L

Trong các biểu thức trên: n tính bằng vòng/phút, V

tính bằng m

,ρ

tính bằng kg/m

tính bằng J/Kg.

Hiệu suất cơ giới η

ược xác ịnh theo công thức trên trong ó p

tính theo p

a+ b.C

và p

tính theo (5.3) sẽ ược:

η η

b.Cm

i (5.11)

α.L

Đối với ộng cơ ưa vào thử nghiệm các thông số sau ều là hằng số: hệ số kỳ , thể tích

công tác ca xilanh V

, nhiệt trị thấp Q

, khối lượng ca nhiên liệu, lượng không khí lý

thuyết cần ể ốt 1kg nhiên liệu L

, số xilanh ộng cơ i…

Nếu thay tích ca các hắng số trong các biểu thức từ (5.6) ến (5.11) bằng các hằng số

từ A

ến A

trong ó lưu ý thêm thứ nguyên mới ca các chỉ tiêu sẽ ược:

= A

. η

. ρ

.n ,(kW) (5.12)

= A

. ρ

(MPa) (5.13)

= A

v η

. ρ

, (N.m) (5.14)

= A

, (g/kW.h) (5.15)

= A

v .

n , (kg/h)

(5.16)

lOMoARcPSD|25865958

161

a b.C

= 1 - A

η ρ

i k (5.17)

Các biểu thức từ (5.12) ến (5.17) dùng ể phân tích ặc tính ca ộng cơ xăng, ặc biệt là ộng cơ

xăng dùng bộ chế hoà khí vì hệ số nạp η

ca biểu thức trên gây ảnh hưởng trực tiếp ến các

chỉ tiêu kinh tế k礃 thut ca chúng. Đối với ộng cơ diesel cần thay η

bằng lượng nhiên liệu

cấp cho chu trình g

, vì g

gây ảnh hưởng về hệ số dư lượng không khí α có thể viết:

.V .

h k

(5.18) g .Lct 0

trong ó: V

thính theo m

; g

– Kg/chu trình; ρ

- Kg/m

;

– Kg không khí/Kg nhiên liệu.

Từ (5.18) sẽ có:

(5.19)

α V .

Thay (5.19) vào các biểu thức (5.12), (5.13), (5.14), (5.15) và (5.16) rồi thay tích

với các hằng số trong biểu thức trên bằng các hằng số tương ứng C

….C

, sẽ

ca

Vhρ k

ược một bộ biểu thức dùng ể phân tích ặc tính ca ộng cơ diesel:

= C

. g

. η

.n; (5.20)

Pe = C2. gct.

; (5.21)

= C

. η

; (5.22) g

= A

; (5.23)

= C

. g

.n ; (5.24)

lOMoARcPSD|25865958

162

a b.C

= 1 -

C .g .

2ct

; (5.25)

trong biểu thức (5.6) sẽ

Đối vỡi ộng cơ chạy bằng nhiên liệu thể khí: số hạng

(trong ó: Q

(J/m

) – nhiệt trị thấp ca

nhiên liệu khí ở ược thay bằng

1 α V

iều kiện tiêu chun, V

) - m

không khi lý thuyết dùng ể ốt 1m

nhiên liệu khí), do ó

sẽ có:

1 Q

k v i m

.n.i , KW

(5.26)

= V

30 1 V

Thay hằng số: B = V Q

h tm

.ρ

sẽ ược:

30τ

η η

; KW

(5.27) N

= B. η

1 α V

5.2.3. Mối quan hệ giữa

và với

Trong ộng cơ xăng, do ược hòa khí trộn ều, nên tồn tại một giới hạn nồng ộ nhất ịnh ca

hòa khí ể màng lửa lan truyền, bên ngoài giới hạn ấy hòa khí không cháy (hình 5.3). Hiệu

suất chỉ thị

ca ộng cơ xăng sẽ giảm dần khi hệ số dư lượng không khí α ến gần giới hạn

bốc cháy ca hòa khí và ạt giá trị cực ại tại một giá trị nào ó ca α trong phạm vi giới hạn

trên, thông thường tại α hơi lớn hơn 1 ( 1,05 1,15) . Sau ó nếu tiếp tục tăng α sẽ làm cho

giảm nhanh.

0,85 0.9, phụ thuộc vào ặc

Giá trị cực ại ca tương ứng với giá trị α

lOMoARcPSD|25865958

163

iểm cấu tạo ca ộng cơ.

Hoạt ộng tại α 0,85 0.9, hoà khí có tốc ộ cháy lớn nhất. Thành phần sản vt cháy

trong trường hợp này chứa một lượng lớn khí CO và H

(tương ứng khoảng 5 – 10% và 2 –

5% thể tích khí thải). Ngoài ra còn chứa một lượng NO

(0 0,8mg/l) khí C

(0,2 3,0

mg/l) và OH (0 0,2 mg/l). Đó là những khí không màu, không tạo muội, vì vy không gây

trở ngại gì cho hoạt ộng ca ộng cơ trong môi trường ô thị mt ộ xe không lớn. Nhưng nếu

mt ộ xe  lớn tạo nên nồng ộ các chất kể trên vượt qua giới hạn cho phép chúng ta sẽ gây

ộc hạn lớn ối với con người và môi trường xung quanh. Vì vy phải có biện pháp và tạo thiết

bị trung hòa các chất ộc hại kể trên ca sản vt cháy.

Hình 5.3. Quan hệ giữa

và

với

cực ại của máy ga cũng tương ứng

như của ộng cơ xăng dùng Điều kiện ể ạt α

chế hào khí, chỉ khác là giới hạn của máy ga rộng hơn về phía hạn dưới, các giá trị

max

cũng chuyển dịch về phía giới hạn dưới.

và

max

* Nguyên tắc bốc cháy ca nhiên liệu trong hòa khí ca ộng cơ diesel trên thực tế không

bị giới hạn bởi hệ số dư lượng không khí α trung bình. Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp dùng

trong ộng cơ diesel có hiệu suất cao hơn khi giảm bớt phần nhiệt cung cấp trong giai oạn ẳng

áp ca chu trình. Vì vy hiệu suất

sẽ tăng khi tăng hệ số dư lượng không khí α . Ngoài

ra, khi tăng hệ số dư lượng không khí α ( iều chỉnh chất) thì tỷ nhiệt ca môi trường công

lOMoARcPSD|25865958

164

tác cũng giảm nhờ ó giảm bớt các tổn thất nhiệt em theo khí thải. Nhưng nếu α quá lớn (α >

4), như chứng minh bằng thực nghiệm, thì

cũng bắt ầ u giảm vì chất lượng phun (trong

trường hợp phun ít nhiên liệu) sẽ làm tăng phần tổn thất nhiệt khi cháy.

Trong ộng cơ diesel, hiện tượng cháy không kiet ca nhiên liệu bắt ầu xuất hiện tại

hệ số dư lượng không khí α lớn hơn so với ộng cơ xăng dùng chế hòa khí, vì trong ộng cơ

diesel α ược tính theo giá trị trung bình với số lượng nhiên liệu và không khí có trong

buồng cháy tại thời iểm xét. Xuất hiện sản vt cháy không hoàn toàn thể hiện sự thiếu

không khí cục bộ tại thời iểm nào ó trong buồng cháy. Từ thời iểm bắt ầu cháy không hết,

nếu tiếp tục giảm α sẽ làm cho hiệu suất chỉ thị

giảm nhanh (hình 5.3b).

Cháy không hoàn toàn ca ộng cơ diesel làm xuất hiện trong khí thải muội than

(0,01 1,1 g/m

), khí CO (0,01 0.50% thể tích), NO

(0,0002 0,5 mg/l), C

(0,009

0,5 mg/l) và một lượng nhỏ hơi nhiên liệu và hơi dầu.

Chỉ cần một lượng muội than muội rất nhỏ sẽ làm khí thải có màu tối và gây bn môi

trường. Ngoài ra, muội than còn bám nên thành buồng cháy, có thể làm cho ộng cơ trở nên

qua nóng vì cháy rớt trên ường giãn nở ca nhiên liệu và những sản vt chưa kịp cháy.

Hiện tượng tư cháy không hết ca ộng cơ diesel trở nên ặc biệt nghiêm trọng khi

α <1. Giá trị cực ại ca

thường xuất hiện ở α 1. α

5.2.4. Đặc tnh tốc ộ và ặc tnh ngoài

a. Đăc tính tốc ộ: Các hàm số thể hiện sự biến thiên ca công suất, mômen có ích

(hoặc áp suất có ích trung bình), suất tiêu hao nhiên liệu có ích … và các chỉ tiêu khác

ca ộng cơ theo số vòng quay, khi giữ tay iều khiển ộng cơ ở vị trí qui ịnh ược gọi là ặc

tính tốc ộ.

b .Đặc tính ngoài: Đặc tính tốc ộ biểu thị công suất cực ại ca ộng cơ (N

emax

)

tương ứng với từng số vòng quay ca ộng cơ là ặc tính ngoài.

* Đặc tính ngoài của ộng cơ xăng

Các biểu thức dùng ể phân tích ặc tính ngoài ộng cơ xăng:

η v η

. η

. ρ

.n (KW); (5.28)

Ne = A1 .

η v η

. ρ

(MPa)

;

(5.29) Pe = A2

lOMoARcPSD|25865958

165

Me = A3

η i η m . ρ k (N.m); (5.30)

= A

(g/KW.h); (5.31)

= A

5 .

n (kg/h); (5.32)

α a b.C

1 -

η ρ

i k (5.33)

Khi xét quan hệ ca các thông số vế phải các biểu thức trên thấy rằng: N

chỉ tăng theo

mức tăng ca n khi ảnh hưởng ca việc tăng n lớn hơn những ảnh hưởng làm giảm p

. Như

vy sau khi ạt tới một tốc ộ n nào ó mà mức giảm ca p

trở nên bằng rồi lớn hơn so với mức

tăng ca n thì ở tốc ộ ó ạt N

emax

, sau ó N

giảm do p

giảm nhanh hơn so với việc tăng n.

Để ạt tính kinh tế, k礃 thut trong sử dụng nên cho ộng cơ hoạt ộng trong giới hạn từ n

ến n

(trong ó: n

là tốc ộ ứng với mômen cực ại và n

là tốc ộ ứng với công suất cực ại).

Vì trong khoảng giới hạn tốc ộ ấy, thì suất tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất, nhưng ạt ược chỉ

tiêu kinh tế k礃 thut cao.

Hình 5.4. Đặc tnh ngoài của ộng cơ xăng a) và ộ ng cơ diesel b)

a- Động cơ xăng b-

Động cơ diesel

2-ĐTN nhả khói en

3-ĐTN

1- ĐTN tuyệt ối

lOMoARcPSD|25865958

166

* Đặc tính ngoài của ông cơ diesel

Các biểu thức dùng ể phân tích ặc tính ngoài ộng cơ diesel:

= C

. g

. η

.n (KW); (5.34)

Pe = C2. gct.

(MPa); (5.35)

= C

. η

(N.m); (5.36)

= C

(g/KW.h); (5.37)

= C

. g

.n (Kg/h); (5.38)

a b.C

= 1 -

C .g .

2 ct

i ; (5.39)

Khi xét quan hệ ca các thông số vế phải các biểu thức trên thấy rằng: Ngoài sự phụ

thuộc vào các thông số vế phải, ặc tính ngoài ca ộng cơ diesel còn phụ thuộc vào vị trí thanh

răng bơm cao áp như ã xét ở phần trước. Khi chọn bơm cao áp cho ộng cơ diesel, thường có

một lượng dự trữ về lưu lượng ể có thể dùng cùng một loại bơm cao áp cho các loại ộng cơ

diesel có mức ộ cường hóa khác nhau về công suất và ể bù trừ việc giảm g

do mòn pít tông,

xi lanh bơm cao áp gây ra. Nếu không có biện pháp ặc biệt thì khi ạp ga có thể làm tăng g

tới mức làm cho nhiên liệu cháy không kiệt. Do ó trên bơm cao áp phải có vít hạn chế vị trí

lớn nhất ca thanh răng bơm cao áp.

Như vy, N

và p

lớn nhất ca ộng cơ diesel trong sử dụng thực tế phụ thuộc vào vị trí

hạn chế thanh răng bơm cao áp. Do ó sự biến thiên ca N

trên ường ặc tính ngoài sử dụng

dốc hơn so với ặc tính nhả khói en. Phần lớn ều không xuất hiện N

emax

trong giới hạn tôc ộ

sử dụng (từ n

min

ến n

Cũng như ộng cơ xăng nên sử dụng ở khoảng tốc ộ từ n

ến dưới n

ể ạt ược chỉ tiêu

kinh tế k礃 thut cao.

Do N

emax

ca ộng cơ diesel theo số vòng quay còn phụ thuộc vào vị trí tay iều khiển nhiên

liệu (vị trí thanh răng bơm cao á p ) cấp cho chu trình, nên ặc tính ngoài cũng phụ thuộc vào

sự iều khiển ó. Do vy, ĐTN ca ộng cơ diesel có các loại sau:

- ĐTN tuyệt ối

- ĐTN giới hạn BCA

- ĐTN theo công suất thiết kế

- ĐTN nhả khói en

- ĐTN sử dụng

lOMoARcPSD|25865958

167

- Tất cả các ĐTTĐ khác khi giữ không ổi vị trí ca cơ cấu iều khiển bơm cao á p

ể N

thấp hơn so với ĐTN kể trên gọi là ặc tính bộ phn.

Đặc tính ngoài tuyệt ối

Đặc tính ngoài tuyệt ối là ặc tính ngoài mà các thông số vế phải ca các biểu thức từ

(5.12) ến (5.14) ều ạt giá trị cực ại tại mỗi số vòng quay n. Đó chỉ là ặc tính ược xác ịnh khi

khảo nghiệm ong cơ trên băng thử. Trong sử dụng thực tế không cho phép ộng cơ hoạt ộng

tới các giá trị này nhằm bảo vệ, không ể máy hư hỏng. Mặt khác cũng không thể ảm bảo mọi

iều kiện tối ưu về góc phun sớm, về nhiệt ộ môi chất làm mát ộng cơ ở ầu vào cũng như ầu

ra… trong mọi vòng quay ca ộng cơ, qua ó ảm bảo

,η η

… giá trị

cực ại ca η ,

Đặc tính ngoài giới hạn bơm cao áp

Đặc tính ngoài giới hạn bơm cao áp là ặc tính ngoài mà tay iều khiển bơm cao áp ược

kéo tới vị trí giới hạn lớn nhất. Khi thiết kế bơm cao áp người ta ều ể một phần dự trữ về thể

tích nhiên liệu ảm bảo cho nó có thể cung cấp cho xilanh lượng nhiên liệu lớn hơn so với

nhu cầu ca chu trình. Vì vy khi sử dụng phải ặt ở trên bơm một chốt tỳ nhằm hạn chế lượng

nhiên liệu cực ại cấp cho chu trình.

Đặc tính ngoài theo công suất thiết kế

Đặc tính ngoài theo công suất thiết kế là ặc tình tốc ộ trong ó cơ cấu iều khiển ược giữ

ở một vị trí công suất thiết kế N

tại số vòng quay thiết kế n

. Đặc tính ngoài theo công suất

thiết kế là ặc tính mang tính chất pháp lý ược nhà chế tạo ảm bảo khi suất xưởng.

Đặc tính khói en

Đặc tính ngoài nhả khói en là ặc tính tốc ộ trong ó với mỗi số vòng quay n, cơ cấu iều

khiển bơm cao áp ều nằm ở vị trí bắt ầu nhả khói en trong khí xả.

Đặc tính ngoài sử dụng ( ược gọi là ặc tính ngoài)

Đặc tính ngoài sử dụng là ặc tính tốc ộ trong ó cơ cấu iều khiển ược giữ ở vị trí tương

ứng với công suất sử dụng N

tại số vòng quay sử dụng n

. Người ta dùng ặc tính sử dụng

ể lựa chọn ộng cơ phù hợp với máy công tác.

Đặc tính bộ phận

Tất cả các ường ặc tính tốc ộ khác khi giữ không ổi vị trí ca cơ cấu iều khiển bơm cao

áp ể công suất ộng cơ thấp hơn so với các ặc tính ngoài kể trên ược gọi là ặc tính bộ phn.

5.2.5. Đặc tnh tải

Các ộng cơ dẫn ộng máy phát iện, máy nén, bơm nước… phải áp ứng òi hỏi ca các

máy công tác là khi thay ổi tải ca máy công tác, tốc ộ ộng cơ chỉ ược thay ổi trong một

lOMoARcPSD|25865958

168

phạm vi rất hẹp. Vì vy chất lượng hoạt ộng ca các ộng cơ ấy ược ánh giá theo ặc tính khi

không thay ổi tốc ộ ộng cơ. Đặc tính ấy ược gọi là ặc tính tải.

Trên ồ thị ca ặc tính tải, hoành ộ ặt một trong các thông số thể hiện tải ca ộng cơ, còn

tung ộ là các chỉ tiêu công tác ca ộng cơ. Người ta có thể dùng công suất N

, mô men có

ích M

, hoặc áp suất có ích trung bình p

làm thông số ặc trưng cho tải. Thường dùng giá trị

tương ối ca các thông số so với giá trị tương ứng ở chế ộ ịnh mức (hoặc so với giá trị trên

ặc tính ngoài, tại số vòng quay tương ứng) thay cho giá trị tuyệt ối ca thông số ó.

Hình 5.5. Đặc tnh tải của ộng cơ xăng

1. n = 800vg/ph

2. n = 1.200vg/ph

3. n = 1.600vg/ph

5. n = 2.400vg/ph

6. n= 2.600vg/ph

7. n = 3.200vg/ph

4. n = 2.000vg/ph

Thông số chính ánh giá tính kinh tế về chế ộ hoạt ộng ca ộng cơ là suất tiêu hao nhiên

liệu có ích g

. Trên ồ thị còn có thêm các thông số bổ sung: Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

, hiệu suất có ích

, hiệu suất cơ khí

, lưu lượng nhiên liệu giờ G

. Đối với ộng cơ

tăng áp thường có thêm các thông số: suất tiêu hao không khí, hiệu suất tua bin, máy nén và

bộ tua bin máy nén, tốc ộ rô to, thông số cửa vào và cửa ra ca tua bin, thông số ca không

khí hoặc hòa khí tại cửa vào và cửa ra ca máy nén… Nếu ặc tính ược xác ịnh trong iều kiện

không ảm bảo nghiêm khắc n = const, mỗi iểm ca ặc tính ược o ở tốc ộ do bộ iều tốc iều

khiển thì ồ thị có thêm quan hệ giữa tốc ộ n và tải.

lOMoARcPSD|25865958

169

Khi ộng cơ chạy theo ặc tính tải, nhân tố tác ộng từ bên ngoài tới chu trình công tác là

số lượng nhiên liệu hoặc hòa khí cấp cho xi lanh trong mỗi chu trình. Trong ộng cơ diesel

ược thực hiện nhờ thay ổi ộ dài ca thời gian cấp nhiên liệu, trong nhiều trường hợp còn làm

thay ổi cả áp suất và chất lượng phun nhỏ và ều. Trong ộng cơ tăng áp tua bin khí còn thay

ổi số lượng và trạng thái không khí hoặc hòa khí i vào ộng cơ, do ó làm thay ổi dư lượng

không khí và iều kiện hình thành hòa khí. Vì vy làm thay ổi quá trình hoạt ộng ca ộng cơ

tua bin và máy nén (nếu máy nén nối với tua bin trong bộ tua bin tăng áp), do ó làm thay ổi

công suất và suất tiêu hao nhiên liệu khi ộng cơ chạy theo ặc tính tải.

Hình 5.6. Đặc tnh tải của ộng cơ diesel

Động cơ xăng khi chạy theo ặc tính tải cần tăng hoặc giảm số lượng hòa khí nạp vào

ộng cơ. Khi óng nhỏ bướm ga sẽ làm tăng hệ số khí sót và do ó làm thay ổi iều kiện thực

hiện quá trình công tác, công suất và tính kinh tế ca ộng cơ. Suất tiêu hao nhiên liệu g

thay

ổi theo (5.15). Ở chế ộ không tải N

= 0 và ç

= 0 nên g

= ∞. Tăng tải khi giữ n = const sẽ

làm tăng ç

(cả ộng cơ xăng và ộng cơ diesel), do ó g

giảm dần. Tuy nhiên g

ca ộng cơ

diesel giảm chm hơn so với máy xăng vì ç

ca ộng cơ diesel giảm chm hơn so với mức

tăng ca ç

, còn ç

và ç

ca ộng cơ xăng ều tăng.

Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất g

emin

xuất hiện ở vị trí tải tương ứng với giá trị cực ại

ca ç

= ç

.ç

. Trong ộng cơ xăng và máy ga nếu hòa khí ược iều khiển theo thành phần tiết

kiệm thì ç

sẽ tăng khi tăng tải vì lúc ấy làm tăng , chất lượng cháy tốt hơn. Vì vy g

emin

sẽ

suất hiện ở vị trí toàn tải. Nếu trong bộ che hòa khí hoặc bộ hòa trộn có hệ thống làm m thì

khi mở gần hết bướm ga sẽ làm cho hòa khí m lên. Kết quả làm công suất tăng nhanh nhưng

lại làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu g

Hình (5.5) giới thiệu ặc tính tải ca ộng cơ xăng. Hệ số nạp (hình 5.5a) giảm từ 0,8 (toàn

tải) ến 0,21 (khi công suất ạt 20%), lúc ấy hiệu suất cơ khí ç

giảm từ 0,87 xuống 0,54. Do

lOMoARcPSD|25865958

170

thay ổi làm cho ç

thay ổi theo. Vì vy g

ạt cực tiểu ở N

≈ 0,85

. Ngoài ường cong ç

.ç

m‟

trên ồ thị còn thêm ường cong

e i

trong ó

- là hiệu suất cơ khí không

tính ến tổn thất ca quá trình thay ổi môi chất (quá trình bơm). Từ hai ường ç

và ç

‟ thấy

rằng càng óng mở bướm ga, sự khác biệt giữa ç

và ç

‟ càng lớn, chứng tỏ công suất tiêu hao

cho quá trình bơm lúc ó càng lớn .

Các dấu tròn trên hình (5.5b) là các iểm nằm trên ặc tính ngoài. Suất tiêu hao nhiên liệu

nhỏ nhất xuất hiện tại vị trí có hệ số dư lượng không khí lớn nhất. Đường khuất là ường nối

các iểm có g

emin

, tức là ường ặc tính ngoài khi iều chỉnh bộ chế hòa khí ến thành phần tiết

kiệm nhất.

Tăng tải trong ộng cơ diesel ược thực hiện bằng cách tăng g

qua ó giảm . Do ó khi tăng

tải, ç

ược tăng lên chút ít ở khu vực tải nhỏ, vì áp suất và chất lượng phun tăng dần, sau ó ç

sẽ giảm khi tiến gần ến chế ộ toàn tải. Vì vy suất tiêu hao nhiên liệu g

sau khi ạt giá trị cực

tiểu, tại phụ tải tương ứng với giá trị cực ại ca ç

= ç

. ç

m‟

sẽ tăng dần.

Hình (5.6) giới thiệu biến thiên ca

, ,

, g

, G

ca ộng cơ diesel không tăng

áp khi chạy theo ặc tính tải, tại tốc ộ n

= const. Điểm 2 là giới hạn ca công suất lớn nhất

tại tốc ộ thử.

Trong sử dụng thực tế nghiêm cấm không ể ộng cơ chạy tới iểm 2 vì có nhiều nhiên liệu

cháy không hết, khí thải có nhiều muội than, ộng cơ bị nóng… chóng hỏng.

Đường tiếp tuyến ca ường g

i qua gố c tọa ộ, tiếp xúc với g

tại iểm (1), ược coi là giới

hạn nhả khói en. Tăng tải từ (1) ến (2) sẽ có nhiều nguyên liệu cháy không hết, xuất hiện

nhiều muội than, ộng cơ nhả khói en, máy nóng. Từ iểm (2) trở i nếu tiếp tục tăng thêm g

sẽ làm cho chất lượng quá trình cháy giảm nhanh, làm giảm ,

một mặt làm tăng

suất tiêu hao nhiên liệu g

, mặt khác làm giảm công suất N

. Phụ tải cho phép sử dụng ược

quy ịnh tại iểm bắt ầu nhả khói en (1) hình (5.6).

ge ge

Tại iểm (1) tỷ số có giá trị cực tiểu (với n = const thì cũng cực tiểu hoặc p

Ne pe

ạt cực ại), ta có: tg

e min .

Đặc tính tải ca ộng cơ diesel tăng áp cũng tương tự như ca ộng cơ diesel không tăng

áp, chỉ khác ở chỗ ca ộng cơ tăng áp phụ thuộc vào g

theo qui lut phức tạp hơn.

Với ộng cơ diesel không tăng áp khi chạy theo ặc tính tải có thể coi

const và:

lOMoARcPSD|25865958

171

ctn

(5.40)

Biểu thức trên có thể dùng cho ộng cơ tăng áp dẫn ộng cơ khí.

Trong ộng cơ tuabin khí tăng áp ộc lp, giá trị tức thời ca ược xác ịnh theo biểu thức:

k v g

ctn

(5.41)

. . .

kn vn gct n

Biểu thức

trong trường hợp này lớn hơn nhiều so với ộng cơ không tăng áp và ộng

cơ tua bin khí tăng áp có liên hệ cơ khí.

Càng tăng tải, làm tăng nhiệt ộ khí xả, tăng công suất tua bin, do ó càng làm tăng p

và tỷ số , kết quả

sẽ tăng theo mức tăng ca p

5.2.6. Các ặc tnh khác

a. Đặc tính iều chỉnh

Hình 5.7. Đặc tnh iều chỉnh góc phun sớm, ở n = 1800 vg/ph và toàn tải

Khi tinh chỉnh, thử nghiệm hoặc iều chỉnh ộng cơ thường phải sử dụng ặc tính iều chỉnh,

chúng giúp hiệu chỉnh chính xác, ảnh hưởng ca các phần tử iều chỉnh và các thông số trong

chế ộ hoạt ộng ca ộng cơ tới công suất (hoặc áp suất có ích trung bình) và tới g

. Đặc tính

iều chỉnh bao gồm: ảnh hưởng ca iều chỉnh góc ánh lửa sớm hoặc phun sớm, iều chỉnh

thành phần hòa khí (hoặc hệ số dư lượng không khí ), áp suất hoặc ộ dài ca thời gian cấp

nhiên liệu, nhiệt ộ nước làm mát hoặc nhiệt ộ không khí tới công suất và tính kinh tế ca ộng

cơ.

lOMoARcPSD|25865958

172

Hình 5.7 giới thiệu ặc tính iều chỉnh góc phun sớm ca ộng cơ bốn kỳ ở n = 1.800

vòng/phút và chạy toàn tải. Giá trị cực ại ca p

tương ứng với giá trị cực tiểu ca g

e min

. b.

Đặc tính iều tốc

Trên các ộng cơ diesel ều lắp bộ iều tốc khác nhau. Bộ iều tốc một chế ộ và bộ iều tốc

giới hạn ặt trên các ộng cơ cần phải hạn chế tốc ộ cực ại (tốc ộ giới hạn); nếu còn òi hỏi thêm

về tính ổn ịnh ca ộng cơ khi chạy ở tốc ộ thấp, người ta dùng bộ iều tốc hai chế ộ. Bộ iều

tốc nhiều chế ộ dùng ể thực hiện iều chỉnh tự ộng ở mọi số vòng quay trong phạm vi hoạt

ộng ca ộng cơ.

Trên hình 5.8 giới thiệu ặc tính iều tốc ca ộng cơ với bộ iều tốc nhiều chế ộ và hai chế

ộ.

Diễn biến ca ặc tính iều tốc phụ thuộc vào thông số iều chỉnh thiết bị nhiên liệu và tốc

ộ ộng cơ.

Hình 5.8. Đặc tnh iều tốc về mô men Me của ộng cơ diesel a-

Lắp bộ iều tốc nhiều chế ộ b- Bộ iều tốc 2 chế ộ

A-B các khu vực tác dụng ca bộ iều tốc

1 và 8- Đặc tính ngoài

2 – 7- Đặc tính iều tôc

9 – 11- Đặc tính bộ phn

c. Đặc tính không tải

Đặc tính không tải là trường hợp ặc biệt ca ặc tính tốc ộ, là hàm số thể hiện mối quan

hệ giữa khối lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ G

và tốc ộ n ca ộng cơ khi ộng cơ không

mang tải (tức là N

= M

= p

= 0 và do ó

= 0 và g

= ). Xây dựng ặc tính không tải

nhằm xác ịnh giới hạn từ số vòng quay ổn ịnh nhỏ nhất ến số vòng quay cực ại khi ộng cơ

chạy không tải, ồng thời xác ịnh G

tương ứng với các số vòng quay ấy. Dựa vào ặc tính

không tải có thể phán oán về tính kinh tế ca ộng cơ, ánh giá chất lượng tinh chỉnh ộng cơ,

lOMoARcPSD|25865958

173

kiểm tra chất lượng làm việc ca các zíc lơ trong bộ chế hòa khí hoặc ca bơm cao áp khi

ộng cơ hoạt ộng ở chế ộ không tải, ngoài ra còn có thể xác ịnh hiệu suất cơ khí ca ộng cơ.

a) b)

Hình 5.9. Đặc tnh không tải của ộng cơ xăng a) và của ộng cơ diesel b) Đường

nét liền: Sau 1.000h làm việc; Đường nét ứt: sau 2.000h làm việc.

Khi xác ịnh ặc tính không tải, muốn thay ổi tốc ộ ộng cơ cần tay ổi g

bằng cách thay

ổi vị trí tay iều khiển ộng cơ. Điều chỉnh chế ộ không tải cần ảm bảo ộng cơ chạy ổn ịnh

không chết máy và ỡ tốn nhiên liệu.

Đối với ộng cơ xăng muốn thay ổi tốc ộ n ca ộng cơ chỉ cần mở rộng thêm bướm ga.

Khi chạy ở tốc ộ ổn ịnh nhỏ nhất ca chế ộ không tải, bướm ga hầu như óng gần kín, lúc ấy

hệ số nạp nhỏ nhất. Mở rộng dần bướm ga, hệ số nạp và tốc ộ không tải ca ộng cơ cũng

tăng dần, mở bướm ga ến tới một vị trí nào ó tốc ộ không tải ca ộng cơ ạt tới số vòng quay

lớn nhất cho phép, ó là chế ộ không tải lớn nhất ca ộng cơ.

Hệ số dư lượng không khí trên ường ặc tính không tải cũng thay ổi theo mức ộ mở

bướm ga và khụ thuộc vào cấu tạo ca bộ chế hòa khí, tuy nhiên phạm vi biến ộng ca trên

ường ặc tính tương ối hẹp.

Hiệu suất chỉ thị ç

trên ường ặc tính không tải ch yếu phụ thuộc tốc ộ n, hệ số dư

lượng không khí và hệ số khí sót

. Mở dần bướm ga sẽ làm tăng và giảm

qua ó làm

tăng

. Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ G

tăng theo tỷ số

. Đặc iểm

biến thiên các

thông số ch yếu ca chu trình ộng cơ diesel (

, ,

, g

) trên ường ặc tính không tải cũng

tương tự như các ường ặc tính tốc ộ ã khảo sát ở trên.

Lượng tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ G

ca ộng cơ diesel trên ường ặc tính không tải

sẽ tăng dần khi tăng n vì lúc ấy cả g

và n ều tăng.

lOMoARcPSD|25865958

174

5.2.7. Chuyển ổi các ặc tnh về iều kiện tiêu chuẩn

Người ta xác ịnh các ặc tính ca ộng cơ khi thử nghiệm trên các băng thử, với iều kiện

môi trường rất khác nhau. Do ó muốn so sánh các chỉ tiêu ca các loại ộng cơ cần phải ưa

các kết quả thử nghiệm về cùng một iều kiện môi trường, có áp suất bằng 760 mmHg và

nhiệt ộ 15

C. Điều kiện ấy gọi là iều kiện tiêu chun.

Các chỉ tiêu ca ộng cơ xăng dùng bộ chế hòa khí ược ưa về iều kiện tiêu chun theo

công thức sau :

760

530

.N'

; M

760

530

.M'

(5.42) B

545 B 545

và

e 760

530 t

.p'

e (5.43)

B 545

Trong ó : N

, M

và p

– công suất có ích, mômen và áp suất có ích trung bình trong môi

trường có áp suất 760 mm cột thy ngân và nhiệt ộ 15

N‟

, M

, p‟

là công suất có ích, mômen và áp suất có ích trung bình ở iều kiện môi

trường có áp suất Bmm thy ngân và nhiệt ộ t

Đối với ộng cơ diesel tăng áp hỗn hợp chưa có công thức thống nhất ể ưa các chỉ tiêu

công tác ca ộng cơ về iều kiện tiêu chun, vì khi thay ổi iều kiện môi trường ã làm thay ổi

rất nhiều tham số quyết ịnh các chỉ tiêu công tác ca ộng cơ diesel. Đặc biệt là ộng cơ diesel

tăng áp hỗn hợp. Vì vy hiện nay có nhiều cách ể ưa kết quả thử nghiệm ca ộng cơ diesel

tăng áp hỗn hợp về iều kiện tiêu chun.

CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Các chế ộ làm việc ca ộng cơ.

2. Điều kiện hoạt ộng ca ộng cơ lắp trên thiết bị vn tải.

3. Khái niệm về ặc tính ộng cơ.

4. Các biểu thức phân tích ặc tính ộng cơ.

5. Mối quan hệ giữa

và Với .

6. Đặc tính tốc ộ và ặc tính ngoài.

lOMoARcPSD|25865958

175

7. Đặc tính tải.

8. Đặc tính iều chỉnh.

9. Đặc tính không tải.

10. Chuyển ổi các ặc tính về iều kiện tiêu chun.

Chƣơng 6. TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

6.1. MỤC ĐCH CỦA TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ

6.1.1. Tăng áp ể nâng cao công suất ộng cơ

Công suấ t có ích c a ộ ng cơ Ne ượ c tính theo biể u thứ c sau:

p V in

e h

(KW) (6.1)

Trong ó:

hiệ u suấ t cơ giớ i

công suấ t chỉ thị c a ộ ng cơ (KW)

áp suất chỉ thị trung bình (MPa)

= S thể tích công tá c c a xi lanh

D, S ườ ng kính xi lanh, hành trình ca pit tông

i số xi lanh n Tố c ộ ộ ng cơ

số kì

T công thứ c trên ể tăng công suấ t ộ ng cơ c nhiề u cá ch : giảm số kì, tăng tố c ộ

ộ ng cơ, tăng số xi lanh, tăng thể tích công tá c và tăng á p cho ộ ng cơ.

a. Giảm số kỳ (t)

Khi giữ nguyên giá trị các thông số ở phần tử số ca biểu thức (6.1), nếu giảm số kỳ thì

về mặt lý thuyết công suất ca ộng cơ 2 kỳ gấp ôi công suất ca ộng cơ 4 kỳ.

Tuy nhiên trên thực tế chỉ gấp từ (1,6 † 1,8) lần, iều này có ược là do trên ộng cơ hai kỳ

có xảy ra tổn thất trong quá trình thay ổi môi chất. Quá trình thay ổi môi chất trên ộng cơ

bốn kỳ hoàn hảo hơn trên ộng cơ hai kỳ.

b. Tăng tốc ộ ộng cơ (n)

lOMoARcPSD|25865958

176

Khi tăng tốc ộ ộng cơ sẽ làm tăng số chu trình công tác trong một ơn vị thời gian. Do ó,

lượng công tạo ra trong một ơn vị thời gian cũng nhiều hơn từ ó làm tăng ược công suất ộng

cơ.

Tuy nhiên khi tốc ộ ộng cơ n tăng vượt quá giá trị giới hạn sẽ làm tăng lực quán tính,

tăng phụ tải nhiệt và tăng ộ mài mòn ca các chi tiết nên làm rút ngắn tuổi thọ ca ộng cơ.

Mặc khác, với ộng cơ xăng do ặc iểm hình thành hỗn hợp và tính chất hóa lý ca nhiên liệu

nên cho phép tăng tốc ộ ộng cơ ể nâng cao công suất. Đối với ộng cơ diesel, khi tăng tốc ộ

ộng cơ sẽ ảnh hưởng ến hiệu suất ca quá trình cháy nên tốc ộ ca ộng cơ diesel thường nhỏ

hơn ộng cơ xăng.

Hiện nay tốc ộ ộng cơ diesel cao tốc khoảng 4.000 vòng/phút, ộng cơ xăng cao tốc

khoảng 8.000 vòng/phút.

c. Tăng số xi lanh ộng cơ (i)

Tăng số xi lanh ca ộng cơ sẽ làm tăng công suất và tính cân bằng ca ộng cơ. Hiện nay

ộng cơ một hàng có tới 12 xi lanh, ộng cơ cao tốc chữ V có tới 16 và ộng cơ hình sao có từ

32 † 56 xi lanh.

Tuy nhiên khi số xi lanh quá lớn nhiều sẽ làm cho số chi tiết ca ộng cơ tăng lên quá

nhiều (50.000 † 100.000 chi tiết), làm giảm ộ cứng vững ca hệ trục khuỷu. Do ó, một mặt

làm giảm ộ tin cy và ộ an toàn trong quá trình làm việc, mặt khác làm cho việc bảo dưỡng

và sử dụng ộng cơ thêm phức tạp.

d. Tăng thể tích công tác của ộng cơ (Vh)

Khi tăng kích thước xi lanh ( ường kính D) và hành trình ca pít tông (S) sẽ làm tăng

thể tích công tác, từ ó làm tăng công suất ca ộng cơ.

Tuy nhiên, khi kích thước xi lanh và hành trình pít tông càng lớn sẽ làm tăng kích thước bên

ngoài và chiều cao ca ộng cơ. Nếu tiếp tục tăng ường kính ca xi lanh D và hành trình ca

pít tông S sẽ gây nhiều khó khăn cả về mặt công nghệ lẫn vt liệu chế tạo cho các chi tiết

ca ộng cơ.

e. Tăng áp cho ộng cơ

Tăng áp cho ộng cơ ể làm tăng mt ộ ca môi chất nạp. Qua ó làm tăng khối lượng

không khí nạp i vào xi lanh trong mỗi chu trình, làm tăng Pe vì vy làm tăng công suất ộng

cơ. Tăng áp ối với không khí ưa vào xi lanh ộng cơ có thể làm tăng áng kể công suất ộng cơ.

Nếu áp suất có ích trung bình Pe ca ộng cơ diesel không tăng áp từ 0,7 † 0,9 MPa thì ộng

cơ diesel tăng áp rất dễ ạt 1,0 † 1,2 MPa. Trường hợp nâng cao áp suất trên ường ống nạp P

và làm mát trung gian, có thể nâng cao áp suất có ích trung bình Pe lớn hơn 3 MPa.

Tuy nhiên càng nâng cao mức ộ tăng áp sẽ làm tăng Pe, từ ó làm tăng phụ tải cơ khí

cũng như phụ tải nhiệt ca ộng cơ. Do ó khi tăng áp phải òi hỏi những chi tiết pít tông, xi

lanh,... phải có ộ bền và khả năng chịu tải tốt.

lOMoARcPSD|25865958

177

Do tăng áp là một trong những biện pháp tốt nhất ể làm tăng công suất ca ộng cơ, nên

hiện nay hầu hết các loại ộng co diesel cỡ lớn, ặc biệt là ộng cơ diesel phát iện và ộng cơ

dùng trên tàu thy sử dụng ộng cơ tăng áp rất nhiều.

6.1.2. Tăng áp ể ti Āt kiệm năng lƣợng

Xe hơi hiện ại òi hỏi những ộng cơ gọn nhẹ, hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao, công suất

và mô-men xoắn lớn. Để áp ứng các tiêu chun này, tăng áp là giải pháp phổ biến hiện nay.

Đây là k礃 thut nâng cao áp suất ca hỗn hợp nhiên liệu khi ưa vào buồng ốt. Vào những

năm 1970, chỉ tiêu công suất/lít trung bình ca ộng cơ chỉ ạt khoảng 60 mã lực/lít.

Ngày nay, với sự phát triển ca công nghệ vt liệu, cơ khí và iện tử, cơ cấu tăng áp ã có

mặt trong nhiều lĩnh vực, trên nhiều chng loại ộng cơ. Đến năm 2.000 chỉ số công suất/lít

trung bình ca ộng cơ ã ạt tới 121 mã lực/lít nhờ những k礃 thut tăng áp tiên tiến.

6.2. CÁC BIỆN PHÁP TĂNG ÁP CHỦ YẾU

Dựa vào nguồn năng lượng và phương pháp nén không khí trước khi ưa vào ộng cơ,

người ta chia tăng áp thành bốn nhóm sau:

- Tăng áp dẫn ộng bằng cơ khí;

- Tăng áp nhờ năng lượng khí thải;

- Tăng áp hỗn hợp;

- Tăng áp nhờ hiệu ứng ộng ca dao ộng áp suất;

Ngoài các phương án trên, còn có các hệ thống tăng áp tổ hợp khác tùy theo từng nhu

cầu sử dụng ộng cơ.

6.2.1. Tăng áp dẫn ộng bằng cơ kh (Supercharger)

a. Sơ ồ hệ thống:

Máy nén trong thiết bị tăng áp truyền ộng cơ khí thường là máy nén pít tông , máy nén

rô to, máy nén ly tâm hoặc máy nén chiều trục ược dẫn ộng từ trục khuỷu ca ộng cơ thông

qua các bánh răng, xích hoặc các cơ cấu truyền ộng khác.

lOMoARcPSD|25865958

178

Hình 6.1. Tăng áp dẫn ộng bằng cơ kh

1. Máy nén

2. Trục khuỷu ộng cơ

3. Hệ thống truyền ộng

Hình 6.2. Động cơ có trang bị bộ tăng áp

Một ví dụ ca loại tăng áp này (Superchanger) ược mô tả trên hình 6.3

lOMoARcPSD|25865958

179

Hình 6.3. Bộ tăng á p Superchanger

1. Vỏ bộ tăng áp 3. Đường nạp

2. Cặp bánh răng 4. Xu páp nạp

Bộ tăng áp sử dụng cặp bánh răng 2 nghiêng lớn, bố trí trong vỏ kín 1, trên ường nạp khí

ca ộng cơ. Mỗi răng trên bánh răng có vai trò như một pít tông quét khí nạp.

Bộ tăng áp này phù hợp với các loại ộng cơ diesel thấp tốc, và do khối lượng lớn nên

không sử dụng trên ộng cơ cao tốc ngày nay. Hệ số tăng áp tối a có thể lên tới 1,6 lần (tỷ lệ

áp suất ra với áp suất vào).

b. Nguyên lý làm việc:

Hình 6.4. Sơ ồ nguyên lý tăng áp truyền ộng cơ kh.

Khi trục khuỷu ộng cơ quay, công suất từ trục khuỷu sẽ dẫn ộng cho máy nén làm việc.

Máy nén hút không khí ngoài trời với áp suất Po, sau khi qua máy nén áp suất ca không khí

tăng lên P

> Po qua ường ống nạp và nạp vào xi lanh ộng cơ.

c. Phạm vi ứng dụng:

Khi nghiên cứu các chu trình lý tưởng ca ộng cơ tăng áp chúng ta ã biết hiệu quả tăng

áp ca phương pháp truyền ộng cơ giới kém hơn so với phương pháp tăng áp tua bin khí, vì

vy phạm vi sử dụng phương pháp tăng áp này chỉ giới hạn cho những ộng cơ mà áp suất

tăng áp không vựơt quá 0,15 - 0,16 MN/m

. Nếu áp suất tăng áp lớn hơn nữa thì công suất

tiêu thụ cho máy nén sẽ rất lớn (vượt quá 10%Ni) và hiệu suất ca ộng cơ sẽ giảm.

Trong các loại ộng cơ hai kỳ , pít tông ca ộng cơ óng vai trò như một van trượt iều

khiển óng mở cửa quét và ca thải còn sử dụng không gian bên dưới pít tông làm máy nén

tăng áp.

Trường hợp ộng cơ tăng áp có cùng một giá trị áp suất trên ường ống nạp P

, nếu công

tiêu hao cho máy nén N

càng lớn thì công suất có ít ca ộng cơ Ne sẽ càng nhỏ. Vì vy khi

lOMoARcPSD|25865958

180

chọn loại máy nén cho ộng cơ tăng áp truyền ộng cơ khí cần chú ý tới áp suất tăng áp và

công ể dẫn ộng tăng áp ể không ảnh hưởng ến công suất và hiệu suất ca ộng cơ.

6.2.2. Tăng áp nhờ năng lƣợng kh thải

Trong tổng số năng lượng cấp cho ộng cơ không tăng áp, chỉ có khoảng 30 † 40% ược

chuyển thành công có ích. Nhiệt lượng ca khí thải ra ngoài khỏi ộng cơ chiếm khoảng 40 †

50%. Nếu dùng tua bin khí ể số khí thải trên tiếp tục giãn nở sinh công, trước khi thải ra môi

trường và dùng công ấy ể dẫn ộng máy nén tăng áp (không dùng công có ích lấy từ trục

khuỷu ca ộng cơ) sẽ nâng cao công suất có ích ồng thời cải thiện tính năng kinh tế ca ộng

cơ.

Tùy theo áp suất khí trước tua bin, tăng áp bằng tuabin khí có hai loại sau:

- Tăng áp bằng tua bin biến áp: khi xu páp xả mở, sản vt cháy ược dẫn trực

tiếp tới cánh tua bin. 䄃Āp suất và ộng năng ca dòng khí thải tác dụng vào các cánh tua

bin thay ổi theo quy lut giảm dần. Để giảm tổn thất năng lượng ca dòng khí thải, người

ta thường bố trí tua bin rất gần xi lanh.

- Tăng áp bằng tua bin ẳng áp: khí thải từ xi lanh ộng cơ ược dẫn vào bình

chứa, sau ó ược cấp vào trước cánh tua bin theo một quy lut nhất ịnh.

a. Sơ ồ hệ thống:

Hình 6.5. Sơ ồ ộng cơ tăng áp nhờ năng lƣợng kh thải d甃ng tua bin khí

1. Tuabin khí

2. Tuabin

3. Khí thải ộng cơ

4. Máy nén

5. Không khí

từ môi trường vào

tua bin

Tăng áp tua bin khí thực hiện ược bởi một thiết bị thu hồi năng lượng ca khí thải, số

năng lượng thu hồi này chiếm tới 5 † 10% toàn bộ năng lượng nhiệt cấp cho ộng cơ. Trên

hình 6.5 giới thiệu sơ ồ ca ộng cơ tăng áp nhờ năng lượng khí thải dùng tua bin khí.

lOMoARcPSD|25865958

181

Hình 6.6. Động cơ d甃ng tăng áp Turbochanger

Hình 6.7. Mặt cắt của Turbocharger

màu ỏ: khí thải; màu xanh: khí nạp

b. Nguyên lý làm việc:

Tăng áp tua bin khí là biện pháp tốt nhất ể làm tăng công suất và nâng cao các chỉ tiêu

kinh tế k礃 thut ca ộng cơ, vì vy biện pháp này ã ược sử dụng rất rộng rãi trong các loại

ộng cơ diesel hiện ại. Trên hình 6.8 giới thiệu sơ ồ nguyên lý làm việc ca ộng cơ tăng áp

tua bin khí, năng lượng ể dẫn ộng tuabin ược lấy từ năng lượng ca khí xả ộng cơ.

lOMoARcPSD|25865958

182

Hình 6.8. Sơ ồ nguyên lý ộng cơ tăng áp tuabin kh, dẫn ộng bằng năng lƣợng kh thải.

Máy nén N ược dẫn ộng bởi trục ca tua bin khí T, hoạt ộng nhờ năng lượng khí thải

ộng cơ. Khí thải ca ộng cơ i vào tua bin khí sinh công quay máy nén rồi sau ó ược thải ra

môi trường, ồng thời máy nén N hút không khí ngoài trời có áp suất P

nén ến áp suất P

rồi

ưa vào ộng cơ. Lượng không khí nén cung cấp cho ộng cơ ược biến ổi tự ộng theo công suất

ca ộng cơ. Công suất ca ộng cơ càng cao thì năng lượng chứa trong khí thải càng lớn, ảm

bảo quay máy nén cung cấp cho ộng cơ với lượng không khí nén càng nhiều.

Một ví dụ ca loại tăng áp này (Tubochanger) ược mô tả trên hình 6.9

Hình 6.9. Cấ u tạ o bộ tăng á p Tubochanger a) và nguyên lý làm việc b)

1. Bánh tuốc bin

2. Trục

3. Bánh nén khí nạp

4. Xu páp nạp

6. Van iều tiết

7. Đường khí phản hồi

8. Xi lanh iều khiển

9. mạch giảm tải

5. Xu páp xả

lOMoARcPSD|25865958

183

Bộ tăng áp ặt ngay sát ộng cơ và có cấu tạo như hình trên. Nguyên lý hình thành tăng

áp dựa trên cơ sở tn dụng ộng năng ca dòng khí xả, khi i ra khỏi ộng cơ, làm quay máy

nén khí.

Dòng khí xả i vào bánh tua bin 1, truyền ộng năng làm quay trục 2, dẫn ộng bánh 3, khí

nạp ược tăng áp i vào ường ống nạp ộng cơ. 䄃Āp suất tăng áp khí nạp phụ thuộc vào tốc ộ

ộng cơ (tốc ộ dòng khí xả hay tốc ộ quay ca bánh 1). Với mục ích ổn ịnh tốc ộ quay ca

bánh 1 trong khoảng hoạt ộng tối ưu theo số vòng quay ộng cơ, trên ường nạp có bố trí mạch

giảm tải 9. Mạch giảm tải làm việc nhờ van iều tiết 6, thông qua ường khí phản hồi 7 và cụm

xi lanh iều khiển 8. Khi áp suất tăng áp tăng, van 6 mở, một phần khí xả không qua bánh tua

bin 1, thực hiện giảm tốc ộ cho bánh nén khí nạp, hạn chế sự gia tăng quá mức áp suất khí

nạp.

c. Phạm vi ứng dụng:

Do tăng áp bằng tua bin khí ược dẫn ộng bằng năng lượng khí thải, không phải tiêu thụ

công suất từ trục khuỷu ca ộng cơ như tăng áp dẫn ộng bằng cơ khí, nên có thể làm tăng

tính kinh tế ca ộng cơ. Phương pháp này có thể giảm suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 10%.

Trong các ộng cơ tăng áp cao, thường lắp két làm mát trung gian trước khi không khí i

vào ộng cơ nhằm giảm nhiệt ộ, qua ó nâng cao mt ộ không khí tăng áp vào ộng cơ. Vì vy,

nâng cao ược công suất và hiệu suất ca ộng cơ. Mặc khác khi tăng áp bằng tuabin khí còn

tạo iều kiện giảm tiếng ồn nên loại này ược sử dụng nhiều nhất hiện nay.

6.2.3. Tăng áp hỗn hợp

a. Sơ ồ hệ thống:

Tăng áp hỗn hợp là biện pháp sử dụng cùng một lúc cả máy nén tua bin khí (dùng năng

lượng khí xả) và máy nén truyền ộng cơ khí (dùng năng lượng từ trục khuỷu). Có hai phương

pháp tăng áp hỗn hợp:

- Hai tầng lắp nối tiếp. -

Hai tầng lắp song song.

b. Nguyên lý làm việc:

Trong hệ thống hai tầng lắp nối tiếp thun (H 6.10a), tầng thứ nhất là bộ “máy nén tua

bin khí” quay tự do và tầng thứ hai là máy nén truyền ộng cơ khí. Dùng hệ thống tăng áp hai

tầng lắp nối tiếp thun một mặt có thể tn dụng năng lượng ca khí thải, mặt khác có thể

nâng cao áp suất trên ường ống nạp P

, từ ó nâng cao mt ộ khí nạp.

Hệ thống tăng áp có tầng thứ nhất là một máy nén thể tích hoặc máy nén ly tâm do trục

khuỷu dẫn ộng và tầng thứ hai là “máy nén tuabin khí” quay tự do ược gọi là hệ thống tăng

áp hai tầng nối tiếp ngược (H 6.10b). Trong hệ thống tăng áp hai tầng nối tiếp ngược không

thể nào tiến hành cường hoá ộng cơ bằng biện pháp làm tăng lượng khí nạp ưa vào xi lanh

vì khối lượng không khí cung cấp cho xi lanh trong mỗi chu trình thay ổi rất ít.

lOMoARcPSD|25865958

184

Trong hệ thống tăng áp hai tầng lắp song song (H 6.10c), máy nén N

ược dẫn ộng từ

trục khuỷu ộng cơ cung cấp vào bình làm mát LM cùng với máy nén N

ược dẫn ộng từ năng

lượng khí thải bởi tua bin T.

Hình 6.10. Sơ ồ nguyên lý ộng cơ tăng áp hỗn hợp hai tầng lắp nối ti Āp

a) hai tầng nối tiếp thun

b) hai tầng nối tiếp ngược

c) hai tầng lắp song song

T – Tua bin

N – máy nén

LM – thiết bị làm mát trung gian không khí

nén

c. Phạm vi ứng dụng:

Trong hệ thống tăng áp hai tầng nối tiếp, do có máy nén truyền ộng cơ giới nên có thể

thay ổi tỷ số tăng áp ca ộng cơ, cải thiện tính năng tăng tốc và chất lượng công tác trong

mọi chế ộ làm việc ca ộng cơ. Đặc iểm ấy rất quan trọng ối với ộng cơ hai kỳ.

Trong ộng cơ tăng áp hỗn hợp, lắp song song (H 6.10c) người ta dùng một máy nén dẫn

ộng cơ giới hoặc dùng không gian bên dưới ca xi lanh làm máy nén ( ộng cơ hai kỳ) cung

cấp không khí tăng áp cho ộng cơ, song song với bộ “máy tua bin khí” quay tự do. Như vy

mỗi máy nén trong hệ thống chỉ cần cung cấp một phần không khí nén vào bình chứa chung.

Ưu iểm ch yếu ca hệ thống tăng áp lắp song song là lưu lượng không khí, qua mỗi

máy nén iều nhỏ do ó kích thước ca mỗi máy nén iều nhỏ hơn so với hệ thống tăng áp lắp

nối tiếp.

Về mặt cấu tạo thì hệ thống tăng áp hỗn hợp phức tạp hơn nhiều so với các hệ thống

tăng áp truyền ộng cơ giới và tăng áp tua bin khí, vì trong thiết bị tăng áp có hai máy nén.

Mặt khác bình chứa không khí nén chung cũng phức tạp hơn. Vì vy chỉ trong các

trường hợp ặc biệt (ví dụ cần ạt ược P

tương ối lớn), cần có tính năng tăng tốc tốt trong mọi

chế ộ làm việc ca ộng cơ, hoặc những yêu cầu ặc biệt nào ó người ta mới dùng hệ thống

tăng áp hỗn hợp.

lOMoARcPSD|25865958

185

CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Mục ích ca tăng áp cho ộng cơ.

2. Các biện pháp nâng cao công suất ộng cơ.

3. Sơ ồ, nguyên lý làm việc và phạm vi ứng dụng ca biện pháp tăng áp dẫn ộng bằng

cơ khí.

4. Sơ ồ, nguyên lý làm việc và phạm vi ứng dụng ca biện pháp tăng áp nhờ khí thải.

5. Sơ ồ, nguyên lý làm việc và phạm vi ứng dụng ca biện pháp tăng áp hỗn hợp.

PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH

- Hình 1.1. Sơ ồ cấu tạo ĐCĐT kiểu pít tông (a); Tua bin khí (b); Động cơ phản lực dùng nhiên liệu

và chất ôxi hóa thể lỏng (c)

- Hình 1.2. Sơ ồ nguyên lý ộng cơ ốt trong

- Hình 1.3. Trình tự các quá trình ca ĐCĐT

- Hình 1.4. Sơ ồ các quá trình làm việc và ồ thị công p –V ca ộng cơ diesel bốn kỳ - Hình 1.5. Đồ

thị công p-V ca chu trình thực tế

- Hình 1.6. Đồ thị khai triển và ồ thị phân phối khí khai triển ca ộ ng cơ 4 kỳ p

< p

- Hình 1.7. Sơ ồ pha phân phối khí ca ộng cơ 4 kỳ

- Hình 1.8. Chu trình làm việc ca ộng cơ diesel bốn kỳ

- Hình 1.9. Đồ thị công p – V và ồ thị phân phối khí khai triển ca ộ ng cơ diesel 4 kỳ p

< p

Hình 1.10: Đồ thị công p – V ca ộng cơ xăng 4 kỳ

- Hình 1.11. Sơ ồ cấu tạo ca ộng cơ 4 kỳ tăng áp tuabin khí (p

> p

)

- Hình 1.12. Sơ ồ hoạt ộng ca ộng cơ 2 kỳ quét thẳng qua xu páp xả.

- Hình 1.13. Sơ ồ cấu tạo ộ ng cơ 2 kỳ và ồ thị công p-V ca ộng cơ 2 kỳ dạng quét vòng dùng

cacte tạo quét khí

lOMoARcPSD|25865958

186

- Hình 1.14. Pha phân phối khí ca ộng cơ hai thì quét vòng

- Hình 1.15. Sơ ồ cấu tạo cơ cấu khuỷu trục thanh truyền ộng cơ chữ V, 8 xi lanh, góc nhị diện 90

thứ tự làm việc 1-5-4-2-6-3-7-8

- Hình 1.16. Sơ ồ cấu tạo trục khuỷu ộng cơ 4 xi lanh

- Hình 1.17. Sơ ồ cấu tạo trục khuỷu ộng cơ 6 xi lanh

- Hình 1.18. Sơ ồ cấu tạo và nguyên lý làm việc ĐCĐT kiểu pít tông quay

- Hình 1-19. Sơ ồ cấu tạo ĐCĐT kiểu tua bin phản lực

- Hình 3.1. Chu trình lý tưởng tổng quát trong ĐCĐT

- Hình 3.2. Chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp

- Hình 3.3. Phần ồ thị công thải và nạp khí khi p

< p

(a), khi p

> p

(b)

- Hình 3.4. Phần ồ thị công ca quá trình thay ổi khí trong ộng cơ 2 kỳ

- Hình 3.5. Đồ thị p –V phân tích các ường cong ặc trưng trạng thái ca quá trình nén

- Hình 3.6. Quá trình cháy bình thường trong ộng cơ xăng

- Hình 3.7. Sơ ồ phân bố màng lửa và tốc ộ màng lửa

- Hình 3.8. Cháy kích nổ ộng cơ xăng

- Hình 3.9. Hiện tượng cháy sớm ộng cơ xăng

- Hình 3.10. Đồ thị khai triển quá trình cháy ộng cơ diesel

- Hình 3.11. Đồ thị p = f(V) ca quá trình giãn nở trong ĐCĐT

- Hinh 3.12. Đồ thị p = f(V) ca quá trình thải trong ĐCĐT - Hinh 4.1. Đồ thị công hiệu ính p

=f(V) ca ĐC-D

- Hình 4.2. Đồ thị công hiệu ính p =f(V) ca ĐC-X

- Hình 5.1. Các chế ộ có thể hoạt ộng ca các loại ộng cơ

- Hinh 5.2. Đặc tính ca ộng cơ và máy công tác

- Hình 5.3. Quan hệ giữa

và với

- Hình 5.4. Đặc tính ngoài ca ộng cơ xăng a) và ộ ng cơ diesel b)

- Hình 5.5. Đặc tính tải ca ộng cơ xăng

- Hình 5.6. Đặc tính tải ca ộng cơ diesel

- Hình 5.7. Đặc tính iều chỉnh góc phun sớm, ở n = 1.800 vg/ph và toàn tải - Hình 5.8. Đặc tính iều

tốc về mô men Me ca ộng cơ diesel.

- Hình 5.9. Đặc tính không tải ca ộng cơ xăng a) và ca ộng cơ diesel b)

- Hình 6.1. Tăng áp dẫn ộng bằng cơ khí

lOMoARcPSD|25865958

187

- Hình 6.2. Động cơ có trang bị bộ tăng á p

- Hình 6.3. Bộ tăng á p Superchanger

- Hình 6.4. Sơ ồ nguyên lý tăng áp truyền ộng cơ khí.

- Hình 6.5. Sơ ồ ộng cơ tăng áp nhờ năng lượng khí thải dùng tuabin khí

- Hình 6.6. Động cơ dùng tăng áp Turbochanger

- Hình 6.7. Mặt cắt ca Turbocharger

- Hình 6.8. Sơ ồ nguyên lý ộng cơ tăng áp tuabin khí, dẫn ộng bằng năng lượng khí thải. - Hình 6.9.

Cấ u tạ o bộ tăng á p Tubochanger

- Hình 6.10. Sơ ồ nguyên lý ộng cơ tăng áp hỗn hợp hai tầng lắp nối tiếp

DANH MỤC BẢNG

- Bảng 1.1. Bảng sinh công ộng cơ 4 kỳ 4 xi lanh

- Bảng 1.2. Bảng sinh công ộng cơ 4 kỳ 6 xi lanh

- Bảng 2.1. Thành phần thể tích và nhiệt trị thấp ca nhiên liệu khí ở iều kiện tiêu chun

- Bảng 2.2. Các chỉ tiêu ca nhiên liệu lỏng dùng cho ộng cơ ốt trong

Tài liệu tham khảo

[1] Nguyễn Tấn Quốc (2005). Nguyên lý ộng cơ ốt trong. ĐHSPKTTPHCM.

[2] Nguyễn Tất Tiến (1999). Nguyên lý ộng cơ ốt trong. Nhà xuất bản Giáo dục. Hà Nội.

[3] Nguyễn Văn Bình (1982). Nguyên lý ộng cơ ốt trong. Đại học và THCN.

[4] Phạm Văn Trợ (1998). Lý thuyết ộng cơ ốt trong. Cao ẳng K礃 thut Vin Hem Pic.

[5] Võ Nghĩa (1990). Thí nghiệm ộng cơ. Đại học Bách khoa Hà Nội.

[6] Đỗ Xuân Kính (1989). Sửa chữa ộng cơ ốt trong. Nhà xuất bản Khoa học và K礃 thut. Hà Nội.

[7] Trần Văn Tế - Nguyễn Đức Phú (1996). Kết cấu tính toán ộng cơ ốt trong. Nhà xuất bản Khoa

học và k礃 thut. Hà Nội.

[8] Nguyễn Đức Phú (1989). Động cơ ốt trong xưa và nay. Nhà xuất bản Khoa học và K礃 thut.

Hà Nội.

[9] Proceedings of the international conference on technology, Hanoi, December 1996.

lOMoARcPSD|25865958

188

Thông tin :

188 trang 1 tháng trước

Môn:

Động cơ đốt trong

Trường:

Đại học Fulbright Việt Nam

Tác giả:

48 Nguyễn Thị Anh Thơ

| 1/188

| | Tải xuống

Preview text:

lOMoARcPSD| 25865958 MỤC LỤC
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN .................................................................................................. 4 LỜI NÓI
ĐẦU ...................................................................................................................... 5
BẢNG VIẾT TẮT ................................................................................................................ 7
Phần A. NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ........................................................... 8
Chƣơng 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .................................. 8
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ............................................. 8
1.2. ĐỊNH NGHĨA – PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ........................................................... 12
1.2.1. Định nghĩa ........................................................................................................ 12
1.2.2. Phân loại ........................................................................................................... 12
1.2.3. Ƣu, nhƣợc iểm và phạm vi sử dụng ĐCĐT ................................................ 13
1.3. ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG KIỂU PÍ T TÔNG (ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG) ...... 14
1.3.1. Sơ ồ nguyên lý (Hình 1.2) .............................................................................. 14
1.3.2. Các thuật ngữ cơ bản ....................................................................................... 14
1.3.3. Trình tự các quá trình (hình 1.3) .................................................................... 16
1.3.4. Phân loại: .......................................................................................................... 17
1.4. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .............................. 18
1.4.1. Nguyên lý làm việc của ộng cơ 4 kỳ ............................................................. 18
1.4.2. Nguyên lý làm việc của ộng cơ 2 kỳ ............................................................. 28
1.4.3. So sánh ộng cơ 2 kỳ với ộng cơ 4 kỳ ........................................................... 32
1.4.4. So sánh ộng cơ diesel với ộng cơ xăng (d甃ng bộ bộ ch Ā h漃a khí) ............ 33
1.5. ĐỘNG CƠ NHIỀU XI LANH ............................................................................... 33
1.5.1. Khái niệm chung .............................................................................................. 33
1.5.2. Bảng sinh công ................................................................................................. 34
1.6. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐẶC BIỆT .......................... 36
1.6.1. Động cơ Wankel ............................................................................................... 36
1.6.2. Động cơ tua bin ................................................................................................ 38
Chƣơng 2. NHIÊN LIỆU VÀ MÔI CHẤT CÔNG TÁC ............................................... 40
2.1. NHIÊN LIỆU ........................................................................................................... 40
2.1.1. Khái niệm chung .............................................................................................. 40 1 lOMoARcPSD| 25865958
2.1.2. Nhiên liệu thể khí ............................................................................................. 40
2.1.3. Nhiên liệu thể lỏng ........................................................................................... 42
2.1.4. Các tính chất cơ bản của nhiên liệu ............................................................... 43
2.2. MÔI CHẤT CÔNG TÁC ....................................................................................... 50
2.2.1. Lƣợng không khí cần ể ốt cháy nhiên liệu ................................................ 50
2.2.2. H漃a khí mới ......................................................................................................
53 2.2.3. Sản phẩm cháy .................................................................................................
54 2.2.4. Thay ổi môi chất khi cháy ............................................................................. 58
2.2.5. Hệ số thay ổi phân tử thực t Ā ........................................................................ 61
CHƢƠNG 3. CHU TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ........................................ 63
3.1. CHU TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .................................................... 63
3.1.1. Các loại chu trình ............................................................................................. 63
3.1.2. Các chỉ tiêu ánh giá ....................................................................................... 65
3.1.3. Chu trình lý tƣởng của ộng cơ ốt trong ..................................................... 66
3.2. QUÁ TRÌNH NẠP .................................................................................................. 70
3.2.1. Diễn bi Ān của quá trình nạp của ộng cơ 4 kỳ pk < pO ..................................
71 3.2.2. Các thông số ảnh hƣởng Ān quá trình
nạp .................................................. 73
3.2.3. Định nghĩa – công thức hệ số nạp v .............................................................. 80
3.3. QUÁ TRÌNH NÉN .................................................................................................. 82
3.3.1. Diễn bi Ān của quá trình nén ............................................................................ 82
3.3.2. Các thông số ảnh hƣởng Ān quá trình nén .................................................. 84
3.3.3. Công nén ........................................................................................................... 85
3.3.4. Những y Āu tố ảnh hƣởng Ān chỉ số nén a bi Ān trung bình
n1 ................... 87
3.3.5. Chọn tỷ số nén .................................................................................................. 88
3.4. QUÁ TRÌNH CHÁY ............................................................................................... 90
3.4.1. Quá trình cháy trong ộng cơ xăng ............................................................... 90
3.4.2. Quá trình cháy trong ộng cơ diesel ............................................................ 101
3.4.3. Các thông số trong quá trình cháy ............................................................... 109
3.5. QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ SINH CÔNG ............................................................... 112
3.5.1. Diễn bi Ān của quá trình giãn nở ................................................................... 112 2 lOMoARcPSD| 25865958
3.5.2. Các thông số quá trình giãn nở ..................................................................... 114
3.5.3. Công trong quá trình giãn nở ....................................................................... 115
3.5.4. Những nhân tố ảnh hƣởng Ān chỉ số giãn nở a bi Ān trung bình n2 ....... 116
3.6. QUÁ TRÌNH XẢ ................................................................................................... 118
3.6.1. Diễn bi Ān của quá trình xả ............................................................................ 118
3.6.2. Các thông số quá trình xả ............................................................................. 119
Chƣơng 4. CÁC CHỈ TIÊU VỀ TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG
CƠ ĐỐT TRONG ............................................................................................................ 120
4.1. CÁC CHỈ TIÊU CHÍNH ...................................................................................... 120
4.1.1. Công suất ộng cơ .......................................................................................... 120
4.1.2. Hiệu suất có ích của ộng cơ ......................................................................... 120
4.1.3. Tuổi thọ và ộ tin cậy trong hoạt ộng của ộng cơ .................................. 120
4.1.4. Khối lƣợng ộng cơ ........................................................................................ 121
4.1.5. Kích thƣớc bao ............................................................................................... 121
4.2. CÁC THÔNG SỐ CHỈ THỊ ................................................................................. 122
4.2.1. Công chỉ thị Li và áp suất chỉ thị trung bình pi ........................................... 122
4.2.2. Công suất chỉ thị của ộng cơ ....................................................................... 126
4.2.3. Hiệu suất chỉ thị và suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị .................................... 127
4.3. TỔN HAO CƠ GIỚI VÀ CÁC THÔNG SỐ CÓ ÍCH ...................................... 129
4.3.1. Tổn hao cơ giới ...............................................................................................
129 4.3.2. Hiệu suất cơ
giới . ........................................................................................... 130 4.3.3. Công suất
có ích Ne ........................................................................................ 131
4.3.4. Hiệu suất có ích e và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge ............................. 132
4.3.5. Công suất lít và công suất pít tông ............................................................... 133
Chƣơng 5: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ ĐẶC TÍNH ....................................................... 136
5.1. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ........................... 136
5.1.1. Các ch Ā ộ làm việc ........................................................................................ 136
5.1.2. Điều kiện làm việc .......................................................................................... 138
5.2. ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ...................................................... 139 3 lOMoARcPSD| 25865958
5.2.1. Khái niệm ........................................................................................................ 139
5.2.2. Các biểu thức d甃ng ể phân tích ặc tính của ộng cơ .............................. 139 i
............................................................ 142
5.2.3. Mối quan hệ giữa i và với
5.2.4. Đặc tính tốc ộ và ặc tính ngoài ................................................................. 144
5.2.5. Đặc tính tải ..................................................................................................... 147
5.2.6. Các ặc tính khác ........................................................................................... 151
5.2.7. Chuyển ổi các ặc tính về iều kiện tiêu chuẩn ........................................ 153
Chƣơng 6. TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ................................................ 155
6.1. MỤC ĐÍCH CỦA TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ ................................................. 155
6.1.1. Tăng áp ể nâng cao công suất ộng cơ ....................................................... 155
6.1.2. Tăng áp ể ti Āt kiệm năng lƣợng .................................................................. 156
6.2. CÁC BIỆN PHÁP TĂNG ÁP CHỦ YẾU ........................................................... 157
6.2.1. Tăng áp dẫn ộng bằng cơ khí (Supercharger) .......................................... 157
6.2.2. Tăng áp nhờ năng lƣợng khí thải ................................................................. 159
6.2.3. Tăng áp hỗn hợp ............................................................................................ 163
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................... 165
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................................... 1666
Tài liệu tham khảo ......................................................................................................... 1677 4 lOMoARcPSD| 25865958
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Giáo trình “Động cơ ốt trong” do chúng tôi biên soạn là tài liệu thuộc loại sách giáo
trình nên các nguồn thông tin có thể ược phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục
ích về ào tạo và tham khảo.
Mọi mục ích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục ích kinh doanh thiếu lành
mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 5 lOMoARcPSD| 25865958 LỜI NÓI ĐẦU
Biên soạ n giá o trình là mộ t hoạ t ộ ng thuộ c Tiểu hợp phần 3.1: Tăng cường năng lực
quản lý, giảng dạy và cải tiến giáo trình - trong khuôn khổ Dự án Khoa học công nghệ Nông
nghiệp - vay vốn ADB. Cuố n giáo trình “ Động cơ ốt trong” là mộ t sả n phẩ m củ a Dự á n
ược chúng tôi biên soạn dùng cho việc giả ng dạ y và họ c tậ p ngành Công nghệ k礃̀ thuậ t ô tô - hệ cao ẳng.
Giáo trình cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về nguyên lý ộng cơ ốt trong;
về kết cấu của ộng cơ ốt trong; về ộng học, ộng lực học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền
và sự cân bằng ộng cơ.
Cuốn giáo trình này ược biên soạn dựa theo ề cương chi tiết hai học phần ( Nguyên lý ộng
cơ ốt trong và kết cấu ộng cơ ốt trong); dựa trên cơ sở ổi mới phương pháp giảng dạy theo
hướng tăng thời gian tự học, tự nghiên cứu của sinh viên. Trong quá trình biên soạn giáo
trình, chúng tôi ã tham khảo nhiều giáo trình tài liệu liên quan, tìm hiểu các thông tin trên
báo, trên mạng internet về ộng cơ ốt trong, kết hợp với kinh nghiệm thực tế.
Cấu trúc cuốn giáo trình “Động cơ ốt trong” gồm 2 phần với 13 chương:
Phần A. Nguyên lý ộng cơ ốt trong, gồm 6 chƣơng:
Chương 1. Khái niệm chung về ộng cơ ốt trong
Chương 2. Nhiên liệu và môi chất công tác
Chương 3. Các quá trình của chu trình công tác
Chương 4. Các chỉ tiêu về tính năng kinh tế k礃̀ thuật của ộng cơ ốt trong 6 lOMoARcPSD| 25865958
Chương 5. Chế ộ làm việc và ặc tính của ộng cơ ốt trong Chương 6. Tăng áp cho ộng cơ.
Phần B. K Āt cấu ộng cơ ốt trong, gồm 7 chƣơng:
Chương 1. Cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền
Chương 2. Cơ cấu phân phối khí
Chương 3. Hệ thống bôi trơn
Chương 4. Hệ thống làm mát
Chương 5. Hệ thống cung cấp ộng cơ xăng
Chương 6. Hệ thống cung cấp ộng cơ diesel
Chương 7. Động học, ộng lực học cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền và cân bằng ộng cơ.
Giáo trình này là cơ sở cho các giảng viên soạn bài giảng ể giảng dạy. Các thông tin trong
giáo trình có giá trị hướng dẫn giảng viên thiết kế và tổ chức giảng dạy một cách hợp lý.
Giảng viên có thể vận dụng cho phù hợp với iều kiện và bối cảnh thực tế trong quá trình dạy học.
Cuốn giáo trình này cũng là tài liệu học tập và nghiên cứu của sinh viên cao ẳng ngành
Công nghệ k礃̀ thuật ô tô. Khi sử dụng giáo trình, sinh viên cần:
Phân biệt ược các loại ộng cơ ốt trong; So sánh ược ưu, nhược iểm giữa các loại ộng cơ
ốt trong; lập ược bảng sinh công của ộng cơ nhiều xi lanh;
Đánh giá ược tính chất của nhiên liệu và môi chất công tác;
Tính toán ược các chỉ tiêu về kinh tế, k礃̀ thuật ộng cơ ốt trong ể có thể ứng dụng vào thực tiễn;
Trình bày ược cấu tạo và nguyên lý làm việc của ộng cơ ốt trong ặt trên ô tô;
Biết phân tích các lực sinh ra khi ộng cơ làm việc, hợp lực và mô men tác dụng lên cơ
cấu trục khuỷu – thanh truyền.
Nhằm áp ứng tốt cho việc ào tạo theo nhu cầu xã hội, giáo trình cần ược chỉnh sửa hàng
năm nhằm lược bỏ những kiến thức lỗi thời, không cần thiết; kịp thời bổ sung những kiến
thức mới về ộng cơ ốt trong trên các loại ô tô hiện ại ang hoặc sẽ ược sử dụng phổ biến tại Việt Nam.
Mặc dù ã rất cố gắng, song việc biên soạn giáo trình này khó tránh khỏi thiế u sót. Chúng
tôi rất mong nhận ược nhiều ý kiến óng góp của bạn ọc ể cuốn giáo trình ược hoàn thiện hơn.
Chúng tôi chân thành cảm ơn Bộ Nông nghiệ p và Phá t triể n Nông thôn , Ngân
hà ng phát triển châu 䄃Ā (ADB), Ban Quả n lý Trung ương Dự á n Khoa họ c công nghệ
Nông nghiệ p ã tạ o iề u kiệ n cho giá o viên Trường Cao ẳng Cơ iện và Nông nghiệp Nam 7 lOMoARcPSD| 25865958
Bộ trong việ c nâng cao năng lự c, kinh nghiệ m về biên soạ n cả i tiế n giá o trình giả ng dạ
y , góp phầ n nâng cao chấ t lượ ng dạ y và họ c trong nhà trườ ng. Tham gia biên soạn
Chủ biên: Đoàn Duy Đồng BẢNG VIẾT TẮT ĐCD Điểm chết dưới ĐCĐT Động cơ ốt trong ĐC – D Động cơ diesel ĐCT Điểm chết trên ĐC – X Động cơ xăng ĐTN Đặc tính ngoài ĐTTĐ Đặc tính tốc ộ 8 lOMoARcPSD| 25865958
Phần A. NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Chƣơng 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Động cơ ốt trong hiện ang ược dùng rộng rãi trong tất cả các ngành kinh tế quốc dân và
lĩnh vực quân sự. Năng lượng Động cơ ốt trong sinh ra chiếm khoảng 90% tổng năng lượng
mà con người sử dụng, 10% còn lại là các dạng năng lượng khác (sức gió, sức nước, năng
lượng mặt trời, năng lượng nguyên tử…).
ĐCĐT xuất hiện từ khi nào?
Chính pháo thăng thiên là thủy tổ của ĐCĐT. Theo sử liệu, pháo thăng thiên là tên lửa ầu
tiên ra ời vào thế kỷ thứ I. Pháo thăng thiên là ồ chơi lý thú cho vua chúa phong kiến, có tính
khoa học. Thuốc pháo cháy ngay trong ống tre (kiểu xy lanh cổ iển) ể sinh ra một lượng lớn
khí cháy phụt ra sau, do tác dụng của phản lực, pháo bay vút lên cao. Đến thế kỷ thứ III, IV
èn kéo quân ra ời, ó cũng là một ĐCĐT, thủy tổ của ộng cơ tua bin khí cháy hiện ại.
Đến thế kỷ thứ XI, k礃̀ thuật pháo và súng thần công ra ời, ây chính là ĐCĐT một kỳ, chỉ
có cháy và giãn nở, nòng súng là “xi lanh”, viên ạn là pít tông. Pít tông bay i mà “không
quay trở lại”. Tiếc rằng k礃̀ thuật sử dụng nguyên lý ĐCĐT vào mục tiêu phát triển sản xuất
ã bị chế ộ phong kiến lạc hậu kìm hãm trong một thời gian dài hàng chục thế kỷ.
Trước khi ề cập ến lịch sử phát triển của ĐCĐT cần lược qua ôi nét về quá trình hình thành
ộng cơ nhiệt hiện ại. Năm 1746 ở một thị trấn nhỏ Gơninốc phía Bắc nước Anh, cậu bé
GiêmOát mới lên 10 tuổi quan sát nước sôi trong ấm, thấy sức mạnh của hơi nước ẩy nắp
bật lên. Nhưng ến năm 1784, khi GiêmOát 48 tuổi, chiếc máy hơi nước ầu tiên của nhân loại 9 lOMoARcPSD| 25865958
mới ra ời, khá hoàn hảo, tuy công suất 20 mã lực, hiệu suất chỉ ạt 2,0 ÷ 2,5% nhưng máy hơi
nước của GiêmOát ã thực sự ánh dấu một giai oạn mới trong việc sử dụng năng lượng.
GiêmOát là người ầu tiên thực hiện ược việc biến ổi năng lượng từ dạng nhiệt năng thành
cơ năng trong máy hơi nước. Trong cuốn “tư bản luận” , Các-Mác ã khẳng ịnh rằng: “Sự ra
ời của máy hơi nước là sự phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp thế kỷ XVIII”
Năm 1803, Rơbơc-Phơntơn lắp máy hơi nước trên tàu thủy trọng tải 25 tấn, tháng 8 năm
1807 “con quái vật” trên sông Mitxixipi (theo tờ báo Open buổi sáng) chạy thử từ NiuOóc
ến Open mở ầu trang sử của ngành hàng hải. Nhưng từ năm 1804, Rise – Treuydich ã chế
tạo thành công ầu máy xe lửa, mở ra một trang sử mới trong ngành ường sắt nước Anh .
GiêmOát mất năm 1819, thọ 83 tuổi, ể ghi nhớ công lao to lớn của ông, người ta dựng tượng
ài ở OátMin Xtơ với dòng chữ “Con người ã nâng lên gấp bội sức mạnh của con người”.
Sau gần một thế kỷ hay nói chính xác hơn trong suốt 78 năm (kể từ năm 1784) rất nhiều
người cống hiến cho sự phát triển của máy hơi nước. Nhưng hiệu suất nhiệt của máy không
thể vượt quá 10%. Nguyên lý làm việc của máy hơi nước là nguyên liệu cháy trong lò, thoát
ra một lượng nhiệt và truyền lượng nhiệt này cho môi chất công tác (hơi nước) khiến môi
chất tăng áp suất và nhiệt ộ lên cao. Môi chất công tác ược ưa và xi lanh của máy và giãn nở
ở ấy ể sinh công dẫn ộng máy. Như thế về cơ bản, máy hơi nước là một ộng cơ ốt ngoài vì
quá trình chuyển hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng tiến hành ở bên ngoài của ộng cơ.
Tuy vậy máy hơi nước quá cồng kềnh, hiệu suất nhiệt thấp. Có thể phát sinh ra một loại ộng
cơ khác gọn nhẹ tiết kiệm hơn không? Đó là vấ n ề trăn trở ố i vớ i các nhà khoa học trong
những năm 80 thế kỷ XVIII.
Năm 1860, Lơnoa - một k礃̀ sư người Pháp vẫn giữ nguyên quá trình chuyển hóa năng lượng
của ộng cơ nhiệt, nhưng ược thực hiện ngay trong xy lanh ộng cơ. Thế là nguyên lý làm việc
của ĐCĐT ra ời sau máy hơi nước gần một thế kỷ. Nhìn bên ngoà i nó không khác máy bơm
nước bao nhiêu, hiệu suất chỉ ạt ến 4,65% trog lúc ó hiệu suất nhiệt của máy hơi nước lúc
bấy giờ ạt 7%. Nhưng ó cũng là một thành công của Lơnoa, ông vẫn mơ ước sáng tạo ược
loại ộng cơ dùng cho vận tải ường bộ.
Trong các nhà nghiên cứu, tên tuổi của Nicôlai-Ôttô và RuyĐônPhơ Điêzel mãi mãi ược lưu
truyền trong lịch sử phát triển của ĐCĐT.
Nicôlai-Ôttô là một nhà buôn trẻ nhiệt tình với khoa học k礃̀ thuật. Năm 1861, ông bỏ nghề
buôn mua một ộng cơ Lơnoa và chọn con ường nghiên cứu bằng thực nghiệm, cùng với k礃̀
sư LăngGhen người Pháp, hai ông nhận thấy cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có guốc trượt
của Lơnoa có nhiều khuyết iểm nên ã chế tạo ộng cơ hai kỳ rất ộc áo, gây nhiều tiếng vang
lớn và hiệu suất nhiệt ã ạt 12 ÷ 14%. Gọi là ộng cơ kiểu At-MôtPhe, ây là thời iểm thực sự
ĐCĐT chiến thắng ộng cơ ốt ngoài (máy hơi nước) một cách vẻ vang. Mãi ến năm 1877 khi
Ôttô và LăngGen phát minh ra ộng cơ bốn kỳ thì loại ộng cơ kiểu At-Môt-Phe mới bị loại bỏ hoàn toàn . 10 lOMoARcPSD| 25865958
Năm 1878 trong triển lãm công nghiệp lớn ở Pari, Ôttô và Lănggen trưng bày chiếc ộng cơ
bốn kỳ ầu tiên trên thế giới dùng nhiên liệu khí, iểm lửa bằng iện, nhỏ gọn nhưng hiệu suất
nhiệt ạt 20%, iều mà máy hơi nước không thể mơ tưởng ược. Đồng thời mở ầu cho việc thiết
kế, chế tạo ôtô - một phương tiện vận tải ường bộ mà trước ây chưa thể giải quyết ược. Tuy
nhiên người xây dựng nền tảng lý thuyết cho ộng cơ bốn kỳ lại chính là Bôtơ-Rôxơ những
hiểu biết của ông hoàn toàn úng ắn và chính xác gần như ngày nay chúng ta hiểu về ộng cơ
bốn kỳ vậy. Song do quá nghèo mà Bôtơ-Rôxơ chưa tiến hành thực nghiệm ược nên ã bị
lãng quên. Cũng chính lý do trên mà khi Ôttô òi ộc quyền sản xuất ộng cơ bốn kỳ thì tòa án
tối cao của nước Đức bãi bỏ. Đây là âm mưu có toan tính của giới tư sản tư bản công nghiệp
và họ ã tha hồ tự do sản xuất ộng cơ bốn kỳ. Sau ít năm số ộng cơ sản xuất ạt 200.000 ộng
cơ các loại. Riêng xưởng Dớts của Ôttô năm 1880 ã sản xuất loại ộng cơ 100 mã lực. Đến
năm 1895 sản xuất ra loại ộng cơ 1000 mã lực chạy bằng nhiên liệu khí. Sau 17 năm nghiên
cứu và thực nghiệm Ôttô ã cống hiến cho ngành
ĐCĐT những thành tựu hết sức quan trọng nhưng sớm tự mãn với thành quả lao ộng của
mình, ông chỉ chú trọng ến loại nhiên liệu thể khí nên ộng cơ của ông vẫn nặng và cồng kềnh
không thể dùng cho giao thông vận tải ường bộ ược.
Đến năm 1885 ĐamLe-một k礃̀ sư người Pháp là bạn thân và là trợ lý của Ôttô chế tạo thành
công chiếc ộng cơ 8 mã lực ẩy vòng quay trục khuỷu lên tới 800 vòng/phút, nhỏ gọn chỉ
bằng 1/10 ộng cơ của Lơnoa có cùng công suất, kỳ tích chưa từng có lúc bấy giờ. Ngay năm
1885, hai nhà kĩ nghệ người Pháp là Pơ-Giơ và Lơ-VatXô ã mua bằng phát minh của ĐămLe
ể sản xuất loại ộng cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng (xăng). Pơ-Giơ và Lơ-VatXô ã cải tạo lại
xưởng và trở thành nhà chế tạo Ôtô ầu tiên trên thế giới.
Năm 1887, Gotlip-ĐamLe và Cac-BenĐơ ã ồng thời chế tạo thành công chiếc ôtô ầu tiên ặt
ộng cơ ốt trong chạy ạt tốc ộ 15 km/h, tại xưởng Capxtat và Men-Hem. Kể từ ó xe hơi ã trở
thành một phương tiện vận tải có tầm quan trọng hết sức to lớn. Chưa ầy 100 năm sau, trong
những năm 60 của thế kỷ XX sản lượng bình quân ôtô hàng năm là 20 triệu chiếc. Đến năm
1970 toàn thế giới có khoảng 230 triệu chiếc, cuối thế kỷ XX số lượng ôtô các loại trên thế
giới ước tính khoảng 1.500 triệu chiếc. Hiện nay số lượng ĐCĐT sản xuất hàng năm trên thế
giới ước khoảng 40 triệu chiếc với dải công suất từ 0,1 ến khoảng 70.000KW cho các lĩnh
vực giao thông vận tải, quân sự, xây dựng, nông nghiệp, lâm nghiệp, ... và gia ình.
Cùng với sự phát triển nhanh chóng cả về số lượng lẫn chất lượng ô tô, ộng cơ ốt trong
cũng ược nghiên cứu, cải thiện không ngừng ể ạt thành quả như ngày nay.
Công lao của ĐămLe và Ben chế tạo ra ĐCĐT bằng nhiên liệu lỏng (xăng) nhưng chúng ta
không thể bỏ qua công lao của Hoc-Cơ người ã dùng hỗn hợp khí (xăng – không khí) làm
nhiên liệu của ộng cơ ốt trong thay khí ốt (1873 Hoc-Cơ ã thực nghiệm dùng nguyên liệu
lỏng cho ông cơ Lơnoa). Việc dùng xăng làm nhiên liệu ã ẩy mạnh nền công nghiệp khai
thác và chế biến dầu mỏ, ồng thời cuộc cách mạng về nhiên liệu của ĐCĐT thực sự bắt ầu.
Trong thời gian này ô tô phát triển rất nhanh nhưng công suất của ộng cơ vẫn còn hạn chế
chưa vượt qua 80 mã lực. Do vậy trong phạm vi trang bị ộng lực có công suất lớn phải dùng 11 lOMoARcPSD| 25865958
máy hơi nước. Lý do là ộng cơ xăng bốn kỳ của ĐămLê và Ben hiệu suất chưa vượt quá
20%, nhiên liệu xăng trở nên khan hiếm, trong khi ó dạng nhiên liệu lỏng nặng (mazut, diesel) dư thừa.
Những yêu cầu thực tế ó ã thúc ẩy các nhà phát minh suy nghĩ về một phương án tạo ra một
loại ộng cơ thay thế máy hơi nước. Một trong những nhà nghiên cứu ạt thành tích là k礃̀ sư
RuyĐônPhơ Diesel - người mà tên tuổi từ lâu ã gắn liền với một loại ộng cơ hết sức quan
trọng - ộng cơ diesel. Ông là người Đức sinh năm 1858 ở Pari thủ ô nước Pháp. Diesel theo
học tại Munich và nghiên cứu về loại ộng cơ nhiệt. Năm 1893 Diesel trình bày luận văn với
nhan ề: “Lý thuyết và kết cấu một loại ộng cơ nhiệt lý tưởng thay thế cho máy hơi nước”.
Ông tuyên bố ạt cho ược chu trình lý tưởng của Cacnô. Diesel ã chứng minh rằng nếu tỷ số
nén tăng lên thật cao, có thể ến 250, thì hiệu suất của ộng cơ sẽ ạt ến con số kỉ lục là 75%
(thực ra iều ó không tưởng). Ngày nay chúng ta ã chứng minh rằng nếu tỉ số nén vượt quá
22 thì hiệu suất nhiệt hầu như không tăng nữa. Các ộng cơ diesel hiện ại ngày nay hiệu suất cũng chỉ ạt 47%).
Hai hãng lớn của Đức là CơRơp và Man nhận thực hiện ồ án của Diesel. Qua nhiều lần thực
hiện thất bại cuối cùng ĐCĐT mang tên Diesel ra ời, ó là vào năm 1897. Động cơ này khác
xa với bản thiết kế ộng cơ lý tưởng ở nhiều chỗ nhưng tỉ số nén cũng ạt 30 hiệu suất có ích
ạt ến 20%, khí ốt bằng dầu nặng. Công suất ạt 20 mã lực, số vòng quay 200 vòng/phút nhưng
mức tiêu hao nhiên liệu giảm ến kinh ngạc 225 g/mã lực. giờ (ngày nay ộng cơ diesel có
công suất tương ương suất tiêu hao nhiên liệu không thấp hơn ộng cơ diesel sản xuất năm
1897 bao nhiêu). Động cơ diesel sản xuất năm 1897 ược sử dụng tĩnh tại cơ cấu phối khí
dùng xupap, … bơm phun nhiên liệu bằng khí nén.
Năm 1899 xưởng NôBen ở Pêtecbua ã mua ược bản quyền sản xuất ộng cơ diesel. Từ ó ã
cải tiến và sản xuất hàng loạt ộng cơ có tính năng kinh tế cao. Điều áng chú ý là hầu như một
thời gian Rôbe-Bôtxơ (người Đức) và giáo sư Tôrin Cơle (người nga) năm 1891 ã ề xuất
phương án phun nhiên liệu bằng cơ giới, không dùng khí nén như diesel. Rôbe-Bôtxơ ã sáng
tạo ra bơm cao áp và vòi phun nổi tiếng trên thế giới góp phần vào sự phát triển mạnh mẽ
của ộng cơ diesel. 20 năm sau ộng cơ diesel xuất hiện trên khắp các lĩnh vực. Ngày nay công
suất của ộng cơ diesel có thể ạt ến con số áng sợ 56.000 mã lực và cao hơn nữa, ó là nguồn
ộng lực chủ yếu của các con tàu vượt ại dương có trọng tải vài chục vạn tấn.
ĐCĐT ã trở thành nguồn ộng lực chủ yếu của thế giới. Hình dạng, kết cấu phát triển hết sức
phong phú, a dạng, hiệu suất của ộng cơ ạt tới 47%, sản lượng bình quân dự oán tới thế kỷ
XXI sản lượng hàng năm lên tới 40 triệu chiếc.
Lịch sử phát triển ĐCĐT của nước ta còn quá khiêm tốn, chủ yếu là một số xưởng sửa chữa
ôtô và tàu thủy quy mô nhỏ như xưởng tàu thủy Hải Phòng, xưởng Ba Son… Sau năm 1954
trên miền Bắc chỉ có khoảng 1.000 xe các loại dùng các kiểu ộng cơ xăng của Pháp, Ý, Anh,
M礃̀, … Năm 1955 nhà nước ầu tư xây dựng thêm một số xưởng như: Trần Hưng Đạo, Bạch
Đằng, 1/5, X120, X250, Chiến Thắng, … Đặt cơ sở cho ngành sửa chữa và chế tạo ĐCĐT sau này. 12 lOMoARcPSD| 25865958
Năm 1960 nhà máy cơ khí Trần Hưng Đạo sản xuất thành công ộng cơ diesel công suất 20
mã lực, xưởng Chiến Thắng của quân ội sản xuất thành công ộng cơ xăng 70 mã lực, …
Năm 1971 Cục Quản Lý Xe Máy (nay là Cục Xe Máy) cộ ng tác với khoa cơ khí ộng lực
ĐHBK Hà Nội thiết kế thành công xe tải ặt ộng cơ 150 mã lực, tốc ộ vòng quay 3200
vòng/phút, chữ V, 8 xylanh. Các nhà máy diesel Sông Công, diesel Long Bình, sản xuất hàng
loạt ộng cơ …, công suất 50 mã lực, tốc ộ vòng quay 1.600 vòng/phút.
Trong những năm ầu thế kỷ XXI cả nước ta có khoảng 20 nhà máy liên doanh sản xuất ôtô
với nước ngoài và nhiều xí nghiệp liên doanh sản xuất xe máy trên cơ sở lắp ráp dưới dạng
IKD. Trong ó phải kể ến Công ty Ô tô Toyota Việt nam (TMV) có năng lực sản xuất ô tô
ứng hàng ầu Việt nam. Theo kế hoạch, TMV sẽ tăng số lượng sản xuất lên 30.000 xe/năm,
ồng thời tỷ lệ nội ịa hóa tăng lên 40% (Innova ạt tỷ lệ nội ịa hóa ã lên ến 33% từ năm 2007)
và 45% khi thế hệ mới của Innova ược giới thiệu tại Việt nam. Theo chủ trương của nhà
nước các liên doanh ang cố gắng nội hóa dần sản phẩm, từng bước nhận và chuyển giao công
nghệ. Đây là nền móng của ngành chế tạo ô tô - xe máy và ngành chế tạo ĐCĐT hiện ại.
Trong tương lai gần nước ta sẽ theo kịp các nước có nền công nghiệp ô tô phát triển trong
khu vực cũng như trên thế giới.
1.2. ĐỊNH NGHĨA – PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ 1.2.1. Định nghĩa
a. Động cơ nhiệt:
Động cơ nhiệt là ộng cơ biến nhiệt năng thành cơ năng do ốt cháy nhiên liệu, tức là
những máy biến ổi nhiệt năng thành cơ năng.
Động cơ nhiệt có thể chia làm 2 loại: -
Động cơ ốt ngoài - quá trình ốt cháy nhiên liệu thực hiện ngoài xi lanh ộng cơ.
Như ộng cơ hơi nước là ộng cơ ốt ngoài. -
Động cơ ốt trong - quá trình ốt cháy nhiên liệu, sự tỏa nhiệt, giãn nở sinh công trong xi lanh ộng cơ.
b. Động cơ ốt trong:
Động cơ ốt trong là một loại ộng cơ nhiệt, thực hiện việc chuyển ổi nhiệt năng, do nhiên
liệu ược ốt cháy trong xi lanh tạo ra, thành công cơ (cơ năng) ể dẫn ộng các máy công tác
(hệ thống truyền ộng trên ô tô, ầu máy xe lửa, máy bơm nước, máy phát iện, ...). Nguyên lý:
Đốt cháy nhiên liệu (chuyển h漃Āa năng thành nhiệt năng) Môi chất tích năng
lượng (p và T môi chất tăng) Môi chất giãn nở sinh công (chuyển nhiệt năng thành cơ năng). 1.2.2. Phân loại
Động cơ ốt trong gồm có: Động cơ pít tông; ộng cơ wankel; ộng cơ tua bin. 13 lOMoARcPSD| 25865958
Trong 漃Ā, ộng cơ ốt trong kiểu pít tông ược sử dụng phổ biến. Vì vậy thuật ngữ “ ộng cơ
ốt trong” ược dùng với ý khái quát chung cho các loại ĐCĐT, ồng thời cũng c漃Ā ý dùng
ngắn gọn ể chỉ ĐCĐT pít tông. sẽ ược nghiên cứu kỹ trong chương trình.
Hình 1.1. Sơ ồ cấu tạo ĐCĐT kiểu pít tông (a); Tua bin khí (b); Động cơ phản lực d甃ng
nhiên liệu và chất ôxy hóa thể lỏng (c) 1.Cac te lắp trục khuỷu 9. Lỗ phun vào cánh tua 2. Xi lanh bin 3. Nắp xi lanh 10. Tua bin 4. Pít tông 11. Máy nén 5.Thanh truyền 12. Bình nhiên liệu khí 6. Trục khuỷu
13. Bình chứa chất ôxy hoá 7. Bơm nhiên liệu 14. Bơm 8. Buồng cháy 15. Miệng phun phản lực .
1.2.3. Ƣu, nhƣợc iểm và phạm vi sử dụng ĐCĐT
a. Ưu iểm chính của ĐCĐT:
- Hiệu suất có ích ( e ) cao.
- Kích thước nhỏ gọn, nhẹ. - Khởi ộng nhanh. - Hao ít nước. - Bảo dưỡng ơn giản.
b. Nhược iểm chính của ĐCĐT:
- Không thể dùng nhiên liệu thể rắn, kém phẩm chất. Chỉ dùng nhiên liệu lỏng hoặc khí chất lượng cao.
- Công suất ộng cơ bị giới hạn. 14 lOMoARcPSD| 25865958
- Trên thiết bị vận tải ường bộ không thể nối trục ộng cơ với trục máy công tác trực tiếp
do hạn chế về ặc tính ĐCĐT. - ĐCĐT khá ồn.
c. Phạm vi sử dụng:
Do nhiều ưu iểm vượt trội nên ĐCĐT ược sử dụng khá phổ biến trên mọi lĩnh vực.
Hiện nay ĐCĐT ược sử dụng làm nguồn ộng lực chính cho các thiết bị ộng lực cho hầu
hết các ngành: Đường sắt, ường thủ y, ường bộ, hàng không, nông nghiệp,... và cả lĩnh vực
sử dụng trong gia ình, với dải công suất từ 1KW ến hàng chục ngàn KW.
1.3. ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG KIỂU PÍ T TÔNG (ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG)
1.3.1. Sơ ồ nguyên lý (Hình 1.2)
Hình 1.2. Sơ ồ nguyên lý ộng cơ ốt trong 1. Cac te ( áy dầu) 6. Nắp xi lanh 2. Trục khuỷu S. Hành trình pít tông 3. Thanh truyền
l. Chiều dài thanh truyền R. Bán
kính quay của trục khuỷu 4. Xi lanh 5. Pít tông
1.3.2. Các thuật ngữ cơ bản a. Điểm chết
Điểm chết là iểm mà tại ó pít tông ổi chiều chuyển ộng.
Các iểm chết tương ứng với các vị trí giới hạn ngoài (pít tông nằm xa tâm quay nhất) và vị
trí giới hạn trong (pít tông nằm gần tâm quay nhất) của pít tông. Theo cách gọi thông thường
giới hạn ngoài của pít tông ược gọi là iểm chết trên (ĐCT), vị trí giới hạn trong của pít tông
ược gọi là iểm chết dưới (ĐCD). 15 lOMoARcPSD| 25865958
b. Hành trình của pít tông (S)
Là khoảng chạy từ giới hạn này sang giới hạn kia của pít tông, S = 2R (R là bán kính
quay của trục khuỷu). Cách khác: S là hành trình của pít tông ược giới hạn giữa hai iểm chết.
c. Kỳ (Hành trình công tác)
Là một phần (một giai oạn) của chu trình công tác ược thực hiện trong một hành trình. d. Thể tích
Khi pít tông chuyển ộng sẽ làm thay ổi thể tích trong xi lanh.
Vc - Thể tích buồng cháy : Là thể tích trong xi lanh giớ i hạ n bở i xi lanh, nắ p xi lanh
và ỉnh pít tông khi pít tông nằm ở ĐCT.
Vh - Thể tích công tác : Là thể tích trong xi lanh giớ i hạ n bở i một hành trình của pít tông. D2 V h S (D- ường kính xi lanh) 4
Vh thường ược o bằng lít (l) nếu Vh > 1000 cm3
Vh thường ược o bằng cm3 nếu Vh < 1000 cm3
Va - Thể tích toàn phần: Là thể tích trong xi lanh giớ i hạ n bở i xi lanh, nắ p xi lanh và
ỉnh pít tông khi pít tông nằm ở ĐCD. Va = Vh + Vc e. Tỷ số nén
Là tỷ số giữa thể tích toà n phầ n Va và thể tích buồng cháy Vc. V Va V Vh c 1 h Vc Vc Vc
Đối với ộng cơ 2 kỳ: Vh - Là thể tích công tác lý thuyết V '
h - Là thể tích công tác thực tế
Vn - Là thể tích sử dụng cho việc quét và xả khí. V Gọi =
n là phần thể tích hay hành trình mất mát cho việc quét và xả khí. Vh V
Ta có tỷ số nén thực tế: ' 1
'h ; Còn là tỷ số nén hình học (lý thuyết). 16 lOMoARcPSD| 25865958 Vc
Tỷ số nén nói lên khí trong xi lanh bị nén xuống mấy lần khi pít tông chuyển ộng từ
ĐCD lên ĐCT. Ví dụ: = 8, tức là khí trong xi lanh bị nén xuống 8 lần khi pít tông chuyển ộng từ ĐCD lên ĐCT.
f. Môi chất công tác
Là chất môi giới dùng ể thực hiện chu trình công tác gồm: Chất ôxy hóa (không khí),
nhiên liệu và sản vật cháy. - Khí nạp mới gồm:
+ Không khí với ộng cơ diesel.
+ Hỗn hợp khí nạp (không khí - nhiên liệu) với ộng cơ xăng (ĐC-X).
- Hỗn hợp khí công tác gồm: Hỗn hợp khí nạp mới (hỗn hợp cháy) và khí sót.
- Thay ổi môi chất (môi chất là chất môi giới sử dụng trong ộng cơ nhiệt. Môi chất
trong ĐCĐT gồm không khí, hơi nhiên liệu và sản vật cháy), ể thực hiện việc chuyển
ổi năng lượng nhiệt thành công cơ học. Cuối mỗi chu trình, phải xả hết khí cháy (sản
vật cháy) và nạp ầy môi chất mới (không khí hoặc hòa khí) vào xi lanh ể thực hiện chu trình mới.
- Thay ổi môi chất gồm 2 quá trình: Nạp và thải.
g. Đồ thị công p = f(V) của ĐCĐT
Thường dùng các ồ thị công ược vẽ trên các tọa ộ p = f(V) hoặc p = f( ).
Trong ó: p - 䄃Āp suất của môi chất trong xi lanh ộng cơ (N/m2).
V - Thể tích xi lanh (m 3 ).
- Góc quay của trục khuỷu ( ộ).
- Các ồ thị này ược gọi là ồ thị công vì dựa vào ó người ta tính ược công do môi chất tạo ra trong chu trình.
h. Chu trình làm việc
Khi hoạt ộng các xi lanh ộng cơ ều phải lặp i lặp lại hoặc thực hiện các quá trình: Nạp,
nén, cháy – giãn nở và xả. Do ó tập hợp các quá trình trên tạo nên chu trình làm việc của ộng cơ.
Chu trình làm việc của ộng cơ có thể thực hiện trong 2 vòng quay trục khuỷu (720 0 )
tức là 4 hành trình pít tông, gọi là ộng cơ 4 kỳ.
Chu trình làm việc của ộng cơ có thể thực hiện trong mộ t vòng quay trục khuỷu (360 0 )
tức là hai hành trình pít tông, gọi là ộng cơ 2 kỳ. 17 lOMoARcPSD| 25865958
1.3.3. Trình tự các quá trình (hình 1.3)
Hình 1.3. Trình tự các quá trình của ĐCĐT
a) Động cơ hình thành hòa khí bên ngoài
b) Động cơ hình thành hòa khí bên trong 1.3.4. Phân loại:
a. Theo chu trình công tác - Động cơ 2 kỳ - Động cơ 4 kỳ
b. Theo loại nhiên liệu sử dụng
- Động cơ dùng nhiên liệu lỏng: Lỏng nặng; Lỏng nhẹ
- Động cơ dùng nhiên liệu khí
- Động cơ dùng nhiều loại nhiên liệu ( a nhiên liệu)
c. Theo phương pháp hình thành hỗn hợp -
Hỗn hợp hình thành ngoài xi lanh: ộng cơ xăng dùng bộ chế hòa khí,
ộng cơ phun xăng trên ường ống nạp 18 lOMoARcPSD| 25865958 -
Hỗn hợp hình thành trong xi lanh: ộng cơ iesel; ộng cơ phun xăng vào trong xi lanh.
d. Theo phương pháp ốt cháy hỗn hợp - Cưỡng bức - Tự cháy
e. Theo phương pháp nạp
- Động cơ không tăng áp - Động cơ tăng áp f. Theo cấu tạo
- Theo số xi lanh: ộng cơ 1 xi lanh; ộng cơ nhiều xi lanh
- Theo cách bố trí xi lanh: Loại 1 hàng; 2 hàng chữ V; ộng cơ hình sao
g. Theo tốc ộ trung bình của pít tông - Cm
- Động cơ có tốc ộ thấp: Cm < 6,5 m/s
- Động cơ có tốc ộ trung bình: Cm = 6,5-9,0 m/s
- Động cơ cao tốc: Cm > 9 m/s h. Theo công dụng - Động cơ ô tô - Động cơ máy kéo...
i. theo dạng chu trình
- Cấp nhiệt ẳng tích
- Cấp nhiệt ẳng áp…
1.4. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.4.1. Nguyên lý làm việc của ộng cơ 4 kỳ
Động cơ 4 kỳ các loại (hòa khí hình thành bên ngoài cũng như bên trong xi lanh), chu
trình làm việc ều gồm các quá trình: Nạp (hút), nén, cháy - giãn nở và thải (xả). Trong ó công
có ích do quá trình cháy – giãn nở thực hiện. Chu trình làm việc của ộng cơ ược thực hiện như sau:
a. Kỳ thứ nhất – nạp (Hút) 19 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 1.4. Sơ ồ các quá trình làm việc và ồ thị công p -V của
ộng cơ diesel bốn kỳ
a) Kỳ 1 – hút c) Kỳ 3 – cháy và giãn nở b) Kỳ 2 – nén d) Kỳ 4 – thải
- Đầu kỳ này pít tông còn ở ĐCT. Trong thể tích Vc chứa ầy khí còn sót lại của chu trình
trước chưa xả hết (Điểm r trên ồ thị công p-V) có áp suất pr lớn hơn áp suất khí trời po.
Trên ồ thị công, vị trí bắt ầu kỳ thứ nhất tương ứng với iểm r (ĐCT). Khi trục khuỷu
quay (Theo chiều mũi tên), qua thanh truyền làm cho pít tông chuyển ộng từ ĐCT xuống
ĐCD, cơ cấu phối khí mở thông ường nạp qua xu páp nạp, nối không gian trên pít tông với ường nạp.
Cùng với tăng tốc ộ của pít tông, áp suất môi chất trong xi lanh giảm dần so với áp suất
trên ường nạp pk (Chênh lệch áp suất giữa ường nạp và xi lanh vào khoảng 0,01 - 0,03 MPa).
Chênh lệch áp suất kể trên tạo nên quá trình hút môi chất mới (không khí ối với ộng cơ diesel
và hòa khí với ộng cơ xăng) từ ường ống nạp vào xi lanh.
Trên ồ thị công, kỳ nạp ược thể hiện bằng ường ra. Trong thực tế xu páp nạp mở sớm
trước khi pít tông ến ĐCT, tương ứng góc
, ược gọi là góc mở sớm của xu páp nạp, với 1
mục ích, khi khí nạp mới thực sự vào xy lanh thì diện tích thông qua của xu páp nạp ã khá
lớn nên sức cản khí ộng học nhỏ và tận dụng sức hút vận ộng của dòng khí thải nên nạp ược
nhiều khí nạp mới. Tận dụng quán tính dòng khí nạp và chênh lệch áp suất trong và ngoài xi
lanh, xu páp nạp óng muộn sau ĐCD một góc 2 , gọi là góc óng muộn của xu páp nạp. 20 lOMoARcPSD| 25865958
Như vậy, quá trình nạp lớn hơn hành trình nạp cả thời gian lẫn góc ộ.
- Hành trình nạp: Từ iể m r ến a (từ ĐCT-ĐCD).
- Quá trình nạp: Từ thời iểm xu páp nạp mở ến thời iểm xu páp nạp óng (d1rr0ad2).
b. Kỳ thứ 2 – Nén
Pít tông chuyển ộng từ ĐCD lên ĐCT, môi chất bên trong xi lanh bị nén. Cuối kỳ thứ
nhất pít tông ở vị trí ĐCD áp suất trong xi lanh pa (Tại iểm a – ĐCD trên ồ thị công) còn nhỏ
hơn pk. Đầu kỳ thứ 2 khi pít tông lên một oạn (tới iểm d2) áp suất trong xi lanh mới ạt ến giá
trị pk. Do vậy, ể tăng lượng môi chất nạp, ể cho xu páp nạp óng muộn tại d2, trên thực tế áp
suất môi chất tại d2 lớn hơn pk do tận dụng ộng năng của dòng môi chất.
Sau khi xu páp nạp óng, pít tông tiếp tục i lên làm cho á p suấ t và nhi ệt ộ môi chất
trong xi lanh tăng lên. Giá trị áp suất cuối kỳ nén (tại c – ĐCT) pc phụ thuộc vào , ộ kín
không gian chứa môi chất, mức ộ tản nhiệt của thành xi lanh và áp suất môi chất ầu kỳ nén pa.
Việc ốt cháy hòa khí trong ộng cơ hình thành hòa khí bên ngoài nhờ tia lửa iện, cũng
như việc phun nhiên liệu vào xi lanh ộng cơ hình thành hòa khí bên trong xi lanh ều ược
thực hiện trước lúc pít tông ến ĐCT (tại c ' trên ồ thị công).
Như vậy, trong kỳ thứ 2, bên trong xi lanh chủ yếu thực hiện quá trình nén môi chất.
Ngoài ra ở ầu kỳ nén còn thực hiện việc nạp thêm và cuối kỳ bắt ầu ốt cháy hòa khí hoặc
phun nhiên liệu - Kỳ 2 ược thể hiện qua ường ac trên ồ thị công. Như vậy hành trình nén lớn
hơn quá trình nén cả thời gian lẫn góc ộ. -
Hành trình Nén: Từ iể m a ến iểm c (từ ĐCD - ĐCT). -
Quá trình nén: Từ thời iểm óng xu páp nạp (d2) ến lúc quá trình cháy bắt ầu.
Hình 1.5. Đồ thị công p-V của chu trình thực t Ā a) Động cơ 4 kỳ
b) Đồ thị quá trình nạp thải của ộng cơ 4 kỳ không tăng áp 21 lOMoARcPSD| 25865958
c) Đồ thị quá trình nạp thải của ộng cơ 4 kỳ tăng áp
c. Kỳ thứ 3. Cháy – giãn nở sinh công
Được thực hiện khi pít tông từ ĐCT xuống ĐCD.
Đầu kỳ thứ 3 số hòa khí nạp vào xi lanh hoặc lượng nhiên liệu phun sớm vào xi lanh
ược chuẩn bị ở cuối kỳ 2 ược bốc cháy nhanh. Do có ược một nhiệt lượng lớn ược nhả ra,
khiến cho á p suấ t và nhiệ t ộ của môi chất tăng nhanh, mặc dù thể tích trong xi lanh tăng
lên ôi chút ( oạn cz trên ồ thị p-V). Dưới tác dụng của lực ẩy do môi chất tạo ra, pít tông tiếp
tục ược ẩy i xuống thực hiện quá trình giãn nở của môi chất trong xi lanh. Trong quá trình
giãn nở, môi chất ẩy pít tông sinh công. Do ó hành trình thứ 3 gọi là hành trình công tác
(sinh công). Được thể hiện bằng ường czb trên ồ thị p =f(V). -
Quá trình cháy – giãn nở sinh công: Từ thời iểm bắt ầu quá trình cháy ến
thời iểm bắt ầu mở xu páp xả.
d. Kỳ thứ tư – thải (xả)
Trong kỳ thứ 4 thực hiện quá trình xả sạch khí thải ra khỏi xi lanh. Pít tông chuyển dịch
từ ĐCD xuống ĐCT ẩy khí thải ra ngoài qua xu páp xả ang mở vào ống xả.
Do áp suất trong xi lanh cuối kỳ cháy giãn nở còn khá cao nên xu páp xả phải bắt ầu
mở ở cuối kỳ giãn nở khi pít tông ến gần ĐCD (tại b,), cách ĐCT khoảng 40 -60 0 góc quay
trục khuỷu, tương ương với góc 5 (hình 1-7) gọi là góc mở sớm của xu páp xả.
Nhờ ó giảm ược công ẩy khí cháy ra ngoài ở kỳ thứ 4 (công âm). Tiếp theo, pít tông chuyển
ộng i lên, khí thải ược ẩy cưỡng bức ra ngoài qua xu páp thải. Kỳ thứ 4 ược thể hiện bằng oạn br.
Do tổn thất khí ộng qua xu páp thải, áp suất trong xi lanh trong quá trình thải cao hơn
so với áp suất trên ường thải. Nếu áp suất trên ường thải càng cao, công ẩy khí thải ra ngoài
càng lớn, ồng thời khí sót càng nhiều làm bẩ n môi chất công tác của chu trình tiếp theo. Vì
vậy, người ta cố gắng tìm các biện pháp giảm áp suất trên ường thải như chọn góc mở sớm
xu páp thải và thiết kế ường thải hợp lý. Muốn lợi dụng quán tính dòng khí thải ể thải sạch
thêm, cuối quá trình thải, xu páp thải không óng tại ĐCT mà óng muộn sau ĐCT một góc
6 tức là ầu quá trình nạp của chu trình tiếp theo.
Như vậy cuối quá trình thải và ầu quá trình nạp của chu trình tiếp theo, cả 2 xu páp nạp
và xả cùng mở – gọi là góc trùng iệp, tương ứng với góc (
1 6 ). Do chênh áp nhỏ và tiết
diện lưu thông qua xu páp nạp còn nhỏ và chọn lựa góc trùng iệp hợp lý nên khí xả không thể lọt ra ường nạp.
Tóm lại, ể thải sạch và nạp ầy, phải lựa chọn các góc mở sớm óng muộn của các xu
páp – còn gọi là pha phân phối khí – hợp lý. Pha phân phối khí cũng như góc phun sớm ( ộng
cơ diesel) hay ánh lủa sớm ( ộng cơ xăng) tối ưu thường ược lựa chọn bằng thực nghiệm. -
Quá trình xả: Từ thời iểm mở xu páp xả (b‟) ến thời iểm óng xu páp xả (r0). 22 lOMoARcPSD| 25865958 -
Hành trình xả: Từ iể m b ến iểm r (từ ĐCD-ĐCT). -
Các iểm: r, c, b, a tương ứng với các iểm ầu và cuối các hành trình (vị trí iểm chết).
Kỳ thứ 4 kết thúc chu trình công tác, tiếp theo chuyển ộng của pít tông sẽ ược lặp lại
theo trình tự trên ể thực hiện chu trình tiếp theo.
e. Sơ ồ pha phân phối khí - ồ thị p = f( ) của ộng cơ 4 kỳ pk < po
- Đồ thị khai triển p = f( ) (hình1.6):
- Các pha phân phối khí của ộng cơ ược thể hiện bằng bảng hoặc bằng ồ thị. Hình 1-9
là sơ ồ (giản ồ) pha phân phối khí.
Trên sơ ồ: O – là tâm quay của trục khuỷu. Các tia xuất phát từ tâm quay, ánh dấu vị trí
của khuỷu trục, ví dụ:
Hình 1.6. Đồ thị khai triển và ồ thị phân phối khí khai triển của
ộng cơ 4 kỳ pk < pO
O1 – vị trí mở xu páp nạp Các góc 1, 2 , 3, 4... thể hiện
O2 - vị trí óng xu páp nạp các giá trị:
O3nhiên liệu sớm* - vị trí bật tia lửa iện hoặc phun 1 - góc mở sớm của xu páp nạp 23 lOMoARcPSD| 25865958
O5 - vị trí mở xu páp xả
2 - góc óng muộn của xu páp nạp
O6 - vị trí óng xu páp xả
1 2 - thời gian mở của xu páp nạp
3 - góc ánh lửa sớm hoặc góc phun
6 - góc óng muộn của xu páp xả sớm nhiên liệu
5 6 - thời gian mở của xu páp xả
5 - góc mở sớm của xu páp xả
1 6 - thời kỳ trùng iệp của các xu páp nạp và xả
3 4 5 - thời gian quá trình cháy - giãn nở
Hình 1.7. Sơ ồ pha phân phối khí của ộng cơ 4 kỳ
* Nguyên lý làm việc của ộng cơ xăng và ộng cơ diesel 4 kỳ không tăng áp (pk < p0):
Nguyên lý làm việc của ộng cơ diesel 4 kỳ không tăng áp:
Chu trình công tác ược thực hiện trong 4 hành trình pít tông tương ứng với 2 vòng quay
trục khuỷu. 䄃Āp suất nạp pk nhỏ hơn áp suất khí trời po. Nhiên liệu sử dụng là diesel, hỗn
hợp hình thành trong xi lanh và tự bốc cháy. Chu trình ược thực hiện trong 4 hành trình sau:
- Hành trình thứ nhất - Hút không khí.
Đầu hành trình pít tông ở ĐCT, toàn bộ thể tích Vc chứa ầy sản vật cháy còn sót lại của
chu trình trước, gọi là khí sót. Điểm ặc trưng trạng thái ược thể hiện trên ồ thị p = f(V) là iểm r (hình 1-10). 24 lOMoARcPSD| 25865958
Khi trục khuỷu quay pít tông chuyển ộng từ ĐCT xuống ĐCD, thể tích không gian trên
pít tông tăng lên, nên trong xi lanh hình thành ộ chân không, dưới tác dụng chênh lệch áp
suất ngoài và trong xi lanh, không khí ược hút vào xi lanh qua xu páp nạp – trong suất thời
gian này xu páp nạp mở, xu páp xả óng.
Để nạp ầy xu páp nạp mở sớm tại d1 và óng muộn tại d2 do vậy hành trình nạp nhỏ hơn
quá trình nạp cả thời gian lẫn góc ộ. Trên ồ thị hành trình nạp tương ứng oạn rroa, quá trình
nạp tương ứng oạn d1rroad2.
Hình 1.8. Chu trình làm việc của ộng cơ diesel bốn kỳ
a) Kỳ nạp c) Kỳ cháy - giãn nở b) Kỳ nén d) Kỳ xả 1. Vòi phun 2. Bơm cao áp
- Hành trình thứ hai - Nén không khí.
Hành trình này pít tông chuyển ộng từ ĐCD lên ĐCT xu páp nạp và xả óng kín, không
khí trong xi lanh bị nén, nhiệt ộ và áp suất tăng. Hành trình nén tương ứng với oạn ad2c,c
trên ồ thị. Nhưng quá trình nén thực tế từ lúc xu páp nạp óng kín (tại d2). Do vậy hành trình
nén lớn hơn quá trình nén cả thời gian và góc ộ. 25 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 1.9. Đồ thị công p - V và ồ thị phân phối khí khai triển của
ộ ng cơ diesel 4 kỳ pK < pO
Gần cuối kỳ nén tại c, áp suất và nhiệt ộ ạt tới giới hạn tự bốc cháy của nhiên liệu, lúc
này nhiên liệu ược phun vào buồng cháy Vc. Việc phun sớm nhiên liệu là cần thiết ể cho
nhiên liệu và không khí tạo thành hỗn hợp tốt cho quá trình cháy diễn ra thuận lợi.
- Hành trình thứ 3 - Cháy - giãn nở sinh công.
Sau khi kết thúc giai oạn chuẩn bị bốc cháy, hỗn hợp trong xi lanh bốc cháy nhanh, áp
suất và nhiệt ộ tăng lên nhanh. Sau ó sự cháy ược diễn ra tương ối ều hơn vì số nhiên liệu
phun vào sau bốc cháy nhanh hơn do có iều kiện cháy tốt hơn, quá trình cháy kết thúc tại x,
sau ó là quá trình giãn nở. Hành trình này kết thúc tại b‟‟ (ĐCD).
- Hành trình thứ 4 - Thải khí cháy.
Ở hành trình này pít tông chuyển ộng từ ĐCD lên ĐCT ẩy khí cháy ra ngoài qua xu
páp xả (xu páp xả mở). Để xả sạch, xu páp xả mở sớm trước ĐCT và óng muộn sau ĐCD
( iểm b, và iểm ro trên ồ thị). Do vậy quá trình xả (b,bd1rro) lớn hơn hành trình xả (bd1r) cả thời gian và góc ộ.
Nguyên lý làm việc của ộng cơ xăng 4 kỳ (dùng bộ CHK hoặ c phun xăng trên ườ ng
ố ng nạ p), không tăng áp: 26 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 1.10. Đồ thị công p - V của ộng cơ xăng 4 kỳ pK < pO
Động cơ xăng 4 kỳ không tăng áp, chu trình công tác ược thực hiện trong 4 hành trình
pít tông tương ứng với 2 vòng quay trục khuỷu. 䄃Āp suất nạp pk nhỏ hơn áp suất khí trời po.
Nhiên liệu sử dụng là xăng, hỗn hợp hình thành ngoài xi lanh, ốt cháy cưỡng bức bằng tia
lửa iện cao áp. Chu trình ược thực hiện trong 4 hành trình sau: -
Hành trình thứ nhất: Hút hỗn hợp khí.
Đầu hành trình pít tông ở ĐCT, toàn bộ thể tích Vc chứa ầy sản vật cháy còn sót lại của
chu trình trước, gọi là khí sót. Điểm ặc trưng trạng thái ược thể hiện trên ồ thị p = f(V) là iểm r.
Khi trục khuỷu quay pít tông chuyển ộng từ ĐCT xuống ĐCD, thể tích không gian trên
pít tông tăng lên, nên trong xi lanh hình thành ộ chân không, dưới tác dụng chênh lệch áp
suất ngoài và trong xi lanh, hỗn hợp khí ược hút vào xi lanh qua xu páp nạp – trong suốt thời
gian này xu páp nạp mở, xu páp xả óng.
Để nạp ầy, xu páp nạp mở sớm tại d1 và óng muộn tại d2, do vậy hành trình nạp nhỏ hơn
quá trình nạp cả thời gian lẫn góc ộ. Trên ồ thị hành trình nạp tương ứng oạn rroa, quá trình
nạp tương ứng oạn d1rroad2. -
Hành trình thứ hai: Nén không khí.
Hành trình này pít tông chuyển ộng từ ĐCD lên ĐCT xu páp nạp và xả óng kín, hỗn
hợp khí trong xi lanh bị nén, nhiệt ộ và áp suất tăng. Hành trình nén tương ứng vơi oạn ad2c,c
trên ồ thị. Nhưng quá trình nén thực tế từ lúc xu páp nạp óng kín (tại d2). Do vậy hành trình
nén lớn hơn quá trình nén cả thời gian và góc ộ.
Gần cuối kỳ nén tại c, áp suất và nhiệt ộ ạt tới giá trị tương ối cao người ta bắt ầu bật tia
lửa iện ể ốt cháy hỗn hợp. Việc ánh lửa sớm là cần thiết ể cho quá trình cháy diễn ra thuận
lợi và tận dụng ược công giãn nở lớn nhất. 27 lOMoARcPSD| 25865958 -
Hành trình thứ 3: Cháy - giãn nở sinh công.
Sau khi kết thúc giai oạn chuẩn bị bốc cháy, hỗn hợp trong xi lanh bốc cháy rất nhanh
và rất mãnh liệt, áp suất và nhiệt ộ tăng lên rất nhanh và ạt pmax tại z, sau ó là quá trình giãn
nở. Hành trình này kết thúc tại b (ĐCD). -
Hành trình thứ 4 - Thải khí cháy.
Ở hành trình này pít tông chuyển ộng từ ĐCD lên ĐCT ẩy khí cháy ra ngoài qua xu páp xả (xupáp xả mở).
Để xả sạch xu páp xả mở sớm trước ĐCT và óng muộn sau ĐCD ( iểm b, và iểm ro trên
ồ thị). Do vậy quá trình xả (b,bd1rro) lớn hơn hành trình xả (bd1r) cả thời gian và góc ộ.
Sự giống và khác nhau về nguyên lý làm việc của ộng cơ xăng (nếu sử dụng bộ chế
hòa khí hoặc phun xăng trên ường ống nạp) và diesel 4 kỳ không tăng áp: -
Trong chu trình công tác của ộng cơ xăng và diesel 4 kỳ pk < po, sự
giống nhau cơ bản là: Chỉ có kỳ thứ 3 cháy – giãn nở sinh công, còn các kỳ khác
là tiêu hao công – kỳ cản, ược thực hiện nhờ ộng năng của bánh à, các chi tiết
quay là nhờ công của các xi lanh khác (với ộng cơ nhiều xi lanh). -
Sự khác nhau cơ bản của chu trình công tác trong ộng cơ xăng và ộng cơ diesel là:
Ở kỳ nạp: Động cơ xăng nạp hòa khí (nếu sử dụng bộ chế hòa khí hoặc phun xăng trên
ường ống nạp); còn ộng cơ diesel nạp không khí
Ở kỳ nén: Động cơ xăng (nếu sử dụng bộ chế hòa khí hoặc phun xăng trên ường ống
nạp) nén hòa khí, còn ộng cơ diesel nén không khí. Cuối kỳ nén tại c,, ộng cơ xăng ố t cháy
bằng tia lửa iện cao áp, còn ộng cơ diesel phun nhiên liệu tạo hòa khí và tự bốc cháy trong
môi trường khí nén có á p suấ t và nhiệ t ộ cao. Do vậy ộng cơ diesel cần có ủ lớn ể ạt ược
áp và nhiệt nhiệt ộ cao ể hỗn hợp tự bốc cháy.
Hệ số dư lượng không khí trong ộng cơ xăng nhỏ hơn ộng cơ diesel, kết hợp ồng thời với
các yếu tố trên dẫn ến ộng cơ xăng quá trình cháy nhanh và mãnh liệt hơn, vì có thể coi quá
trình cháy trong ộng cơ xăng là quá trình cháy hỗn hợp ồng nhất. Do vậy ồ thị công của ộng
cơ xăng có dạng nhọn hơn còn ộng cơ diesel thì tù hơn. Nhận xét:
- Trong chu trình làm việc của ộng cơ 4 kỳ, chỉ duy nhất kỳ cháy - giãn nở là sinh công, còn
lại là các kỳ cản ược thực hiện nhờ ộng năng của bánh à và các chi tiết khác gắn với trục
khuỷu ộng cơ hoặc còn nhờ công của các xi lanh khác (với ộng cơ nhiều xi lanh). Khi khởi
ộ ng ộ ng cơ, ể thắng 3 kỳ cản phải dùng ộng cơ iện hoặc bằng tay quay máy ể quay trục khuỷu ộng cơ. 28 lOMoARcPSD| 25865958
- Muốn xả sạch khí xả và nạp ầy khí nạp vào xi lanh ể làm tăng công suất của mỗi chu trình
cần phải mở sớm và óng muộn các xu páp so với các iểm chết.
- Do có tỷ số nén lớn nên kỳ cháy – giãn nở của ộng cơ diesel ược thực hiện triệt ể và sinh
công nhiều hơn nên hiệu suất của nó lớn hơn ộng cơ xăng. Với công suất như nhau thì
nhiên liệu tiêu thụ trong ộng cơ diesel ít hơn ộng cơ xăng khoảng 20 – 25%. Nhiên liệu
diesel lại rẻ hơn so với xăng vì vậy dùng ộng cơ diesel sẽ kinh tế hơn.
- Nhưng ộng cơ diesel có nhược iểm sau:
Do tỷ số nén lớn nên áp suất cuối kỳ nén và cháy – giãn nở lớn hơn, phải dùng những chi
tiết máy (pít tông, xi lanh, ...) nặng và bền hơn làm cho khối lượng nặng hơn và tuổi thọ máy
ngắn hơn so với ộng cơ xăng.
Do tỷ số nén lớn hơn và do nhiên liệu tự bốc cháy nên khởi ộng nặng và khó khởi ộng
hơn nhất là lúc trời lạnh.
Phân biệt ộng cơ 4 kỳ tăng áp và không tăng áp:
Trong ộng cơ 4 kỳ không tăng áp (pk < po), môi chất mới ược hút từ ngoài vào vào xi
lanh có (pa) nhỏ hơn áp suất trước xu páp nạp (pk) - Nếu bỏ qua lực cản trên ường ống nạp
thì có thể coi pk po. Do bị hạn chế về môi chất hút vào xi lanh nên tiềm lực nâng cao công
suất ộng cơ không lớn. Trong ộng cơ 4 kỳ tăng áp, môi chất trên ường nạp pk ược nén trước
(pk > po), qua ó làm tăng áp suất ầu kỳ nén, vì vậy làm tăng tính hiệu quả của chu trình, tức
làm tăng công suất ộng cơ.
Trên ộng cơ tăng áp ngoài bản thân ộng cơ còn có máy nén khí. Dẫn ộng máy nén khí
có thể dùng năng lượng của trục khuỷu ộng cơ hoặc dùng năng lượng của khí xả nhờ sinh
công trong tua bin khí. Do vậy người ta chia ộng cơ tăng áp ra làm 2 loại: - Động cơ tăng
áp truyền ộng cơ khí; - Động cơ tăng áp tua bin khí.
Hình 1.11. Sơ ồ cấu tạo của ộng cơ 4 kỳ tăng áp tuabin khí (pk > p0) 29 lOMoARcPSD| 25865958 1. Xi lanh ộng cơ 2. Tua bin 3. Máy nén
1.4.2. Nguyên lý làm việc của ộng cơ 2 kỳ
Trong ộng cơ 2 kỳ việc thải sach sản vật cháy ra khỏi xi lanh và nạp ầy môi chất mới
vào xi lanh (quá trình thay ổi môi chất) ược thực hiện trong khu vực chuyển ộng của pít tông
ở gần ĐCD. Lúc này việc xả sạch khí cháy ra khỏi xi lanh ược thực hiện không phải nhờ pít
tông ẩy khí thải ra ngoài mà là nhờ không khí hoặc khí nạp ược nén trước tới một áp suất
nhất ịnh. Việc nén trước không khí hoặc hòa khí ược thực hiện trong một bơm riêng.
Trong ộng cơ 2 kỳ cỡ nhỏ người ta dùng không gian cá c te của cơ cấu khuỷu trục –
thanh truyền và pít tông của ộng cơ làm bơm khí quét (thường sử dụng cho ộng cơ xăng 2
kỳ có công suất nhỏ). Trong quá trình thay ổi môi chất, một phần môi chất mới (không khí
hoặc hòa khí) chưa tham gia cháy ã cùng khí cháy xả ra ngoài gây tổn thất môi chất mới. Vì
vậy ộng cơ 2 kỳ có công suất lớn thường sử dụng cho ộng cơ diesel, có máy nén khí riêng ể
thực hiện quá trình quét nạp khí, việc lọt môi chất mới ở ộng cơ diesel theo khí xả ra ngoài
chỉ là không khí nên ảnh hưởng ít ến các chỉ tiêu kinh tế – k礃̀ thuật của ộng cơ.
Trong ộng cơ 2 kỳ sử dụng nhiều phương án quét khí. Ở ây, chúng ta chỉ nghiên cứu 2
phương án quét khí cơ bản ược sử dụng phổ biến là: Động cơ 2 kỳ quét thẳng có máy nén
khí ược sử dụng phổ biến trên ộng cơ diesel có công suất vừa và lớn (hình 112). Động cơ 2
kỳ quét vòng, sử dụng không gian cá c te và pít tông làm bơm tạo khí quét, thường ược sử
dụng trên ộng cơ xăng có công suất nhỏ (hình 1-13)
a. Nguyên lý làm việc của ộng cơ 2 kỳ dạng quét thẳng qua xu páp xả -
Trong ộng cơ cơ này cửa quét ặt ở phần dưới xi lanh, chiều cao cửa quét chiếm 10 -
15% hành trình pít tông. Đóng mở cửa quét bằng pít tông khi pít tông chuyển ộng trong xi lanh. -
Xu páp xả ặt trên nắp máy do cơ cấu phối khí dẫn ộng. Tỷ số truyền ộng từ trục khuỷu
ến trục phối khí là 1:1. -
Bơm quét khí nén không khí có áp suất cao vào không gian xung quanh xi lanh, sau
ó vào xi lanh quét sạch khí xả ra ống thải và nạp ầy môi chất mới vào xi lanh.
Chu trình làm việc như sau: 30 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 1.12. Sơ ồ hoạt ộng của ộng cơ 2 kỳ quét thẳng qua xu páp xả
a) Kỳ một: cháy – giãn nở – xả tự do – quét khí
b) Kỳ hai: xả – quét – nén – phun nhiên liệu 1. Cửa hút 5. Vòi phun 2. Máy tăng áp (bơm quét 6. Ống xả khí) 7. Không gian chứa khí 3. Pít tông quét 4. Xu páp xả 8. Cửa quét -
Kỳ thứ nhất: Thực hiện các quá trình: Cháy và nhả nhiệt, giãn nở của môi
chất, xả khí thải (xả tự do), quét và nạp ầy môi chất mới.
Đầu hành trình khi pít tông ở ĐCT quá trình cháy diễn ra mãnh liệt và nhả nhiệt ( ường
cz trên ồ thị p-V) sau ó bắt ầu quá trình giãn nở của khí cháy (thực hiện quá trình sinh công).
Khi pít tông chuẩn bị mở cửa quét thì xu páp xả ược mở trước ( iểm m trên ồ thị p-V) sản
vật cháy bắt ầu thoát ra ngoài qua xu páp xả (giai oạn xả tự do, oạn mn trên ồ thị p-V), tiếp
ến pít tông mở cửa quét áp suất trong xi lanh xấp xỉ bằng áp suất khí quét do máy nén tạo ra.
Không khí quét qua cửa quét vào xi lanh, tiếp tục quét khí cháy còn sót lại ra ngoài qua xu 31 lOMoARcPSD| 25865958
páp xả và nạp ầy khí nạp mới vào xi lanh. Quá trình ó ược gọi là quá trình thay ổi môi chất
(quét khí-oạn ma trên ồ thi p-V). Kết thúc kỳ thứ nhất. -
Kỳ thứ 2: Thực hiện các quá trình: kết thúc quá trình xả, quét và nạp ầy môi
chất mới vào xi lanh ở ầu hành trình, tiếp theo là quá trình nén.
Tương ứng với hành trình pít tông từ ĐCD –ĐCT. Đầu hành trình tiếp tục quá trình
quét và nạp ầy môi chất mới vào xi lanh ( oạn ak trên ồ thị p-V). Thời iểm óng kín cửa quét
và óng cửa xả của xu pá p xả quyết ịnh thời iểm kết thúc quá trình thay ổi môi chất ( iểm k
trên ồ thị p-V). Cửa quét có thể óng ồng thời hoặc muộn hơn so với xu páp xả. 䄃Āp suất
trong xi lanh ộng cơ cuối thời kỳ thay ổi môi chất thường lớn hơn po và phụ thuộc vào áp
suất khí quét pk. Từ lúc kết thúc quá trình thải và óng kín của quét sẽ bắt ầu quá trình nén.
Trước khi pít tông ến ĐCT (trước ĐCT khoản 10o - 30o góc quay trục khuỷu) nhiên liệu ược
phun vào xi lanh ộng cơ tạo hỗn hợp và bốc cháy.
Khác với ộng cơ 4 kỳ, trong ộng cơ 2 kỳ không có các quá trình nạp và xả riêng, mà
chỉ thực hiện quá trình thay ổi môi chất ược thực hiện một giai oạn nhỏ ở cuối kỳ giãn nở và ầu kỳ nén (gần ĐCD).
b. Chu trình công tác của ộng cơ 2 kỳ dạng quét vòng.
Đây là ộng cơ 2 kỳ có cửa nạp và xả ở trên thành xi lanh, pít tông óng vai trò như một
van trượt óng mở các cửa nạp và xả. Loại này thường ược ứng dụng cho ộng cơ xăng 2 kỳ
công suất nhỏ, hộp trục khuỷu và pít tông ộng cơ óng vai trò như một máy tăng áp. Trong
trường hợp này khi pít tông chuyển ộng từ ĐCD lên ĐCT sẽ làm tăng không gian dưới pít
tông khiến áp suất trong cac te nhỏ hơn áp suất khí trời, do vậy hòa khí ược hút vào cac te
khi pít tông mở cửa hút (12) (hình 1-13). Trong hành trình ngược lại (pít tông từ ĐCT xuống
ĐCD), pít tông nén hòa khí trong cac te, suốt thời gian từ lúc óng cửa hút ến lúc mở cửa quét.
Khi mở cửa quét hòa khí quét vào xi lanh thực hiện quá trình quét khí và nạp ầy khí nạp mới vào xi lanh.
Chu trình làm việc như sau:
- Kỳ thứ nhất: thực hiện các quá trình: Cháy – giãn nở sinh công – xả tự do – quét khí.
Đầu hành trình pít tông ở ĐCT quá trình cháy diễn ra rất mãnh liệt áp suất và nhiệt ộ tăng lên rất cao.
Sau ó khí cháy giãn nở ẩy pít tông từ ĐCT xuống ĐCD sinh công. Tiếp theo là quá
trình xả tự do (từ khi pít tông mở cửa xả ến khi pít tông mở cửa quét), từ thời iểm này là quá trình quét khí. 32 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 1.13. Sơ ồ cấu tạo ộ ng cơ 2 kỳ và ồ thị công p-V của
ộng cơ 2 kỳ dạng quét v漃ng d甃ng cacte tạo quét khí 1. Không gian cac te 2. Thanh truyền
3. Đường nối không gian bên dưới pít tông với ường dẫn khí quét (thổi) 4. Đường dẫn khí quét 7. Xi lanh 5. Cửa quét 8. Nắp xi lanh 6. Pít tông 9.Bu gi 10. Cửa xả 12. Cửa hút 11. Bộ chế hò a khí 13. Trục khuỷu
- Kỳ thứ 2 – thực hiện các quá trình sau: Quét khí tiếp – lọt khí nạp mới – nén khí
Ở hành trình này pít tông từ ĐCD lên ĐCT, giai oạn ầu quá trình quét khí vẫn tiếp tục
cho tới khi pít tông óng cửa quét sau ó là quá trình lot khí nạp mới, khi pít tông óng các cửa
là quá trình nén khí và chuẩn bị cho quá trình cháy của chu trình tiếp theo. 33 lOMoARcPSD| 25865958
c. Giản ồ pha phân phối khí của ộng cơ 2 kỳ quét vòng
Hình 1.14. Pha phân phối khí của ộng cơ hai thì quét v漃ng.
Tia 0-4‟ – Vị trí óng cửa quét Tia 0-1 – Vị trí ĐCT
Tia 0-3‟ – Vị trí óng cửa xả
Tia 0-3 – Vị trí mở cửa xả
Tia 0-1‟ – Vị trí bật tia lửa iện hoặc
Tia 0-4 – Vị trí mở cửa quét phun nhiên liệu , 4-4 – Góc mở cửa quét 3 -1 – Góc nén 3-3 – Góc mở cửa xả
1-2-3 – Góc cháy giãn nở
,1 – Góc ánh lửa sớm hoặc phun sớm
1.4.3. So sánh ộng cơ 2 kỳ với ộng cơ 4 kỳ
So sánh hai loại ộng cơ này trên cơ sở ã nghiên cứu nguyên lý làm việc của ộ ng cơ 4
kỳ và ộng cơ 2 kỳ, như sau:
a. Ưu iểm của ộng cơ hai kỳ
- Trong ộng cơ 1 xi lanh, ộng cơ 2 kỳ cứ 1 vòng quay là 1 lần sinh công, còn
ọng cơ 4 kỳ 2 vòng quay 1 lần sinh công. Do ó, cùng thể tích công tác Vh, cùng
tốc ộ vòng quay n về mặt lý thuyết công suất ộng cơ 2 kỳ lớn gấp 2 lần ộng cơ 4
kỳ, nhưng thực tế chỉ lớn hơn 50 - 70%, vì phải tốn công nén khí quét, mất một
phần công giãn nở do mất một phần thể tích công tác Vh cho việc thay ổi môi chất công tác. 34 lOMoARcPSD| 25865958
- Mômen quay của ộng cơ 2 kỳ ều ặn hơn, nên cấu tạo cũng như k礃̀ thuật sử
dụng ơn giản hơn so với ộng cơ 4 kỳ, ăc biệt là ộng cơ 2 kỳ quét vòng.
b. Nhược iểm của ộng cơ hai kỳ
Nhược iểm chính của ộng cơ 2 kỳ là mất mát một phần khí quét (khí nạp mới) theo khí
xả ra ngoài (khoảng 30% khí quét). Đối với ộng cơ xăng khí quét là hòa khí, tức là một lượng
xăng theo khí xả ra ngoài, làm giảm tính kinh tế và gây ô nhiễm môi trường.
Vì vậy chỉ sử dụng ộng cơ xăng cho các loại ộng cơ có công suất nhỏ.
1.4.4. So sánh ộng cơ diesel với ộng cơ xăng (d甃ng bộ bộ ch Ā h漃a khí)
a.Ưu iểm của ộng cơ diesel
- Có hiệu suất cao hơn: Động cơ diesel: 28 - 38% ; ộng cơ xăng 18 - 25%
- Chi phí nhiên liệu riêng thấp hơn : Động cơ diesel: 170 - 230 g/ml.h;
ộng cơ xăng 240 - 290 g/ml.h. - Diesel an toàn hơn xăng.
b. Nhược iểm của ộng cơ diesel
- Trọng lượng ộng cơ lớn hơn.
- Cấu tạo hệ thống cung cấp phức tạp hơn, số chi tiết chính xác nhiều hơn. - Khởi ộng khó hơn.
1.5. ĐỘNG CƠ NHIỀU XI LANH
1.5.1. Khái niệm chung
Hình 1.15. Sơ ồ cấu tạo cơ cấu khuỷu trục thanh truyền ộng cơ chữ V, 8 xi lanh, góc
nhị diện 900, thứ tự làm việc 1-5-4-2-6-3-7-8 35 lOMoARcPSD| 25865958
Như ã biết, trong ộng cơ 4 kỳ, 4 hành trình chỉ có 1 hành trình sinh công (hành trình
cháy – giãn nở), còn 3 hành trình còn lại tiêu thụ công. Vì vậy tốc ộ vòng quay của ộng cơ 4
kỳ 1 xi lanh không ều ặn, ể khắc phục nhược iểm trên phải sử dụng ộng cơ nhiều xi lanh
(hình 1.15) hoặc tăng khối lượng của bánh à.
Đối với ộng cơ nhiều xi lanh, iều kiện ảm bảo cho tốc ộ ộng cơ quay ều là các kỳ “cháy -
giãn nở” của các xi lanh phải ược phân chia ồng ều trong thời gian một chu trình (2 vòng quay
trục khuỷu ối với ộng cơ 4 kỳ). Nếu gọi i là khoảng cách sinh công giữa 2 xi lanh “cháy –
giãn nở” kế tiếp nhau (tính bằng ộ), i là số xi lanh thì iều kiện trên ược diễn tả qua biểu thức: 7200 i i
Ví dụ: Động cơ 4 xi lanh, i = 4 thì i = 1800
Động cơ 6 xi lanh, i = 6 thì i = 1200
Động cơ 8 xi lanh, i = 8 thì i = 900
Như vậy trong ộng cơ 4 kỳ, 4 xi lanh cứ 1800 hoặc nửa vòng quay trục khuỷu thì có 1
xi lanh thực hiện kỳ “cháy – giãn nở”, các kỳ khác của ộng cơ này cũng cách nhau 1800.
muốn thực hiện iều ó các khuỷu trục của ộng cơ 4 xi lanh phải nằm trên cùng một mặt phẳng,
cổ khuỷu của xi lanh 1 và 4 ược ặt về một phía còn cổ của xi lanh 2 và 3 ược ặt ở phía ối
diện so với ường tâm trục khuỷu, cách làm trên một mặt ảm bảo yêu cầu ối với i (cứ nửa
vòng quay trục khuỷu sẽ có một pít tông nằm ở vị trí ĐCT thực hiện kỳ
“cháy – giãn nở”) mặt khác còn ảm bảo ược chất lượng cân bằng của ộng cơ. Trên ô tô
thường dùng ộng cơ nhiều xi lanh xếp thành một hàng thẳng ứng hoặc xếp thành hình chữ V (hình 1.15).
1.5.2. Bảng sinh công
a. Bảng sinh công ộng cơ 4 kỳ 4 xi lanh có thứ tự làm việc 1-3-4-2 36 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 1.16. Sơ ồ cấu tạo trục khuỷu ộng cơ 4 xi lanh
-Thứ tự làm việc: 1-3-4-2 -
Khoảng cách sinh công: 1800 -Bảng sinh công:
Bảng 1.1. Bảng sinh công ộng cơ 4 kỳ 4 xi lanh Góc quay trục cơ Thứ tự xi lanh 1 2 3 4 00 -1800 S.CÔNG X礃礃 N䔃ĀN H唃ĀT 1800 -3600 X礃礃 H唃ĀT S.CÔNG N䔃ĀN 3600 -5400 H唃ĀT N䔃ĀN X礃礃 S.CÔNG 5400 -7200 N䔃ĀN S.CÔNG H唃ĀT X礃礃
b. Bảng sinh công ộng cơ 4 kỳ 6 xi lanh có thứ tự làm việc 1-5-3-6-2-4
Hình 1.17. Sơ ồ cấu tạo trục khuỷu ộng cơ 6 xi lanh 37 lOMoARcPSD| 25865958
-Thứ tự làm việc: 1-5-3-6-2-4
-Khoảng cách sinh công: 1200 -Bảng sinh công:
Bảng 1.2. Bảng sinh công ộng cơ 4 kỳ 6 xi lanh Góc quay trục cơ Thứ tự xi lanh 1 2 3 4 5 6 00 - 600 X礃礃
H唃ĀT S.CÔNG N䔃ĀN H唃ĀT SINH 600 - 1200 N䔃ĀN X礃礃 CÔNG 1200 - 1800 H唃ĀT SINH 1800 - 2400 X礃礃 N䔃ĀN CÔNG 2400 - 3000 H唃ĀT SINH 3000 - 3600 N䔃ĀN X礃礃 CÔNG 3600 - 4200 H唃ĀT SINH 4200 - 4800 X礃礃 N䔃ĀN CÔNG 4800 - 5400 H唃ĀT SINH 5400 - 6000 N䔃ĀN X礃礃 CÔNG 6000 - 6600 H唃ĀT SINH 6600 - 7200 X礃礃 CÔNG N䔃ĀN
1.6. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐẶC BIỆT
1.6.1. Động cơ Wankel 38 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 1.18. Sơ ồ cấu tạo và nguyên lý làm việc ĐCĐT kiểu pít tông quay 1. Pít tông quay (rô to) 6. Buồng nạp 2. Trục khuỷ u 7. Cửa nạp 3. Vành răng của rô to 8. Bu gi
4. Bánh răng trục khuỷ u 9. Cửa thải 5. Xi lanh
Hình 1.18 trình bày nguyên lý làm việc của một loại ộng cơ pít tông quay có rô to (1)
(pít tông quay) cho ộng cơ xăng. Vành răng trong (3) của rô to luôn ăn khớp với bánh răng
trục khuỷu (4) có tỷ số truyền i = 2/3. Tâm của rô to lệch với tâm của trục khuỷ u một khoảng
là e. Khi rô to chuyển ộng song phẳng ba ỉnh A, B, C của rô to luôn tiếp xúc với bề mặt xi
lanh (5) có dạng ường cong êpitrôcôit do ó tạo ra 3 không gian thay ổi là AC, AB và BC.
Trên hình 1.18a, theo chiều quay của rô to, không gian AC tăng dần thể tích và thông
tới cửa nạp (7) nên tại ây sẽ xảy ra quá trình nạp; không gian AB giảm dần thể tích với quá
trình nén, còn ở không gian BC diễn ra quá trình thải. Khi ỉnh C i qua cửa nạp (7), không
gian AC ạt thể tích cực ại và quá trình nạp tại ây kết thúc. Tiếp theo, thể tích không gian AC
giảm dần thực hiện quá trình nén môi chất.
Tại vị trí như hình 1.18b, bu gi ( ộng cơ xăng) bật tia lửa iện ể ốt hỗn hợp. Sau một thời gian
cháy trễ, quá trình cháy sẽ thực sự diễn ra. 䄃Āp suất trong không gian này tăng vọt tác dụng
lên bề mặt AC của rô to tạo ra mô men quay do rô to (1) lệch tâm với trục khuỷ u (2). Qua
bộ truyền bánh răng (3), (4) mô men ược truyền ra trục khuỷ u ra ngoài ể kéo máy công tác.
Đồng thời tại vị trí trên hình 1.18b ở không gian BC diễn ra quá trình nạp, còn khí cháy ược
thải ra ngoài từ không gian AB. 39 lOMoARcPSD| 25865958
Tương tự như vậy (hình 1.18c), ở không gian AC quá trình giãn nở kết thúc và chuẩn bị bắt
ầu quá trình thải. Còn tại không gian AB, quá trình nạp bắt ầu trong khi không gian BC thực hiện quá trình nén.
Như vậy, khi rô to thực hiện một chu trình tương ứng với ba vòng quay của trục khuỷu (2),
cả ba không gian ều thực hiện một chu trình làm việc gồm có các quá trình nạp, nén, cháy
giãn nở và thải tương ương với ộng cơ pít tông thông thường bốn kỳ ba xi lanh.
- So với ộng cơ pít tông thông thường, ộng cơ pít tông quay có những ưu iểm sau:
Rô to quay nên cân bằng dễ dàng bằng bằng ối trọng. Vì thế, tốc ộ vòng quay ộng cơ có thể rất cao.
Chất lượng nạp – thải cao vì dùng cửa nạp – thải (không phải dùng xu páp) nên tiết diện lưu thông lớn.
Động cơ rất gọn và có công suất cao.
- Khuyết iểm chủ yếu của ộng cơ pít tông quay là các chi tiết bao kín dạng thanh ở các
ỉnh của rô to và bề mặt xi lanh mòn rất nhanh vì vận tốc trượt lớn và khó bôi trơn. Do ó, tuổi
thọ của ộng cơ không cao.
1.6.2. Động cơ tua bin
a. Kiểu tua bin khí
Việc ốt cháy nhiên liệu ược thực hiện trong buồng cháy. Nhiên liệu vào buồng cháy nhờ
bơm và ược xé tơi qua vòi phun. Không khí cấp cho buồng cháy nhờ máy nén khí. Sản vật
cháy qua các lỗ phun i vào các bánh công tác của tua bin ể giãn nở sinh công. Tua bin khí,
chỉ có các chi tiết quay tròn, nên có thể chạy ở tốc ộ cao, các bánh tua bin có thể lợi dụng
triệt ể năng lượng của khí nóng.
Nhược iểm chính: hiệu suất thấp, các cánh tua bin làm việc trong nhiệt ộ môi trường
cao (nếu giảm nhiệt ộ ể tăng ộ bền sẽ làm giảm hiệu suất tua bin).
Sử dụng rộng rãi làm thiết bị phụ của ộng cơ pít tông (tăng áp tua bin khí) và ộng cơ phản lực.
b. Kiểu tua bin phản lực
Gồm 2 loại: Loại dùng chất ôxy hóa thể lỏng và loại dùng chất ôxy hóa thể khí.
Nhiên liệu và chất ôxy hóa ược các bơm cấp vào buồng cháy, sản phẩm cháy giãn nở
trong ống phun, phun ra môi trường với tốc ộ lớn. Lưu ộng của dòng khí ra khỏi ống phun
là nguyên nhân sinh ra phản lực (lực kéo) của ộng cơ.
Đặc iểm chính của ộng cơ phản lực là lực kéo hầu như không phụ thuộc vào thiết bị
phản lực, còn công suất của ộng cơ tỷ lệ thuận với tốc ộ không khí vào máy tức là tốc ộ
chuyển ộng của thiết bị phản lực. Đặc iểm trên ược sử dụng trong ộng cơ tua bin phản lực của máy bay. 40 lOMoARcPSD| 25865958
Nhược iểm chính của ộng cơ phản lực là hiệu suất tương ối thấp.
Hình 1-19. Sơ ồ cấu tạo ĐCĐT kiểu tua bin phản lực 1. Máy nén 4. Tua bin 2. Vòi phun nhiên liệu 5. Miệng phun phản lực 3. Buồng cháy
Ngày nay người ta sử dụng rộng rãi ộng cơ tăng áp tua bin khí, ó là loại ộng cơ liên kết
với nhau. Khí xả của ĐCĐT có nhiệt ộ và áp suất cao, truyền năng lượng cho cánh tua bin
khí ể dẫn ộng máy nén khí. Máy nén hút không khí có á p suấ t p0 nén ến áp suất pk rồi nạp
vào xi lanh ộng cơ pít tông.
Việc tăng lượng khí nạp vào xi lanh ộng cơ bằng cách tăng áp suất không khí trên ường
nạp ược gọi là tăng áp. Khi tăng áp, mật ộ không khí ( o ) sẽ tăng nên làm tăng lượng khí
nạp mới (m1) so với không tăng áp. Việc tăng (m1) làm tăng hỗn hợp cháy, làm tăng công suất ộng cơ Ne. CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Định nghĩa, phân loại ộng cơ.
2. Sơ ồ nguyên lý ộng cơ ốt trong.
3. Các thuật ngữ cơ bản về ộng cơ ốt trong.
4. Nguyên lý làm việc của ộng cơ 4 kỳ.
5. Nguyên lý làm việc của ộng cơ 2 kỳ.
6. So sánh ộng cơ 2 kỳ với ộng cơ 4 kỳ; ộng cơ diesel với ộng cơ xăng dùng bộ chế hòa khí.
7. Khái niệm về ộng cơ nhiều xi lanh. Lập bảng sinh công ộng cơ 4 kỳ nhiều xi lanh.
8. Nguyên lý làm việc của ộng cơ Wankel, ộng cơ tua bin. 41 lOMoARcPSD| 25865958
Chƣơng 2. NHIÊN LIỆU VÀ MÔI CHẤT CÔNG TÁC 2.1. NHIÊN LIỆU
2.1.1. Khái niệm chung
Môi chất công tác là chất môi giới dùng ể thực hiện quá trình chuyển hóa từ nhiệt năng
sang cơ năng trong chu trình thực tế ộng cơ ốt trong.
Khác với chu trình lí tưởng, trong chu trình thực tế môi chất công tác là những khí thực
mà tính chất lí hóa luôn biến ộng trong suốt chu trình, chúng gồm có: không khí, nhiên liệu và sản vật cháy.
Ở hành trình nạp, tùy thuộc vào loại hình thành hòa khí mà người ta ưa vào xi lanh
không khí ( ộng cơ hình thành hòa khí bên trong) hoặc hòa khí ( ộng cơ hình thành hòa khí
bên ngoài). Không khí hoặc hòa khí mới nạp ược gọi là môi chất mới. Trong hành trình nạp
môi chất mới hòa trộn với khí sót còn lại trong xi lanh của chu trình trước, tạo nên môi chất
của quá trình nạp, về thực chất khí sót là sản vật cháy của nhiên liệu và không khí.
Ở hành trình nén, môi chất công tác cuối quá trình nạp ược dùng làm môi chất của quá trình nén.
Ở quá trình cháy, môi chất cuối quá trình nén ược chuyển dần thành sản vật cháy.
Ở các hành trình giãn nở và thải, môi chất công tác là sản vật cháy. Nhiệt năng ược dùng ể
chuyển biến thành cơ năng trong ộng cơ là do phản ứng cháy của hòa khí (hỗn hợp giữa hơi
nhiên liệu và không khí) tạo ra. Cần tạo mọi iều kiện ể phản ứng cháy này ược diễn ra úng
lúc, kịp thời, triệt ể, ồng thời ảm bảo cho máy chạy êm. Tất cả những iều ó lại phụ thuộc vào
chất lượng hình thành hòa khí và tính chất của nhiên liệu dùng trong ộng cơ.
Đối với ộng cơ ốt trong, người ta chỉ sử dụng những nhiên liệu dễ hòa trộn với không
khí ể tạo thành hòa khí, ngoài ra trong sản vật cháy không ược có tro, vì tro sẽ làm cho vòng
găng bị liệt và làm tăng ộ mài mòn của xi lanh, pít tông và vòng găng. Do ó ộng cơ ốt trong
chỉ dùng nhiên liệu thể khí hoặc nhiên liệu thể lỏng không chứa tro. Nhiên liệu thể rắn chỉ
có thể sử dụng cho ộng cơ ốt trong sau khi ã ược hóa lỏng hoặc ược khí hóa trong lò ga.
Trong chương này sẽ nghiên cứu tính chất lý hóa của nhiên liệu và môi chất dùng cho ộng cơ ốt trong.
2.1.2. Nhiên liệu thể khí
Nhiên liệu thể khí dùng cho ộng cơ ốt trong gồm có: khí thiên nhiên (sản phẩm của các
mỏ khí), khí công nghiệp (sản phẩm xuất hiện trong quá trình luyện cốc, luyện gang (khí lò
cao) và tinh luyện dầu mỏ) và khí lò ga (khí hóa nhiên liệu thể rắn trong các lò ga). Một
nhiên liệu thể khí bất kỳ ều là hỗn hợp cơ học của các thể khí cháy và khí trơ khác nhau.
Thành phần chính của nhiên liệu thể khí gồm có ôxít cacbon (CO), mêtan (CH4), các loại hy
rô cacbon (CnHm), khí cacbôníc (CO2), ôxy (O2), hy rô (H2), hy rôsunfua (H2S) và các loại
khí trơ, chủ yếu là nitơ (N2) với những tỷ lệ khác nhau. 42 lOMoARcPSD| 25865958
Bảng 2.1. Thành phần thể tích và nhiệt trị thấp của nhiên liệu khí ở iều kiện tiêu chuẩn
Nhìn chung công thức hóa học của các môi chất trong nhiên liệu thể khí có chứa cacbon
C, hy rô H hoặc ôxy O, ều có thể viết dưới dạng CnHmOr (trong ó: n = 0 - 5; m = 0 - 12; r = 0 - 2)
Nếu hàm lượng các chất thành phần chứa trong 1 Kmol (hoặc 1m3 tiêu chuẩn) nhiên
liệu khí ược tính theo thành phần thể tích và dùng ngay công thức hóa học của mỗi chất thay
cho thành phần ó thì một Kmol (hoặc một 1m3 khí tiêu chuẩn) nhiên liệu khí ược thể hiện qua biểu thức sau: C H O n m r N2
1Kmol (1m3 tiêu chuẩn) (2.1)
Nhiên liệu khí dùng cho ộng cơ ốt trong ược chia làm 3 loại (dựa theo nhiệt trị thấp). 43 lOMoARcPSD| 25865958
a. Loại có nhiệt trị lớn (Q
m - nhiệt trị của 1m3 nhiên liệu khí), Qm
23MJ/m3 tiêu chuẩn. Loại này gồm khí thiên
nhiên và khí thu ược khi khai thác hoặc tinh luyện dầu mỏ và khí nhân tạo (qua crăcking),
thành phần chính của nó là khí mêtan chiếm từ 30 - 99%, còn lại là các khí hy rôcacbon khác.
b. Loại có nhiệt trị vừa
Qm = 16 - 23 MJ/m3 tiêu chuẩn. Loại này chủ yếu là khí thu ược từ luyện cốc, thành
phần chính là H2 (khoảng 40 - 60%) còn lại là CO, CH4.
c. Loại có nhiệt trị nhỏ
Qm = 4 - 16 MJ/m3 tiêu chuẩn. Loại này bao gồm khí lò cao và khí lò ga. Thành phần
chủ yếu là CO và H2 chiếm tới 40%, còn lại là các loại khí trơ N2 và CO2.
2.1.3. Nhiên liệu thể lỏng
Nhiên liệu lỏng dùng cho ộng cơ ốt trong chủ yếu là các sản phẩm ược tạo ra từ dầu mỏ
vì loại này có nhiệt trị lớn, ít tro, dễ vận chuyển và bảo quản. Mỗi loại nhiên liệu lỏng kể trên
ều là một hỗn hợp của nhiều loại hy rôcacbon có cấu tạo hóa học rất khác nhau, chính cấu
tạo ó gây ảnh hưởng lớn tới các tính chất lí - hóa cơ bản, ặc biệt là tới quá trình bay hơi, tạo
hòa khí và bốc cháy của nhiên liệu trong ộng cơ.
Xăng và nhiên liệu diesel chưng cất từ dầu mỏ chứa khoảng 80 - 90% ankan và
xyclôankan. Trong khi ó muốn nâng cao tính năng chống kích nổ, thì trong xăng phải có tối
thiểu 40% aren. Vì vậy các loại xăng cao cấp hiện nay ều là các sản phẩm ã qua các giải pháp công nghệ ặc biệt.
Tính chất lí - hóa của nhiên liệu phụ thuộc vào tỷ lệ thành phần của các nhóm hy rô
cacbon kể trên. Tùy theo phương pháp hình thành và ốt cháy hòa khí trong chu trình công
tác mà có các yêu cầu khác nhau ối với nhiên liệu. Vì vậy người ta chia nhiên liệu lỏng thành 2 nhóm:
- Nhiên liệu dùng cho ộng cơ tạo hòa khí bên ngoài, ốt cháy cưỡng bức; -
Nhiên liệu dùng cho ộng cơ diesel.
Các loại nhiên liệu lấy từ dầu mỏ ều có các nguyên tố chính sau: Cacbon (C), hy rô (H2)
và ôxy (O2), ôi khi cũng còn một hàm lượng nhỏ lưu huỳnh (S) và nitơ (N2). Nếu bỏ qua hàm
lượng nhỏ lưu huỳnh và nitơ thì thành phần khối lượng c, h, onl của các nguyên tố C, H, O
trong nhiên liệu viết như sau:
c + h +onl = 1 kg (2.2)
Bảng 2.2. Các chỉ tiêu của nhiên liệu lỏng d甃ng cho ộng cơ ốt trong 44 lOMoARcPSD| 25865958
2.1.4. Các tính chất cơ bản của nhiên liệu a. Nhiệt trị
Nhiệt trị là nhiệt lượng thu ược khi ốt cháy kiệt 1 Kg (hoặc 1 m3 tiêu chuẩn) nhiên liệu
( iều kiện tiêu chuẩn p = 760 mmHg và t = 00C)
Cần phân biệt: nhiệt trị ẳng áp với nhiệt trị ẳng tích; nhiệt trị thấp với nhiệt trị cao; -
Nhiệt trị ẳng áp Qp và nhiệt trị ẳng tích Qv
Nhiệt trị ẳng áp Qp là nhiệt lượng thu ược sau khi ốt cháy kiệt 1kg (hoặc 1m3 tiêu
chuẩn) nhiên liệu trong iều kiện ảm bảo áp suất môi chất trước và sau khi ốt bằng nhau.
Nhiệt trị ẳng tích Qv ược xác ịnh trong iều kiện giữ cho thể tích sản vật cháy (môi
chất sau khi cháy) bằng thể tích hòa khí (môi chất trước khi cháy).
Mối quan hệ giữa Qp và Qv ược xác ịnh theo biểu thức:
Qv = Qp + pt(Vs – Vt ) J/kg (J/m3) (2.3)
Trong ó: pt (N/m2) – áp suất môi chất trước khi cháy; 45 lOMoARcPSD| 25865958
Vt, Vs (m3) - thể tích hòa khí trước khi cháy và của sản vật cháy ã quy dẫn về
áp suất pt và nhiệt ộ t0 trước khi cháy.
Đối với nhiên liệu lỏng sản xuất từ dầu mỏ Qp nhỏ hơn Qv khoảng 0,2%, (vì Vs, Vt sau
khi cháy thể tích môi chất lớn lên).
- Nhiệt trị cao Qc và nhiệt trị thấp Qt
Nhiệt trị cao Qc là toàn bộ số nhiệt lượng thu ược sau khi ốt cháy kiệt 1 Kg (hoặc 1m3
tiêu chuẩn) nhiên liệu, trong ó có cả số nhiệt lượng do hơi nước ược tạo ra trong sản vật cháy
(số nhiệt lượng do hơi nước ược tạo ra trong sản vật cháy ngưng tụ lại thành nước khi sản
vật cháy ược làm lạnh tới bằng nhiệt ộ trước khi cháy ược gọi là nhiệt ẩn trong hơi nước).
Nhiệt trị thấp Qt : Trên thực tế, khí xả của ộng cơ thải ra ở ngoài trời ở nhiệt ộ rất
cao, do ó hơi nước trong khí xả chưa kịp ngưng tụ ã bị thải mất. Do ó khi tính chu trình công
tác của ộng cơ, người ta dùng nhiệt trị thấp Qt, nhỏ hơn Qc một số nhiệt lượng vừa bằng nhiệt
ẩn của hơi nước ược tạo ra khi cháy.
Mối quan hệ giữa Qc và Qt ược xác ịnh theo các biểu thức sau:
- Nhiên liệu lỏng: (nhiệt trị của 1 Kg- Qtk và Qck)
Qtk = Qck – 2,512 (9h + w ), MJ/kg (2.4)
Trong ó: 2,512 MJ/kg - nhiệt ẩn của 1 Kg hơi nước;
h – thành phần khối lượng của H trong nhiên liệu;
w – thành phần khối lượng của nước trong nhiên liệu
- Nhiên liệu khí: (nhiệt trị của 1m3 tiêu chuẩn Qtm và Qcm) 18 m tm cm n m r (MJ/m3 tiêu chuẩn) (2.5) Q Q 2,512 22,4 2 C H O
Trong ó: 18 – phân tử lượng của hơi nước
22,4 m3 - thể tích phân tử của hơi nước ở iều kiện tiêu chuẩn p = 760 mmHg và t = 00C; m
- thể tích hơi nước khi ốt m.h kg khí H2. 2 b. Tính bay hơi
Tính bay hơi (thành phần chưng cất) của nhiên liệu gây ảnh hưởng lớn tới tính năng
hoạt ộng của cả ộng cơ xăng lẫn ộng cơ diesel. Trên thực tế người ta thường dùng các ường
cong chưng cất ể ánh giá tính bay hơi của nhiên liệu. Dùng thiết bị chưng cất, cứ 100C một 46 lOMoARcPSD| 25865958
lần xác ịnh chất lỏng chưng cất ược, cuối cùng vẽ các ường cong, ó là các ường chưng cất
của các loại nhiên liệu. Cách chưng cất như trên, nhiên liệu hoàn toàn cách li với không khí.
Trên thực tế, nhiên liệu ược bay hơi trong hỗn hợp nhiên liệu và không khí ể tạo thanh hòa
khí, do ó iều kiện bay hơi của nhiên liệu trong ộng cơ khác xa iều kiện chưng cất, mặc dù
cách chưng cất kể trên có ánh giá mức ộ khó hoặc dễ hóa hơi của các loại nhiên liệu.
Vì vậy còn có cách chưng cất cân bằng trong không khí, tức là cho không khí và nhiên
liệu hòa trộn trước với nhau theo tỷ lệ m = Gk/Gnl (Gk - khối lượng không khí; Gnl - khối
lượng nhiên liệu), giữ hỗn hợp ở nhiệt ộ không ổi, xác ịnh lượng nhiên liệu ược bay hơi trong
iều kiện cân bằng ấy. Kết quả xác ịnh số % nhiên liệu bay hơi ở các nhiệt ộ khác nhau với tỷ
lệ hòa trộn khác nhau. Qua thí nghiệm trên thấy rõ, nhiệt ộ bay hơi thực tế thấp hơn nhiều so
với nhiệt chưng cất cách li với không khí.
礃礃nh hưởng tính bay hơi của nhiên liệu tới tính năng hoạt ộng của ộng cơ xăng và
ộng cơ diesel rất khác nhau, vì vậy cần xét cụ thể cho từng trường hợp. *
Mối quan hệ giữa tính bay hơi của xăng và tính năng hoạt ộng của ộng cơ dùng chế hòa khí.
- Tính năng khởi ộng
Khi bật tia lửa iện, hòa khí dễ bén lửa nhất ở tỷ lệ hòa trộn m = 12/1 – 13/1. Khi khởi
ộng tốc ộ ộng cơ rất chậm, không khí và xăng hòa trộn không tốt, nhiệt ộ bề mặt thành ống
nạp, xi lanh, pít tông v.v.v.. rất thấp, do ó chỉ có khoảng 1/5 - 1/10 xăng ược bay hơi. Nếu
bộ chế hòa khí ã ược iều chỉnh ở thành phần hòa khí tốt nhất, thì hòa khí thực tế vào ộng cơ
lúc khởi ộng sẽ rất nhạt ( ặc biệt khi trời lạnh), rất khó bén lửa và khởi ộng. Vì vậy phải óng
bướm gió ể cung cấp hòa khí có thành phần m = 1/1, làm cho hoà khí thực tế vào xi lanh có
giá trị sát với hòa khí tốt nhất. lúc ấy chỉ cần 8% xăng phun vào ược bay hơi là ủ.
Trên ường cong chưng cất, tương ứng với 10% nhiên liệu bay hơi, nếu nhiệt ộ càng
thấp thì ộng cơ càng dễ khởi ộng lạnh. Do ó iểm 10% (nhiệt ộ bay hơi 10%) ược coi là chỉ
tiêu khởi ộng của ộng cơ xăng. - Nút hơi
Nhiên liệu có iểm 10% càng thấp, càng dễ hình thành bọt hơi tạo ra nút hơi trên ường
từ thùng chứa ến bộ chế hóa khí khi trời nóng, khiến lưu ộng của ường xăng thiếu linh hoạt,
có thể còn gây tắc bơm xăng làm cho ộng cơ chạy không ổn ịnh, thậm chí làm chết máy.
Tình trạng ấy dễ làm cho xe ang chạy nhanh với tải trọng lớn, ột nhiên chậm lại rồi dừng
hẳn, không thể khởi ộng lại ược. Do ó iểm 10% không thể quá thấp, trong quy phạm về xăng
thường quy ịnh áp suất bão hòa của xăng không quá 500 mmHg. Tất nhiên nếu thiết kế ường
xăng một cách hợp lí, tăng cường năng lực hoạt ộng của bơm xăng và có biện pháp cách
nhiệt hợp lí cũng có thể làm tăng khả năng tránh nút hơi kể trên.
- Hâm nóng ộng cơ 47 lOMoARcPSD| 25865958
Sau khi khởi ộng, cần cho ộng cơ chạy chậm ợi máy nóng dần ể nhiên liệu lỏng còn
ọng trên thành ống ược bay hơi, sau ó mới có thể tăng tải dần cho ộng cơ. Thời gian từ lúc
khởi ộng ến lúc tăng tải là thời gian hâm nóng. Thí nghiệm chỉ rằng, xăng có iểm 20% - 50%
càng thấp, thì thời gian hâm nóng ộng cơ càng ngắn và tính cơ ộng của ộng cơ càng tốt. - Tính tăng tốc
Lúc mở bướm ga ột ngột làm ộng cơ tăng tốc, mặc dù cả nhiên liệu và không khí i vào
không gian chế hòa khí ều tăng nhưng một phần xăng chưa kịp bay hơi ọng lại trên thành
ống làm cho hòa khí thực tế i vào xi lanh ộng cơ trở nên loãng, gây ảnh hưởng tới tính tăng
tốc của ộng cơ. mức ộ gây ảnh hưởng ấy tùy thuộc vào hình dạng của ường chưng cất, nhiệt
ộ ộng cơ và tỷ lệ hòa trộn giữ a xăng và không khí khi tăng tốc. Ví dụ nếu nhiệt ộ thấp, hòa
khí loãng thì phần dưới của ường chưng cất gây tác dụng lớn, ngược lại thì phần trên sẽ gây
tác dụng lớn. Nếu nhiệt ộ ường ống nạp lớn mà dùng xăng dễ bay hơi trong ộng cơ có thiết
bị tăng tốc, có thể làm cho hòa khí quá ậm, gây tác hại xấu cho tính tăng tốc. Nhìn chung
muốn cho ộng cơ dễ tăng tốc cần dùng loại xăng có iểm 35 - 65% tương ối thấp. Thông
thường người ta lấy iểm 50% làm tiêu chuẩn ánh giá tính tăng tốc của xăng. - Phân phối
Thực nghiệm chỉ rằng: khoảng ½ xăng kịp bay hơi trên ường ống nạp sẽ ảm bảo nhiên
liệu phân phối ều vào các xi lanh. Do ó iểm 50% có ý nghĩa quan trọng ối với chất lượng
phân phối xăng vào xi lanh. - Cháy
Muốn có chất lượng cháy tốt trong ộng cơ xăng cần bảo ảm bảo cho xăng kịp bay hơi
hết trước khi bật tia lửa iện. Do ó iểm hóa sương mù của hòa khí phải rất thấp. Điểm sương
mù lại phụ thuộc vào iểm 90%. Nếu iểm 90% cao quá sẽ làm cho nhiên liệu cháy không kiệt,
tạo khói en, trong buồng cháy có nhiều muội than. Nếu iểm 90% quá thấp sẽ làm cho hòa
khí vào xi lanh quá „khô”, gây giảm hệ số nạp, giảm công suất và làm tăng khuynh hướng chất nổ.
- Gây loãng dầu nhờn trong cac te
Nếu tính bay hơi chung của xăng không tốt và nếu iểm sương mù của hòa khí quá cao,
xăng có thể ngưng ọng trên thành xi lanh và lọt xuống cac te làm loãng và phá hỏng dầu
nhờn ở cac te. Tình trạng này càng trầm trọng khi khởi ộng lạnh và khi chạy ấm máy. Vì vậy
iểm 90% của ường chưng cất không ược cao quá. - Lượng khí nạp
Nếu nhiệt ộ ường nạp thấp, sẽ làm tăng mật ộ khí nạp. Do ó tính bay hơi của nhiên liệu
càng tốt (lúc ấy do nhiệt ẩn của nhiên liệu bay hơi gây ra sẽ làm giảm càng nhiều nhiệt ộ và
tăng càng nhiều lượng khí nạp vào xi lanh). *
Mối quan hệ giữa tính bay hơi của nhiên liệu diesel và tính năng hoạt ộng của ộng cơ diesel 48 lOMoARcPSD| 25865958
Nhiên liệu phun vào buồng cháy ộng cơ diesel ược bốc cháy sau khi hình thành hòa khí.
Trong thời gian cháy trễ (tính từ lúc phun nhiên liệu vào buồng cháy ộng cơ tới lúc bắt ầu
cháy) tốc ộ và số lượng bay hơi của nhiên liệu phụ thuộc nhiều vào tính bay hơi của nhiên
liệu phun vào ộng cơ. Tốc ộ bay hơi của nhiên liệu có ảnh hưởng lớn tới tốc ộ hình thành
hòa khí trong buồng cháy. Thời gian hình thành hòa khí của ộng cơ diesel cao tốc rất ngắn,
do ó cần òi hỏi tính bay hơi cao của nhiên liệu. Nhiên liệu có nhiều thành phần chưng cất
nặng rất khó bay hơi hết, nên không thể hình thành hòa khí kịp thời, làm tăng cháy rớt, ngoài
ra phần nhiên liệu chưa kịp bay hơi khi hòa khí ã cháy, do tác dụng của nhiệt ộ cao dễ phân
giải tạo nên các hạt cá c bon khó cháy. Kết quả làm tăng nhiệt ộ khí xả của ộng cơ, tăng tổn
thất nhiệt, tăng muội than trong buồng cháy và trong khí xả làm giảm hiệu suất và ộ hoạt ộng
tin cậy của ộng cơ. Nhưng nếu thành phần chưng cất nhẹ quá, sẽ khiến hòa khí khó tự cháy,
làm tăng thời gian cháy trễ, và khi hòa khí ã bắt ầu tự cháy thì hầu như toàn bộ thành phần
chưng cất nhẹ của nhiên liệu ã phun vào ộng cơ sẽ bốc cháy tức thời, khiến tốc ộ tăng áp suất
rất lớn, gây tiếng nổ thô bạo, không êm.
Mỗi loại buồng cháy của ộng cơ diesel có òi hỏi khác nhau về tính bay hơi của nhiên
liệu. Các buồng cháy dự bị và xoáy lốc có thể dùng nhiên liệu với thành phần chưng cất nhẹ.
Thực nghiệm chỉ rằng: các buồng cháy ngăn cách có thể dùng nhiên liệu có thành phần chưng
cất khá rộng từ 150 - 1800C ến 360 - 4000C, buồng cháy thống nhất dùng nhiên liệu có thành
phần chưng cất trong khoảng 200 - 3300C. Riêng ộng cơ a nhiên liệu không có yêu cầu gì ặc
biệt ối với tính bay hơi của nhiên liệu.
c. Tính lưu ộng ở nhiệt ộ thấp và tính phun sương của nhiên liệu diesel Điểm kết tủa
Ở nhiệt ộ thấp hàm lượng paraphin (chất ankan cao phân tử) và nước lẫn trong diesel sẽ
kết tinh tạo ra những tinh thể nhỏ khiến nhiên liệu trở thành dịch thể dạng ục. Lúc ấy tính
lưu ộng của nhiên liệu tuy chưa mất hẳn, nhưng các tinh thể trên có thể gây tắc bình lọc và
ường ống làm ngừng cấp nhiên liệu. nhiệt ộ khiến nhiên liệu bắt ầu xuất hiện các tinh thể kể
trên ược gọi là iểm ục. Tiếp tục hạ thấp nhiệt ộ sẽ hình thành các tinh thể dạng lưới, làm mất
dần tính lưu ộng do bị kết tủa. Người ta thường lấy iểm kết tủa ể phân loại nhiên liệu diesel.
Khi chọn nhiên liệu diesel cần ảm bảo cho iểm kết tủa thấp hơn nhiệt ộ cực tiểu của môi
trường khoảng 3 - 50C, ngoài ra iểm ục và iểm kết tủa phải sát nhau (thường không quá 70C).
Điểm kết tủa của nhiên liệu diesel phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hóa học của nó.
Càng nhiều thành phần ankan chính iểm kết tủa càng cao, càng dễ tự cháy, izôankancó iểm
kết tủa thấp, nhưng rất không ổn ịnh, dễ kết keo, tích than. Thành phần lí tưởng của nhiên
liệu diesel là izôankan phân tử lớn dài có mạch ngang.
Nhiên liệu diesel có gốc paraphin thường có iểm kết tủa cao, có thể ược hạ thấp bằng
cách xử lý khử paraphin ể khử bớt các phân tử lớn của ankan, nhưng cách ó làm giảm tính
tự cháy của nhiên liệu. Có thể làm giảm iểm kết tủa bằng cách pha thêm phụ gia. 49 lOMoARcPSD| 25865958 Độ nhớt
Lực cản giữa các phân tử khi chất lỏng chuyển ộng dưới tác dụng của ngoại lực ược gọi
là ộ nhớt. nếu ộ nhớt của nhiên liệu diesel quá lớn sẽ gây khó khăn cho lưu ộng của nhiên
liệu từ thùng chứa ến bơm, giảm ộ tin cậy cho hoạt ộng của bơm, gây khó khăn cho việc xả
khí khỏi hệ thống và việc xé tơi phun sương nhiên liệu qua vòi phun sẽ kém, khiến nhiên
liệu và không khí hòa trộn không ều, làm giảm công suất và hiệu suất ộng cơ. Nhưng nếu ộ
nhớt của nhiên liệu diesel nhỏ quá sẽ gây khó khăn cho việc bôi trơn mặt ma sát của các cặp
bộ ôi bơm cao áp và vòi phun, làm tăng nhiên liệu rò qua khe hở các cặp bộ ôi, ngoài ra còn
làm giảm hành trình tia nhiên lịêu trong buồng cháy. Như vậy cần ảm bảo ộ nhớt hợp lý. Nói
chung ộ nhớt tương ối của nhiên liệu diesel nhẹ trong khoảng E20 = (1 - 2)0E (Độ nhớt tương
ối Et là tỷ số giữa thời gian cần thiết ể 200cm3 nhiên liệu ở nhiệt ộ t, chảy qua ộ nhớt kế và
thời gian cần thiết ể 200cm3 nước ở 200C chảy qua thiết bị ó. Khi thử cần ể nhiên liệu chảy thành dòng).
d. Nhiệt ộ bén lửa và nhiệt ộ tự bốc cháy
Nhiệt ộ bén lửa
Nhiệt ộ bén lửa là nhiệt ộ thấp nhất ể hòa khí bén lửa. Nhiệt ộ bén lửa phản ánh số lượng
thành phần chưng cất nhẹ của nhiên liệu, nó ược dùng làm chỉ tiêu phòng hỏa ối với nhiên
liệu dùng trên tà u thủy. Để tránh nổ vỡ buồng cháy, nhiệt ộ bén lửa của
nhiên liệu dùng trên tầu thủ y không ược thấp hơn 650C.
Nhiệt ộ tự bốc cháy
Nhiên liệu diesel là loại nhiên liệu nặng với tỷ trọng = 0,80 – 0,95 g/cm3, có tính tự
cháy cao (không cần nguồn lửa bên ngoài). Do trong thành phần của nó có nhiều cacbuahy
rô no CnH2n+2 ở dạng mạch thẳng nên dễ bị phân hủ y ở nhiệt ộ cao trong phản ứng ôxy hó a tỏ a nhiệt.
Nhiệt ộ tự bốc cháy là nhiệt ộ thấp nhất ể hòa khí (hỗn hợp nhiên liệu và không khí) tự
bốc cháy mà không cần nguồn nhiệt bên ngoài châm cháy. Nhiệt ộ tự cháy của hòa khí phụ
thuộc vào loại nhiên liệu. Thông thường phân tử lượng của nhiên liệu càng lớn thì nhiệt ộ tự
cháy càng thấp và ngược lại.
Nhiệt ộ tự cháy của nhiên liệu còn phụ vào khối lượng riêng (mật ộ) của hòa khí, mật ộ
càng lớn thì nhiệt ộ tự cháy càng thấp (vì số lần va chạm giữa các phân tử tham gia phản ứng
trong 1 ơn vị thời gian tỷ lệ thuận với mật ộ).
Nhiên liệu dùng trong ộng cơ diesel cần có nhiệt ộ tự bốc cháy thấp, còn xăng dùng
trong ộng cơ có bộ chế hòa khí ốt cháy cưỡng bức thì ngược lại. Trên thực tế, do còn rất
nhiều yếu tố gây ảnh hưởng lớn tới nhiệt ộ tự cháy của nhiên liệu, vì vậy ánh giá tính tự cháy
của nhiên liệu dùng cho các loại ộng cơ khác nhau người ta không dùng nhiệt ộ tự cháy của
nhiên liệu. Đối với ộng cơ diesel, người ta dùng tính tự cháy của nhiên liệu, còn với ộng cơ 50 lOMoARcPSD| 25865958
xăng hình thành hòa khí bên ngoài ốt cháy cưỡng bức người ta dùng tính chống kích nổ của
nhiên liệu làm chỉ tiêu ánh giá chất lượng cháy của nhiên liệu trong buồng cháy ộng cơ.
e. Đánh giá tự cháy của nhiên liệu diesel
Tính tự cháy của hòa khí (nhiên liệu) trong buồng cháy là một chỉ tiêu quan trọng trong
ộng cơ diesel. Trong ộng cơ diesel, nhiên liệu ược phun vào buồng cháy ở cuối kỳ nén, nó
sẽ không bốc cháy ngay mà phải qua 1 thời gian chuẩn bị làm thay ổi các tính chất vật lí và
hóa học (xé tơi tia nhiên liệu thành các hạt nhỏ, các hạt ược sấy nóng, bay hơi và hòa trộn
với không khí tạo nên hòa khí trong buồng cháy, các phân tử O2 với nhiên liệu trong hòa khí
va ập với nhau tạo phản ứng chuẩn bị cháy, ...) sau ó mới tự bốc cháy. Thời gian tính từ lúc
bắt ầu phun nhiên liệu tới lúc hòa khí tự bốc cháy gọi là thời kỳ cháy trễ và ược o bằng thời
gian i (giây) hoặc góc quay trục khuỷu i ( ộ)
Như vậy giá trị i hoặc i ngắn hay dài sẽ thể hiện rõ tính tự cháy dễ hay khó của nhiên
liệu diesel trong buồng cháy ộng cơ.
Trên thực tế người ta thường dùng các chỉ tiêu sau ể ánh giá tính tự cháy của nhiên liệu diesel:
- Tỷ số nén tới hạn th ; - Số xêtan; - Số xêten; - Chỉ số diesel Đ;
- Hằng số ộ nhớt - khối lượng W.
Ba chỉ tiêu ầu ược o trên ộng cơ thử nghiệm ặc biệt, trong iều kiện thử quy ịnh, hai chỉ
tiêu cuối ược o trong phòng thí nghiệm hóa chất. Các ộng cơ thử nghiệm về nhiên liệu có mã
hiệu sau: ASTM – CFR (M礃̀), BASF (Đức) hoặc ИT9 (Nga). Các ộng cơ trên có thể thay ổi dễ dàng tỷ số nén .
f. Đánh giá tính chất chống kích nổ của nhiên liệu ộng cơ hình thành hòa khí
bên ngoài - ốt cháy cưỡng bức
Xăng là loại nhiên liệu nhẹ, = 0,65 – 0,80 g/cm3, dễ bay hơi và có tính tự cháy kém.
Quá trình cháy của ộng cơ ốt trong hình thành hòa khí bên ngoài ốt cháy cưỡng bức ược
bắt ầu từ tia lửa iện phóng qua 2 cực nến iện, xuất phát từ các màng lửa lan rộng dần, ốt hết
hòa khí trong buồng cháy. Trường hợp cháy bình thường, tốc ộ lan của màng lửa vào khoảng
20 40m/s. Có thể xảy ra trường hợp số hòa khí ở xa cực nến lửa do bị dồn ép làm tăng nhanh
áp suất và nhiệt ộ khiến tự nó bốc cháy khi màng lửa chưa mang tới, ó là hiện tượng kích nổ.
Nếu xảy ra kích nổ, do phần hòa khí gây ra kích nổ ã ược chuẩn bị tốt nên tốc ộ cháy lớn; 51 lOMoARcPSD| 25865958
tốc ộ màng lửa kích nổ có thể tới 1.500 – 2.000 m/s khiến áp suất tăng nhanh tạo ra sóng
kích nổ với cường ộ lớn, va ập lên thành buồng cháy và sinh ra sóng phản hồi, các sóng trên
gây rung ộng thành buồng cháy, gây tiếng gõ kim loại và gây nhiều tác hại nghiêm trọng
khác cho ộng cơ. Vì vậy, người ta ã tìm mọi giải pháp tránh không ể xảy ra kích nổ, trước
tiên là các giải pháp về nhiên liêu. Kích nổ có liên hệ mật thiết với tính tự cháy của nhiên
liệu. nhiên liệu khó tự cháy sẽ khó sinh ra kích nổ. như vậy tính năng chống kích nổ của
nhiên liệu gắn liền với tính năng khó tự cháy của nó. Để ánh giá tính chống kích nổ của nhiên
liệu ộng cơ hình thành hòa khí bên ngoài, ốt cháy cưỡng bức người ta dùng tỷ số nén có lợi
nhất cl, ó là tỷ số nén lớn nhất cho phép về mặt kích nổ. Xác ịnh cl ược thực hiện trên ộng
cơ khảo nghiệm một xi lanh, có thể thay ổi tỷ số nén với các quy ịnh chặt chẽ về: tốc ộ ộng
cơ, góc ánh lửa sớm, nhiệt ộ nước, dầu và khí nạp, loại dầu, áp suất dầu, nến iện, khe hở xu
páp, ường kính họng bộ chế hòa khí, tải, thành phần hòa khí,… Khi thực nghiệm người ta
tăng dần tỷ số nén cho tới khi xảy ra kích nổ sẽ tìm ược cl của nhiên liệu khảo nghiệm.
Nhiên liệu có cl càng lớn, tính chống kích nổ của nó càng tốt.
Thực tế người ta thường dùng số ốctan ể ánh giá tính chống kích nổ của nhiên liệu. Giá
trị của số ôctan là số phần trăm (thành phần thể tích) của hàm lượng izôôctan chứa trong hỗn
hợp nhiên liệu mẫu pha chế với heptan chính, hỗn hợp này có tính chống kích nổ cl
tương ương với nhiên liệu cần khảo nghiệm ược xác ịnh trên ộng cơ 1 xi lanh ặc biệt
với iều kiện khảo nghiệm chặt chẽ.
Ví dụ: nếu tính chống kích nổ của nhiên liệu khảo nghiệm tương ương với nhiên liệu
mẫu, gồm 90% thể tích izôôctan và 10% thể tích heptan chính, thì số ôctan của nhiên liệu khảo nghiệm là 90.
Thông thường số ôctan ược xác ịnh với thành phần hòa khí gần gũi với hòa khí chuẩn (hệ số thừa không khí 0,95 1, 05).
Ngoài những tính chất kể trên trong các loại xăng và nhiên liệu iesel sử dụng trên thị trường,
còn quy ịnh các chỉ tiêu sau: hàm lượng vật sót khi chưng cất, thành phần keo, lưu huỳnh
(S), ộ axit, bụi … trong nhiên liệu.
2.2. MÔI CHẤT CÔNG TÁC
Như ã trình bày ở trên, môi chất công tác là chất môi giới dùng ể thực hiện quá trình chuyển
hóa từ nhiệt năng sang cơ năng trong chu trình công tác của ộng cơ.
2.2.1. Lƣợng không khí cần ể ốt cháy nhiên liệu
Hòa khí dùng cho ộng cơ ốt trong có 2 thành phần: gồm nhiên liệu (dạng khí) và không khí,
muốn xác ịnh ược hòa khí ối với 1 kg nhiên liệu lỏng cần phải xác ịnh lượng không khí cần
thiết ể ốt kiệt số nhiên liệu ó.
a. Lượng không khí cần thiết ể ốt cháy kiệt 1 kg nhiên liệu lỏng 52 lOMoARcPSD| 25865958
Cho rằng thành phần chủ yếu của nhiên liệu chỉ có các nguyên tố hy rô, ôxi và cacbon. Nếu
gọi thành phần khối lượng của các nguyên tố trên lần lượt là h, onl và c, ta có: h + onl + c = 1kg
Mỗi loại nhiên liệu cụ thể có các thành phần h, c, và onl nhất ịnh, nhưng khi ốt cháy sẽ tỏa
nhiệt và tuân theo các phương trình phản ứng sau: Lượng không khí cần thiết khi ốt cháy
kiệt 1 Kg nhiên liệu lỏng, sẽ xảy ra các phản ứng tạo thành CO2 và H2O: C + O2 = CO2 + 406976 kJ
H2 + ½ O2 = H2O (thể nước) + 287000 kJ
hoặc H2 + ½ O2 = H2O (thể khí) + 2418000 kJ (2.6)
Căn cứ vào các phương trình (2.6) ta có thể xác ịnh các phương trình cân bằng khối lượng
của các phản ứng. Nếu 1 kg nhiên liệu gồm: c kg C, h kg H2, onl kg O2; có thể viết: 12kgC 32kgO 2 44kgCO 2 2kgH 16kgO 2 18kgH O2 (2.7) 2
Phương trình (2.7) viết cho c kg cácbon và h kg hy rô có dạng: ckgC 8 ckgO 11 2 ckgCO2 hkgH2 8hkgO2 9hkgH O2 3 3 (2.8)
Nếu tính số lượng O2, CO2 và H2O theo ơn vị kmol sẽ ược: c c ckgC 12 kmolO 2 12 kmolCO2 h (2.9) hkgH h 2 4 kmolO2 2 kmolH O2 -
Các biểu thức (2.8), (2.9) chỉ ra rằng: phản ứng của C khiến thể tích môi chất trước
và sau phản ứng ược giữ nguyên không ổi, còn phản ứng của H2 khiến thể tích môi chất tăng
gấp ôi sau khi phản ứng. -
Nếu O O (kg/kg) và OO (Kmol/kg) là lượng ôxy cần thiết ể ốt cháy kiệt 1 Kg nhiên
liệu lỏng, sẽ tính ược: 53 lOMoARcPSD| 25865958 O 8 O c 8h O nl , (Kg/Kg nhiên liệu) 3 (2.10)
Theo c + h + Onl = 1kg ta ược: O c h Onl O
, (Kmol/ Kg nhiên liệu) (2.11) 12 4 32
trong ó Onl là lượng ôxy có sẵn trong nhiên liệu
Lượng O2 dùng ể ốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy ộng cơ là lượng O2 trong không khí,
gồm 2 thành phần chính là: O2 và N2. Tính theo thành phần khối lượng của không khí khô:
O2 chiếm 23,2% còn N2 chiếm 76,8%. Tính theo thành phần thể tích (thành phần mol) O2
chiếm 21%, còn N2 chiếm 79%. Do ó lượng không khí lý thuyết ể ốt cháy kiệt 1Kg nl là LO
(KgKK/kg nl) hoặc MO (KmolKK/kg nl) sẽ là: L O O 1 8 0 c 8h Onl , (kgKK/kg nl) (2.12) 0,232 0,232 3 M0 OO 1 c h Onl c 1 3 h 0,375 Onl 0,21 0,21 12 4 32 0,21 12 c c (kmol KK/kgnl) (2.13)
Trong xăng Onl = 0 vì vậy ối với xăng có thể viết: 1 8 h L0 c 8
hay: L0 = 11,49 c.i (KgKK/Kg nl) 0,232 3 (2.14) c 3 h c và MO 1 ; MO = (Kmol KK/kgnl) (2.15) 0,21 12 c 2,52 54 lOMoARcPSD| 25865958 Trong ó
1 3 h ; i - Số ặc trưng của xăng, chỉ phụ thuộc vào giá trị h . c c
b. Lượng không khí cần thiết M0 Kmol hoặc V0 ể ốt cháy kiệt 1 Kmol hoặc 1m3 nhiên liệu thể khí
Nếu coi các thành phần nhiên liệu thể khí gồm khí trơ N2 và H2S và những chất khí do
các nguyên tử C, H, O tạo nên ược viết dưới dạng C H On m
r và nếu lược bỏ số lượng rất nhỏ của H
2S thì 1mol nhiên liệu thể khí ược thể hiện qua biểu thức C H On m r
N2 1kmol (1m3 tiêu chuẩn).
Trong 1 phân tử chất C H On m r có n m r nguyên tử
C, phân tử H2 và phân tử O2. Do ó ể ốt kiệt n mol C cần có n mol O2 2 2 m m m
thu ược n mol CO2; ốt kiệt mol H2 cần có mol khí O2 và thu ược mol hơi 2 4 2 r
nước (H2O). Trong nhiên liệu có mol khí O2 vì vậy phương trình phản ứng ôxy hóa của 2 1 mol C H On m r sẽ là: m m r C H O n m (n )O2 nCO2 H O2 (2.16) 4 2 2
Ví dụ: Phương trình phản ứng của C2H4 với O2 sẽ là: C H 2 4 (2 0)O2 2CO2 2H O2 (2.17)
Do ó lượng không khí lý thuyết M0 kmol cần ể ốt cháy kiệt 1 Kmol hoặc V0 (m3) ể ốt
1m3 nhiên liệu thể khí với thứ nguyên (KmolKK/Kmol NL) hoặc (m3KK/m3NL) sẽ là: 1 m r 0,21 4 2 M0 = V0 = (n )C H On m r (2.18)
trong ó: C H On m r - Thành phần thể tích của mỗi khí thành phần tương ứng trong nhiên liệu khí.
c. Lượng không khí thực tế ể ốt cháy 1 Kg nhiên liệu 55 lOMoARcPSD| 25865958
Nếu lượng không khí thực tế ưa vào ộng cơ ể ốt 1 Kg nhiên liệu lỏng là M (KmolKK/Kgnl)
hoặc L (KgKK/kgnl). Để ốt 1 Kmol hoặc 1 m3 tiêu chuẩn nhiên liệu khí là M
(KmolKK/Kmolnl) hoặc V (m3 KK/m3 nl), sẽ ược biểu thức sau: M L V (2.19) M 0 L 0 V0
Từ (2.19) sẽ xác ịnh ược lượng không khí thực tế ể ốt 1 kg nhiên liệu lỏng là: M M0 (Kmol KK/ kg nl) (2.20) L L0 (Kg KK/kg nl) (2.21)
hoặc 1 Kmol (hay 1 m3) nhiên liệu khí M M0 (Kmol KK/Kmol nl) (2.22) V V0 (m3 KK/m3 nl) (2.23)
Trong ó: là hệ dư lượng không khí.
Khi dùng ơn vị m3 cần ưa thể tích về iều kiện tiêu chuẩn với p = 760 mmHg và to = 0oC.
2.2.2. H漃a khí mới
Trong ộng cơ iesel hòa khí gồm không khí và nhiên liệu ở thể khí ược hình thành trong
buồng cháy ộng cơ vào cuối quá trình nén. Thể tích nhiên liệu lỏng so với thể tích không khí
trong buồng cháy ộng cơ là rất nhỏ, nên khi tính kmol hòa khí mới thường bỏ qua, chỉ tính
kmol (m3) không khí mới. Vì vậy, nếu M1 là hòa khí mới của ộng cơ quy về 1kg nhiên liệu
lỏng ộng cơ diesel sẽ là: M1 = M M0 (Kmol/kg nl)
(2.24) Động cơ xăng hòa khí hình thành bên ngoài, nên trong hòa khí ngoài không khí còn có hơi
của 1 kg nhiên liệu, vì vậy M1 là: M 1 M 1 Mo 1 (Kmol/kg nl) (2.25) nl nl
nl là phân tử lượng của xăng, nl ≈ 114 (Kg/Kmol). 56 lOMoARcPSD| 25865958
Trong ộng cơ gaz – hòa khí mới gồm không khí và nhiên liệu thể khí, vì vậy ể ốt 1 kmol
(hoặc 1 m3) nhiên liệu khí, hòa khí mới sẽ là: M M 1 1 M 10; Kmol/Kmol nhiên liệu V 1 V 1 V0 1; m3/m3 nhiên liệu (2.26)
Biết số lượng hòa khí M1 (kmol) của 1 Kg nhiên liệu lỏng hoặc V1 (m3) của 1 m3 nhiên liệu
thể khí sẽ tính ược nhiệt trị của 1 m3 tiêu chuẩn của hoà khí Q tm (MJ/m3 ) hoà khí khi 1 Nhiên liệu diesel: Q Q tk tm (MJ/m3) (2.27) 22,4M0
Nhiên liệu xăng, hoà khí hình thành bên ngoài Q Q tm tk (MJ/m3) nl Nhiên liệu khí Q tm Qtm V (MJ/m3) (2.29) 1o (2.28) 22,4 M 0 1 trong ó: Qtk MJkg
Nhiệt trị thấp của 1 kg nhiên liệu lỏng 57 lOMoARcPSD| 25865958 Qtm MJm3
Nhiệt trị thấp của 1 m3 nhiên liệu khí
2.2.3. Sản phẩm cháy
a. Sản vật cháy ối với trường hợp cháy hoàn toàn ( 1)
- Nhiên liệu lỏng Với
1 sản vật cháy gồm: CO2, hơi nước H2O, ôxi dư và N2 (chứa trong không khí
ưa vào ộng cơ). Số mol các chất khí tương ứng MCO dựa vào các phương 2 ,MH O2 ,MO2 và MN2 trình: c c ckgC 12 kmolO 2 12 kmolCO2 hkgH h h 2 4 kmolO2 2 kmolH O2
và thành phần thể tích của O2 và N2 (trong không khí khô) sẽ là: M CO2 c ; 12 M HO2 h ; 2 M O2 0,21( 1)M 0; N2 0,79 M 0
Nếu M2 (Kmol/Kg nhiên liệu) là sản vật cháy của 1 Kg nhiên liệu, có: M c 2 M CO2 M H2O M O2 M N2 h 0,21( 1)M 0 0,79 M 0 12 2 c h M 0 0,21M 0 12 2 (2.30) 58 lOMoARcPSD| 25865958 Thay 0,21M0 từ: M 0 0O,21O 0,121 12c h4 O32nl 0,21 12c 1 3 hc 0,375 h O Oc nl nl
(2.31) và sau khi chỉnh lý, ược: M2 M0 ; Kmol/Kg nhiên liệu (2.32) 4 32 - Nhiên liệu khí
Các thành phần trong sản vật cháy của nhiên liệu khí ược tính theo (Kmol/Kmol nhiên
liệu hoặc m3/m3 nhiên liệu) nhờ biểu thức: m r C H O m n m (n )O2 nCO2 H O2 4 2 2
và thành phần O2 và N2 trong không khí khô, ược: MCO2 nC H O ;n m r MH O2 mC H O ;n m r 2 M O 0,21( 1)M ; 2 0 M N 0,79 M N 2 0 2
Trong ó N2 – thành phần thể tích của N2 trong 1 Kmol hoặc 1 m3 nhiên liệu khí.
Nếu M2 hoặc V2 (Kmol/Kmol nhiên liệu hoặc m3/m3 nhiên liệu) là sản phẩm cháy của
1 Kmol hoặc 1m3 nhiên liệu khí, ược: i 4 m M 2 M i (n )C H On m r M 0 0,21M 0 N 2 (2.33) i 1 2 Thay giá trị 0,21M0 từ: 59 lOMoARcPSD| 25865958 m r 1 M0 = V0 = (n )C H On m r 0,21 4 2
Cộng và trừ vế phải của (2.33) với C H O , ược: n m r m r M 2 (n m n 1)C H On m r C H On m r M0 N 2 (2.34) 2 4 2 Từ phương trình C H O n m r
N2 1kmol , biểu thức trên có dạng: (m r M2 1)C H On m r (1
M )0 ; kmol/kmol nhiên liệu 4 2
Tương tự như trên ta ược: (2.35) m r V 2 ( 1)C H On m r (1
V )0 ; m3/m3 nhiên liệu 4 2
b. Sản vật cháy ối với trường hợp cháy không hoàn toàn ( 1) Đối với trường hợp (
1), Ở ộng cơ hình thành hòa khí bên ngoài do thiếu O2 (vì thiếu
không khí) nên một phần C của nhiên liệu ược cháy thành CO và một phần H2 của nhiên liệu
không ược cháy. Như vậy trong trường hợp
1, thành phần sản vật cháy gồm: MCO2 ,MH
O2 ,MH2 ,MN2 ,MCO. Phân tích thành phần sản vật cháy trong trường hợp này thấy rằng tỷ số
giữa M H2 (chưa cháy) và MCO hầu như không ổi và không phụ thuộc vào . Gọi K là giá
trị của tỷ số trên, ta có: M H2 K (2.36) M CO h h
Giá trị K chủ yếu phụ thuộc vào tỷ số của nhiên liệu. Với = 0,13 thì K = 0,3, c c 60 lOMoARcPSD| 25865958 h
nếu = 0,17 – 0,19 thì K = 0,45 – 0,50. Phản ứng của C với O2 trong trường hợp thiếu c O2 có dạng: 1 C O2 CO 124019kJ (2.37) 2 Từ ây ta ược: c c ckgC kmolO2 kmolCO (2.38) 24 12 c c So sánh với: ckgC kmolO2 kmolCO2, thấy rằng: Nếu ủ 12 12 c c c O2 (
kmol) ốt cháy c kg C sẽ thu ược
kmol khí CO2; Nếu số O2 là kmol 12 12 24 c
chỉ ủ ốt c kg C thành CO ta cũng sẽ thu ược
kmol, nhưng là khí CO. Như vậy nếu 12 c c M O
, thì một phần C sẽ chuyển thành CO 2
2, phần còn lại thiếu O2 chỉ chuyển 24 12
thành CO, nhưng bao giờ cũng có: M CO M CO2 c kmol (2.39) 12
Đối với H2 cũng vậy, do thiếu O2 nên một phần H2 ược chuyển thành H2O theo: hkgH 2 h kmolO h , còn một phần H 2 kmolH O2
2 không cháy vẫn giữ nguyên H2. Nếu h 4 2 h h kg H2 có ủ hkmolO , sẽ thu 2 ể cháy hết hkgH2 kmolO2 kmolH O2 ược 4 4 2 h h 61 lOMoARcPSD| 25865958
2 kmolH O2 , còn nếu h kg H2 không có O2 ể cháy sẽ có số mol là 2 kmolH . Cũng lập 2 luận như trên, nếu h O M O , khi ốt h kg H 2
2, ta sẽ thu ược MH O2 và MH2 , luôn 4 thỏa mãn: h M H O2 M H2 kmol (2.40) 2
Ngoài ra khi cân bằng lượng O2 chứa trong MCO2 ,MH O2 ,,MCO với số O2 chứa trong
không khí và trong nhiên liệu ta ược: 1 1 Onl M CO MCO2 M H O2 0,21 M 0 (2.41) 2 2 32
Từ các phương trình trên, sẽ tìm ược 4 ẩn số MCO sẽ
2 ,MH O2 ,MO2 ,MCO còn giá trị MN2
tính theo thành phần thể tích của N2 trong không khí. Cuối cùng ược: c 1 M CO 0,42 M ; 2 0 12 1 K M H O2 h 0,42K 1 M ;0 2 1 K 1 M H 0,42K1 K M ; 2 0 (2.42) M N2 0,79 M ; 0 M CO 0,421 M0 1 K Cuối cùng ược: M 2( 1)
MCO MCO2 M H2 M H O2 M N2
c h 0,79 M 0 (2.43) 12 2
2.2.4. Thay ổi môi chất khi cháy So sánh các biểu thức: 62 lOMoARcPSD| 25865958 M1 = M M0 (Kmol/Kg nl) M M 1 1 Mo 1 (Kmol/Kg nl) nl nl M 1
M 1 M0 1; Kmol/Kmol nhiên liệu V 1 V
1 V0 1; m3/m3 nhiên liệu với các biểu thức: M 2 M0 h Onl ; kmol/kg nhiên liệu 4 32 i 4 m M 2 Mi (n )C H On m r M0 0,21M N 0 2 i 1 2 m r M 2 ( 1)C H On m r (1 M )0 ; Kmol/Kmol nhiên liệu 4 2 V 2 ( m r 1)C H On m r (1 V )0 ; m3/m3 nhiên liệu 4 2
thấy rằng: Số lượng sản phẩm sau khi cháy M2 hoặc V2 không bằng số lượng hòa khí trước
khí cháy M1 hoặc V1, vì trong quá trình cháy có sự thay ổi số mol của môi chất. Ví dụ phản ứng: C + O2 = CO2 + 406976 kJ
H2 + ½ O2 = H2O (thể nước) + 287000 kJ hoặc H2O (thể khí) + 2418000 kJ
Ta thấy: Hỗn hợp trước khi cháy chỉ là 1 kmol O2 (ở dạng khí), còn sau khi cháy tạo ra 2
kmol hơi nước. Nhìn chung với nhiên liệu thể lỏng số kmol sản vật cháy lớn hơn số kmol
hòa khí trước khi cháy. Nếu gọi, sẽ có: M là số kmol chất thay ổi khi cháy - Đối với ộng cơ diesel ( 1), từ biểu thức: 63 lOMoARcPSD| 25865958 h O M nl 1 = M M 0 (Kmol/kg nl), và M2 M0 ; Kmol/Kg nhiên liệu 4 32 h Onl h O kmol Được: M M nl 8 0 M 0 ( ) (2.44) 4 32 4 kgnl
- Đối với ộng cơ xăng hình thành hòa khí bên ngoài, ốt cháy bằng tia lửa iện, trong trường hợp 1, từ: M 1 M 1 Mo 1 ; (Kmol/kg nl), và nl nl h O M nl 2 M0
; Kmol/Kg nhiên liệu, ược: 4 32 8 h O nl 1 (kmol) (2.45) M 4 nl kgnl
Trong trường hợp 0,7 < < 1,0, từ: 1 1 M 1 M Mo (Kmol/kg nl), và nl nl h onl 8 kmol M ( ) , ược: 4 kgnl M c h 0,79 M 0 ( M 0 1 ) 64 lOMoARcPSD| 25865958 12 2 nl 12c h2 0,21 M 0 1nl O32nl O32nl (2.46) 8 h O nl 1 (kmol) 0,21(1 M 0 ) 4 nl kgnl
Các biểu thức trên chỉ rằng: khi ốt nhiên liệu lỏng, số phân tử (kmol) môi chất luôn tăng
( M 0), chính vì trong một phân tử hy rôcacbon lỏng hầu hết ều chứa 4 phân tử H2 trở
lên khiến cho các phân tử này chỉ là một phần nhỏ nằm trong thể tích của một phân tử hy
rocacbon ã hoặc chưa hoá hơi. Kết quả của M 0 sẽ làm tăng áp suất sau khi cháy (nếu giữ
thể tích không ổi), còn trong trường hợp giữ áp suất p = const sẽ làm tăng thể tích ể sinh công.
- Đối với nhiên liệu thể khí, trong trường hợp 1, từ: m M 0 V0 (n r )C H On m r ; 4 2 M 1 M
1 M0 1; kmol/kmol nhiên liệu ( V 1 V 1 V0 1; m3/m3 nhiên liệu và M2 m r 1)C H O n m r (1
M )0 ; Kmol/Kmol nhiên liệu 4 2 ( m r V 2 1)C H On m r (1
V )0 ; m3/m3 nhiên liệu 65 lOMoARcPSD| 25865958 4 2 Ta ược: M m r1
C HnmOr (Kmol/Kmol nl hoặc m3/m3nl) (2.47) 4 2
Từ ây thấy rằng: M phụ thuộc vào lượng nguyên tử của các nguyên tố hóa học trong các chất CnHmOr. Nếu m r
1 thì M 0 (số môi chất tăng lên sau khi cháy); 4 2 m r
1 thì M 0(số môi chất giảm i sau khi cháy) và nếu m r 1 thì Nếu 4 2 4 2 M 0.
Sự thay ổi tương ối của M2 (sản vật cháy) và M1 (môi chất trước khi cháy) ược gọi là hệ
số thay ổi phân tử lý thuyết 0 , ược tính theo biểu thức: M M 2 M1 M 0 1 (2.48) M1 M1 M1
- Đối với ộng cơ diesel: h onl 0 1 1 M0 M0 M 4 32 (2.49)
- Đối với ộng cơ xăng: Trường hợp 1 4 nl 1 M h o nl 1 M 0 1 1 1 (2.50) M 0 0 nl nl 66 lOMoARcPSD| 25865958 Trường hợp 1 h onl 1 8 0,21(1 ) M 0 4 nl 1 M 0 1 (2.51) 0 nl - Đối với ộng cơ ga: M M 10 1 0 (2.52)
Tuỳ thuộc vào dấu của M,( M 0)hay ( M 0) mà có 0 0 hay 0 0 .
2.2.5. Hệ số thay ổi phân tử thực t Ā
Trong ộng cơ ốt trong thực tế số môi chất cuối quá trình nạp gồm có môi chất mới M1
và khí sót Mr. Sau khi cháy số môi chất mới M1 chuyển thành sản vật cháy M2, còn khí sót
Mr vẫn giữ nguyên không ổi. Nếu lấy tổng số môi chất sau khi cháy chia cho tổng số môi
chất trước khi cháy sẽ ược hệ số thay ổi phân tử thực tế . Tại thời iểm bất kỳ của quá trình
cháy, biết phần nhiên liệu ã cháy là x (o < x < 1), thì hệ số thay ổi phân tử thực tế x sẽ là: x M M M1 r rx 1 1r M M r1 M1 x M M1 M x M2 M1 x 1 M M 1 1 1 1 0 1 x (2.53) 1 r 1 r 1 r
Như vậy khi x = 1 (nhiên liệu ã cháy kiệt) thì x , do ó: 1 0 1 (2.54) 1 r 67 lOMoARcPSD| 25865958 CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Khái niệm chung về nhiên liệu.
2. Đặc iểm của nhiên liệu thể khí.
3. Đặc iểm của nhiên liệu thể lỏng.
4. Khái niệm về nhiệt trị, nhiệt trị ẳng áp, nhiệt trị ẳng tích, nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp.
5. Tính bay hơi của nhiên liệu lỏng.
6. Điểm kết tủa và ộ nhớt của nhiên liệu ộng cơ diesel.
7. Nhiệt ộ bén lửa và nhiệt ộ tự cháy.
8. Đánh giá tính tự cháy của nhiên liệu ộng cơ diesel.
9. Đánh giá tính chống kích nổ của nhiên liệu ộng cơ xăng.
10. Lượng nhiên liệu cần thiết ể ốt cháy kiệt 1 Kg nhiên liệu lỏng (M0, L0).
11. Lượng không khí cần thiết (M0 hoặc V0) ể ốt cháy kiệt 1 Kmol hoặc 1 m3 nhiên liệu thể
khí ở iều kiện tiêu chuẩn.
12. Lượng không khí cần thiết ể ốt cháy 1 Kg nhiên liệu lỏng (M, L). 13. Hòa khí mới.
14. Sản vật cháy với trường hợp cháy hoàn toàn 1và cháy không hoàn toàn 1.
15. Hệ số thay ổi phân tử lý thuyết và thực tế 0 .
CHƢƠNG 3. CHU TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 68 lOMoARcPSD| 25865958
3.1. CHU TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
3.1.1. Các loại chu trình
Trong ĐCĐT thực tế, việc chuyển hoá từ nhiệt năng sang công (cơ năng) tiến hành qua
hàng loạt những quá trình liên tục về lý - hoá - nhiệt ộng phức tạp. Là các quá trình hợp thành
chu trình lặp i lặp lại, hở và không thuận nghịch - gọi là chu trình công tác hay chu trình thực
tế. Ngoài ra còn nhiều yếu tố ảnh hưởng tới diễn biến ến các quá trình công tác như các yếu
tố về kết cấu (quét, nạp, , phương pháp hình thành khí hỗn hợp…) và chế ộ làm việc (tải
trọng, n, trạng thái nhiệt…), các thông số về iều chỉnh (góc phối khí, …). Do vậy việc
nghiên cứu các quá trình của chu trình công tác rất phức tạp, khó khăn, khó ánh giá chính
xác các chỉ tiêu kinh tế thuật gây khó khăn trong việc nâng cao e, Ne.
Để tiện nghiên cứu, người ta thay các quá trình phức tạp trên bằng các quá trình có
dạng ơn giản hơn nhưng vẫn sát với quá trình thực tế bằng cách loại bỏ những hiện tượng và
những tổn thất năng lượng có tính chất thứ yếu, xuất hiện trong chu trình thực tế. Cách làm
này cho ta chu trình lý tưởng của ĐCĐT.
a. Chu trình lý tưởng:
Là chu trình kín, thuận nghịch, không có sự tổn thất năng lượng nào ngoài tổn thất nhiệt
truyền cho nguồn lạnh (theo quy ịnh của ịnh luật 2 - nhiệt ộng học).
Đặc iểm của chu trình lý tƣởng:
- Môi chất công tác của chu trình là khí lý tưởng, nhiệt dung riêng không ổi, không
phụ thuộc vào áp suất và nhiệt ộ của môi chất.
- Lượng môi chất không thay ổi – không có các quá trình nạp và xả khí, nên không có
các tổn thất do các quá trình này gây ra.
- Không có tổn thất nhiệt ối với môi trường xung quanh, các quá trình nén và giãn nở
là các quá trình oạn nhiệt.
- Các quá trình cháy, toả nhiệt, quét và xả khí thay bằng cung cấp nhiệt lượng Q1 từ
nguồn nóng và nhả nhiệt Q2 cho nguồn lạnh hoặc ở trạng thái V = const hoặc ở trạng thái p
= const hoặc ở trạng thái hỗn hợp V = const và p = const.
- Việc chuyển hóa từ nhiệt năng sang công cơ trong chu trình lý tưởng là lớn nhất, tức
là t lớn nhất so với i.
Khi nghiên cứu chu trình lý tưởng, sẽ xác lập ược ặc tính và mức ộ ảnh hưởng của các
yếu tố thực tế tới các thông số làm việc của ộng cơ. Những giả thiết trên rất gần gũi với thực tế.
- Quá trình cấp nhiệt ẳng tích gần gũi với quá trình cháy của ộng cơ xăng, ốt cháy
cưỡng bức. Do hòa khí tốt, nhiệt ộ cuối kỳ nén cao nên quá trình cháy rất nhanh khi pít tông
chưa kịp i xuống (V = const). 69 lOMoARcPSD| 25865958
- Quá trình cấp nhiệt ẳng áp, gần gũi với quá trình cháy của ộng cơ cơ phun nhiên liệu
bằng khí nén và ộng cơ diesel tăng áp cao cỡ lớn. Trong ộng cơ này việc phun tơi nhiên liệu
vào xi lanh ộng cơ ược thực hiện rất chậm ể nhiên liệu ược cháy kiệt, ngoài ra tăng áp cao
còn hạn chế áp suất cực ại của chu trình, vì vậy quá trình cháy chậm ược coi là ẳng áp – Quá
trình cấp nhiệt ẳng áp cũng gần gũi với tua bin khí và quá trình cháy liên tục trong buồng
cháy của tua bin trong iều kiện ẳng áp.
- Quá trình cấp nhiệt hỗn hợp rất gần gũi với ộng cơ diesel hiện ại, trong ó phần nhiên
liệu ược phun trước tiên kịp hòa trộn với không khí nóng ở buồng cháy ể cháy nhanh ( ẳng
tích) còn phần nhiên liệu phun muộn hơn sẽ cháy ở giai oạn pít tông i xuống ( ẳng áp).
- Quá trình nhả nhiệt ẳng tích gần với các loại ộng cơ 4 kỳ, mở xu páp thải hoặc cửa
thải sớm, giai oạn này khí thải do chênh lệch áp suất lớn thoát ra ngoài rất nhanh khi pít tông
gần ĐCD gần như ẳng tích – phần lớn sản phẩm cháy xả ra môi trường ở giai oạn này (60%);
Sau ó là quá trình nhả nhiệt ẳng áp, pít tông i từ ĐCD - ĐCT ẩy khí cháy ra ngoài.
- Quá trình nhả nhiệt ẳng áp rất gần gũi tua bin khí và các loại tua bin phản lực, quá
trình nhả nhiệt này ược thực hiện ở iều kiện áp suất không ổi và bằng áp suất khí trời. b. Chu trình lý thuyết:
Là chu trình không kín không thuận nghịch. Đây là chu trình trung gian giữa chu trình lý
tưởng và chu trình thực tế. Phục vụ cho công việc nghiên cứu trong một số trường hợp cụ thể.
Đặc iểm của chu trình lý thuy Āt:
- Môi chất công tác là khí thực gồm khí nạp mới với khí sót, với thành phần và khối
lượng thay ổi, nhiệt dung riêng thay ổi.
- Nhiên liệu cháy hết ở ẳng tích, ẳng áp hoặc hỗn hợp tương ứng với các quá trình cấp
nhiệt ở chu trình lý tưởng.
- 䄃Āp suất tối a của chu trình bằng nếu như chu trình thực là chu trình hỗn hợp và lớn
hơn nếu chu trình là chu trình cấp nhiệt ẳng tích.
- Quá trình nén và giãn nở là quá trình oạn nhiệt (không lọt khí).
- Quá trình trao ổi khí ược thay bằng thải ẳng tích.
c. Chu trình thực tế: Là chu trình hở không thuận nghịch.
Đặc iểm của chu trình thực t Ā:
- Môi chất công tác là hỗn hợp khí (không khí – hơi nhiên liệu) thay ổi cả thành phần và khối lượng.
- Nhiên liệu cháy không hoàn toàn.
- Các quá trình diễn ra phức tạp và a biến: Quá trình cháy là quá trình nhiệt ộng phức
tạp về mặt lý – hoá. Quá giãn nở tiến hành trong iều kiện trao ổi nhiệt phức tạp. 70 lOMoARcPSD| 25865958
Tất cả các quá trình của chu trình công tác là những quá trình nhiệt ộng phức tạp mà
hiện nay vẫn chưa giải thích hết. Các nhà khoa học ang tìm mọi biện pháp ể hoàn thiện nhằm
nâng cao t của chu trình công tác.
3.1.2. Các chỉ tiêu ánh giá
Chỉ tiêu chủ yếu ể ánh giá chu trình là tính kinh tế và tính hiệu quả. a. Tính kinh tế
Đặc trưng bỡi hiệu suất nhiệt t của chu trình: Là tỷ số giữa lượng nhiệt ã biến thành
công và nhiệt lượng cung cấp cho môi chất công tác. Q Q Q 1 2 2 Lt t 1 (3.1) Q1 Q1 Q1 Trong ó:
Lt – Công sinh ra của môi chất công tác trong một chu trình. (J/chu trình).
Q1 – Nhiệt lượng nguồn nóng cung cấp cho môi chất công tác trong một chu trình. (J/chu trình).
Q2 – Nhiệt lượng do môi chất thải ra cho nguồn lạnh trong 1 chu trình. ( J/chu trình).
Lt = Q1 - Q2 - Số nhiệt lượng lợi dụng có ích (chuyển sang công). b. Tính hiệu quả
Được ặc trưng bỡi công ơn vị của chu trình tức là công ứng với một ơn vị thể tích công tác của xi lanh. L pt = t , Nm/m3 hoặc N/m2 (3.2) Vh Trong ó:
Lt - Công của chu trình, J hoặc Nm Vh -
Thể tích công tác của xi lanh, m3 pt - Công ơn vị hay
áp suất bình quân của chu trình.
Với giả sử pt không ổi tác dụng lên ỉnh pít tông trong khoảng thời gian tương ứng với
sự thay ôỉ thể tích từ Vmax – Vmin nên pt còn gọi là áp suất bình quân của chu trình.
- Công ơn vị của chu trình càng lớn thì kích thước xi lanh càng nhỏ (Vh càng nhỏ). 71 lOMoARcPSD| 25865958
- Các giá trị t và pt của chu trình lý tưởng, ược coi là giới hạn trên của các chu trình
thực tế có cùng thông số chu trình như chu trình lý tưởng, ó cũng là mục tiêu ể chu trình
thực tế vươn tới.
3.1.3. Chu trình lý tƣởng của ộng cơ ốt trong
Chu trình lý tưởng trong ĐCĐT có thể chia làm 3 loại chủ yếu sau ây:
* Chu trình ẳng tích: Là chu trình có quá trình cấp nhiệt ở trạng thái thể tích không ổi V = const.
* Chu trình ẳng áp: Là chu trình có quá trình cấp nhiệt ở trạng thái áp suất không ổi p = const.
* Chu trình hỗn hợp: Là chu trình có quá trình cấp nhiệt ở trạng thái áp suất không ổi và thể tích không ổi.
Để tiện cho việc nghiên cứu các dạng chu trình trên, trước tiên ta nghiên cứu chu trình
tổng quát, vì các chu trình trên là dạng ặc biệt của chu trình tổng quát.
a. Chu trình lý tưởng tổng quát
Hình 3.1. Chu trình lý tƣởng tổng quát trong ĐCĐT
a) Đồ thi p-V ; b) Đồ thị T-S
Chu trình gồm các quá trình sau:
- Quá trình nén oạn nhiệt oc – Tỷ số giữa thể tích bắt ầu nén Vo và cuối quá trình nén Vc gọi là tỷ số nén . V o (3.3) 72 lOMoARcPSD| 25865958 Vc
- Quá trình cấp nhiệt ẳng tích cy - Tỷ số giữa áp suất cực ại trong chu trình (py = pz) và áp
suất cuối quá trình nén pc gọi là tỷ số tăng áp . p py z (3.4) pc pc
- Quá trình cấp nhiệt ẳng áp yz - Tỷ số giửa thể tích cuối giai oạn cấp nhiệt Vz và thể tích
cuối quá trình nén Vc = Vy gọi là tỷ số giãn nở ban ầu - hay là tỷ số giãn nở khi cháy. Vz Vz (3.5) Vc Vy
- Quá trình giãn nở oạn nhiệt zd - Tỷ số giữa thể tích cuối quá trình giãn nở Vd và thể tích
cuối quá trình cấp nhiệt Vz gọi là tỷ số giãn nở sau (giãn nở sau khi cháy). V d (3.6) VZ
- Quá trình nhả nhiệt ẳng tích df – Tỷ số giữa áp suất cuối quá trình giãn nở pd và áp suất
cuối giai oạn nhả nhiệt ẳng tích gọi là tỷ số giáng áp pd (3.7) pf
- Quá trình nhả nhiệt ẳng áp fo.
* Hiệu suất nhiệt của chu trình: Q‟ ‟‟
1 = Q1V; Q‟‟1 = Q1p; Q‟2 = Q2V; Q2 = Q2p (3.8)
Gọi M là số kmol môi chất có trong chu trình ta ược: Q ‟ ‟‟
1 = Q1 + Q1 = M[mcv (Ty – Tc) + mcp (Tz – Ty)] Q ‟ ‟‟
2 = Q2 + Q2 = M[mcv (Td – Tf) + mcp (Tf – To)] (3.9)
Trong ó: mcv, mcp là tỷ nhiệt mol ẳng tích và ẳng áp –J/Kmol. ộ. 73 lOMoARcPSD| 25865958 mcp mcv Có k =
- Là chỉ số nén oạn nhiệt. Q Q Q Thay vào công thức: 1 2 2 Lt t 1
và sau khi biến ổi ta ược: Q1 Q1 Q1 1 f t ((TTdy T )T )fc k(Tk(Tz T )T )oy
(3.10) Dựa vào quan hệ của các quá trình nhiệt ộng ể tính nhiệt ộ tại các iểm cuối các
quá trình của chu trình trong biểu thức trên theo To, sẽ ược:
- Quá trình nén oạn nhiệt: T k 1 c = To Vo k 1 To (3.11) Vc
- Quá trình cấp nhiệt ẳng tích: . . T T k 1 y c pi To (3.12) pc
- Quá trình cấp nhiệt ẳng áp: T T T T . . . . k 1 z y V y o (3.13) Vy
- Quá trình nhả nhiệt ẳng tích: p 1 . . f T T . k k 1 1 T f Td d o (3.14) pd - Quá trình oạn nhiêt: k 1 k 1 k 1 74 lOMoARcPSD| 25865958 T T d z ppdz k Tz p0p. 0. k . k T0. k 1. . k . k To .
1k . . kk 1 (3.15)
Thay kết quả trên vào công thức tính hiệu suất nhiệt của chu trình, ược: 1 1 1 . k . 1 k t 1 1 . . k k (3.16) k1 1 k 1 k 1 Từ ây ta thấy:
phụ thuộc vào , cách cấp nhiệt từ nguồn nóng thể hiện qua t và ,
cách nhả nhiệt cho môi chất qua và k thành phần và tính chất môi chất. Tăng sẽ làm
tăng ,… Tương tự ta cũng tính ược p t t.
* Công ơn vị của chu trình: 1 1 p t = kk p o t k . . 1k1 k (k1 1) , N/m2 (3.17)
- Chú ý pt trong tường hợp chu trình tổng quát: p t f L t Vc hoặc pt VoL tVc , N/m2 (3.18) V
b. Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp 75 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 3.2. Chu trình lý tƣởng cấp nhiệt hỗn hợp a)
Đồ thị p-V ; b) Đồ thị T-S
Khác với chu trình tổng quát ở chỗ, chỉ một thành phần nhả nhiệt ra ở trạng thái V =
const. Do vậy, ây là trường hợp ặc biệt của chu trình tổng quát. Trong iều kiện Tf = To ; Tb
=Td ; Vb = Vd ; Vo = Vf ; Vh = Vo – Vf .
Trong iều kiện ấy giá trị ược tính như sau: - Quá trình ẳng tích: p T . . b b k k 1 k 1 (3.19) po To Hoặc: k
Thay vào công thức tính hiệu suất nhiệt của chu trình lý tưởng tổng quát, ta ược: 1 . k 1 t 1 k 1 . 1 k 1 (3.20) 76 lOMoARcPSD| 25865958
Tính ược công ơn vị pt: pt = 1. kp o1 t 1 k 1
(3.21) Đây là chu trình lý tưởng
của tất cả các loại ĐC-D cao tốc hiện ại.
c. Chu trình ẳng tích (V = const hoặc 1)
Chu trình cấp nhiệt ẳng tích là một trường hợp ặc biệt của chu trình cấp nhiệt hỗn hợp,
trong ó chỉ có cấp nhiệt ẳng tích mà không có cấp nhiệt ẳng áp. Trong iều kiện ấy Vz trùng với Vy (Vy = Vz =Vc) và
Vz 1. Đây là chu trình lý tưởng của ộng cơ Vy
hình thành hỗn hợp bên ngoài và ốt cháy cưỡng bức bằng tia lửa iện. Thay 1 vào công
thức tính hiệu suất nhiệt chu trình cấp nhiệt hỗn hợp, có ược: t 1 1k 1 䄃Āp
suất trung bình của chu trình (công ơn vị): p p k o 1 t . t (3.22) 1 k 1
d. Chu trình ẳng áp (p = const)
Đây cũng là trường hợp ặc biệt của chu trình hỗn hợp, trong ó không có trường hợp
cấp nhiệt ẳng tích mà chỉ có cấp nhiệt ẳng áp. Là chu trình lý tưởng của ộng cơ diesel phun
nhiên liệu bằng khí nén có áp suất khoảng 5,0 – 6,0 MPa và của ộng cơ diesel p y
tốc ộ chậm tăng áp cao. Trong iều kiện ấy iểm c trùng với iểm y và 1. pc Tính ược: 77 lOMoARcPSD| 25865958 k 1 1 1 . t k 1 k 1 k (3.23) p k 1 t . po t (3.24) 1 k 1
3.2. QUÁ TRÌNH NẠP
Trong chu trình làm việc của ĐCĐT cần phải thải sạch sản vật cháy của chu trình trước
ra khỏi xi lanh ể nạp vào môi chất mới (hỗn hợp khí hoặc không khí). Hai quá trình thải và
nạp liên quan mật thiết với nhau, tuỳ theo số kỳ của ộng cơ và phương pháp thải nạp. Vì vậy
khi phân tích quá trình nạp cần lưu ý ến những thông số ặc trưng của quá trình thải, tức là
phải xét chung các hiện tượng của quá trình thay ổi môi chất.
Trong ộng cơ 4 kỳ, quá trình thay ổi môi chất ược thực hiện lúc bắt ầu mở xu páp thải
( iểm b‟, H.3-1). Từ b‟ ến ĐCD (góc mở sớm của xu páp thải) nhờ chênh áp, sản vật cháy tự
thoát ra ường thải, sau ó từ ĐCD – ĐCT, nhờ sức ẩy cưỡng bức của pít tông sản vật cháy
ược ẩy tiếp. Tại ĐCT ( iểm r), sản vật cháy chứa ầy thể tích buồng cháy Vc với áp suất pr > p thải tạo ra chênh áp pr
pr pr pth , pth là áp suất trong ường ống thải. Chênh áp pr
phụ thuộc vào hệ số cản, tốc ộ dòng khí qua xu páp thải và vào trở lực của ường thải.
Xu páp thải thường óng sau ĐCT ( óng muộn) nhằm tăng thêm giá trị “tiết diện – thời
gian” mở cửa thải, ồng thời ể tận dụng chênh lệch p và quán tính của dòng khí thải tiếp tục r
thải sạch khí sót ra ngoài.
3.2.1. Diễn bi Ān của quá trình nạp của ộng cơ 4 kỳ pk < pO
Hành trình nạp hỗn hợp khí mới vào xi lanh xẩy ra khi pít tông i từ ĐCT xuống ĐCD.
Nhưng tại r (ĐCT) có pr > pk nên trong xi lanh khí sót bắt ầu giãn nở ến iểm ro và chỉ sau khi
khắc phục các trở lực khí ộng trong hệ thống nạp thì lượng khí nạp mới bắt ầu vào xi lanh
ộng cơ. Quá trình nạp ược chia làm 3 giai oạn: 78 lOMoARcPSD| 25865958 a) b)
Hình 3.3. Phần ồ thị công thải và nạp khí khi pk < po (a), khi pk > po (b) *
Giai oạn 1: Giai oạn từ khi xu páp nạp mở tại d1 và ến khi pít tông ến ĐCT ( iểm r),
giai oạn này xu páp nạp mở chưa lớn lắm. Góc mở sớm của xu páp nạp khoảng từ 10 - 35o
góc quay trục khuỷu trước ĐCT. Giai oạn này khí nạp mới chưa vào xi lanh do pr > pk và pr
> pth một phần sản vật cháy trong Vc tiếp tục ra ường thải, còn trong xi lanh khí sót giãn nở
ến ro từ ây trở i môi chất mới mới có thể nạp vào xi lanh. *
Giai oạn 2: Giai oạn nạp chính, tính từ iểm r ến iểm a, pít tông từ ĐCT xuống ĐCD.
Giai oạn ầu xu páp nạp mở chưa lớn lắm và là giai oạn giãn nở của khí sót. Sau khi xu páp
nạp mở tương ối lớn, tốc ộ của pít tông tăng lên khí nạp mớ i bắt ầu ược hút vào xi lanh, sau
ó tốc ộ của pít tông giảm dần và bằng 0 tại ĐCD. Lượng khí nạp vào giai oạn này khoảng 80%. *
Giai oạn 3: Từ khi pít tông từ ĐCD ến iểm xu páp nạp óng tại d2. Tại ĐCD tốc ộ của
pít tông bằng 0 nhưng tốc ộ dòng khí nạp khác 0 (do quán tính dòng nạp). Góc óng muộn
của xu páp nạp khoảng 25 - 85o góc quay trục khuỷu sau ĐCD. Lượng khí nạp vào trong
giai oạn này gọi là lượng nạp thêm, chiếm khoảng 20% ở chế ộ vòng quay ịnh mức.
Quá trình thay ổi môi chất trong ộng cơ 2 kỳ không có các kỳ thải và nạp riêng biệt như ở
ộng cơ 4 kỳ, mà ược thực hiện từ iểm b (hình 3-2) cuối kỳ giãn nở, lúc bắt ầu mở cơ cấu thải,
bằng cách dựa vào chênh áp ể sản vật cháy thoát tự do ra ường thải, sau ó môi chất mới ã
ược nén trước trong bơm quét khí tới áp suất pk (lúc này pk > áp suất sản vật cháy trong xi
lanh) i vào xi lanh tạo lực cưỡng bức ẩy tiếp sản vật cháy ra ường thải, còn bản thân môi chất
mới ược nạp ầy xi lanh cho tới iểm a ( ầu quá trình nén). Như vậy quá trình thay ổi môi chất
(nạp và thải) trong ộng cơ 2 kỳ hầu như diễn ra ồng thời xen kẽ nhau khiến vấn ề càng phức tạp. 79 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 3.4. Phần ồ thị công của quá trình thay ổi khí trong ộng cơ 2 kỳ
Quá trình nạp phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, khiến cho môi chất mới nạp vào xi lanh
trong mỗi chu trình nhỏ hơn lượng nạp lý thuyết, ược tính bằng số môi chất mới chứa ầy thể
tích công tác Vh có nhiệt ộ Tk và áp suất pk của môi chất ở phía trước xu páp nạp ( ộng cơ
diesel) hoặc của môi chất mới ở phía trước bộ chế hòa khí hoặc bộ hòa trộn ( ộng cơ xăng,
máy ga). Giá trị của pk, Tk thường khác p0 và T0 của khí trời. 䄃Āp suất pk của ộng cơ 4 kỳ
không tăng áp thường nhỏ hơn p0, vì khi i vào ường nạp thường gặp cản của bình lọc khí.
Trong các ộng cơ tăng áp và ộng cơ 2 kỳ, thường pk > p0 vì trước khi vào ộng cơ khí
nạp ã ược nén trước trong máy nén tăng áp hoặc trong bơm quét khí. Nhiệt ộ Tk cũng có thể
khác nhiệt ộ T0. Do ó ối với ộng cơ 4 kỳ không tăng áp (xăng và diesel): pk = p0 - p0 (3.25)
Trong ó: p0 - Tổn thất áp suất do cản của bình lọc khí và ường nạp; Tk T0.
Đối với ộng cơ 4 kỳ tăng áp và ộng cơ 2 kỳ, pk bằng áp suất tăng áp ps ở sau máy nén
(nếu không có két làm mát trung gian cho không khí nén) và: m 1 T k = T0 pp0s m (3.26)
Trong ó: m – chỉ số nén a biến, phụ thuộc vào loại máy nén (m 1,6 – 1,8).
Trường hợp có két làm mát trung gian: pk = ps - pmat (3.27) 80 lOMoARcPSD| 25865958
Trong ó pmat - Tổn thất áp suất khi qua két làm mát. m 1 p T k = T0 p0s m Tmat (3.28)
Trong ó: Tmat - Chênh lệch nhiệt ộ của không khí trước và sau làm mát.
Lượng môi chất mới nạp vào xi lanh trong mỗi chu trình ộng cơ 4 kỳ phụ thuộc nhiều
nhất vào chênh áp pk p pk a(pa áp suất môi chất trong xi lanh cuối quá trình nạp tại a).
Suốt kỳ nạp áp suất trong xi lanh ều thấp hơn pk, chênh áp ấy tạo nên dòng chảy của môi
chất mới i vào xi lanh qua xu páp nạp, nó phản ánh trở lực của xu páp nạp ối với dòng chảy.
Đối với ộng cơ 2 kỳ, lúc óng cơ cấu (cửa) quét, áp suất trong xi lanh thường nhỏ hơn pk
nhưng lớn hơn áp suất khí trên ường thải pth.
Chênh áp giữa ường nạp và môi chất trong xi lanh còn ược duy trì ở ầu quá trình nén
cho tới khi áp suất trên ường nén ạt tới pk do kết quả của việc nén khí. Dựa vào hiện tượng
ấy ể tìm các biện pháp ể nạp thêm môi chất vào xi lanh ầu quá trình nén.
3.2.2. Các thông số ảnh hƣởng Ān quá trình nạp
a. Áp suất cuối quá trình nạp
Coi dòng chảy của môi chất mới qua xu páp nạp vào xi lanh là dòng chảy dừng không
chịu nén (do áp suất môi chất ít thay ổi trên ường nạp của ĐC-D và ĐC-X khi mở hết bướm
ga), phương trình Benoullie dùng cho dòng chảy có dạng. pk Wk2 pa, W 2 W 2 o. (3.29) k 2 k 2 2
Trong ó: p‟a – áp suất trong xi lanh ĐC tại xu páp nạp;
Wk – tốc ộ dòng khí tại cửa vào của ường nạp;
W – tốc ộ dòng khí qua xu páp nạp;
o - hệ số cản của ường nạp quy dẫn về tốc ộ W.
Do Wk << W nên có thể bỏ qua Wk, ta có: pk 81 lOMoARcPSD| 25865958 ' pk p'a 1 o k W2 ; N/m2 (3.30) 2
Từ biểu thức trên ta thấy rõ: tại mỗi thời iểm tổn thất áp suất trên ường nạp p'k tỷ lệ thuận
với W2 và hệ số cản O của hệ thống.
Nhờ phương trình liên tục của dòng chảy sẽ tính ược: . W C .m Fp S.n Fp K. n (3.31) fk 30 fk fk
Trong ó:Cm – tốc ộ trung bình của pít tông (m/s);
n - tốc ộ trục khuỷu (vg/ph); fk – tiết diện lưu thông qua xu páp nạp; (m2);
S, Fp – hành trình và diện tích ỉnh pít tông (m, m2).
Thay vào ể tính p' , ta ược: k pk n n ' 1 o 2k .K .2 f k22 K .1 fk22 (3.32)
Từ biểu thức ta thấy rằng: p' 2 k tỷ lệ thuận với 1 o
n2 và tỷ lệ nghịch với fk .
Muốn giảm p ' phải: k - Giảm
o bằng cách tạo ường nạp có hình dạng khí ộng tốt, tiết diện lưu thông lớn và
phương hướng lưu ộng ược thay ổi một cách từ từ, ít chỗ ngoặt.
- Tăng fk bằng cách dùng xu páp có ường kính lớn hoặc dùng nhiều xupáp. Nếu
ộ ng cơ có Vh = const, có thể tăng fk bằng cách giảm S , vì: D 82 lOMoARcPSD| 25865958 Vh = .D2.S = const (3.33) 4
S v (dùng xu páp treo), như vậy có thể nếu giảm
thì D sẽ tăng nhờ ó sẽ làm tăng D
dùng 2 hoặc 4 xu páp (hai nạp hai thải) có ường kính lớn hơn. Dùng 4 xu páp sẽ rất có lợi
với ộng cơ cao tốc vì chẳng những sẽ làm tăng fk mà còn giảm bớt khối lượng của xu páp,
qua ó giảm lực quán tính và nâng cao ộ tin cậy của cơ cấu phối khí. Có thể tăng fk nhờ sử
dụng buồng cháy dạng chêm hoặc dạng bán cầu (xu páp ặt nghiêng trong ĐC-X). Fp Tỷ số
(i – số xu páp) phụ thuộc vào tốc ộ trung bình của pít tông Cm và nằm i.f k trong giới hạn sau: Fp Loại ộng cơ Cm (m/s) i.fk
- Động cơ thấp tốc < 6 12 - 8
- Động cơ tốc ộ vừa 6 - 9 9 - 6
- Động cơ tốc ộ cao > 9 6 - 4,5
Tốc ộ trung bình của môi chất mới qua xu páp ĐC-D nằm trong phạm vi 30 -70 m/s,
một vài trường hợp ộng cơ ôtô có thể lớn hơn 80 m/s.
Với ộng cơ diesel ã cho, o , k , K, K1, fk ều là hằng số nên từ công thức tính p ' '
k thấy rõ n là thông số vận hành duy nhất gây ảnh hưởng chính tới
pk (thay ổi Ne chỉ cần thay ổi gct).
Đối với ĐC-X và ộng cơ ga, người ta dùng bướm ga ể thay ổi công suất ộng cơ. Mỗi vị
trí bướm ga tương ứng với một giá trị o . Khi chạy ở tải nhỏ, bướm ga óng kín làm tăng o , do ó p'k cũng tăng theo.
Quá trình thay ổi môi chất trong ộng cơ 2 kỳ rất phức tạp. Giá trị pa ,pk, kích thước và
mối tương quan về thời gian mở các cửa quét và thải, nhìn chung p sẽ giảm khi tốc ộ ộng k
cơ thấp. Do ó tăng n sẽ làm tăng pk và giảm pa. 83 lOMoARcPSD| 25865958
Trong quá trình tính toán nhiệt và nghiên cứu, áp suất pa (cuối quá trình nạp – tại a,
ĐCD) ược xác ịnh bằng số liệu thực nghiệm.
Với ộng cơ 4 kỳ không tăng áp: pa = (0,8 – 0,9)pk
Với ộng cơ 4 kỳ tăng áp: pa = (0,90 - 0,96) pk Với ộng cơ 2 kỳ: Loại p thấp tốc, quét vòng: p k pth a 2
Loại cao tốc quét thẳng: pa (0,85 – 1,05)pk b. Lượng khí sót
Cuối quá trình thải trong xi lanh còn lưu lại một ít sản vật cháy, ược gọi là khí sót. Trong
quá trình nạp số khí sót trên sẽ giãn nở, chiếm chỗ trong xi lanh và trộn với khí nạp mới làm
giảm lượng khí nạp mới.
Nếu gọi Mr và M1 là lượng khí sót và khối lượng môi chất mới khi ốt cháy 1kg nhiên
liệu và mr và m1 là lượng khí sót và lượng môi chất mới của chu trình thì hệ số khí sót r sẽ là: g .M mr ct r r (3.34) m1 g .Mct 1
Trong ó: gct – lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình (Kg/chu trình).
Ở ộng cơ 4 kỳ không tăng áp, góc trùng iệp thường không quá 300 - 400 góc quay trục khuỷu
và thường không quét buồng cháy nên có thể cho rằng: tại iểm r (cuối kỳ thải) khí sót chiếm
toàn bộ thể tích Vc với áp suất pr và nhiệt ộ Tr, sẽ có: p .V m rc r (3.35) RT
Trong ó: pr, Tr – áp suất và nhiệt ộ của khí sót ở thể tích Vc;
R – hằng số 1 Kmol khí; Vh Vc = - thể tích buồng cháy; 1
Vh – thể tích công tác của xi lanh. 84 lOMoARcPSD| 25865958
䄃Āp suất khí sót pr ược xác ịnh bằng thực nghiệm theo áp suất của môi trường thải pth. Nếu
thải ra ngoài trời thì pth = po. Nếu trên ường thải có bình tiêu âm hoặc lắp tua bin tăng áp thì pth > po.
Tương tự như áp suất cuối quá trình nạp pa, áp suất pr ược xác ịnh qua biểu thức sau: pr = pth + pr (3.36) Trong ó: n 2 pr = K2. fth2 (3.37)
fth – tiết diện lưu thông của xu páp thải;
K2 – hệ số phụ thuộc hệ số cản của ường thải và mật ộ dòng khí thải.
Nhiệt ộ Tr phụ thuộc vào thành phần của hòa khí, mức ộ giãn nở của sản vật cháy, trao ổi
nhiệt giữa sản vật cháy và thành xi lanh trong các quá trình giãn nở và thải. Trong ộng cơ
xăng thành phần hoà khí ít thay ổi nên giảm tải, Tr cũng giảm nhưng giảm ít. ộng cơ diesel
thay ổi tải ược thực hiện trực tiếp qua thành phần hòa khí, vì vậy khi giảm tải Tr giảm nhiều,
và do có rất lớn làm cho sản vật cháy ược giãn nở tương ối triệt ể, nên Tr của ộng cơ diesel
thấp hơn nhiều so với ộng cơ xăng (thấp hơn khoảng 200 – 3000C). Vh ; Vc sẽ giảm khi tăng , qua
Thể tích Vc = phụ thuộc vào tỷ số nén 1
mr p .Vr c ta thấy rằng tăng sẽ làm giảm mr. RT
Số kmol môi chất m1 ược xác ịnh theo iều kiện nạp và phương pháp iều chỉnh tải của ộng
cơ. Ở ộng cơ xăng (ĐC-X) giảm tải nhờ óng nhỏ bướm ga, vì vậy sẽ làm giảm số lượng môi
chất vào xi lanh mỗi chu trình m1, với ộng cơ diesel (ĐC-D) sử dụng phương pháp iều chỉnh
công suất nhờ tăng hoặc giảm gct vì vậy khi giảm tải, m1 thường hơi tăng. Khi tăng áp ều làm
tăng m1 của ĐC-X và ĐC-D.
Do 漃Ā c漃Ā thể rút ra một số nhận xét sau về hệ số khí s漃Āt: -
r của ĐC-X lớn hơn so với ĐC-D (vì ĐC-D có lớn);
- Khi giảm tải, r của ĐC-X tăng, còn ối với ĐC-D trên thực tế không thay ổi;
- Khi tăng áp, r của ĐC-X, D ều giảm. 85 lOMoARcPSD| 25865958 -
r của ộng cơ 4 kỳ nằm trong phạm vi sau: ĐC-X và máy ga không tăng áp: r = 0,06 – 0,10;
ĐC-D không tăng áp: r = 0,03 - 0,06.
Để xác ịnh r có thể chọ pr và Tr theo các số liệu kinh nghiệm sau:
Ở ộng cơ 4 kỳ không tăng áp và trên ường thải không lắp bình tiêu âm, bình chứa khí thải
…, thì pr phụ thuộc vào tốc ộ n của trục khuỷu và nằm trong giới hạn sau (tại Ne thiết kế):
Động cơ có tốc ộ thấp pr = (1,03 – 1,06)po; Động
cơ cao tốc pr = (1,05 – 1,10)po.
Trường hợp ộng cơ tăng áp tua bin khí hoặc ộng cơ không tăng áp có lắp bình tiêu âm trên
ống xả phải thay po bằng pth.
Động cơ tăng áp pth ược xác ịnh riêng, khi lắp bình tiêu âm cần lấy: pth = (1,02 – 1,04)po.
Nhiệt ộ Tr nằm trong giới hạn sau:
ĐC-X: Tr = (900 – 1.000)0K; ĐC-D: Tr = (700 – 900)0K;
Động cơ ga: Tr = (750 -1.000)0K.
Người ta còn dùng phương pháp quét buồng cháy ể giảm r của ộng cơ 4 kỳ bằng cách tăng
góc trùng iệp của các xupáp nạp và thải.
r của ộng cơ 2 kỳ còn phụ thuộc vào chất lượng của các quá trình thải và quét khí và
thường thay ổi trong phạm vi rất rộng. Phụ thuộc vào hệ thống quét và thải cụ thể:
Quét vòng: r = 0,08 – 0,25;
Quét thẳng: r = 0,06 – 0,15;
Quét buồng cháy bằng khí nén ở cacte: r = 0,25 – 0,40.
Đối với ộng cơ 2 kỳ còn dùng hệ số thải sạch s : 86 lOMoARcPSD| 25865958 s m1 M1 1 (3.38) m1 mr M1 Mr 1 r
c. Nhiệt ộ sấy nóng môi chất mới T
Quá trình lưu ộng trên ường nạp vào xi lanh, môi chất mới tiếp xúc với các bề mặt nóng của
các chi tiết, ược sấy nóng và tăng nhiệt ộ lên một gia số T. Giá trị T phụ thuộc vào tốc
ộ lưu ộng, thời gian tiếp xúc với bề mặt nóng. Nếu nhiệt ộ môi chất mới tăng sẽ làm giảm
mật ộ và do ó làm giảm khối lượng môi chất mới nạp vào ộng cơ. Vì vậy trong ĐC-X, số
nhiệt lượng ể làm nóng môi chất mới chỉ làm cho xăng dễ bốc hơi trên ường nạp, nếu quá
mức ấy sẽ làm giảm lượng môi chất mới nạp vào ộng cơ. Số gia T của môi chất mới ược tính như sau: T = T1 - Tb.h
Trong ó: T1 – mức tăng nhiệt ộ của môi chất mới do sự truyền nhiệt từ các bề mặt nóng;
Tb.h – mức giảm nhiệt ộ của môi chất mới do bay hơi của nhiên liệu, ĐC-D Tb.h = 0
T ược xác ịnh theo số liệu thực nghiệm và theo cách tính gián tiếp, ược lấy
theo các số liệu sau: T = (20 – 40)oC với ĐC-X; T = (0 - 20)oC với ĐC-D.
Đối với ĐC-X, ĐC-D tăng áp không làm mát trung gian cho khí nén T thường rất nhỏ do
chênh lệch nhiệt ộ thấp. Nếu Ts (nhiệt ộ môi chất sau máy nén) lớn hơn nhiệ t ộ vách thì môi
chất mới ược làm mát và T < 0.
d. Nhiệt ộ môi chất cuối quá trình nạp Ta
Nhiệt ộ môi chất cuối quá trình nạp Ta lớn hơn Tk và nhỏ hơn Tr là do kết quả của việc
truyền nhiệt từ các bề mặt nóng tới môi chất mới khi tiếp xúc và việc hòa trộn môi chất mới
với khí sót nóng hơn. Các quá trình trên diễn ra riêng lẻ trên ường nạp hoặc ồng thời trong
xi lanh ộng cơ. Có thể xác ịnh Ta (tại iểm a trên H 3.4) nhờ phương trình cân bằng nhiệt của
khí nạp mới và khí sót trước và sau khi hòa trộn với giả thiết quá trình hòa trộn thực hiện ở
quá trình ẳng áp pa và khi khí sót giãn nở từ pr xuống pa, nhiệt ộ khí sót Tr không thay ổi. Ta có: mC .m (T p 1 k T) mC .m .T''p rr mC (m'p 1 m ).T ;r a 87 lOMoARcPSD| 25865958 Từ: m 1 g .M ;mct 1 r g .Mct r
Thay vào và giản lược gct ược: mC .M (T p 1 k T) mC .M .T''p r r mC (M'p 1 M ).Tr a (3.39) Trong ó: mC ,mC ,mC '' '
P p p - tỷ nhiệt mol ẳng áp của môi chất mới, khí sót và môi chất công tác tại iểm a.
Tk – nhiệt ộ môi chất mới phía trước xupáp nạp;
T – nhiệt ộ sấy nóng khí nạp mới; Tr – nhiệt ộ khí sót.
Các tỷ nhiệt ẳng áp là hàm của nhiệt ộ và thành phần của mỗi loại khí. Giữa mC ' p và mCp
không khác nhau nhiều, vì nhiệt ộ và thành phần môi chất công tác gần giống nhiệt ộ và
thành phần của môi chất mới, nên có thể giả thiết mC p mC'P .
mC''P khác xa mCp vì Tr >> To và thành phần khí sót khác xa so với môi chất mới. Gọi t
mC''p là hệ số hiệu ính tỷ nhiệt, ta ược: mC''p t .mCP mCp
t phụ thuộc vào và nhiệt ộ Tr. Đối với ĐC-X : 0,8 1,0 1,2 1,4 t : 1,13 1,17 1,14 1,11
Đối với ĐC-D khi = 1,5 – 1,8 có thể lấy t = 1,1. Sau khi thay mC ,mC' ''
p p theo các giả thiết trên vào (*), giản lược mCP, chia 2 vế của M biểu thức cho M r 1 và thay r sẽ ược: M1 88 lOMoARcPSD| 25865958 T a Tk 1T r t. t.Tr
(3.40) Nếu lấy t 1, sai số Ta thường không lớn, có: T t a Tk 1 T r .Tr (3.41)
Các công thức trên ều úng cho cả ộng cơ 2 kỳ và 4 kỳ. Biến ộng của Ta trong phạm vi:
Với ộng cơ 4 kỳ không tăng áp: Ta = (310 - 350)0K
Với ộng cơ 4 kỳ tăng áp và ộng cơ 2 kỳ: Ta = (320 - 400)0K
Từ trên thấy rằng: Nếu tăng r và T ều làm tăng Ta và do ó làm giảm mật ộ môi chất mới nạp vào xi lanh.
Trị số t ối với các loại ộng cơ nằm trong khoảng 1,02 – 1,07
3.2.3. Định nghĩa – công thức hệ số nạp v a. Định nghĩa:
Hệ số nạp v là tỷ số giữa lượng môi chất mới thực tế nạp vào xi lanh ở ầu quá trình nén
khi ã óng các cửa nạp và cửa thải m1 kmol hoặc Gk kg so với lượng môi chất mới lý thuyết
Mh có thể nạp ầy vao thể tích công tác của xi lanh Vh ở iều kiện áp suất và nhiệt ộ của môi
chất trước xu páp nạp (pk và Tk). g Mct 1 Gk Vk v = Mh kVh Vh (3.42)
Trong ó: m1 - Số lượng khí nạp mới của chu trình-kmol; kg gct -
Lượng nhiên liệu cấp cho 1 chu trình ( ) chutrình
M1 - Lượng môi chất mới thực tế i vào xi lanh ể ốt cháy 1 kg nhiên liệu ( kmol ); kgnl 89 lOMoARcPSD| 25865958
Vk - Thể tích khí nạp mới có trong xi lanh sau khi quy dẫn về iều kiện pk, Tk; kgkk
Gk - Lượng không khí nạp vào xi lanh mỗi chu trình ( ); chutrình
Đối với ộng cơ 2 kỳ, ngoài v tính theo toàn bộ thể tích công tác Vh (còn gọi là hệ số nạp
lý thuyết), còn có hệ số nạp 'v (còn gọi là hệ số nạp thực tế), tính cho thể tích V‟h của hành trình có ích. g .M G V ' ct 1 v M ' r .Vk h' Vkh' (3.43) h Quan hệ giữa v và 'v 'vVVkh' V (1h V k ) (1 v ) (3.44) Từ ó: v (1 ). 'v (3.45)
Trong ó: - phần tổn thất hành trình của pít tông dùng ể thay ổi môi chất, phụ thuộc vào sơ
ồ quét – thải: với hệ thống quét thẳng qua xu páp = 0,12 - 0,14.
Động cơ tăng áp cũng như ộng cơ 2 kỳ luôn luôn có một phần môi chất mới tổn hao cho
quét khí không tham gia vào các quá trình nén và cháy - giãn nở. Người ta dùng hệ số quét
khí q ể ánh giá tổn hao trên: Gq Mq q (3.46) Gk Mk
Trong ó: Gq và Mq – lượng không khí quét i qua cửa quét (kg hoặc mol)
Gk và M1 - lượng không khí quét còn lưu lại trong xi lanh khi nén.
Động cơ 4 kỳ nếu góc trùng iệp không quá 40 - 50 góc quay trục khuỷu thì: q 1
b. Phương trình v tổng quát: 90 lOMoARcPSD| 25865958
Theo ịnh nghĩa về hệ số nạp ta có: g .Mct 1 v .Mh (3.47)
Từ phương trình trạng thái, xác ịnh ược Mh chứa ầy Vh ở pk, Tk: p .V M k h h (3.48) 8314.Tk p . .V Do ó: g .M k v h ct 1 (3.49) 8314.Tk
Trong ó: pk (Pa) ; Vh (m3) ; Tk (K) và R = 8314 KJ/Kmol ộ.
Lượng môi chất mới gctM1 ược chia làm 2 phần:
- Phần thứ nhất gct.M1a ược nạp từ ầu cho ến khi pít tông tới ĐCD ( iểm a).
- Phần thứ 2: gct(M1 – M1a) là phần nạp thêm tính từ iểm a ến khi óng xu páp nạp (Động cơ 4 kỳ).
Phần thứ nhất gct.M1a cùng với lượng khí sót của chu trình gct.M1r tạo nên Ma với áp suất
pa , nhiệt ộ Ta và thể tích Va: p .Va a 8314.Ta Ma = gct.(M1a + Mr) = (3.50)
Sau khi nạp thêm lượng môi chất ở trong xi lanh sẽ là: (gct.M1 + gct.Mr). Nếu gọi: g (M M ) ct 1 r 1
là hệ số nạp thêm, sẽ có: g (M ct 1a M )r
gct(M1 + Mr) = 1.gct(M1a + Mr)
Thay 1vào (3.50), rồi nhân và chia vế trái cho M1, ược: 91 lOMoARcPSD| 25865958 + = p .V g a ct.M1(1 r ) 1 8314 .Ta a (3.51) p .k v.Vh 8314.Tk Thay g .M ct 1
vào công thức trên, sau ó thay: V a Vh Vc Vh Vh1 V h
1 ; sau khi giản lượcVh, chỉnh lý, ược: . v 1 . pa Tk (3.52) 1 p k T (1a r ) T . .T Thay T (1 Tk t t r a r ) từ Ta 1 r vào biểu thức trên, ược: . v 1 . 1 pp a k Tk TTkt. r.Tr (3.53)
Đối với ộng cơ 2 kỳ 'v tính cho hành trình có ích của pít tông sẽ có dạng: 'v = 1 ' ' 1 ppak Tk TTk t rTr (3.54) V V' ' h
c - tỷ số nén thực tế của ộng cơ 2 kỳ. Trong ó: 92 lOMoARcPSD| 25865958 Vc 3.3. QUÁ TRÌNH NÉN
3.3.1. Diễn bi Ān của quá trình nén
Quá trình nén của ộng cơ ốt trong có tác dụng sau:
- Mở rộng phạm vi nhiệt ộ của quá trình làm việc (nén, cháy và giãn nở);
- Đảm bảo cho sản vật cháy ược giãn nở sinh công triệt ể hơn; - Tạo iều kiện
thuận lợi nhất cho hòa khí bốc cháy.
Tất cả những iều trên nhằm ảm bảo cho quá trình chuyển biến từ hóa năng của nhiên
liệu thành nhiệt năng, rồi từ nhiệt năng trở thành công có ích ược thực hiện tốt nhất, làm tăng
hiệu suất của chu trình.
Dựa vào cách hình thành và ốt cháy hòa khí của ộng cơ mà có những yêu cầu khác nhau
về tỷ số nén và các thông số của môi chất cuối quá trình nén pc và Tc.
Đối với ộng cơ xăng hình thành hòa khí bên ngoài và châm cháy cưỡng bức, môi chất
công tác trong quá trình cháy gồm hòa khí và một ít khí sót. Tỷ số nén cũng như nhiệt ộ và
áp suất cuối quá trình nén bị giới hạn bởi hiện tượng kích nổ. Ngoài ra trong buồng nén nếu
có muội than hoặc có những vùng quá nóng còn có thể làm cho hòa khí cháy sớm.
Đối với ộng cơ diesel việc hình thành hòa khí ược thực hiện trong buồng cháy ộng cơ
vào cuối kỳ nén, sau khi một phần hòa khí ã bốc cháy, quá trình hình thành hòa khí vẫn tiếp
diễn cùng quá trình cháy cho tới khi hòa khí cháy hết. Vì vậy ộng cơ òi hỏi quá trình nén
phải có tỷ số nén ủ lớn ảm bảo cho áp suất và nhiệt ộ (pc và Tc) ạt tới giá trị thỏa mãn yêu
cầu ể hòa khí dễ tự bốc cháy trong mọi trường hợp. Không cần có nguồn lửa từ bên ngoài,
kể cả trường hợp khởi ộng lạnh, máy chạy ở tốc ộ thấp và tải trọng nhỏ, chạy ở nhiệt ộ môi
trường thấp cũng như khi sử dụng nhiều loại nhiên liệu lỏng khác nhau. Ngoài ra ộng cơ hình
thành hòa khí bên trong còn òi hỏi tạo ược dòng xoáy của môi chất ở cuối quá trình nén và
ầu quá trình cháy giúp hòa khí ược hình thành nhanh và ều. Chuyển ộng xoáy kể trên có thể
bắt nguồn từ dòng xoáy khí nạp, do môi chất bị chèn khi nén hoặc do năng lượng tạo ra bởi
kết quả cháy một phần hòa khí trong buồng cháy phụ.
Khác với quá trình nén của chu trình lý tưởng, diễn biến quá trình nén của chu trình thực
tế rất phức tạp. Giữa môi chất công tác và thành xi lanh luôn luôn trao ổi nhiệt qua lại với nhau.
Đầu quá trình nén nhiệt ộ môi chất Ta thấp hơn nhiệt ộ trung bình của xi lanh, pít tong,
nắp xi lanh.. nên các chi tiết nóng kể trên truyền nhiệt cho môi chất, vì vậy ường nén trong
giai oạn này (a-2) dốc hơn ường nén oạn nhiệt của chu trình lý tưởng (a-1). Nếu coi quá trình
nén thực tế là một quá trình a biến, với chỉ số a biến n ,1 thì phương trình ặc trưng của quá trình sẽ là: pVn 1
const. Giá trị n1 ở ầu quá trình nén lớn nhất vì có chênh lệch nhiệt ộ lớn
giữa các chi tiết nóng và môi chất, khiến môi chất vừa chịu nén vừa nhận nhiệt thêm. Tiếp 93 lOMoARcPSD| 25865958
theo pít tông càng nén càng làm tăng nhiệt ộ môi chất trong xi lanh và làm cho chênh lệch
nhiệt ộ giữa các chi tiết nóng và môi chất giảm dần, môi chất ược nhận nhiệt này càng ít làm
cho quá trình nén càng gan với quá trình oạn nhiệt và chỉ số nén n1 tiến sát tới chỉ số oạn
nhiệt k1. Tới một iểm nào ó nhiệt ộ môi chất bằng nhiệt ộ trung bình của vách xi lanh và có
thể coi iểm ó là nén oạn nhiệt, chỉ số nén n1 = k1 (chỉ số oạn nhiệt khi nén). Tiếp theo của
quá trình nén sẽ làm cho nhiệt ộ môi chất trở nên lớn hơn nhiệt ộ vách xi lanh và chiều truyền
nhiệt sẽ thay ổi, môi chất truyền nhiệt cho vách xi lanh, kết quả làm cho ường nén thực tế
(3-c) ít dốc hơn so với ường nén oạn nhiệt (3-4); chỉ số nén n1 ngày càng nhỏ hơn k1.
Hình 3.5. Đồ thị p -V phân tích các ƣờng cong ặc trƣng trạng thái của quá trình nén
Như vậy quá trình nén thực tế của ộng cơ là một quá trình a biến, với chỉ số a biến n1
giảm dần từ ầu tới cuối quá trình. Tính toán quá trình nén nhằm xác ịnh các giá trị áp suất pc
và nhiệt ộ Tc , ảm bảo iều kiện cháy của hòa khí, nếu dùng các giá trị tức thời của n1 ể tính
sẽ gặp nhiều khó khăn không cần thiết. Để ơn giản hoá việc tính toán, người ta dùng chỉ số
nén a biến trung bình n1 thay cho các giá trị tức thời của n1 . Điều kiện ràng buộc của giá
trị n1 trung bình là ảm bảo cho các thông số pc và Tc cũng như công tiêu hao cho quá trình
nén, dựa theo kết quả tính phải sát với các giá trị thu ược từ chu trình thực tế. Với ràng buộc
trên giá trị n1 trung bình thường nằm trong phạm vi: n1 = (1,34 – 1,39) rất hiếm trường hợp ạt n1 = (1,40 – 1,41).
3.3.2. Các thông số ảnh hƣởng Ān quá trình nén
a. Chỉ số nén a biến trung bình n1 94 lOMoARcPSD| 25865958
Trị số n1 cho từng loại ộng cơ ược xác ịnh theo phương pháp gần úng dựa vào phương
trình công và sự trao ổi nhiệt trong quá trình nén, giá trị n1 có thể chọn theo công thức kinh nghiệm sau: 1,986 n 1 1 4,6 0,0006T (1 n1* 1 ) (3.55) a
Phương pháp xác ịnh n1 theo công thức trên ược thực hiện theo quy trình sau: - Chọn n * *
1 ể tính ra n1, sau ó thay n1 vừa tính ược vào n1 ể tính n1 vòng lại.
- Cứ tiếp tục như vây cho ến khi giá trị n1 sẽ là hằng số thì ó là kết quả cuối cùng của n1.
- Trong trường hợp có ồ thị chỉ thị ược ghi từ ộng cơ, thì n1 có thể xác ịnh theo biểu thức: p p lg c lg c n1 lgVlgpca lgplgVac lg Vpaa lgp a (3.56) Vc
b. Áp suất cuối quá trình nén pc:
Được xác ịnh theo phương trình của quá trình nén a biến: p .V n1 n1 aa p .Vcc (3.57) Từ ó tính ược : V n 1 p n c p .a Vac p .a 1 (3.58)
c. Nhiệt ộ cuối quá trình nén Tc:
Được xác ịnh từ phương trình trạng thái: pa.Va = 8314.ma.Ta pc.Vc = 8314.mc.Tc 95 lOMoARcPSD| 25865958
Trong ó: ma và mc – lượng môi chất (Kmol) ở ầu và cuối quá trình nén: ma = mc =gct.M1.(1 + r )
Chia 2 vế của phương trình trạng thái cho nhau sẽ ược : Tc pc .Vc Ta pa Va . p Từ ó: T V n 1 c c T .a pc Vc T .a Vac n 1 1 1 T .a , trong ó: p a VVac n1 (3.59) pa Va 3.3.3. Công nén
Vi lượng công trong quá trình nén ược xác ịnh theo biểu thức: dL = pdV
Tích phân từ ầu ến cuối quá trình nén ta ược công nén Lac: Vc Lac pdV (3.60) Va
Trong quá trình nén ta có: pVn1 p V n1 n1 a a p Vc c const Từ ó tìm ược: p
p VVa an1n1 , thay vào Lac, ược: V c dV 1 L n ac p Vaa 1 V a n1 n 11 p V p Va a c c (3.61) 96 lOMoARcPSD| 25865958 V
Thay paVa và pcVc bằng biểu thức của phương trình trạng thái và ma = mc, sẽ ược: Lac = 8314n .m1 a Ta TC (3.62) 1
vì ma = mc = gct.M1(1 + r ), nên: Lac = 8314.g .M 1nct 11 r Ta TC (3.63) 1 1
Đối với : ĐC-X: M1 = .MO nl ; ĐC-D: M1 = .MO . Thay T c T .a pac .Vc T .a VVac n1 1 T .a n1 1 p Va vào Lac = 8314.g .M 1nct 11 r Ta TC ta ược: 1 8314.g .M 1 ct1 r T n 1 1 Lac = - n1 1 a 1 (3.64) 97 lOMoARcPSD| 25865958 Thay: g .M ct1 p .8314k v.T.Vkh vào: Lac = 8314.g .M 1nct1 1 1 r Ta TC , ược: p .V 1 kh r . T T p .V 1kh r L ac = - (n 1).Tk v c a và Lac = - (n1 1).Tk . v.Ta n1 1 1 1 (3.65)
3.3.4. Những y Āu tố ảnh hƣởng Ān chỉ số nén a bi Ān trung bình n1
Chỉ số nén a biến trung bình n1 phản ánh mức ộ trao ổi nhiệt giữa môi chất và thành xi
lanh. Trong quá trình nén nếu môi chất ược cấp nhiệt nhiều hơn so với tản nhiệt, n1 sẽ lớn
hơn k1, nếu cấp và nhả nhiệt bằng nhau thì n1 = k1, còn nếu nhiệt ược cấp ít hơn nhả nhiệt
sẽ làm cho n1 < k1. Như vậy bất kỳ một yếu tố nào làm tăng phần cấp nhiệt lượng sẽ làm cho
n1 tăng, còn tăng phần tản nhiệt thì ngược lại. Có rất nhiều yếu tố gây ảnh hưởng tới n1 như
tốc ộ ộng cơ, phụ tải, kích thước xi lanh, trạng thái nhiệt của ộng cơ… Nhìn chung quá trình
nén tuyệt ại bộ phận ộng cơ quá trình tản nhiệt nhiều hơn.
a. Tốc ộ ộng cơ n
Khi tăng vòng quay sẽ làm tăng số chu trình trong 1 giây, qua ó làm tăng trạng thái
nhiệt các chi tiết trong xi lanh, giảm thời gian rò khí và thời gian tiếp xúc giữa môi chất và
thành xi lanh. Kết quả tổng hợp của các yếu tố trên sẽ làm cho môi chất tản nhiệt ít hơn,
khiến n1 tiến sát tới k1. Như vậy tăng tốc ộ ộng cơ sẽ làm tăng n1.
Trong ĐC-X ở chế ộ mở 100% bướm ga, áp suất môi chất trên suốt ường nạp ều lớn
làm nhiên liệu khó bay hơi; càng tăng tốc ộ ộng cơ, thời gian bay hơi của nhiên liệu trên
ường nạp càng ít, làm tăng số nhiên liệu chưa bay hơi vào xi lanh, tới ầu quá trình nén vẫn
bay hơi tiếp sẽ hút nhiệt của môi chất làm giảm n1 giai oạn ầu quá trình nén. Hiện tượng trên
càng tăng khi càng tăng n. Như vậy trong trường hợp mở 100% bướm ga, hiện tượng mất
nhiệt của môi chất ầu quá trình nén do bay hơi của nhiên liệu tạo ra sẽ càng nhiều khi càng
tăng n. Phần mất nhiệt trên gần như ược bù trừ hết do số nhiệt bị tản i từ việc tăng trạng thái
nhiệt các chi tiết, giảm rò khí và giảm thời gian tiếp xúc giữa môi chất với thành xi lanh gây
ra kết quả làm cho n1 ít thay ổi khi tăng n.
Nếu càng óng nhỏ bướm ga sẽ làm giảm lượng nhiên liệu cấp cho chu trình và làm
giảm áp suất môi chất ở phía sau bướm ga, nhưng ở tốc ộ thấp vẫn còn quá trình bay hơi ở
ầu quá trình nén. Nếu tăng n, áp suất phía sau bướm ga càng giảm nhanh, iều kiện ấy khiến
nhiên liệu bay hơi nhanh. Như vậy càng tăng n càng không có nhiên liệu bay hơi ở ầu quá 98 lOMoARcPSD| 25865958
trình nén, làm cho n1 tăng nhanh khi tăng n. Tốc ộ tăng của n1 theo n càng lớn khi óng bướm ga càng nhiều.
b. Phụ tải ộng cơ
Khi tăng tải sẽ làm tăng trạng thái nhiệt và nhiệt ộ trung bình của thành xi lanh, qua ó
làm tăng nhiệt lượng cấp cho môi chất ở ầu kỳ nén và giảm tản nhiệt ở cuối kỳ nén, kết quả
làm tăng n1. 礃礃nh hưởng kể trên của tải tới n1 của ĐC-D rất nhỏ nhưng thể hiện rất khác
nhau ối với ĐC-X. Khi chạy ở tốc ộ lớn, tải của ĐC-X gây ảnh hưởng ít tới n1. Ở tốc o thấp
tải gây ảnh hưởng lớn tới n1, vì khi óng nhỏ bướm ga mà n thấp sẽ có nhiều xăng chưa kịp
bay hơi i vào xi lanh ở ầu quá trình nén (vì ường nạp ít ược sấy nóng, tốc ộ môi chất lại thấp,
xăng khó bay hơi). Nếu tăng n sẽ làm tăng nhanh ộ chân không phía sau bướm ga, cải thiện
iều kiện phun tơi và bay hơi của xăng, không còn xăng chưa kịp bay hơi ở ầu quá trình nén
(ở n = 2.000 vòng/phút và 2.200 vòng/phút).
c. Tình trạng kỹ thuật
Nếu pít tông – xi lanh mòn nhiều sẽ làm tăng lọt khí, gây mất nhiệt làm giảm n1. Có
muội than bám trên ỉnh pít tông, Vc, hoặc có lớp cặn bám trên mặt tiếp xúc với môi chất làm
mát của xi lanh sẽ làm ngăn tản nhiệt của môi chất, làm tăng n1.
Tất cả các biện pháp nhằm giảm nhiệt ộ trung bình của xi lanh: tăng tốc ộ tuần hoàn
của nước làm mát, làm mát ỉnh pít tông… ều làm giảm n1. Nếu tăng tỷ số nén sẽ làm tăng pc
và Tc do ó sẽ làm tăng phần nhiêt tản cho xilanh và làm giảm n1.
d. Kích thước xi lanh ( ường kính D của xi lanh và hành trình S của piston): Flm Tỷ số
(trong ó Flm, Vh là diện tích làm mát và thể tích công tác của xi lanh) tỷ Vh
lệ thuận với S , do ó làm tăng D sẽ làm cho môi chất khó tản nhiệt hơn qua ó làm tăng D n1. S Flm
Nếu Vh = const trong trường hợp > 1 nếu giảm
nhờ ó n1 sẽ tăng, nếu tăng D Vh
S kết quả sẽ ngược lại. D
e. Chế ộ làm việc của ộng cơ
Các chế ộ làm việc không dừng (chế ộ chuyển tiếp) của ộng cơ khi tăng tải hoặc tăng
tốc ều có n1 nhỏ hơn với chế ộ dừng. Sự sai khác lớn hay nhỏ của n1 phụ thuộc vào giá trị
gia tốc. Ở các chế ộ giảm tải hoặc giảm tốc thì n1 lớn hơn so với chế ộ dừng. 99 lOMoARcPSD| 25865958
3.3.5. Chọn tỷ số nén
Tỷ số nén là một trong những thông số kết cấu quan trọng, nó ảnh hưởng nhiều ến chỉ
tiêu kinh tế k礃̀ thuật của ộng cơ. Về mặt lý thuyết khi tăng tỷ số nén thì công suất và tính
kinh tế ộng cơ tăng, nhưng sẽ làm tăng tổn thất cơ giới, giảm tuổi thọ và sinh các hiện tượng
cháy không bình thường trong ộng cơ xăng, nên việc tăng tỷ số nén chỉ có lợi trong một
phạm vi nhất ịnh. Do vậy tuỳ thuộc vào từng loại ộng cơ ể chọn cho hợp lý.
a. Đối với ộng cơ xăng: 1 1 Từ công thức tính t
k 1 của chu trình cấp nhiệt ẳng tích thấy rằng: giải
pháp chính làm tăng t là nâng cao . Lịch sử phát triển ĐC-X ã chỉ rằng: muốn nâng cao
tính năng ĐC-X không thể tách khỏi các giải pháp nhằm tăng . Tăng không chỉ làm
tăng pc và Tc, tạo iều kiện tốt ể hòa khí ược cháy nhanh, rút ngắn thời gian cháy làm cho áp
suất cực và nhiệt ộ cực ại của chu trình ược xuất hiên gần ĐCT mà quan trọng hơn là khi
tăng , công suất và hiệu suất của chu trình ều tăng. Mặt khác nâng cao có thể mở rộng
phạm vi sử dụng thành phần hòa khí, sẽ có lợi cho việc sử dụng hòa khí nhạt.
Tuy nhiên khi tăng , mặc dù tốc ộ cháy ược gia tăng, nhưng do nhiệt ộ cuối quá trình
nén cao làm tăng khuynh hướng tự bốc cháy của hòa khí ở khu vực cách xa buzi, thậm chí
còn làm cho số hoà khí trên tự bốc cháy khi màng lửa chưa lan tràn tới sinh cháy kích nổ. Vì
vậy, ược xác ịnh bỡi các yếu tố kết cấu và vận hành như: Tính cao tốc, chế ộ phụ tải,
phương pháp hình thành hỗn hợp, vật liệu chế tạo, hình dạng buồng cháy, kích thước xi
lanh… Nhưng trị số ốctan là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng ến kích nổ, trị số ốc tan càng
thấp khuynh hướng kích nổ càng lớn, tỷ số nén cho phép càng thấp. Vì vậy nâng cao trị số
ốc tan của xăng là tiền ề ể tăng tỷ số nén và giảm khuynh hướng kích nổ, ồng thời có buồng
cháy hợp lý sẽ nâng cao khả năng chống kích nổ. Tóm lại,
của ĐC-X phụ thuộc vào số ôctan của nhiên liệu và tính năng chống kích
nổ của buồng cháy. Thông thường chọn qua thử nghiệm, tức là sau khi ã chọn nhiên liệu
và hình dạng buồng cháy thích hợp, phải dùng tương ối lớn với iều khiện không ể xảy ra
cháy kích nổ mạnh. Mặt khác chọn còn phải kết hợp với iều kiện sử dụng. Nếu ô tô dùng 100 lOMoARcPSD| 25865958
hộp số cơ khí lúc bắt ầu lăn bánh tốc ộ ộng cơ rất thấp cần có mômen lớn (tức là sau khi bát
ầu lăn bánh, ộng cơ phải hoạt ộng ở tốc ộ thấp và tải lớn), nhưng chế ộ thường dùng của ô
tô là tải vừa và tải nhỏ. Do ó phải dùng biện pháp ánh lửa muộn hơn khi chạy ở tốc ộ thấp
và tải lớn nhằm giảm khuynh hướng kích nổ (khi chạy ở tải vừa và tốc ộ cao lại ưa về góc
ánh lửa tốt nhất), tức là có thể tăng tỷ số nén cao hơn một chút so với giới hạn cháy kích nổ
khi chạy ở tải lớn tốc ộ thấp, nhờ ó sẽ làm tăng hiệu suất (giảm tiêu hao nhiên liệu) cho
những chế ộ ô tô thường hoạt ộng. Nếu dùng biến mômen thuỷ lực, sau khi ôtô bắt ầu lăn
bánh tốc ộ ộng cơ có thể tới n = 1.500 – 2.000 vòng/phút, tốc ộ sử dụng thường xuyên là trên
2.000 vòng/phút, trong trường hợp này có thể tăng ể làm tăng tính năng ộng lực và tính
kinh tế của ô tô, dù rằng có thể xẩy ra cháy kích nổ khi chạy chậm và tải lớn, nhưng ây không
phải là chế ộ thường dùng của ô tô, vì vậy nhìn toàn bộ quá trình sử dụng ô tô ảnh hưởng của nó không lớn lắm.
Do tính năng của xăng ngày càng cao, các loại Vc ngày càng cải tiến, hiện nay trên
phạm vi quốc tế của ô tô du lịch phổ biến là ở = 9, của ộng cơ ô tô tải = 8. Cũng
cần hiểu rõ là nếu > 10 lợi ích về công suất và tính kinh tế em lại không nhiều, ngược lại
nó tạo nên rất nhiều khuyết iểm gây cháy kích nổ và cháy sớm. Vì vậy 10, 15 năm trở lại ây
của ĐC-X ở nhiều nước ều giảm tới 9 và dưới 9, nhiều nước ã cấm dùng xăng pha têtraêtil chì. Giá trị
ảm bảo sao cho T cuối quá trình nén thấp hơn T ộ tự cháy của nhiên liệu,
không phát sinh ra các hiện tượng cháy không bình thường.
b. Đối với ộng cơ diesel:
Tỷ số nén có giá trị sao cho nhiệt ộ cuối quá trình nén phải ảm bảo cho hỗn hợp tự bốc
cháy ở mọi chế ộ làm việc và mọi nhiệt ộ môi trường. Nghĩa là: Tmin 750 800 K.
Nhiệt ộ này lớn hơn nhiệt ộ tự cháy của nhiên liệu từ 100 - 2000C, mặt khác phụ thuộc
vào phương pháp hình thành hòa khí của ộng cơ ảm bảo cho ộng cơ ược khởi ộng dễ dàng
khi máy lạnh. Tỷ số nén thấp nhất từ 13 – 16 dùng trên ĐC-D phun nhiên Flm
liệu trực tiếp và có nhỏ. Với = 17 – 21 dùng cho loại buồng cháy ngăn cách (buồng Vh
cháy dự bị, buồng cháy xoáy lốc…). Có trường hợp = 27 - 29 dùng cho ộng cơ a nhiên
liệu. Các giá trị kể trên vượt xa có lợi nhất (từ 11 – 12 ơn vị). 101 lOMoARcPSD| 25865958
Khi chọn cho ĐC-D cần tính ến kích thước xi lanh, vật liệu làm píttông và xilanh,
chế ộ tốc ộ và tải của ộng cơ… Động cơ càng nhỏ, dùng hợp kim nhẹ và chạy ở tải nhỏ càng
phải có lớn; ngược lại ộng cơ càng lớn, pít tông và nắp xi lanh làm bằng gang, thường làm
việc ở tải lớn thì phải nhỏ.
Trị số của một số loại ộng cơ như sau:
ĐC-D tàu thuỷ, tàu hoả, tĩnh tại:
- Động cơ thấp tốc 13 -14
- Động cơ tốc ộ trung bình 14 -15
- Động cơ cao tốc 14 – 18
- Động cao tốc tăng áp 12 - 13 Động cơ ô tô, máy kéo : - ĐC-X 6 - 12
- ĐC-D buồng cháy thống nhất 13 – 16
- ĐC-D buồng cháy ngăn cách 17 - 20
3.4. QUÁ TRÌNH CHÁY
3.4.1. Quá trình cháy trong ộng cơ xăng
Quá trình cháy bắt ầu từ nguồn lửa xuất hiện ở cực bu gi trong môi trường hòa khí ều
ược hòa trộn trước, sau ó xuất hiện màng lửa lan truyền theo mọi hướng tới khắp không gian
buồng cháy. Trong quá trình cháy hóa năng của nhiên liệu ược chuyển thành nhiệt năng làm
tăng áp suất và nhiệt ộ môi chất. Nhiên liệu ược cháy càng kiêt, kịp thời thì năng lượng nhiệt
nhả ra ược chuyển thành công càng tốt làm tăng công suất và hiệu suất ộng cơ.
a. Quá trình cháy bình thường trong ộng cơ xăng. 102 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 3.6. Quá trình cháy bình thƣờng trong ộng cơ xăng I– Cháy trễ 1. Đánh lửa II– Cháy nhanh
2. Hình thành màng lửa trung tâm III– Cháy rớt
3. 䄃Āp suất lớn nhất pz.
Có nhiều phương pháp nghiên cứu quá trình cháy trong ộng cơ, thường dùng nhất là sử
dụng ồ thị công p - , tức là ồ thị thể hiện biến thiên của áp suất p trong xi lanh theo góc
quay trục khuỷu . Trên nắp xi lanh lắp một bộ phận cảm biến p, ặt trên trục hoành, dao
ộng ký ghi lại sự biến thiên của p theo . dựa vào biến thiên của p = f( ), có thể biết ược
diễn biến của quá trình cháy. Phương pháp này tuy không cho biết rõ cơ lý của quá trình
cháy cũng như tình hình lan truyền màng lửa, nhưng cho biết rõ hiệu quả của quá trình, về
mặt k礃̀ thuật thì ây là một phương pháp hữu hiệu, ơn giản. Ngoài ra còn dùng phương pháp
chụp ảnh nhanh quá trình cháy, dựa vào một dãy các bức ảnh liên tiếp chụp ược sẽ biết ược
tình hình tiến triển của quá trình cháy trong xi lanh.
Đồ thị p - iển hình của quá trình cháy bình thường thể hiện trên hình vẽ, iểm 1 – bắt
ầu ánh lửa, cách ĐCT một góc ược gọi là góc ánh lửa sớm; iểm 2 – là iểm ường áp suất
cháy tách khỏi ường nén; iểm 3 – là thời iểm ạt áp suất cực ại. Điểm pmax và Tmax không
trùng nhau. Điểm ạt nhiệt ộ cực ại thường xuất hiện muộn hơn. Dựa vào ặc trưng biến thiên p = f (
), người ta chia quá trình cháy của ĐC-X làm 3 thời kỳ.
* Thời kỳ cháy trễ I: (từ iểm 1 – 2), tính từ lúc ánh lửa ến lúc áp suất tăng ột ngột.
Trong thời kỳ này áp suất trong xi lanh thay ổi tương tự như trường hợp không ánh lửa, qua
một thời gian ngắn ến lúc xuất hiện nguồn lửa ược gọi là màng lửa trung tâm. Thời iểm xuất
hiện màng lửa trung tâm không nhất thiết trùng với thời iểm tăng ột ngột của áp suất. Thông 103 lOMoARcPSD| 25865958
thường màng lửa trung tâm xuất hiện trước một chút so với thời iểm tăng ột ngột của á p suấ
t. Nhưng ể ơn giản không cần phân biệt rõ 2 iểm này.
Phân tích thời kỳ cháy trễ thấy rằng, sau khi bu gi ã bật tia lửa iện, hòa khí trong xi
lanh không cháy ngay mà phải thực hiện một loạt phản ứng sơ bộ tạo nên sản vật trung gian
v.v… Trong thời kỳ này nhiệt lượng nhả ra của các phản ứng rất nhỏ, vì vậy không thấy rõ
sự khác biệt của nhiệ t ộ và á p suấ t so với trường hợp không ánh lửa.
Thời kỳ cháy trễ dài hay ngắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính chất trạng thái (áp suất,
nhiệt ộ) của hòa khí trước khi ánh lửa, năng lượng của tia lửa iện …
Giai oạn này không dài lắm ược tính bằng góc quay trục khuỷu i hoặc tính theo thời gian i với quan hệ: i 6 ni
* Thời kỳ cháy nhanh II: Được tính từ iểm 2 ến iểm 3 ( iểm có pmax). Thời kỳ này cũng
tương ứng với thời kỳ lan truyền màng lửa tính từ lúc xuất hiện màng lửa trung tâm tới khi
màng lửa lan truyền khắp thể tích buồng cháy. Màng lửa của ĐC-X hầu hết là màng lửa chảy
rối. Trong quá trình lan truyền màng lửa có dạng mặt cầu nhấp nhô lồi lõm. Trong thời kỳ
này màng lửa lan truyền với tốc ộ tăng dần, hòa khí trong xi lanh có phản ứng ôxy hoá ngày
càng mãnh liệt và nhả ra một số nhiệt lượng lớn, trong khi dung tích trong xi lanh thay ổi ít
làm cho áp suất và nhiệt ộ môi chất tăng nhanh. Thời kỳ cháy nhanh là giai oạn cháy chính
của quá trình cháy, phần lớn nhiệt lượng nhả ra trong giai oạn này; quy luật nhả nhiệt sẽ
quyết ịnh việc tăng áp suất, tức là quyết ịnh khả năng ẩy píttông sinh công, vì vậy thời kỳ
này có ý nghĩa quyết ịnh tới tính năng của ĐC-X.
Nhìn từ khía cạnh nâng cao hiệu suất nhiệt của chu trình, thì cần thời gian cháy càng
nhanh càng tốt. Muốn rút ngắn thời gian cháy phải nâng cao tốc ộ cháy, làm cho áp suất cực
ại và nhiệt ộ cực ại xuất hiện tại vị trí gần ĐCT, khiến số nhiệt lượng nhả ra ược lợi dụng ầy
ủ, làm tăng công suất và hiệu suất ộng cơ.
Khi phân tích quá trình cháy cần phân biệt rõ hai khái niệm: tốc ộ lan truyền mang lửa
Sr (m/s) và tốc ộ cháy U (kg/m2.s). Sr thể hiện tốc ộ chuyển dịch của màng lửa theo phương
pháp tuyến, còn U thể hiện khối lượng hòa khí ược một ơn vị diện tích màng lửa ốt cháy
trong một ơn vị thời gian. Chúng có mối quan hệ như sau: U = .Sr (3.66)
Trong ó: - khối lương riêng của hòa khí (Kg/m3).
Số nhiệt lương Q nhả ra trong một ơn vị thời gian: Q = U.FT.QH = .Sr.FT.Qt (KJ/s); (3.67) 104 lOMoARcPSD| 25865958
Trong ó: FT – diện tích màng lửa (m2);
Qt – nhiệt trị của hòa khí (KJ/Kg).
Từ ó thấy rằng quy luật nhả nhiệt của thời kỳ cháy nhanh, tức quy luật biến thiên của
Q phụ thuộc vào tốc ộ lan truyền màng lửa Sr, diện tích màng lửa FT và mật ộ môi chất .
Màng lửa lan tràn càng rộng, càng lớn vì lúc ấy số hòa khí chưa cháy phải chụi sự chèn
ép của phần ã cháy gây ra. Số hòa khí cháy cuối cùng bị chèn ép tới 7 – 8 lần.
Trường hợp cháy bình thường, tốc ộ lan tràn màng lửa vào khoảng 10 -30 m/s, diện
tích màng lửa thay ổi theo quy luật phân bố dung tích của Vc, ặc iểm lưu ộng của môi chất,
vị trí ặt bu gi v.v… Hình 3.7 giới thiệu sơ ồ phân bố này và tốc ộ lan tràn màng lửa. Sơ ồ a
với Sr 16 m/s, sơ ồ b với Sr tới 45 m/s. Tốc ộ lan truyền và diện tích màng lửa càng lớn sẽ
làm cho tốc ộ cháy, tốc ộ nhả nhiệt, áp suất và nhiệt ộ của môi chất trong xi lanh trong thời
kỳ cháy nhanh tăng lên càng nhiều làm cho công suất và hiệu suất ộng cơ càng ược cải thiện
hơn. Tuy vậy tốc ộ cháy không thể lớn quá nếu không sẽ làm tăng nhanh tốc ộ tăng áp suất,
gây va ập cơ khí, tăng tiếng ồn làm cho hoạt ộng của ộng cơ trở nên thô bạo, gây tăng mài
mòn chi tiết và giảm tuổi thọ sử dụng của ộng cơ.
Hình 3.7. Sơ ồ phân bố màng lửa và tốc ộ màng lửa a)
Chuyển ộng dòng khí yếu; b) Chuyển ộng xoáy mạnh của dòng khí. p p
Tốc ộ tăng áp suất trung bình 3 2 p t ược thể hiện qua: t (MN/m2 ộ góc
quay trục khuỷu) còn giá trị tức thời là 105 lOMoARcPSD| 25865958 3 2 dp
t trong giới hạn (1,75 – 2,5).105 Pa/ ộ góc quay trục
Thông thường phải hạn chế d
khuỷu, mặt khác phải iều khiển ể pmax ( iểm 3) ược xuất hiện sau ĐCT khoảng 10 -150 góc
quay trục khuỷu, lúc ấy ộng cơ sẽ chạy êm, nhẹ nhàng và có tính năng ộng lực tốt.
* Thời kỳ cháy rớt III: Được tính từ iểm 3 ( iểm ạt pmax) trở i mặc dù cuối thời kỳ II
màng lửa ã lan tràn khắp thể tích buồng cháy, nhưng do hòa khí phân bố không thật ều, iều
kiện á p suấ t và nhiệ t ộ ở mọi khu vực trong buồng cháy không hoàn toàn giống nhau, nên
có những khu vực nhiên liệu cháy chưa hết. Trong quá trình giãn nở, do iều kiện hòa trộn
thay ổi sẽ làm cho số nhiên liệu chưa cháy ược hòa trộn và bốc cháy tiếp tạo nên thời kỳ
cháy. Trong thời kỳ này, nhiệt lượng toả ra tương ối ít, dung tích xi lanh ộng cơ lại tăng
nhanh nên áp suất trong xi lanh anh sẽ giảm dần theo góc quay trục khuỷu. Thời kỳ cháy rớt
dài hay ngắn là phụ thuộc vào số lượng hòa khí cháy rớt, nhìn chung ều mong muốn rút ngắn
giai oạn cháy rớt. Nhưng cũng có trường hợp cháy rớt còn kéo dài sang cả quá trình thải,
thậm chí ến khi bắt ầu quá trình nạp của chu trình kế tiếp, khí cháy ang cháy còn chui vào
ường nạp ốt cháy hòa khí tại ây, ó là hiện tượng hồi hỏa ở ĐC-X (nổ trên ường ống nạp).
Nói chung thời kỳ cháy rớt của ĐC-X ều ngắn.
Giai oạn này dài hay ngắn phụ thuộc vào mức ộ xoáy lốc của khí ở cuối quá trình cháy,
thành phần , góc ánh lửa sớm. Giai oạn này kéo dài là bất lợi, nếu quá nhỏ hoặc quá lớn
ều làm cho giai oạn này kết thúc chậm.
b. Những hiện tượng cháy không bình thường trong ĐC-X * Cháy kích nổ
Khi cháy kích nổ ngoài việc gây tiếng gõ kim loại, do nhiệt ộ cao (có khu vực lên tới
40000C), CO2 và sản vật cháy còn bị phân hủy thành CO và NO hoặc muội C v.v… làm xuất
hiện khói en và tàn than ỏ một cách gián oạn trong dòng khí xả. Do truyền ộng qua lại của
sóng áp suất, kích nổ ã gây phá hoại bề mặt xi lanh, cũng như lớp dầu nhờn phủ trên bề mặt
này. Kết quả sẽ làm tăng tản nhiệt cho thành xi lanh, làm tăng nhiệt các chi tiết trong buồng
cháy, hệ thống làm mát trở nên quá nóng, ồng thời gia tăng tổn thất nhiệt. Vì vậy không cho
phép ộng cơ hoạt ộng lâu ở trạng thái này, nếu không chẳng những công suất, hiệu suất (tính
kinh tế) của ộng cơ sẽ kém mà còn gây cháy pít tông, xu páp, làm hỏng bạc, phá vỡ lớp cách
iện của bu gi v.v… Nhưng nếu chỉ cháy kích nổ nhẹ trong thời gian rất ngắn, sẽ không gây
tác hại rõ rệt ối với ộng cơ. 106 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 3.8. Cháy kích nổ ộng cơ xăng a)
Đồ thị p –V; b) Đồ thị p -
Các nhân tố gây ảnh hưởng ến cháy kích nổ: Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng tới kích
nổ. Để tiện phân tích có thể lý giải việc phát sinh kích nổ như sau: sau khi ã bật tia lửa iện,
màng lửa trung tâm bắt ầu lan truyền, ồng thời xẩy ra phản ứng phía trước màng lửa của
phần hòa khí chưa cháy, những phản ứng trên là tiên ề chuẩn bị phát hỏ a . Nếu gọi t1 là thời
gian lan truyền màng lửa (tính từ lúc màng lửa trung tâm bắt ầu lan ến khi màng lửa lan hết
Vc) và t2 là quảng thời gian từ lúc màng lửa trung tâm bắt ầu lan, tới khi hòa khí chưa cháy
tự phát hỏa. Nếu t1 < t2 sẽ không có kích nổ, còn nếu t1 > t2 sẽ gây ra kích nổ. Như vậy có thể
thấy rằng: bất kỳ một nhân tố nào làm giảm t1 và làm tăng t2 ều làm giảm khuynh hướng kích
nổ và ngược lại các nhân tố làm tăng t1, giảm t2 ều làm tăng khuynh hướng kích nổ.
Vì vậy có thể thấy rằng rút ngắn hành trình lan tràn màng lửa cũng như tăng tốc ộ lan
truyền màng lửa ều làm giảm t1; giảm nhiệt ộ hoặc tăng hàm lượng khí sót của phần hòa khí
ở khu vực cuối hành trình màng lửa ều làm cho hòa khí trở thành quá ậm hoặc quá nhạt, gây
tác dụng tương tự như sử dụng nhiên liệu có số ôc tan cao, làm tăng t2. Có rất nhiều nhân tố
ể thực hiện các yêu cầu trên nhưng những nhân tố chính gồm: phẩm chất nhiên liệu (số ôc tan),
, cấu tạo Vc, thời gian ánh lửa, thành phần hòa khí, và chế ộ làm việc của ộng cơ thể
hiện qua tốc ộ và chế ộ tải của ộng cơ… Khi ã chọn , thì trị số ôc tan có ảnh hưởng quyết
ịnh ối với sự phát sinh cũng như cường ộ của cháy kích nổ.
* Cháy sớm (hoặc ánh lửa bề mặt): Cháy sớm xẩy ra trước khi bu gi bật tia lửa iện, làm
sai quy luật cháy bình thường của ộng cơ. Có hiện tượng này vì xuất hiện những iểm hoặc
mặt nóng rực trong buồng cháy, phần lớn do muội than tích nhiệt trên tán xu páp thải hoặc cực bu gi. 107 lOMoARcPSD| 25865958 a) b)
Hình 3.9. Hiện tƣợng cháy sớm ộng cơ xăng
a) Cháy sớm; b) Nhiều chu trình cháy sớm liên tiếp
Đặc trưng bên ngoài của hiện tượng cháy sớm cũng giống như cháy kích nổ, không
những gây tiếng gõ kim loại mạnh (tiếng gõ do cháy sớm tạo ra hơi trầm ục) mà còn làm cho
áp suất tăng cao, gây tăng phụ tải các chi tiết trong ộng cơ, rút ngắn tuổi thọ sử dụng, do ó
cũng là hiện tượng không mong muốn xảy ra trong ĐC-X. nhưng cháy sớm và cháy kích nổ
là hai hiện tượng khác nhau. Cháy sớm là do kết quả châm cháy của hòa khí của mộ t iểm
hoặc mộ t diện tích nhỏ nóng rực tạo ra, nói chung cháy sớm xuất hiện trước lúc bật tia lửa
iện, và không tạo ra sóng áp suất, còn cháy kích nổ là kết quả của sự tự phát hỏa của phần
hòa khí ở khu vực cuối hành trình màng lửa, khi màng lửa chưa lan tới, do bị chèn ép ngày
càng mạnh của những phầ n môi chất ã cháy tạo ra; cháy kích nổ xuất hiện sau khi ã bật tia
lửa iện và cháy kích nổ tạo ra sóng áp suất truyền qua lại trong xi lanh ộng cơ.
Có rất nhiều nguyên nhân gây ra cháy sớm, như: cấu tạo ộng cơ (hình dạng buồng
cháy, tỷ số nén, vật liệu chế tạo…), tình trạng sử dụng, lọc nhiên liệu, loại dầu bôi trơn… tất
cả các yếu tố làm tăng áp suất và nhiệt ộ môi chất trong xi lanh, thúc ẩy tạo muội than hoặc
hình thành các iểm, các bề mặt nóng rực bên trong Vc ều là những nguyên nhân gây cháy sớm.
Thực tế sử dụng ộng cơ cho thấy, các loại ộng cơ xăng ít cường hoá, thường ít xẩy ra
hiện tượng cháy sớm. Nhưng gần ây do sự phát triển của ộng cơ xăng, xe du lịch công suất
lớn, tỷ số nén cũng như tốc ộ ộng cơ ược cường hoá nhiều thì xuất hiện nhiều vấn ề mới,
phần lớn ều liên quan ến hiện tượng cháy sớm, ược châm cháy qua các mặt hoặc các iểm
nóng rực trong buồng cháy. Các ộng cơ mà tỷ số nén vượt quá 9, khi xuất hiện các mặt nóng
rực trong xi lanh càng dễ xảy ra cháy sớm, mà cháy sớm là hay gián tiếp gây ra cháy kích
nổ, kích nổ lại xuất hiện thêm nhiều mặt nóng rực tạo nên cháy sớm mãnh liệt hơn. Hai hiên
tượng trên thúc ẩy lẫn nhau tạo nên “kích nổ mạnh”, gây tiếng gõ anh sắc, nguy hại lớn hơn
kích nổ thông thường. Với ộng cơ tỷ số nén trên 9,5 chỉ cần xuất hiện một lớp muội than
mỏng trên ỉnh pít tông hoặc thành buồng cháy sẽ gây ra một loại ánh lửa bề mặt (cháy sớm) 108 lOMoARcPSD| 25865958
khác làm cho tốc ộ tăng, áp suất gia tăng tạo nên tiếng gõ thấp tần khoảng 1.000Hz hình
thành hiện tượng “gõ nặng”. Hiện tượng “gõ nặng” thường xẩy ra ở tốc ộ cao, góc ánh lửa
sớm và hòa khí hơi ậm. Sau khi làm sạch lớp muội than có thể làm mất hiện tượng “gõ nặng”.
Với tỷ số nén cao hơn nữa, trong xi lanh dễ tạo nên hiên tượng hiện tượng ánh lửa bề mặt
ược gọi là hiện tượng “gõ ầm”, lúc ấy áp suất cực ại và tốc ộ tăng áp suất càng lớn hơn. Cũng
như hiện tượng “gõ nặng” kể trên, ó là tiếng gõ thấp tần nhưng mãnh liệt hơn so với: Gõ
nặng”. Người ta thường nhầm lẫn coi tiếng “gõ ầm” chủ yếu do dao ộng của trục khuỷu và
của những chi tiết khác tạo ra. Hiện tượng: gõ ầm” thường xuất hiện khi chạy ở tốc ộ cao và
phụ tải lớn. Khác với hiện tượng “gõ nặng” kể trên, hiện tượng “gõ ầm” có thể xuất hiện khi
không có muội than trên thành buồng cháy.
Tất cả những hiện tượng “kích nổ nặng”, “gõ nặng”, “gõ ầm” kể trên ều gây tác dụng
phá hoại lớn ối vơí ộng cơ. Vì vậy, có thể nói, hiện tượng châm cháy từ bề mặt nóng (cháy
sớm) cũng là một trở ngại chính ối với việc nâng cao tính năng của ộng cơ xăng cần ược tiếp
tục nghiên cứu khắc phục trong tương lai.
Qua nghiên cứu thấy rằng: Đánh lửa bề mặt và tính chất của nhiên liệu có quan hệ nhất
ịnh với nhau, ví dụ: Nâng cao trị số ôc tan bằng cách dùng nhiên liệu có nhiều thành phần
các bua thơm, măc dù chống kích nổ tốt, nhưng chống “gõ nặng” và “gõ ầm” lại rất kém.
Đăc biệt khi dùng xăng pha chì (têtraêtyl -i chì) thì khuynh hướng ánh lửa bề mặt càng lớn,
vì loại nhiên liệu này sẽ làm tăng hàm lượng muối chì chứa trong lớp muội than ọng trên
thành buồng cháy. Mối chì có thể kích thích phản ứng ô xi hoá của cácbon. Thực nghiệm
còn phát hiện nếu nhiên liệu có thêm phụ gia chứa P (phốt pho) sẽ làm cho muối chì trở
thành muối phốt pho, và làm giảm khuynh hướng ánh lửa bề mặt. Tuy vậy giải pháp trên sẽ
làm tăng nhiều giá thành nhiên liệu nên chưa thực hiên ược. * Những hiện tượng cháy không bình thường khác
Rất khó tắt máy khi ngắt iện: tắt iện rồi ộng cơ vẫn làm việc một thời gian ở chế ộ
không tải, với tiếng gõ máy rất anh và không ổn ịnh. Hiện tương này xảy ra là do cao làm
cho hòa khí tự bốc cháy khi nén, vì p và T cuối kỳ nén ảm bảo cho thời gian cháy trễ của hòa
khí ngắn hơn thời gian lưu lại của hòa khí ở trạng thái chiụ nén trong xi lanh, khi n = 200 -
300 vg/ph. Nếu lấy khoảng thời gian chiụ nén của hòa khí trong xi lanh tương ứng với thời
gian của 400 góc quay trục khuỷu ( 200 về 2 phía của ĐCT theo góc quay trục khuỷu thể
tích ít thay ổi) thì thời gian cháy trễ kể trên của hòa khí không quá 30.10-3 s; nếu dùng nhiên
liệu có ốc tan 60, thì tương ứng với nhiệt ộ nén khoảng 3750C, ở T này thời gian cháy trễ
không phụ thuộc vào p, vì vậy ngay cả khi óng hết bướm ga, nếu nhiệt ộ cuối kỳ nén lớn hơn
3750C cũng không tắt máy ược.
Với cao, thì nhiệt ộ 3750C cuối kỳ nén có thể ạt ược ngay khi chạy ở tốc ộ thấp. Khi
chạy ở tốc ộ thấp, chuyển ộng rối của hòa khí trong xi lanh rất yếu làm cho lớp hòa khí sát
với thành xi lanh có nhiệt ộ xấp xỉ nhiệt ộ vách, thường không nhỏ hơn 800C hoặc 350K. 109 lOMoARcPSD| 25865958
Nếu = 8 và chỉ số nén n1 = 1,3 thì Tc = 658K = 3850C. Như vậy muốn tắt máy phải cắt
nhiên liệu nhờ một cơ cấu riêng trên bộ chế hò a khí.
Nổ trên ống xả: Là do có hiện tượng bỏ lửa của một vài xi lanh, tạo nên sự tồn tại của
hòa khí chưa cháy trên ường thải và trong bình tiêu âm, số hòa khí trên lại ược châm cháy
bởi khí thải của các xi lanh khác, nếu hiện tượng cháy rớt của các xi lanh này kéo dài tới ầu
quá trình thải. Như vậy, về thực chất của hiện tượng nổ trên ường thải là kết quả của việc
bốc cháy của số hòa khí tồn tại trên ường ống thải – Muốn khắc phục hiện tượng trên cần
iều chỉnh lại bộ c hế hò a khí ể khắc phục tình trạng hòa khí quá ậm hoặc quá loãng gây kéo
dài hiện tượng cháy rớt, ồng thời phải kiểm tra bảo dưỡng hệ thống ánh lửa nhằm khắc phục hiện tượng bỏ lửa.
c. Những yếu tố chính ảnh hưởng ến quá trình cháy trong ộng cơ xăng
* Ảnh hưởng của chất lượng hòa khí ến quá trình cháy
Thành phần hòa khí: Quá trình cháy có thể cháy kiệt và kịp thời hay không phụ thuộc
vào tốc ộ lan truyền màng lửa. Nhân tố gây ảnh hưởng chính ến tốc ộ lan truyền màng lửa là thành phần hòa khí.
Kết quả thực nghiệm cho thấy: thành phần hòa khí khác nhau sẽ cho tốc ộ lan tràn màng
lửa khác nhau, với = 0,85 – 0, 95 tốc ộ lan tràn màng lửa cao nhất, áp suất cực ại pz và
Tmax cũng lớn nhất, do ó công suất ộng cơ cao nhất. Thành phần trên của hòa khí ược gọi là
thành phần công suất. Nếu hòa khí nhạt hơn (so với = 0,85 – 0, 95), tốc ộ lan tràn màng
lửa giảm bớt nên công suất ộng cơ giảm dần. Nhưng do nhiên liệu cháy kiệt hơn (vì có ủ O2)
nên hiệu suất cao hơn. Khi = 1,05 – 1,10 nhiên liệu cháy hoàn toàn, hiệu suất ạt cao nhất,
vì vậy = 1,05 – 1,10 ược gọi là thành phần tiết kiệm. Tiếp tục làm nhạt hòa khí tức là khi
> 1,05 – 1,10, nếu có giải pháp thích hợp, ảm bảo cho hòa khí cháy kiệt, thì hiệu suất lợi
dụng nhiệt vẫn có thể tiếp tục tăng. Nhưng nói chung hòa khí càng nhạt, tốc ộ lan truyền
màng lửa càng giảm, tốc ộ cháy chậm chạp, tăng phần cháy rớt, hiệu suất giảm. Nếu hòa khí
quá nhạt, thời gian cháy rớt sẽ kéo dài tới cuối kỳ thải có thể gây nên hiện tượng hồi hỏa.
Nếu hòa khí nhạt hơn nữa làm cho khoảng cách giữa các phần tử nhiên liệu quá lớn, khiến
màng lửa không thể lan tràn trong hòa khí, ộng cơ hoạt ộng không ổn ịnh thậm chí gây bỏ
lửa và chết máy. Do ó = 1,3 – 1,4 là giới hạn của thành phần hòa khí ảm bảo hòa khí có
thể lan truyền. Tương tự như vậy nếu hòa khí có thành phần ậm hơn = 0,85 – 0, 95, do tốc
ộ lan tràn mang lửa giảm sút làm giảm công suất, và do nhiên liệu không cháy hết tăng lên,
nên làm tăng lượng nhiên liệu tiêu hao. Khi = 0,4 – 0,5 do thiếu ôxy trầm trọng, khiến hòa
khí không cháy ược, ó là giới hạn trên của thành phần hòa khí ảm bảo cho màng lửa lan
truyền ược. Bên ngoài 2 giới hạn trên, màng lửa không lan truyền ược, tức là hòa khí sẽ 110 lOMoARcPSD| 25865958
không cháy. Trong sử dụng thực tế ể ạt ộ tin cậy của ộng cơ khi hoạt ộng, thành phần hòa
khí thực tế thường nằm trong giới hạn từ 0,8 – 1,2.
Thành phần hòa khí cũng gây ảnh hưởng rõ rệt tới kích nổ. Khi hòa khi có = 0,85 –
0, 95 tốc ộ lan truyền mang lửa là lớn nhất và cho T và p cao nhất ở cuối kỳ cháy nhanh. Lúc
ấy thời gian cháy trễ của số hòa khí ở cuối hành trình màng lửa cũng ngắn nhất, do ó với
= 0,85 – 0, 95 thì khuynh hướng gây kích nổ cũng lớn nhất. Khi xuất hiện kích nổ, bất kỳ
giải pháp nào làm cho hòa khí ậm lên hay nhạt i (làm tăng t2) ều có tác dụng iều khiển kích
nổ. Nhưng nếu iều khiển cho hòa khí ậm lên sẽ gây tốn nhiên liệu, làm nhạt hòa khí sẽ làm
giảm công suất ộng cơ.
Động cơ ô tô chỉ hoạt ộng ở tải nhỏ và vừa, chỉ khi lên dốc và khi cần khắc phục lực
cản lớn của mặt ường mới cần phát công suất lớn nhất. Để thích ứng với iều kiện hoạt ộng
trên, hệ thống phun chính của chế hòa khí cần cung cấp nhiên liệu có thành phần tiết kiệm
nhất. Chỉ khi gần với chế ộ toàn tải mới dùng cơ cấu làm ậm (cơ cấu tiết kiệm) cấp thêm
nhiên liệu ể cho hòa khí ậm lên tới thành phần cần thiết.
Phân phối hòa khí vào các xi lanh: Trong ộng cơ nhiều xi lanh chất lượng hòa khí còn
liên quan ến sự phân phối số lượng và thành phần hòa khí vào các xi lanh. Nếu phân phối
không ều về số lượng cũng như thành phần hòa khí thì các xi lanh của ộng cơ không thể cùng
một lúc ều sử dụng hòa khí có thành phần công suất hoặc thành phần tiết kiệm nhất, do ó
làm giảm công suất và hiệu suất ộng cơ. Phân phối không ều là do hòa khí nặng khó bay hơi,
thành phần này lại dễ kích nổ, vì vậy việc phân phối hòa khí không ều sẽ làm tăng khuynh
hướng kích nổ ở một vài xi lanh.
Trong ĐC-X, bay hơi của nhiên liệu và hình thành hòa khí phần lớn ược thực hiện trên
ường nạp, vì vậy việc phân phối ồng ều về số lượng cũng như thành phần hòa khí phụ thuộc
chính vào cấu tạo, tức là hình thức phân bố ường nạp.
* Ảnh hưởng của tới quá trình cháy, Gồm có: góc ánh lửa sớm vị trí ặt bu gi, loại bu gi,
năng lượng tia lửa iện…
Ảnh hưởng của góc ánh lửa sớm: Góc ánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn tới tính kịp thời
của quá trình cháy. Giá trị tốt nhất của góc ánh lửa sớm phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu,
tốc ộ và phụ tải ộng cơ. Nếu quá lớn, tức bật tia lửa iện quá sớm nên phần hòa khí bốc
cháy trước ĐCT, không những làm cho áp suất trong xi lanh tăng lên quá sớm, mà còn làm
tăng áp suất cực ại khi cháy, vì vậy làm tăng phần công tiêu hao khi nén và làm giảm công
giãn nở của khí cháy. Mặt khác do ánh lửa quá sớm làm cho nhiệt ộ của hòa khí của khu vực
cuối hành trình màng lửa tăng cao, qua ó làm tăng khuynh hướng kích nổ của hòa khí. Khi
sử dụng nếu xẩy ra kích nổ có thể giảm góc ánh lửa sớm ể hạn chế kích nổ.
Nếu ánh lửa quá muộn quá trình cháy kéo dài sang thời kỳ giãn nở. 䄃Āp suất và nhiệt
ộ cao nhất khi cháy ều giảm làm giảm công suất và tính kinh tế của ộng cơ. Góc ánh lửa hợp
lý, áp suất và nhiệt ộ cao nhất xuất hiện sau ĐCT khoảng 10 – 15 ộ góc quay trục khuỷu, quá 111 lOMoARcPSD| 25865958
trình cháy tương ối kịp thời nhiệt lượng ược lợi dụng tốt nên tăng công suất và hiệu suất của
ộng cơ. Góc ánh lửa tương ứng với công suất và hiệu suất cao nhất gọi là góc ánh lửa sớm tối ưu.
Vị trí ặt bu gi: Vị trí ặt bu gi trong buồng cháy gây ảnh hưởng lớn tới khuynh hướng
kích nổ. Khoảng cách từ bu gi ến khu vực xa nhất của buồng cháy càng dài (tức hành trình
màng lửa càng dài) thì khuynh hướng gây kích nổ càng tăng. Nếu ặt gần xu páp nạp, xa xu
páp xả sẽ làm tăng khả năng nâng cao nhiệt ộ của khối hòa khí ở cuối hành trình màng lửa,
do nhiệt ộ lớn của xu páp xả gây ra, vì vậy làm tăng khuynh hướng kích nổ. Do ó nên ặt buzi
ở giữa buồng cháy và gần bộ phận nóng nhất sẽ rút ngắn hành trình màng lửa, giảm bớt nhiệ
t ộ của hòa khí ở khu vực cuối màng lửa sẽ làm giảm khuynh hướng gây kích nổ. Vị trí bu
gi trong buồng cháy khác nhau sẽ òi hỏi số ôc tan khác nhau của nhiên liệu.
Loại bu gi sẽ gây ảnh hưởng lớn ến tính năng của ộng cơ: Chọn loại bu gi phải phụ
thuộc vào trạng thái phụ tải nhiệt của ộng cơ. Năng lực chụi phụ tải nhiệt của bu gi ược gọi
là ặc tính nhiệt của bu gi và ược thể hiện qua trị số nhiệt. Chọn úng loại bu gi, cần ảm bảo
cho ộng cơ làm việc tốt ở tốc ộ thấp và không ược tạo ra iểm nóng rực ể gây ánh lửa bề mặt
khi chạy ở tải lớ n. Thực nghiệm thấy rằng: nhiệt ộ phần ầu của sứ cách iện phải nằm trong
phạm vi 580 - 8500C ộng cơ mới hoạt ộng bình thường, vì trong phạm vi nhiệt ộ ấy dầu nhờn
vào xi lanh và dính trên cực bu gi sẽ bị ốt cháy, làm giảm khả năng gây tích muội than tại
khe hở của bu gi. Nếu thấp hơn 5800C sẽ gây tích than trên cực bu gi làm oãn mạch gây hiện
tượng bỏ lửa (không có tia lửa iện). Nếu nhiệt ộ lớn hơn 8500C sẽ làm cho cực bu gi trở
thành iểm nóng rực gây ánh lửa bề mặt, kết quả làm cháy cực bu gi và phá vỡ sứ cách iện,
vì vậy phải giữ cho phần ầu sứ cách iện nằm trong phạm vi cho phép.
Nếu phần sứ cách iện tương ối dài, thì sứ cách iện dễ hấp thụ nhiệt, ngoài ra còn làm
tăng hành trình ường truyền nhiệt, gây khó tản nhiệt, vì vậy khi hoạt ộng nhiệt ộ ầu sứ cách
iện tương ối lớn. Trị số nhiệt (thể hiện qua tản nhiệt) của bu gi nhỏ, ược gọi là bu gi nóng.
Nếu phần ầu sứ cách iện ngắn, sẽ làm cho hành trình ường truyền nhiệt ngắn, dễ tản nhiệt.
Khi hoạt ộng ầu sứ cách iện hấp thụ nhiệt ít, tản nhiệt ược nhiều nên trị số nhiệt của loại bu
gi này lớn, ược gọi là bu gi lạnh. ĐC-X với
lớn chạy ở n cao, có mức ộ cường hóa và có nhiệt ộ chu trình rất cao mà
thời gian tản nhiệt bu gi lại ngắn, nên cần chọn loại bu gi tương ối “lạnh”, nếu không sẽ gây
ánh lửa bề mặt. Với ộng cơ có nhỏ lại chạy ở tốc ộ thấp, nhiệt ộ chu trình không cao, có
thể chọn loại bu gi tương “ ối nóng”, nếu không sẽ gây tích muội than ở bu gi. Có thể phán
oán lựa chọn ặc tính nhiệt của bu gi có phù hợp hay không qua các biểu hiện sau: Nếu trên
cực bu gi thường xuyên xuất hiện muội than gây hở iện hoặc oản mạch (bỏ lửa) thể hiện bu
gi quá “lạnh”. Nếu cực bu gi màu trắng ộng cơ hoạt ộng bình thường, liên tục, chứng tỏ nhiệt
ộ bu gi là phù hợp. Nếu bu gi có hiện tượng bị cháy hoặc có hiên tượng ánh lửa bề mặt,
chứng tỏ bu gi quá nóng. 112 lOMoARcPSD| 25865958
Năng lượng ánh lửa: Muốn cho quá trình cháy ược thực hiện bình thường cần ảm bảo
tia lửa iện xuất hiện ở bu gi ủ năng lượng ể châm cháy hòa khí. Để ảm bảo ược iều này, ngày
nay hệ thống ánh lửa iện tử hiện ại có thể tạo ra iện áp thứ cấp lớn gấp vái chục lần hệ thống
ánh lửa cổ iển, với năng lượng tia lửa iện rất lớn tạo iều kiện cho quá trình châm cháy tối ưu.
* Ảnh hưởng của tốc ộ và phụ tải ến quá trình cháy
Ảnh hưởng của tốc ộ: Khi tăng tốc ộ ộng cơ, một mặt làm tăng tốc ộ dòng khí nạp vào
xi lanh, mặt khác làm tăng tốc ộ chuyển dịch của pít tông làm tăng cường ộ dòng khí chèn
khi nén, vì vậy ã cải thiện ược chất lượng hòa trộn hòa khí. Ngoài ra khi tăng n cũng làm
tăng nhiệt ộ hòa khí cuối kỳ nén, gia tăng quá trình chuẩn bị cháy của hòa khí, kết quả làm
tăng nhanh tốc ộ lan truyền màng lửa. Đó là một trong các tiền ề quan trọng ể phát triển ĐC- X theo hướng cao tốc.
Do tăng tốc ộ ộng cơ sẽ làm giảm thời gian cháy trễ và thời gian cháy chính tính theo
giây, nhưng việc gia tốc quá trình cháy kể trên không bù trừ hết thời gian giảm sút của mỗi
chu trình do tăng tốc ộ gây ra (thời gian tỷ lệ nghịch với n). Vì vậy nếu tính thời kỳ cháy
theo góc quay trục khuỷu, thì nó sẽ tăng khi tăng tốc ộ ộng cơ.
Nếu giữ nguyên không thay ổi góc ánh lửa sớm sẽ có thể gây ra hiện tương kéo dài thời
kỳ cháy rớt qua quá trình giãn nở, làm giảm hiệu suất ộng cơ. Vì vậy khi tăng n cần tăng góc ánh lửa sớm.
Khi tăng n, sẽ làm tăng tốc ộ lan truyền màng lửa (giảm t1), mặt khác lại tăng Mr, qua
ó làm giảm tốc ộ phản ứng của hòa khí của khu vực cuối hành trình màng lửa (tăng t2). Như
vậy n càng lớn càng khó kích nổ.
Ảnh hưởng của tải: ĐC-X có bộ chế hòa khí sử dụng biện pháp iều chỉnh lượng hòa
khí ở tải nhỏ, óng bớt bướm ga, tạo cản trên ường nạp, qua ó làm giảm lượng hòa khí vào xi
lanh. Nhưng lúc ấy do lượng khí sót trong xi lanh thay ổi không nhiều, làm tăng hệ số khí
sót, qua ó làm gia tăng ộ loãng của hòa khí và tăng thời gian cháy trễ, quá trình cháy trở nên
chậm chạp, kết quả làm tăng thời gian quá trình cháy. Như vậy, ở tải nhỏ cần tăng góc ánh
lửa sớm. Mặc dù tăng góc ánh lửa sớm không làm thay ổi tốc ộ cháy cũng như không thể rút
ngắn thời gian cháy, nhưng có thể giúp cho quá trình cháy ược thực hiện kịp thời ở khu vực
gần ĐCT. Trong hệ thống ánh lửa cổ iển, bộ tự ộng iều chỉnh góc ánh lửa sớm chân không
sẽ tự ộng tăng góc ánh lửa sớm khi càng óng nhỏ bướm ga.
* Ảnh hưởng của và loại buồng cháy tới quá trình cháy
Ảnh hưởng của : Khi tăng , T và áp suất cuối quá trình nén ều tăng, tạo iều kiện
tốt cho các phản ứng ôxi hóa của hòa khí, nhờ ó sẽ rút ngắn thời kỳ cháy trễ và tăng tốc ộ
lan tràn màng lửa. Vì vậy trong các ộng cơ có cao, thời gian cháy trễ ti ( i ), và thời gian
lan tràn màng lửa ều ược rút ngắn, áp suất cháy cực ại càng sát khu vực ĐCT, 113 lOMoARcPSD| 25865958 p tốc ộ tăng áp suất và pmax ều lớn.
Ảnh hưởng của loại buồng cháy tới quá trình cháy: Loại buồng cháy và cách bố trí xu
páp có liên quan mật thiết với nhau. Buồng cháy càng nhỏ gọn và bố trí xu páp hợp lý sẽ làm
giảm hành trình màng lửa, do ó làm giảm thời gian quá trình cháy, nên làm giảm hiện tượng cháy kích nổ.
3.4.2. Quá trình cháy trong ộng cơ diesel
a. Đặc iểm hình thành hòa khí trong ĐC-D
Quá trình cháy trong ĐC-D cũng có những òi hỏi tương tự như ĐC-X là: ảm bảo cho
nhiên liệu ược cháy kiệt, hóa năng của nhiên liệu kịp thời biến thành nhiệt năng và từ nhiệt
năng biến thành cơ năng một cách hiệu quả nhất. Nhưng nhiên liệu ĐC-D là những thành
phần chưng cất nặng, vì vậy sự hình thành hòa khí trong ĐC-D rất khác biệt với ĐCX. Nhiên
liệu diesel có ộ nhớt lớn, khó bay hơi, nên phải dùng biện pháp phun tơi nhiên liệu dưới áp
suất lớn vào môi trường có áp suất cao, nhiệt ộ lớn của khí nén trong Vc ở cuối kỳ nén, làm
cho hòa khí hình thành trực tiếp trong xi lanh. Sau ó hòa khí cũng qua những giai oạn phản
ứng hóa học phức tạp và tự bốc cháy. Do cuối kỳ nén mới phun nhiên liệu vào xi lanh nên
quá trình hình thành hòa khí rất ngắn, chỉ chiếm khoảng 15 -35o góc quay trục khuỷu, do ó
hòa khí có thành phần không ồng nhất trong Vc của ộng cơ. Mặt khác không thể cấp hết
nhiên liệu cùng một lúc, do ó trong suốt thời gian cấp nhiên liệu, thành phần hòa khí trong
xi lanh cũng biến ộng liên tục. Tại khu vực hòa khí ậm, nhiên liệu do thiếu ôxi nên hòa khí
ậm, thậm chí gây cháy không kiệt tạo nên khói en trong khí xả, còn khu vực hòa khí nhạt
gây nên tình trạng không tận dụng hết ôxy. Vì vậy ĐC-D chỉ có thể hoạt ộng bình thường
không thải khói en, khi giá trị trung bình của > 1, nghĩa là trong tình trạng không sử dụng
hết ôxi nạp vào ộng cơ. Với > 1 vẫn còn hiện tượng cháy không kiệt, ó là một trong những
vấn ể chính cần giải quyết ể nâng cao tính năng ộng lực và tính năng kinh tế của ộng cơ.
Như vậy muốn nâng cao tính năng của ộng cơ cần phải ảm bảo nạp nhiều nhất không
khí mới vào xi lanh, phải nâng cao hết mức hiệu suất sử dụng số không khí này, có nghĩa là
phải ảm bảo cho nhiên liệu cháy kiệt với nhỏ nhất và quá trình cháy kết thúc gần ĐCT.
Do ó, hình thành hòa khí và bốc cháy nhiên liệu là vấn ề then chốt quyết ịnh tính năng ộng
lực và tính năng kinh tế của ộng cơ diesel.
b. Diễn biến của quá trình cháy trong ĐC-D
Nhiên liệu ược phun vào xi lanh ộ ng cơ vào cuối kỳ nén, do lực cản không khí nén
trong buồng cháy, nhiên liệu ược xé tơi thành những hạt nhỏ không ều về kích thước và phân
bố không ều trong không gian Vc. Các hạt nhiên kiệu trong môi trường có nhiệt ộ cao ược
sấy nóng nhanh, khiến nhiệt ộ tăng cao. Nhiên liệu bắt ầu bay hơi từ bề mặt hạt sau ó hơi
nhiên liệu khuyếch tán nhanh vào khối không khí nóng xung quanh, sau một thời gian xung 114 lOMoARcPSD| 25865958
quanh hạt nhiên liệu tạo ra các lớp hỗn hợp của hơi nhiên liệu với không khí ược gọi là các lớp hòa khí. 115 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 3.10. Đồ thị khai triển quá trình cháy ộng cơ diesel
g- Quy luật cấp nhiên liệu
Q- Quy luật nhiệt lượng cấp cho chu trình dQ/dt
– Quy luật tốc ộ toả nhiệt T – Quy luật thay ổi T
Cũng như hòa khí trong ĐC-X, thành phần hòa khí trong ĐC-D cũng có giới hạn trên
và giới hạn dưới, trong phạm vi giới hạn ấy hòa khí có thể thực hiện các phản ứng ôxy hóa
ể tự phát hỏa và bốc cháy. Còn nếu thành phần hòa khí nằm ngoài giới hạn sẽ không tự phát hỏa và bốc cháy.
Vì những lý do phân tích trên, trong ĐC-D quá trình cháy kém mãnh liệt hơn ĐC-X,
do không có các quá trình chuẩn bị hỗn hợp khí công tác như trong ĐC-X tức là quá trình
cháy hỗn hợp không ồng nhất. Quá trình cháy chia ra 4 giai oạn:
* Giai oạn 1: Thời kỳ cháy trễ - Giai oạn chuẩn bị các trung tâm cháy. 116 lOMoARcPSD| 25865958
Là khoảng thời gian nhiên liệu bắt ầu phun vào Vc (tại iểm1) cho ến lúc phát hỏa bốc
cháy, áp suất tăng rõ rệt ( iểm 2) tức là iểm ường cong cháy tách khỏi ường cong nén, gọi là
giai oạn cháy trễ. Giai oạn này có những ặc iểm sau: -
Tốc ộ phản ứng hóa học tương ối chậm, sản vật của phản ứng là sản vật trung gian. -
Nhiên liệu phun liên tục vào buồng cháy, ở giai oạn này khoảng 30 -40%gct, một vài
loại ộng cơ cao tốc cá biệt có thể phun 100%gct trong thời kỳ này. -
Do tốc ộ toả nhiệt dQ/dt rất thấp nên có thể coi không có sự khác biệt của biến thiên
p = f( ) và T = f( ) so với ường nén.
Thời kỳ này ở ĐC-D, trên một chừng mực nào ó, cũng giống như thời kỳ cháy trễ trong
ĐC-X, chủ yếu là ể hình thành nguồn lửa ảm bảo cho quá trình cháy ược phát triển ra toàn
bộ Vc. Nhưng thời kỳ này của ĐC-X chủ yếu là phụ thuộc vào việc chuẩn bị phản ứng hóa
học của hòa khí còn ĐC-D ngoài việc phải chuẩn bị cần thiết cho phản ứng hóa học còn phải
phân bố nhiên liệu trong không gian Vc, sấy nóng các hạt nhiên liệu làm cho nhiên liệu bay
hơi và khuyếch tán… vì vậy càng có nhiều yếu tố ảnh hưởng ến thời kỳ này.
* Giai oạn 2: Thời kỳ cháy nhanh - Giai oạn phát triển những trung tâm cháy và lan
tràn màng lửa tính từ iểm 2 ến khi ạt pmax ( iểm 3). Ở ộng cơ cao tốc pz = pmax thường xuất
hiện ở vị trí 6 – 10o góc quay trục khuỷu sau ĐCT. Đặc iểm của thời kỳ này là:
- Nguồn lửa ược hình thành, tốc ộ cháy tăng nhanh, tốc ộ tỏa nhiệt dQ/dt thường lớn nhất; ở
cuối kỳ này số nhiên liệu cháy khoảng 1/3 gct.
- 䄃Āp suất và nhiệt ộ tăng nhanh, áp suất cao nhất tới 6 - 9 (MPa), tại iểm 3.
- Nhiên liệu ược phun tiếp vào buồng cháy (số nhiên liệu phun vào thời kỳ này phụ thuộc
vào ộ dài ngắn của thời gian cháy trễ và thời gian phun nhiên liệu của chu trình) làm tăng nồng ộ của hòa khí. p p
Trong thời kỳ cháy nhanh, tốc ộ tăng áp suất rất lớn. Nếu vượt quá (4 –
6)105 Pa/ ộ sẽ tạo nên các xung áp suất ập vào bề mặt các chi tiết trong buồng cháy, gây tiếng
gõ anh, sắc ó là chế ộ hoạt ộng thô bạo của ĐC-D, sẽ làm cho các chi tiết ộng cơ chịu tải lớn,
dễ hỏng và rút ngắn tuổi thọ, ồng thời gây khó khăn cho việc iều khiển ộng cơ, do vậy cần
tìm biện pháp hạn chế hiện tượng trên.
Đây là giai oạn tăng áp suất mãnh liệt, tốc ộ toả nhiệt là lớn nhất, áp suất tăng lên rất
mạnh, nhiên liệu vẫn tiếp tục cung cấp. Cuối giai oạn này áp suất lớn nhất ạt tại iểm 3. Để
ánh giá chất lượng và mức ộ mãnh liệt của giai oạn này, người ta ưa ra tốc ộ tăng áp trung
bình của áp suất pso với góc quay trục khuỷu . 117 lOMoARcPSD| 25865958 w c tb p p pzz c ; (3.68)
- Wtb ặc trưng cho khả năng làm việc êm dịu của ộng cơ.
Nhiệt lượng toả ra trong giai oạn này khoảng 30 - 45% của tổng nhiệt lượng sinh ra
trong quá trình cháy. Nhiệt ộ khoảng 1.600 - 1.700K, 䄃Āp suất khoảng 6,5 - 8,5 MN/m2.
Nếu thời kỳ cháy trễ kéo dài, và số lượng nhiên liệu phun vào xi lanh ở thời kỳ trên
rất nhiều và ều ược chuẩn bị ầy ủ ể cháy thì chỉ cần một nơi nào ó phát hỏa, màng lửa sẽ lan
nhanh ến mọi nơi trong buồng cháy. Tốc ộ cháy rất lớn, do ó tăng tốc ộ gia tăng áp suất, hoạt
ộng của ộng cơ trở nên thô bạo rất khó iều khiển trực tiếp tốc ộ cháy của thời kỳ cháy nhanh,
nhưng có thể iều khiển một cách gián tiếp thông qua việc giảm bớt gct cấp cho ộng cơ trong
thời kỳ cháy trễ. Vì vậy có thể thấy, iều khiển thời kỳ cháy trễ có ảnh hưởng rất quan trọng
tới quá trình cháy của ĐC-D, Tuy nhiên tính năng ộng lực và tính năng kinh tế của ĐC-D
hoạt ộng thô bạo chưa chắc ã kém.
* Giai oạn 3: Giai oạn cháy chính của hỗn hợp khí công tác (hoặc cháy chậm) tính từ
iểm 3 ến iểm 4 ( iểm ạt nhiệt ộ lớn nhất). Điểm ạt nhiệt ộ lớn nhất thường xuất hiện sau ĐCT
khoảng 20 - 25o góc quay trục khuỷu. Đặc iểm thời kỳ này là: -
Quá trình cháy tiếp diễn với tốc ộ cháy lớn, cuối thời kỳ này số nhiệt lượng nhả ra
khoảng 70 – 80% nhiệt lượng cấp cho chu trình. -
Trong thời kỳ này, thông thường ã kết thúc phun nhiên liệu, do sản vật cháy tăng
nhanh làm giảm nồng ộ của nhiên liệu và ôxy. -
Nhiệt ộ tăng nhanh ến giá trị lớn nhất (1.700 – 2.000oC), nhưng do pít tông ã bắt ầu
i xuống nên áp suất hơi giảm xuống. -
Nồng ộ sản vật trung gian trong buồng cháy giảm nhanh, còn nồng ộ của sản vật cháy cuối cùng tăng nhanh.
Ở thời kỳ này, mới ầu tốc ộ cháy rất lớn, sau ó do lượng ôxy trong buồng cháy giảm
dần, sản vật cháy tăng lên nhiều, iều kiện cháy trở nên không lợi vì vậy cuối thời kỳ tốc ộ
cháy càng chậm. Trong thời kỳ này một số ít nhiên liệu ược cháy trong iều kiện rất nóng và
thiếu ôxy và cháy không hết tạo ra muội than theo khí xả ra ngoài gây ô nhiễm môi trường.
Vì vậy vấn ề chính của thời kỳ cháy chậm là mâu thuẫn giữa tốc ộ cháy và tốc ộ hình thành
hòa khí. Nếu tăng cường cung cấp ôxy cho nhiên liệu ể cải thiện chất lượng hình thành hòa
khí sẽ làm tăng tốc ộ cháy, rút ngắn thời kỳ cháy chậm làm cho nhiên liệu cháy hoàn toàn,
nâng cao thêm tính năng ộng lực và tính năng kinh tế ộng cơ.
Trong giai oạn này việc cung cấp nhiên liệu vào xi lanh cơ bản là chấm dứt, tiếp tục
cháy phần nhiên liệu chưa cháy kịp ở giai oạn 2 mới phun vào do thiếu ôxy, lẫn khí trơ (sản
vật cháy) do ó tốc ộ toả nhiệt thấp. Nhưng nhiệt lượng toả ra ở giai oạn này là lớn nhất
(khoảng 45 - 50%) so với nhiệt lượng toả ra do sự cháy của nhiên liệu, áp suất giảm do thể 118 lOMoARcPSD| 25865958
tích tăng, nên nhiệt lượng tỏa ra trong giai oạn 3 không tham gia hết vào quá trình giãn nở,
nên nếu kéo dài thì hiệu quả sử dụng nhiệt thấp.
* Giai oạn 4: Giai oạn cháy rớt hỗn hợp còn sót lại. Bắt ầu từ iểm 4 ( iểm ạt Tmax) cho
ến thời iểm kết thúc quá trình cháy 5. Đây là giai oạn cháy hết phần nhiên liệu còn sót lại ở
giai oạn trước và ược tiến hành trên ường giãn nở. Kết thúc giai oạn này hệ số toả nhiệt ạt
ến 95 - 97%. Trên thực tế iểm 5 có thể kéo dài tới lúc mở cửa thải. Trong ộng cơ cao tốc thời
kỳ này chiếm khoảng 50% thời gian hình thành hòa khí và cháy của chu trình. Đặc iểm của thời kỳ này là:
- Tốc ộ giảm dần tới kết thúc cháy, do ó nồng ộ nhả nhiệt dQ/dt cũng giảm dần tới không.
- Do thể tích môi chất trong xi lanh tăng dần nên áp suất và nhiệt ộ ều hạ thấp.
Ở thời kỳ cháy rớt, do á p suấ t và nhiệ t ộ môi chất trong xi lanh ều hạ thấp, chuyển
ộng của dòng khí yếu dần, sản vật cháy tăng nhiều làm cho iều kiện cháy của nhiên liệu kém
hơn so với thời kỳ cháy chậm, khả năng hình thành muội than càng lớn, mặt khác trong thời
kỳ cháy rớt, sự cháy lại diễn ra trong thời kỳ giãn nở, vì vậy phần nhiệt lượng nhả ra trong
thời kỳ này chuyển thành công ít hiệu quả hơn các thời kỳ trước. Ngược lại nó còn làm tăng
phụ tải nhiệt các chi tiết của ộng cơ, tăng nhiệt ộ khí thải và tăng tổn thất nhiệt truyền cho
nước làm mát làm giảm tính năng ộng lực và tính kinh tế ộng cơ. Do ó luôn luôn mong muốn
giảm thời kỳ cháy rớt tới mức ngắn nhất. Muốn vậy phải tăng cường chuyển ộng xoáy lốc
dòng khí trong Vc ộng cơ, cải thiện chất lượng hình thành hòa khí làm cho nhiên liệu và
không khí hòa trộn tốt với nhau, ồng thời giảm lượng nhiên liệu phun vào xi lanh trong giai
oạn 3, làm cho quá trình cháy về cơ bản kết thúc ở sát ĐCT.
Như vậy, muốn cho ĐC-D hoạt ộng tin cậy ( ặc biệt là khi khởi ộng lạnh), cần phải ảm
bảo cho nhiên liệu có iều kiện tốt ể phát hỏa; muốn cho ộng cơ chạy êm, ít ồn có tuổi thọ cao
thì tốc ộ tăng áp suất và áp suất cực ại của thời kỳ cháy nhanh không vượt quá giới hạn cho
phép, phải tìm mọi cách rút ngắn thời kỳ cháy trễ, giảm số hòa khí ược hình thành và chuẩn
bị tốt trong thời kỳ này; muốn cho nhiên liệu ược cháy kiệt, kịp thời nâng cao tính năng ộng
lực và tính kinh tế ộng cơ, giảm khói en, cần cải thiện và tăng cường hòa trộn giữa nhiên liệu
và không khí trong thời kỳ cháy rớt.
c. Ảnh hưởng của những yếu tố chính tới quá trình cháy của ĐC-D
Có nhiều nhân tố gây ảnh hưởng tới quá trình cháy, chủ yếu là: tính chất nhiên liệu, tỷ
số nén, quy luật phun nhiên liệu và góc phun sớm, tốc ộ và phụ tải…
* Ảnh hưởng của tính chất nhiên liệu: Nếu các iều kiện khác như nhau, cứ tăng thích
áng số xêtan của nhiên liệu sẽ rút ngắn thời kỳ cháy trễ. Nếu dùng nhiên liệu có số xêtan nhỏ
sẽ kéo dài thời kỳ cháy trễ, làm cho thời kỳ cháy nhanh nên áp suất tăng nhanh, ộ ng cơ là
m việ c có tiế ng gõ . Như vậy cần dùng nhiên liệu có số xêtan tương ối cao. ĐC-D cao tốc
thường dùng nhiên liệu có số xêtan khoảng 40 – 45. 119 lOMoARcPSD| 25865958
* Ảnh hưởng của : Động cơ diesel cần ảm bảo cho nhiên liệu tự bốc cháy trong iều
kiện sử dụng, muốn vậy nhiệt ộ môi chất cuối quá trình nén, phải vượt quá nhiệt ộ phát hỏa
tự cháy của hòa khí lúc ó (khoảng 3000C), muốn vậy phải có ủ lớn.
Tăng tỷ số nén sẽ làm tăng á p suấ t và nhiệ t ộ cuối quá trình nén, làm tăng tốc ộ sấy
nóng, bay hơi và phản ứng hoá học, rút ngắn thời kỳ cháy trễ, nên tốc ộ tăng áp suất và thời
kỳ cháy nhanh tương ối thấp, iều ó rất thuận lợi cho việc phòng ngừa hoạt ộng thô bạo của
ộng cơ. Nhìn chung nâng cao , rất có lợi ể cải thiện việc khởi ộng lạnh của ộng cơ, nhưng
nếu dùng lớn quá, pmax của chu trình sẽ tăng lên quá nhiều, làm tăng quá mức phụ tải của
cơ cấu khuỷu trục thanh truyền, gây ảnh hưởng ến tuổi thọ của ộng cơ.
Do ó việc chọn cho ĐC-D cần dựa vào iếu kiện sử dụng cụ thể. Đối với ộng cơ có
ường kính xi lanh nhỏ do Flm/Vc lớn, dễ tản nhiệt, cần chọn hơi cao, lúc ấy phụ tải của cơ
cấu khuỷu trục thanh truyền không lớn lắm vì diện tích ỉnh pít tông nhỏ, ộng cơ có buồng
cháy dự bị và buồng cháy xoáy lốc do diện tích tản nhiệt lớn, cũng cần chọn hơi cao. ĐC-
D cao tốc do yêu cầu của hình thành hòa khí và của khởi ộng lạnh cũng chọn hơi cao, ể
áp suất và nhiệt ộ cuối kỳ nén ủ lớn giúp khởi ộng lạnh và hình thành hòa khí dễ dàng và nhanh. Ví dụ: -
Hiện nay một trong các ộng cơ có tốc ộ cao nhất, dùng Vc xoáy lốc D = 75mm, n = 5000 vg/ph với = 22,3. -
Với ĐC-D dùng cho ôtô du lịch, thường xuyên hoạt ộng ở tải vừa và nhỏ,
phải khởi ộng thường xuyên nên cần phải chọn tỷ số nén tương ối cao. -
Còn ộng cơ máy kéo thường xuyên hoạt ộng ở tải lớn nên chọn thấp, nhằm
tránh không ể áp suất cực ại quá lớn. -
Đối với ộng cơ tăng áp ể giảm nhẹ phụ tải cơ khí cho các chi tiết máy, cần
giảm nhỏ , qua ó hạn chế áp suất cực ại khi cháy.
Tóm lại, chọn cho ĐC-D cần dựa vào yêu cầu của khởi ộng lạnh, cấu tạo ộng cơ và
tình hình sử dụng thực tế, trong iều kiện có thể cần chọn nhỏ nhất ể giảm pmax khi cháy.
* Ảnh hưởng của quy luật cấp nhiên liệu: Với lượng nhiên liệu cấp cho xi lanh như
nhau, nếu rút ngắn thời gian cung cấp sẽ làm tăng lượng nhiên liệu phun vào xi lanh trong
thời kỳ cháy trễ, làm cho tốc ộ tăng áp suất của thời kỳ cháy nhanh tăng cao, rút ngắn thời 120 lOMoARcPSD| 25865958
gian cháy làm tăng công suất và hiệu suất ộng cơ, hoạt ộng của ộng cơ tương ối thô bạo. Do
ó có thể nói, thay ổi quy luật phun nhiên liệu là một biện pháp hữu hiệu dùng ể kiềm chế
hoạt ộng thô bạo của ộng cơ và iều chỉnh hiệu suất.
* Ảnh hưởng của góc phun sớm: Tăng góc phun sớm, do nhiên liệu phun vào khối
không khí có áp suất và nhiệt ộ không lớn nên kéo dài thời gian cháy trễ làm cho tốc ộ tăng
áp suất p và áp suất pz tăng cao, ộng cơ làm việc có tiế ng gõ . Nhưng nếu phun p
nhiên liệu muộn quá, quá trình cháy kéo dài qua thời kỳ giãn nở, do ó làm giảm và áp
suất pz , tăng nhiệt ộ khí xả, tăng tổn thất nhiệt cho nước làm mát và giảm hiệu suất của ộng
cơ. Do ó mỗi loại ộng cơ ều có góc phun sớm tốt nhất và ược lựa chọn theo thực nghiệm.
Góc phun sớm tốt nhất phụ thuộc vào loại buồ ng chá y của ộng cơ, các loại buồ ng
cháy phun trực tiếp, góc phun sớm tốt nhất nằm trong giới hạn 25 – 35o góc quay trục khuỷu,
các loại buồng cháy ngăn cách (dự bị, xoáy lốc), góc phun sớm tốt nhất nhỏ hơn, khoảng 15
– 20o góc quay trục khuỷu.
* Ảnh hưởng của chất lượng phun sương: Trong ĐC-D, nhiên liệu có cháy kiệt và kịp
thời hay không, phụ thuộc rất nhiều vào việc phun tơi nhiên liệu, vì nếu nhiên liệu không
ược phun tơi và phân bố không ều trong không gian buồ ng chá y sẽ gây khó khăn cho sự
hình thành hòa khí, kéo dài thời gian cháy rớt, làm giảm công suất và hiệu suất ộng cơ, ngoài
ra còn thải khói en gây ô nhiễm môi trường, tích muội than trên thành buồng cháy làm cho
ộng cơ hoạt ộng không bình thường. Nếu chất lượng phun sương tốt sẽ làm tăng nhanh tốc
ộ hình thành hòa khí, rút ngắn quá trình cháy làm cho nhiên liệu cháy kiệt và cháy kịp thời,
chất lượng phun sương có tác dụng quan trọng ối với ĐC -D dùng buồ ng cháy thống nhất.
* Ảnh hưởng của iều kiện nạp và thải: 䄃Āp suất và nhiệ t ộ không khí vào i vào xi
lanh ộng cơ quyết ịnh trạng thái môi chất trong xi lanh trong quá trình nén. Nếu tăng áp, áp
suất và nhiệt ộ môi chất i vào xi lanh ều tăng, do ó làm tăng á p suấ t và nhiệ t ộ
môi chất cuối thời kỳ nén và nhờ ó cải thiện môi trường hình thành hòa khí, làm giảm p
thời gian cháy trễ và rút ngắn thời gian của quá trình cháy, kết quả sẽ làm giảm , giảm
cháy rớt nhưng làm tăng chút ít pz vì pc cao hơn.
䄃Āp suất trên ường thải tăng lên do cản của ường thải gây ra, sẽ làm tăng số lượng khí
sót và hệ số khí sót của môi chất công tác, vì vậy sẽ làm giảm hệ số nạp. Nếu không thay ổi
lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình thì tình trạng trên sẽ thay ổi thành phần hòa khí,
lượng ô xi bị thiếu làm kéo dài thời gian của quá trình cháy. 121 lOMoARcPSD| 25865958
* Vật liệu làm pít tông và xi lanh: Nếu dùng vật liệu bằng gang, bề mặt pít tông và xi
lanh sẽ nóng hơn so với trường hợp dùng hợp kim nhôm vì gang hấp thụ nhiệt nhanh, tản
nhiệt chậm hơn so với hợp kim nhôm. Kết quả dùng vật liệu bằng gang sẽ rút ngắn thời p
gian cháy trễ và do ó làm giảm và pz.
* Ảnh hưởng của tốc ộ n và phụ tải ộng cơ: Khi tăng tố c ộ ộ ng cơ , cường ộ chuyển
ộng của dòng khí trong xi lanh ược tăng cường, ồng thời còn làm tăng áp suất phun, cải thiện
tốt hơn iều kiện hình thành hòa khí, vì vậy nếu tính theo giây thì khi tăng n sẽ làm giảm thời
gian cháy trễ ti (s), nhưng do thời gian thực hiện một chu trình bị giảm nhiều khi tăng n, vì
vậy thời gian cháy trễ thể hiện bằng góc quay trục khuỷu
i ( i ti 6nti ) thì khi tăng
n, i sẽ hơi tăng. Do ó òi hỏi khi tăng n phải tăng góc phun sớm, ể ảm bảo cho hòa khí bốc
cháy úng lúc gần khu vực ĐCT. Vì vậy ĐC-D lắp trên ô tô và một số thiết bị òi hỏi n thay ổi
trong một phạm vi rộng, cần lắp bộ tự ộng thay ổi góc phun sớm khi tăng n. ĐC-D có buồng
cháy xoáy lốc, khi tăng tốc ộ thì cường ộ xoáy lốc của dòng khí tăng lên nên làm cho ti giảm
nhiều, lúc ấy về cơ bản i thay ổi ít, vì vậy ĐC -D dùng buồ ng chá y xoáy lốc thường không
lắp bộ iều chỉnh góc phun sớm.
Tăng tải sẽ làm tăng nhiệt ộ ộng cơ, cải thiện iều kiện chuẩn bị cháy, vì vậy sẽ rút ngắn
ược thời kỳ cháy trễ. Nhưng do tăng gct và do tăng thời gian phun nên thời gian của toàn bộ
quá trình cháy thường dài thêm.
3.4.3. Các thông số trong quá trình cháy
a. Quan hệ giữa các thông số ở ầu và cuối quá trình cháy:
Quan hệ các thông số của môi chất trong xi lanh ở ầu và cuối qúa trình cháy ược xác
lập theo phương trình trạng thái và các phương trình của các quá trình.
Trạng thái môi chất tại c ở cuối quá trình nén ược coi là trạng thái ầu quá trình cháy.
Các thông số của môi chất tại iểm c gồm pc, Vc, Tc và mc, trong ó mc = gct.M1(1 + r ); M1
– lượng môi chất mới của 1kg nhiên liệu; r - hệ số khí sót.
Phương trình trạng thái của môi chất tại c: + pcVc = 8314.gct.M1(1 r ).Tc (3.69)
Cuối quá trình cháy, tại z, các thông số của trạng thái môi chất gồm có pz, Vz, Tz và mz, trong ó: m z = gct.Mz = g .ct z.M (11 r ); (3.70) 122 lOMoARcPSD| 25865958
Mz – toàn bộ môi chất tại z ứng với 1 Kg nhiên liệu; M z M z
z - hệ số biến ổi mol tại z, ( z = ). M M 1 r M1 1 r
Phương trình trạng thái môi chất tại z: pz.Vz = 8314. g .ct z.M (11 r ) .Tz;
(3.71) Lấy phương trình trạng thái tại z chia cho phương trình trạng thái tại c ược: p .V T zz z z. ; (3.72) p .Vcc Tc p V
Biết rằng: z - tỷ số tăng áp; z
- tỷ số giãn nở khi cháy. Vì vậy ối với pc Vc
ĐC-D (chu trình cấp nhiệt hỗn hợp) ta ược: .T z z (3.73) Tc
Đối với ĐC-X (chu trình cấp nhiệt ẳng tích), Vz =1, ta ược: Vc . z Tz (3.74) Tc
b. Các thông số cơ bản của quá trình cháy: -
Để thuận tiện cho tính toán thực tế, coi ộng cơ xăng, quá trình cháy thực hiện chủ
yếu ở thời kỳ cháy nhanh trong buồ n g chá y tại khu vực ĐCT, do ó coi quá trình cháy là
quá trình ẳng tích (quá trình cháy thực hiện nhanh ến mức pít tông chưa kịp chuyển dịch),
trong quá trình này toàn bộ nhiệt lượng tỏa ra chỉ kịp làm tăng nội năng môi chất và một
phần nhỏ mất mát cho nước làm mát. -
Đối với ộng cơ diesel, về mặt nhiệt ộng quá trình cháy chủ yếu thể hiện qua hai thời
kỳ: cháy nhanh và cháy chính. Khi tính thời kỳ cháy nhanh ược thay bằng ường ẳng tích CZ‟
còn thời kỳ cháy chính ược thay bằng ường ẳng áp Z‟Z. Như vậy nhiệt lượng do nhiên liệu
bốc cháy nhả ra trong quá trình cháy của ộng cơ diesel chẳng những ược dùng kịp thời ể
nâng cao nội năng của môi chất (một phần nhỏ mất mát cho nước làm mát), mà còn ược
dùng ể thực hiện một phần công ở giai oạn cháy ẳng áp. 123 lOMoARcPSD| 25865958
Quá trình cháy của ộng cơ trong thực tế bao giờ củng có những tổn thất do nhiên liệu
cháy chưa kiệt, do phân giải của sản vật cháy và do tản nhiệt cho nước làm mát. -
Nhiên liệu cháy chưa kiệt là hiện tượng phổ biến ở mỗi loại ộng cơ, ược thể hiện
dưới các dạng sau: Một phần nhiên liệu không kịp cháy trong các thời kỳ cháy nhanh và
cháy chính trong sản vật cháy có khói en (muội than), các sản vật trung gian chưa cháy kiệt. -
Phân giải của sản vật cháy xuất hiện khi nhiệt ộ cháy vượt quá 20000K, ặc biệt là quá
trình cháy của ộng cơ xăng, nhiệt phân giải không bị mất hoàn toàn. Các sản vật phân giải
sẽ tái hợp trở lại trên ường giãn nở khi nhiệt ộ môi chất giảm xuống. Số nhiệt lượng nhả ra
khi tái hợp sẽ ược chuyển biến thành công, nhưng ít hiệu quả hơn so với nhiệt lượng nhả ra
ầu quá trình cháy. Vì vậy phân giải sẽ làm giảm nhiệt lượng cấp cho chu trình ở giai oạn ầu quá trình cháy.
Dùng hệ số tỏa nhiệt x ể chỉ tỷ số giữa phần nhiệt lượng do số nhiên liệu ã kịp cháy tỏa
ra tại thời iểm xét so với toàn bộ nhiệt lượng của số nhiên liệu cấp cho chu trình. x
g Qct . T Qcc Qpg (3.75) g Qct . T Trong ó:
gct – lượng nhiên liệu cấp cho chu trình (kg/chu trình);
QT – nhiệt lượng của một kg nhiên liệu (J/kg nhiên liệu);
Qcc – nhiệt lượng của phần nhiên liệu chưa cháy trong chu trình;
Qpg – nhiệt lượng do phân giải sản vật cháy. Với
1 có: QT = Qt (nhiệt trị thấp của nhiên liệu)
1 có: QT = Qt - Q Trong ó:
Qt – là phần tổn thất nhiệt tất yếu do thiếu ôxi.
Qt = 120.106(1 - )Mo (J/Kg nhiên liệu)
Hệ số x là biến số trong suốt quá trình cháy, phụ thuộc tính hoàn thiện của quá trình
và biến ộng từ x = 0 ( ầu quá trình cháy) ền x = 1 (cuối thời kỳ cháy rớt).
Ngoài tổn thất Qcc, Qpg còn có tổn thất nhiệt cho nước làm mát Qw, các phần tổn thất
này cũng thay ổi liên tục trong quá trình cháy và quá trình giãn nở. 124 lOMoARcPSD| 25865958
Người ta còn dùng hệ số lợi dụng nhiệt ể chỉ phần nhiệt ược dùng cho việc nâng
cao nội năng của môi chất trong xi lanh và ể sinh công trong quá trình cháy và giãn nở so
với số nhiệt lượng cấp cho chu trình gct.QT, là: x Qw (3.76) g .QctT
Như vậy tại một iểm bất kỳ trong quá trình cháy và trên ường giãn nở, luôn có: .g .Q ct T x.g .Qct T Qw (3.77)
Tại z, cuối thời kỳ cháy chính ta có: z.g .Qct T x .g .Qz ct T Qwz (3.78)
Tại b, cuối quá trình giãn nở: b .g .Qct T x .g .Qb ct T Qwb (3.79) Trong ó
z, b - là hệ số lợi dụng nhiệt tại z và b.
- Gọi xz và xb là hệ số tỏa nhiệt tại z và b, thể hiện phần nhiên liệu ã kịp cháy tại z và b, tỷ lệ thuận với
z , b tại hai iểm trên, giả thiết xb = 1, có: z xz b (3.80)
Tính chất cháy kịp thời ược thể hiện qua xz, tại z cuối thời kỳ cháy chính qua biểu thức: x
g Q Qct . T ct . ccT Qpg . Hệ số lợi dụng nhiệt tại z ( z ) lại phụ thuộc vào xz và g Q
phần tổn thất cho nước làm mát Qwz. Muốn nâng cao z cần phải nâng cao xz (bằng cách
giảm Qccz và Qpg,tức là giảm phần nhiên liệu cháy trong thời kỳ cháy rớt) và giảm Qwz (nhờ
giảm diện tích truyền nhiệt của Vc). 125 lOMoARcPSD| 25865958
Như vậy tất cả các yếu tố gây ảnh hưởng ến cháy rớt và tới nhiệt truyền cho nước làm
mát khi cháy ều gây ảnh hưởng tới z .
Ví dụ khi tăng tốc ộ ộng cơ (n), mặc dù sẽ giảm Qwz (vì giảm thời gian truyền nhiệt cho
nước làm mát), nhưng sẽ làm tăng số nhiên liệu chưa kịp cháy tại z ể tham gia cháy rớt, qua
ó làm tăng Qccz và giảm xz, kết quả sẽ làm giảm chút ít z .
So với ộng cơ xăng, z của ộng cơ iêdel nhỏ hơn vì hiện tượng cháy rớt nhiều hơn, do
ặc iểm hình thành hòa khí bên trong xi lanh, hỗn hợp không ều, và do ặc iểm của ngọn lửa
khuyếch tán, tốc ộ cháy phụ thuộc vào ngọn lửa khuyếch tán.
Hiện tượng phân giải sản vật cháy gây ảnh hưởng tới Qpg và do ó tới x và qua các
z .Tz và QT = Qt - Q. Hiện tượng phân giải sản
vật cháy phụ thuộc biểu thức: Tc
vào nhiệt ộ. Nhiệt ộ cháy cực ại Tz của ộng cơ diesel thường không quá 2.2000K, do ó hiện
tượng phân giải của ộng cơ diesel thường không quá 2% còn nhiệt ộ ộng cơ xăng thường rất
cao Tz khoảng 2.8000K nên hiện tượng phân giải sản vật cháy tương ối nặng. Do ó ộng cơ
diesel có thể bỏ qua hiện tượng phân giải sản vật cháy, nhưng ở ộng cơ xăng thì cần tính tới tổn thất này.
Với thành phần hòa khí = 0,89 – 0,95 ở toàn tải, ộng cơ xăng có Tz lớn nhất, vì vậy
hiện tượng phân giải cũng trầm trọng nhất.
Tóm lại, khi chọn z cần xét toàn diện tất cả các yếu tố có liên quan tới Qcc, Qpg và Qw.
Giá trị thống kê số liệu thực nghiệm của z , pz, Tz tại iểm z trên ồ thị công của các loại
ộng cơ thường nằm trong phạm vi:
Loại ộng cơ z pz (MPa) Tz (K)
Động cơ diesel 0,65 - 0,85 5,0 - 10,0 1800 – 2200
Động cơ xăng 0,85 - 0,92 3,0 - 5,0 2300 – 2800
Động cơ ga 0,80 - 0,85 2,5 - 4,5 2200 – 2500
Giá trị pz lớn thuộc về ộng cơ diesel cao tốc. Một vài trường hợp với ộng cơ diesel
tăng áp cỡ nhỏ, tốc ộ cao, trị số pz có thể tới 12,0 -15,0 MPa. 126 lOMoARcPSD| 25865958
Hệ số tăng áp khi cháy của ộng cơ diesel thường nằm trong giới hạn: 1,2 1,4; ộng cơ xăng 3 4.
Hệ số giãn nở khi cháy của ộng cơ diesel nằm trong giới hạn: 1,2 1,7.
3.5. QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ SINH CÔNG
3.5.1. Diễn bi Ān của quá trình giãn nở
Quá trình giãn nở thực tế của ộng cơ không phải là quá trình oạn nhiệt như chu trình lý
tưởng mà ngược lại trao ổi nhiệt giữa môi chất và môi trường diễn ra liên tục trong suốt quá
trình giãn nở. Các hiện tượng cấp thêm nhiệt cho môi chất cũng như hiện tượng gây mất
nhiệt của môi chất biểu hiện rất phức tạp, gồm có: hiện tượng cháy rớt của hòa khí, hiện
tượng phân giải của sản vật cháy khi nhiệt ộ còn rất cao và tái hợp trở lại khi nhiệt ộ môi
chất ã giảm, tản nhiệt từ môi chất trong thành xi lanh trong iều kiện nhiệt ộ, áp suất và diện
tích tản nhiệt thay ổi liên tục; rò khí từ xi lanh ra ngoài qua các khe hở giữa pít tông, xi lanh và vòng găng...
Nếu gọi quá trình giãn nở là một quá trình a biến với chỉ số a biến n 2 thay ổi liên tục
suốt từ ầu tới cuối quá trình thì diễn biến của giá trị n 2 như sau:
Đầu quá trình giãn nở, còn nhiều nhiên liệu cháy rớt, lúc ầu do nhiệt ộ quá nóng sản vật
cháy cuối cùng bị phân giải gây mất nhiệt, nhưng sau ó khi nhiệt ộ hạ dần lại tái hợp (hàn
nguyên) trở lại, hiện tượng tái hợp trở lại cũng là cháy rớt, và cấp nhiệt cho môi chất, trong
khi ó phần mất nhiệt do rò khí và do tản nhiệt cho thành xi lanh còn nhỏ không áng kể. Như
vậy giai oạn ầu quá trình ược diễn ra trong iều kiện vừa giãn nở vừa ược cấp nhiệt làm cho
ường giãn nở thực tế phẳng hơn so với ường oạn nhiệt và giá trị n 2 < k2 (k2 chỉ số oạn nhiệt của sản vật cháy).
Hình 3.11. Đồ thị p = f(V) của quá trình giãn nở trong ĐCĐT 127 lOMoARcPSD| 25865958
Pít tông i xuống, càng cách xa ĐCT, các hiện tượng cháy rớt và tái hợp các phần phân giải
của sản vật cháy càng giảm, trong khi phần nhiệt tản cho nước làm mát lại tăng dần (do tăng
diện tích tản nhiệt), trong iều kiện ấy, phần nhiệt cấp cho môi chất ngày càng giảm mạnh, và
làm tăng ộ dốc của ường giãn nở tức là làm tăng chỉ số giãn nở a biến n 2 . Tại vị trí nào ó
của pit tông số nhiệt lượng do cháy rớt tạo ra vừa cân bằng với phần nhiệt lượng tản ra bên
ngoài (do rò khí và do tản nhiệt cho nước làm mát), có thể coi vị trí ó có chỉ số giãn nở n 2
= k2 và quá trình giãn nở tức thời của vị trí ấy là giãn nở oạn nhiệt.
Sau vị trí vừa xét pit tông càng i xuống gần ĐCD, phần mất nhiệt của môi chất càng trở nên
nhiều hơn nhất là kể từ khi kết thúc cháy rớt trở i. Vì vậy thời kỳ này môi chất vừa giãn nở
vừa mất nhiệt làm cho ường giãn nở thực tế dốc hơn ường oạn nhiệt và n 2 > k2 .
Như vậy quá trình giãn nở là quá trình a biến với trị số tức thời của chỉ số a biến n 2 liên
tục tăng suốt từ ầu ến cuối quá trình.
Đầu quá trình môi chất nhận nhiệt nhiều hơn n2‟ > k2, tới một iểm trung gian khi nhiệt
lượng cấp cho môi chất, cân bằng với nhiệt lượng tản mất thì n2‟ = k2, sau ó phần nhiệt bị
tản mất nhiều hơn nên n2‟ < k2. Mục ích tính quá trình giãn nỡ thực tế là nhằm xác ịnh lượng
công tạo ra trong quá trình và xác ịnh các thông số cuối quá trình giãn nở trong sơ ồ tính, trở
thành quá trình giãn nở a biến với chỉ số giãn nở a biến trung bình n2.
Có thể xác ịnh giá trị n2 (trung bình) gần úng qua phương trình cân bằng nhiệt của quá
trình giãn nở hoặc qua các số liệu thực nghiệm theo ặc iểm cấu tạo và ặc iểm sử dụng ộng cơ.
3.5.2. Các thông số quá trình giãn nở
Các thông số ầu quá trình giãn nở, là: pz, Tz, Vz và mz, các thông số cuối quá trình là pb,
Tb, Vb và mb. Muốn xác ịnh mối quan hệ giữa chúng, người ta dùng phương trình trạng thái
của các môi chất tại iểm z và b, với giả thiết xu páp thải ược mở tại ĐCD (Vb = Va). Quá
trình giãn nở từ z ến b ta có: p V n n z z 2 p Vb b 2
(3.81) Các phương trình trạng thái tại z và tại b:
pzVz = 8314mz . Tz (3.82) pbVb = 8314mb . Tb
Số lượng môi chất tại z: mz = zgctM1(1 + r)
(3.83) Số lượng môi chất tại b: mb = bgct M1(1 + r) (3.84) 128 lOMoARcPSD| 25865958
Trong ó: z – hệ số thay ổi phân tử (thể tích) tại z;
b – hệ số thay ổi phân tử tại b. Ta biết: o 1 z = 1 + 1 r xz o 1 b = 1 + 1 r xb
Trong ó: xz và xb – là các hệ số nhả nhiệt tại z ( ầu quá trình giãn nở) và tại b (cuối quá trình giãn nở).
Do sai lệch giữa xz và xb không lớn, khi tính có thể giả thiết xz = xb, vì vậy z = b, nên
mz = mb. Chia hai vế của (3.82) cho nhau sẽ ược: p V T zz z (3.85) p Vb b Tb V Gọi = b Vz
Va là hệ số giãn nở trong quá trình giãn nở, ta có: = Vz V b Va Vz Vz = = = (3.86) p Vz z Tz Động cơ diesel từ p V n n zz 2
p Vbb 2 và p Vb b Tb , tìm ược: p T p z z b n 2 và Tb n2 1 (3.87) V b Va vào 129 lOMoARcPSD| 25865958 Với ộng cơ xăng: 1 và theo = V = V = . Thay z z pp pnz2 và Tb Tn2z 1 , ược: pz Tz pp n2 ; Tb = n2 1 (3.88)
3.5.3. Công trong quá trình giãn nở
Công trong quá trình giãn nở ược xác ịnh: V b Lzb p.dV (3.89) V z
Trong quá trình giãn nở a biến pVn2 p V n2 n2 z z p Vb b ; Từ ó có: p p .V znz2 n2 p .VbVn2bn2 , thay p Vzzn 2 p Vb bn 2 vào Lzb VV bz p.dV , V ược: L zb 1(p .Vzz p .V )b b (3.90) n2 1 L zb np .Vz z1 1 VVbz n2 1 2 Thay (3.82) vào Lzb n21 1(p .Vzz p .V )b b , ược: 130 lOMoARcPSD| 25865958 8314 n2 1 L zb m .Tz z m .Tb b (3.91) hoặc: L b zb 8314n .m .T 1zz 1 m .Tm .Tbz z (3.92) 2 8314
Nhân và chia vế phải của L zb 1 m .Tz z m .Tb b với mc ược: n2 L z zb n83142 1mc mmc Tz mmbc Tb (3.93) mz Mz z ; mb Mb b. Biết rằng: m c g .M (1ct1 r ); mc Mc mc Mc Vì vậy: 8314 L zb .g .M (1ct 1 r ).( z.Tz b.T )b (3.94) n2 1
3.5.4. Những nhân tố ảnh hƣởng Ān chỉ số giãn nở a bi Ān trung bình n2
Trong quá trình giãn nở bất kỳ yếu tố nào làm tăng cháy rớt sẽ làm giảm n2, còn làm
tăng mất nhiệt của môi chất sẽ làm cho n2 tăng. Những yếu tố gây ảnh hưởng ến n2 bao gồm:
tốc ộ và phụ tải ộng cơ, kích thước xi lanh, trạng thái nhiệt của ộng cơ, chất lượng và diễn biến quá trình cháy…
a. Tốc ộ ộng cơ (n)
Nếu tăng n sẽ làm giảm số nhiệt lượng từ môi chất truyền ra ngoài qua truyền nhiệt và rò
khí (vì giảm thời gian tiếp xúc giữa môi chất và thành xi lanh cũng như thời gian rò khí của
mỗi chu trình), trong khi ó ộng cơ diesel lại tăng thời kỳ cháy rớt khiến môi chất càng nhận
nhiệt nhiều hơn, kết quả làm giảm n2. Nếu giảm tốc ộ ộng cơ kết quả sẽ ngược lại. 131 lOMoARcPSD| 25865958
Trong ộng cơ xăng cũng có xu hướng tương tự, n2 cũng giảm khi tăng n, nhưng sự thay
ổi của n2 theo n của ộng cơ xăng có những ặc iểm riêng biệt khi ộng cơ hoạt ở toàn tải hoặc
sát toàn tải. Trong phạm vi tốc ộ thấp (từ 1.000 – 1.600 vòng/phút) giá trị n2 giảm tương ối
nhanh khi tăng n, khi vượt quá 1.800 vòng/phút n2 không những không giảm mà có chiều
gia tăng khi tăng n, vì ở tốc ộ này vận ộng rối loạn (xoáy lốc) của dòng khí trong Vc ược gia
tăng làm giảm cháy rớt, giảm tổn thất nhiệt cho thành xi lanh và rò khí.
b. Phụ tải của ộng cơ
Phụ tải của ộng cơ có ảnh hưởng ến n2 trên hai mặt: -
Khi tăng tải một mặt do á p suấ t và nhiệ t ộ môi chất trong quá trình giãn nở ều tăng,
do ó làm tăng chênh áp và nhiệ t ộ giữa môi chất và môi trường xung quanh, qua ó làm tăng
phần nhiệt tổn thất qua truyền nhiệt và rò khí. -
Mặt khác, tăng tải với ộng cơ diesel là tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình, qua
ó làm giảm hệ số dư lượng không khí và làm tăng cháy rớt trên ường giãn nở, vì vậy làm
tăng phần nhiệt lượng cấp cho ộng cơ trong quá trình giãn nở.
c. Kích thước xi lanh Nếu Vh =const mà giảm DS (trường hợp DS < 1), sẽ làm giảm FV lmh , mức ộ
tản nhiệt môi chất cho thành xi lanh sẽ giảm qua ó làm giảm n2. Nếu giữ cho S = D Flm
khiến môi chất tản nhiệt nhiều hơn qua ó làm tăng
const mà giảm Vh, sẽ làm tăng Vh n2.
d. Cấu tạo buồng cháy
Flm càng nhỏ, tản nhiệt càng khó, làm giảm n2, ngược lại sẽ Buồng cháy có tỷ số Vc làm tăng n2.
e. Diễn biến quá trình cháy
Tăng tốc ộ cháy của hòa khí trong thời kỳ cháy nhanh và cháy chính sẽ giảm hòa khí
bốc cháy trong thời kỳ cháy rớt, kết quả làm tăng n2. 132 lOMoARcPSD| 25865958
f. Trạng thái nhiệt của ộng cơ
Khi tăng trạng thái nhiệt, tức là tăng nhiệt ộ bề mặt các chi tiết trong thành xi lanh trong
thời kỳ giãn nở, mặt khác sẽ làm giảm cháy rớt trên ường giãn nở ( ối với ộng cơ xăng ít xẩy
ra). Nên khi tăng trạng thái nhiệt cho ộng cơ xăng sẽ làm giảm n2 chút ít. Trong ộng cơ diesel
hiện tượng cháy rớt là phổ biến và tương ối trầm trọng vì vậy khi tăng trạng thái nhiệt sẽ làm
giảm cháy rớt nhiều, làm cho n2 tăng chút ít.
Các giá trị của chỉ số giãn nở a biến trung bình n2, p, T cuối quá trình giãn nở pb, Tb nằm trong giới hạn sau:
Loại ộng cơ n2 pb (MPa) Tb ( 0K) Động cơ xăng
1,23 – 1,20 0,35 – 0,50 1.500 – 1.700
Động cơ diesel ôtô máy kéo 1,14 – 1,23 0,20 – 0,40 1.000 – 1.400
Động cơ diesel tàu thủy cao tốc 1,15 – 1,25 0,35 – 0,60 1.000 – 1.200
Động cơ tốc ộ thấp và vừa 1,22 – 1,30 0,25 – 0,35 900 – 1.000 3.6. QUÁ TRÌNH XẢ
3.6.1. Diễn bi Ān của quá trình xả
Quá trình thải bắt ầu từ khi xu páp xả mở ( iểm b,) kết thúc khi xu páp xả óng (ro), ứng
với oạn b,brro. Quá trình xả có thể chia làm 3 giai oạn.
Hinh 3.12. Đồ thị p = f(V) của quá trình thải trong ĐCĐT a. Giai oạn 1:
Là giai oạn xả tự do, bắt ầu từ thời iểm mở xu páp xả ến khi pít tông ến ĐCT, ây là giai
oạn mở sớm của xu páp. Khí xả thoát ra ngoài với tốc ộ rất lớn (600 – 700 m/s) gây tiếng ồn.
Lượng khí xả thoát ra trong giai oạn này khoảng 60 - 70%. Khi pít tông ến ĐCD áp suất khí xả giảm nhiều. b. Giai oạn 2:
Xả cưỡng bức pít tông từ ĐCD lên ĐCT ẩy khí xả ra ngoài qua xu páp xả với vận tốc
200 - 300 m/s, lượng khí xả thải ra ở giai oạn này khoảng 25 - 30%. 133 lOMoARcPSD| 25865958 c. Giai oạn 3:
Xả quán tính, pít tông từ ĐCT ến khi xu páp xả óng ( iểm ro). Sản vật cháy thoát ra ngoài
theo quán tính. Lượng khí thải ra ở giai oạn này khoảng 5%. Nhận xét:
Công tiêu hao cho việc ẩy khí thải ra ngoài cũng như mức ộ quét sạch buồng cháy phụ
thuộc chủ yếu vào góc ộ phối khí trong quá trình xả.
Nếu xu páp xả mở sớm quá thì phần tổn thất công giãn nở lớn dù công ẩy khí thải ít i
cũng không bù ắp nổi công mất mát ó.
Nếu mở xu páp xả quá muộn thì công tổn thất cho việc ẩy khí thải ra ngoài lớn và hiệu
quả quét sạch buồng cháy kém 3.6.2. Các thông số quá trình xả - Đầu quá trình xả:
+ 䄃Āp suất khoảng 0,4 - 0,5 MN/m2,
+ Nhiệt ộ khoảng 1.100 – 1.6000K. - Cuối quá trình xả:
+ 䄃Āp suất khoảng 0,11 – 0,12 MN/m2
+ Nhiệt ộ khoảng 670 – 1.2200K CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Các loại và các chỉ tiêu ánh giá chu trình ộng cơ ốt trong.
2. Diễn biến và các thông số ảnh hưởng ến quá trình nạp.
3. Diễn biến và các thông số ảnh hưởng ến quá trình nén. 4. Công nén.
5. Những yếu tố ảnh hưởng ến chỉ số nén a biến trung bình.
6. Tỷ số nén trong ộng cơ xăng và ộng cơ diesel.
7. Diễn biến và những yếu tố ảnh hưởng ến quá trình cháy trong ộng cơ xăng.
8. Diễn biến và những yếu tố ảnh hưởng ến quá trình cháy trong ộng cơ diesel.
9. Các thông số cơ bản của quá trình cháy.
10. Diễn biến và các thông số quá trình giãn nở. 11. Công giãn nở. 134 lOMoARcPSD| 25865958
12. Những yếu tố ảnh hưởng ến chỉ số giãn nở a biến trung bình.
13. Diễn biến của quá trình thải.
Chƣơng 4. CÁC CHỈ TIÊU VỀ TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ
THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
4.1. CÁC CHỈ TIÊU CHÍNH
Người ta dùng các chỉ tiêu sau ể so sánh tính năng kinh tế k礃̀ thuật của ộng cơ ốt trong: - Công suất ộng cơ; - Hiệu suất ộng cơ;
- Tuổi thọ và ộ tin cậy; - Khối lượng; - Kích thước bao.
Mỗi loại chỉ tiêu kể trên ều giữ vai trò chủ yếu khác nhau theo công dụng và iều kiện sử
dụng ộng cơ. Trước tiên cần làm rõ khái niệm và nội dung từng loại chỉ tiêu trên
4.1.1. Công suất ộng cơ
Công suất là yêu cầu ầu tiên của máy công tác và hệ thống ộng lực sử dụng ộng cơ. Công
suất có ích là công suất thu ược từ uôi trục khuỷu, rồi từ ó truyền cho máy công tác. Công
suất có ích là chỉ tiêu quan trọng quyết ịnh khả năng sử dụng ộng cơ ể dẫn ộng máy công tác
và hệ thống ộng lực cụ thể.
4.1.2. Hiệu suất có ích của ộng cơ
Hiệu suất có ích thể hiện số phần trăm nhiệt lượng chuyển thành công có ích trong tổng số
nhiệt lượng cấp cho ộng cơ, do kết quả ốt cháy nhiên liệu trong xi lanh tạo ra. Hiệu suất có
ích càng cao thì lượng nhiên liệu tiêu hao cho 1 KW trong một giờ sẽ càng nhỏ, nhờ vậy làm
giảm số lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ, iều ó có ý nghĩa quan trọng ối với ộng cơ dùng
trên các thiết bị vận tải, vì ể chạy một quảng ường nhất ịnh sẽ cần ít nhiên liệu dự trữ, nhờ ó
chở ược nhiều hàng hơn, tiền chi phí cho nhiên liệu ít hơn và giá thành vận tải sẽ nhỏ hơn.
4.1.3. Tuổi thọ và ộ tin cậy trong hoạt ộng của ộng cơ
Tuổi thọ của ộng cơ là thời gian sử dụng giữa 2 kỳ sửa chữa (tính theo giờ hoặc Km của
thiết bị vận tải ). Độ tin cậy ược phản ánh qua tỉ số của giờ sử dụ ng tốt {không có hỏng hóc,
không mài mòn thái quá, không bị giảm công suất .v.v..} và toàn bộ số giờ sử dụng kể cả số
giờ hỏng hóc và thời gian khắc phục những hỏng hóc ấy trong khoảng thời gian giữa 2 kỳ
sửa chữa. Do ó thước o ộ tin cậy có tính xác suất. 135 lOMoARcPSD| 25865958
Độ tin cậy phụ thuộc vào chất lượng chế tạo, lắp ghép iều chỉnh và tính ổn ịnh về chất
lượng của vật liệu chế tạo ộng cơ.
Muốn nâng cao ộ tin cậy của ộng cơ, trước tiên cần nâng cao ộ bền mỏi của chi tiết, giảm
ứng suất tập trung và nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết.
Tuổi thọ của ộng cơ phụ thuộc vào tính hoàn thiện về mặt cấu tạo các chi tiết ộng cơ cũng
như mức ộ cường hoá ộng cơ theo tải (pe) và tốc ộ (n). Chất lượng nhiên liệu, dầu nhờ n, iều
kiện sử dụng và chế ộ làm việc của ộng cơ cũng ảnh hưởng lớn ến tuổi thọ.
Động cơ diesel cỡ lớn tốc ộ thấp, sau thời gian chạy 3 † 5 vạn giờ mới phải doa hoặc thay
xi lanh. Còn ộng cơ diesel cao tốc cỡ nhỏ chỉ sau 5 † 8 nghìn giờ ã phải doa xi lanh.
Chỉ tiêu về ộ tin cậy và tuổi thọ gây ảnh hưởng trực tiếp tới giá thành ộng cơ và năng suất
của thiết bị vận tải.
4.1.4. Khối lƣợng ộng cơ
Khối lượng ộng cơ gắn liền với lượng vật liệu (kim loại và phi kim loại) dùng chế tạo
ộng cơ và trực tiếp ảnh hưởng tới giá thành ộng cơ. Khối lượng G (kg) phụ thuộc vào các
yếu tố của chu trình công tác và ặc iểm cấu tạo của ộng cơ. Khối lượng ộng cơ lại có liên
quan mật thiết tới tuổi thọ. Thông thường ộng cơ cao tốc, nhẹ thường có tuổi thọ thấp, còn
ộng cơ lớn, thấp tốc, nặng thường có tuổi thọ cao.
Người ta thường dùng suất khối g làm chỉ tiêu so sánh về mặt khối lượng giữ các ộng cơ: g =G /Neq (Kg/kW)
Giá trị g biến ộng trong phạm vi rộng, g =1,3 ÷ 70 (Kg/KW). Các loại ộng cơ hiện nay g nằm trong giới hạn sau:
Động cơ cường hóa ít: 18 g < 40 Kg/KW
Động cơ cường hoá ở mức ộ vừa: 8< g < 18 Kg/KW
Động cơ cường hoá cao: 1,3 < g < 8 Kg/KW
Người ta còn dùng khái niệm về khối lượng lít, ó là khối lượng ộng cơ quy về 1 lít thể tích
công tắc xi lanh: GL = G /i.Vh (Kg/l); (trong ó: i-số xi lanh; Vh (l) – thể tích công tắc của một xi lanh).
4.1.5. Kích thƣớc bao
Kích thước bao quyết ịnh bởi ba kích thước: dài (L), rộng (B), cao (H) của khối chữ nhật,
ược o giữa các iểm ở giới hạn ngoài cùng của khối ộng cơ. Để ánh giá mức ộ sử dụng các
kích thước trên, người ta dùng các chỉ tiêu sau:
Ne / LBH – ánh giá mức o sử dụng thể tích mà ộng cơ chiếm.
Ne / LB – ánh giá mức ộ sử dụng diện tích ặt ộng cơ.
Ne / BH – ược gọi là công suất chính diện, có ý nghĩa ặc biệt với ộng cơ máy bay. 136 lOMoARcPSD| 25865958
Các kích thước gây ảnh hưởng trực tiếp ến iều kiện sử dụng ộng cơ, phụ thuộc vào số xi
lanh i, cách bố trí xi lanh trên ộng cơ, tỉ số giữa hành trình S và ường kính của pít tông .v.v.
Trong một vài trường hợp cụ thể chỉ tiêu về kích thước bao có thể quan trọng hơn các chỉ
tiêu khác. Ngoài 5 chỉ tiêu trên ôi khi còn thêm các chỉ tiêu khác như: tính thích ứng của
ộng cơ ối với thiết bị vận tải ường bộ, hiệu suất của ộng cơ ối với một vài chế ộ ược dùng
nhiều nhất, chiều cao trọng tâm của ộng cơ … Trong một số trường hợp cụ thể, các chỉ tiêu
này có thể còn quan trọng hơn các chỉ tiêu trên.
Trong phạm vi môn học nguyên lý ộng cơ cần hiểu k礃̀ về hai chỉ tiêu ầu. Các chỉ tiêu về
tính năng kinh tế kĩ thuật của ộng cơ luôn luôn phụ thuộc vào chất lượng của chu trình công
tác, ược thể hiện qua hai thông số chính là: áp suất chỉ thị trung bình pi và hiệu suất chỉ thị
i , vì vậy trước tiên cần hiểu k礃̀ hai thông số này.
4.2. CÁC THÔNG SỐ CHỈ THỊ
4.2.1. Công chỉ thị Li và áp suất chỉ thị trung bình pi
Trong chu trình công tác của ộng cơ 4 kỳ, chỉ có kỳ thứ 3 là kỳ sinh công, do quá trình
cháy của hỗn hợp khí sinh ra năng lượng nhiệt biến thành công trong xi lanh – ược gọi là công chỉ thị.
Kết quả tính toán nhiệt vẽ ra ồ thị công - ược gọi là ồ thị công tính toán lý thuyết. Trên
hình 4.1 và 4.2 ường acz,zbna là ường cong tính toán và afedgxu là ường cong hiệu ính của
ộng cơ diesel. Đường cong afkzba là ường cong tính toán và afkz,1lx là ường cong hiệu ính của ộng cơ xăng.
- Đối với ồ thị công tính toán, ta có công chu trình tính toán: L' L i z z' Lzb Lac (4.1) + Công L ,
z z là công của quá trình giãn nở ẳng áp p = const: V L z z z, p Vz z p Vz c p Vzc Vc 1 p V (zc 1) p V (c c 1) (4.2)
+ Công giãn nở a biến zb: 137 lOMoARcPSD| 25865958 p Vzz 1 V n 1 2 L z zb Vb (4.3) n2 1 Vz , Vb và
Nhân và chia vế phải của ẳng thức trên với Vc, rồi thay Vc Vz pz .pc , sẽ ược: 1 n 1 2 1 n 2 1 (4.4) L zb p Vc c V c dV 1
+ Công nén a biến tính theo L n ac p Va a 1 a V n1 n 11 p V p Va a c c , ưa V
pcVc làm thừa số chung và sau khi tính toán có: V p V 1 np Vc c 1 1 V c c c a n 11 n 1 1 1 n 1 1 (4.5) Lac 1
Thay các giá trị Lz‟z, L L zb và Lac vào L'i z z' Lzb Lac , ược: L 'i p Vc c 1 n 2 1 1 n12 1 n11 1 1 n11 1 (4.6) 138 lOMoARcPSD| 25865958 N - Gọi p (,i
m 2 ) là áp suất chỉ thị trung bình tính theo lý thuyết (chưa hiệu ính)
của chu trình công tác là công chỉ thị của một ơn vị thể tích công tác của xi lanh trong một
chu trình ược thể hiện qua biểu thức: L' ' i 3
pi = Vh , (J/m hoặc N/m2 = Pa) (4.7)
Thay L'i vào, ược: p i' L'i pa n1 1 n 2 1 1 n12 1 n11 1 1 n11 1 (4.8) Vh 1 n1 Vc 1 và Trong ó p p c a Vh 1 Nếu thay 1, lúc ấy
sẽ ược p,i của chu trình cấp nhiệt ẳng tích ( ộng cơ xăng). p ' i VL'hi pa n11 n 2 1 1 n12 1 n11 1 1 n11 1 (4.9)
trong ó: L'i (J, hoặc N.m ); Vh (m3) – thể tích công tác của xi lanh;
Thứ nguyên của áp suất là Pa (N/m2). 139 lOMoARcPSD| 25865958
Hinh 4.1. Đồ thị công hiệu ính p =f(V) của ĐC-D
Sau khi hiệu ính các ồ thị công tính toán, ồ thị sát với thực tế hơn và diện tích bao giờ
cũng nhỏ hơn, sai lệch giữa hai ồ thị ược thể hiện bằng các diện tích gạch chéo. Sự sai lệch
trên giữa tính toán lý thuyết và chu trình thực tế là do diễn biến của quá trình cháy thực tế
không hoàn toàn phù hợp với giả thiết cấp nhiệt ẳng tích và ẳng áp khi tính toán, cũng như
ảnh hưởng của góc ộ phối khí, ánh lửa sớm, phun sớm gây ra. L
Người ta dùng hệ số iền ầy ồ thị công i d
L' i ể bù trừ vào sự khác biệt ó.
Trong ó Li là công chỉ thị thực tế. Vì vậy, áp suất chỉ thị trung bình pi của chu trình thực tế, ộng cơ 4 kỳ là: . p i i Li d L, d .p,i (4.10) Vh Vh
Thông thường người ta dùng MPa (MN/m2) làm ơn vị tính áp suất do ó từ ta có: pi L = 10-6 i , (MPa); Vh 140 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 4.2. Đồ thị công hiệu ính p =f(V) của ĐC-X
Theo thực nghiệm giá trị d 0,92 0,95 . Giá trị d của ộng cơ xăng lớn hơn ộng cơ
diesel. Trong ó giá trị d nhỏ dùng cho ộng cơ diesel cao tốc còn giá trị lớn dùng cho ộng cơ xăng.
Động cơ xăng 4 kỳ d 0,93 0,97
Động cơ diesel 4 kỳ d 0,90 0,96
Động cơ 2 kỳ d 0,97 1,00
Khi hiệu ính áp suất cực ại p
z1 của ông cơ xăng, chọn: pz1 0,85pz
Trong ó pz - 䄃Āp suất cực ại của chu trình theo tính toán lý thuyết và 0,85 là hệ số hiệu
ính cho phù hợp với thực tế.
Trong thời gian hoạt ộng, ngoài áp suất p của môi chất trong xi lanh còn có áp suất khí thể
dưới cac te cũng luôn luôn tác dụng lên pit tông theo hướng ngược chiều so với p. Phần lớn 141 lOMoARcPSD| 25865958
các ộng cơ, cac te ều ược nối thông với khí trời hoặc với ường nạp qua hệ thống thông gió
cac te, vì vậy có thể coi áp suất khí thể trong cac te bằng áp suất khí trời po.
Như vậy khi pita tông chuyển ộng trong xi lanh, hợp lực khí thể PP tác dụng ẩy pít tông trong xi lanh sẽ là: D2 PP = (p – po). (N) (4.11) 4
trong ó: D (m) – ường kính xi lanh
Hợp lực khí thể FP ẩy pít tông chuyển dịch một vi lượng hành trình dS, sẽ tạo ra vi lượng
công dLi, theo biểu thức: D2 dLi = Pp.dS = ( p – po ) . . dS= ( p – po ) dV (4.12) 4
trong ó: dV là vi lượng biến thiên của thể tích công tác.
Đồ thị công p = f(V) hoặc p =f( ) (trong ó là góc quay trục khuỷu) là do thiết bị xác
ịnh ồ thị (indicateur) vẽ ra khi ộng cơ ang hoạt ộng. Tung ộ của ồ thị phản ánh các giá trị của
áp suất trong xi lanh, còn hoành ộ của ồ thị là vị trí của ỉnh pít tông hoặc vị trí bán kính quay
của trục khuỷu phản ánh thể tích của xi lanh hoặc góc quay trục khuỷu .
Khái niệm về áp suất chỉ thị trung bình pi là một khái niệm quan trọng, thường gặp trong
các giáo trình và các tài liệu khoa học nghiên cứu về ộng cơ ốt trong. Do ó cần phải làm rõ
thêm vài khía cạnh của khái niệm này.
Hiện nay giá trị pi nằm trong giới hạn sau:
- Động cơ không tăng áp: pi = 0,7 ÷ 1,2 MPa
- Động cơ tăng áp có thể ạt pi = 3,0 MPa hoặc lớn hơn
4.2.2. Công suất chỉ thị của ộng cơ
Công do môi chất trong xi lanh tạo ra trong mỗi chu trình ược xác ịnh qua ồ thị công p-
V ược gọi là ồ thị công, và công ó ược gọi là công chỉ thị của chu trình Li (như ã trình bày ở phần trên).
Dựa theo ịnh nghĩa của pi , có thể tính Li nhờ biểu thức sau: Li = piVh (N.m) (4.13)
trong ó: Vh- tính theo m3; pi - theo Pa = N/m2.
Công chỉ thị Li có thể xác ịnh cả công của các hành trình “bơm”, hoặc không tính công
của các hành trình “bơm”. 142 lOMoARcPSD| 25865958
Công suất chỉ thị của ộng cơ – chính là công suất do các công chỉ thị Li tạo ra trong một giây.
Nếu: n (vòng /s)- là số vòng quay của trục khuỷu trong 1 giây;
- là số kỳ của một chu trình (số hành trình pít tông trong 1 chu trình);
m - số chu trình trong 1 giây của xi lanh; Sẽ ược: 2n n 60 30 m = , chu trình /s (4.14)
Nếu số xi lanh trong ộng cơ là i ta có: 2n n i m = . .i (4.15) 60 30 p V i ni. h. . Ni = Li.i.m =Vh.pi.i.m = (4.16) 30
4.2.3. Hiệu suất chỉ thị và suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị
Tính kinh tế của chu trình ược ặc trưng bằng 2 thông số hiệu suất chỉ thị i và suất
tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi. Được xác ịnh bằng công thức: N G i nl i ; gi
, kg/W.s hoặc m3/W.s (4.17) G Qnl. tk Ni 1 Từ ây ta có: i (4.18) g Qi. tk
i : Là tỷ số giữa nhiệt lượng ược chuyển thành công chỉ thị Li với nhiệt lượng cấp
cho ộng cơ trong cùng một thời gian. 143 lOMoARcPSD| 25865958 L
Nếu lấy thời gian 1 chu trình: i i
(4.19) g Qi. tk Trong ó:
Gnl – Lưu lượng tiêu hao nhiên liệu trong 1 giây (kg/s hoặc m3/s)
Qtk – Nhiệt trị thấp của 1 kg nhiên liệu (J/Kg hoặc J/m3), là nhiệt lượng thu ược
không tính ến nhiệt ẩn hóa hơi của hơi nước chứa trong sản phẩm cháy.
Như vậy, hiệu suất chỉ thị i là tỷ số giữa nhiệt lượng chuyển thành công chỉ thị với
nhiệt lượng cấp cho ộng cơ do nhiên liệu ốt cháy trong xi lanh tạo ra trong một ơn vị thời
gian (thường tính bằng giây). i khác
t ở chỗ là trong ó có tính ến cả tổn thất nhiệt truyền cho vách xi lanh, do
cháy không hoàn toàn, do phân giải sản vật cháy, tổn thất khí thải… Từ Li = pi.Vh và V
p .k v .Vh 8314.M .T1 k trong ó: v Vkh , ược: V h
8314.M T g1. k . ct ; Được: Li pi
8314.M T g1. k . ct pk . v pk . v M p T . . 1 i k i 8314. (4.20)
Qtk . v.pk T trong ó: Q k
tk = J/kg; M1 = kmol/kg. - Đối với ộng cơ diesel: M1 Mo và k 1
. thay vào i , ược: pk 8314 k .L p . o i i (4.21) Q tk .
v. k - Đối với ộng cơ xăng: M1 Mo 1 .Lo 1 và T k hk . 1 , thì: nl hk pk 8314 k 144 lOMoARcPSD| 25865958 ( . Lo 1).pi i (4.22) Qtk . v. k -
Đối với ộng cơ ga: Qtm là nhiệt trị thấp của 1m3 khí tiêu chuẩn (OoC và 760mmHg)
hoặc QtM là nhiệt trị thấp của 1kmol, thì: M p T . . 1 i k i 371,15 , hoặc: Qtm. v. k M p . 1 i i kk (4.23) Qtm. v. k
trong ó: 371,15 – hệ số từ tỷ số ;
hk - phân tử lượng của hòa khí. (Kg/Kmol) -
Đối với ộng cơ 2 kỳ, các trị số pi và v phải tính theo thể ích hành trình có ích của pít tông - S‟.
Từ ó thấy rằng: i phụ thuộc vào M 1 hoặc
M 1 (số nghịch ảo của 1 Kmol môi Qtk Qtm
chất mới) và i , pi ,
Tk hoặc k . pk
Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi là lượng nhiên liệu tiêu hao cho 1w chỉ thị trong 1
giây, cũng là thông số ặc trưng cho tính kinh tế của chu trình. 1 gi (4.24) Qtk . i M p T . . Từ: 1 i k , ược: i 8314. gi 12.10 5 p .k v (Kg/W.s), (4.25)
Qtk . v.pk M .p .T1 i k 145 lOMoARcPSD| 25865958 p .k v (g/KW.h) trong ó Q tk = J/Kg. Hoặc gi 432 M .p .T1 i k (4.26)
Đối với ộng cơ chạy bằng nhiên liệu khí, suất tiêu hao nhiên liệu thể khí v1 ược 1 m3 xác ịnh: v 1 Qtm. t , W s. , trong
ó: Qtm tính theo J/m3, tính theo i ược: p . m v 3 1 269.10 5 .k i.v k , kWh . (4.27) M p T1 * Giá trị:
gi kg/kw.h (g/ml.giờ) i %
Động cơ xăng 210 – 340 (155 – 250) 44 - 25
Động cơ diesel 4 kỳ 150 – 200 (110 – 145) 56 - 43
Động cơ diesel 2 kỳ 170 – 220 (125 – 160) 50 – 40 Động cơ gaz 35 - 28
4.3. TỔN HAO CƠ GIỚI VÀ CÁC THÔNG SỐ CÓ ÍCH
4.3.1. Tổn hao cơ giới
Một phần Ni của ộng cơ tiêu hao cho bản thân ộng cơ mà không ược lợi dụng có ích.
Phần công suất ó dùng ể khắc phục lực cản bên trong ộng cơ – gọi là công suất cơ giới Nm, bao gồm. a.
Nms – Tiêu hao cho ma sát giữa các chi tiết trong ộ ng cơ b.
Ng - Tiêu hao cho ma sát giữa các chi tiết chuyển ộng với không khí (thanh
truyền - trục khuỷu – bánh à…). c.
Nd – Tiêu hao cho dẫn ộng các chi tiết và cơ cấu phụ cho ộng cơ. d.
Nb – tiêu hao cho tổn thất bơm ( ặc trưng cho pi, khi tăng áp pi > 0 ; do ó làm tăng Ni). e.
Nqk – Tiêu hao cho quét khí trong ộ ng cơ 2 kỳ 146 lOMoARcPSD| 25865958
Do ó: Nm = Nms + Ng +Nd +Nb +Nqk (4.28) p .V .i.nm h Hay: Nm = 30. KW
(4.29) 䄃Āp suất tổn thất cơ giới trung bình pm: 30. .N p m 2 m = (4.30) MN/m n.V .ih
䄃Āp suất cơ giới trung bình thường ược xác ịnh bằng thực nghiệm, biểu diễn dưới
dạng công thức kinh nghiệm:
pm = A + B. Cm , hay: pm = A‟ + B‟.n
Trong ó: A, B, A‟, B‟ – Là các hệ số thực nghiệm phụ thuộc kiểu loại ộng cơ, kích
thước xi lanh và mức ộ cao tốc của ộng cơ. Cm = m/s; n = v/ph
4.3.2. Hiệu suất cơ giới m
- m là tỷ số giữa công suất có cơ giớ i Nm chia cho công suất chỉ thị Ni N N N N m i e e m 1 . Hoặc: Ni Ni Ni p m P pi e pe m 1
. m có thể tính bằng công thức: pi pi pi 1 m pm (4.31) A. i . v
trong ó A – Là một hằng số. 147 lOMoARcPSD| 25865958
m một số ộng cơ nằm trong giới hạn sau: - Động cơ xăng 4 kỳ: m 0,70 0,82 - Động cơ diesel 4 kỳ: m 0,70 0,80 - Động cơ diesel 2 kỳ: m 0,66 0,75
Ý nghĩa của çm.
çm là hiệu suất cơ giới, thể hiện số phần trăm năng lượng Ni trong xi lanh chuyển thàng công suất có ích N p V i ne e. Từ ó ta có: Ne m.Ni . h. . , W (4.32) 30 Trong ó:
pe – Áp suat có ích trung bình, N/m2
pi – 䄃Āp suất chỉ thị trung bình, N/m2
Vh – Thể tích công tác của xi lanh, m3 i – Số xi lanh. – Số kỳ.
n – Số vòng quay của trục khuỷu, vg/ph
Nếu Vh tính bằng lít (l) thì Ni tính bằng KW 4.3.3.
Công suất có ích Ne p .n.V .ie h Ne = Ni – Nm hay Ne = 30. , KW (4.33)
- Áp suất có ích trung bình pe p e 30. .N e , MN/m2 (4.34) n.V .ih
Khi phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau ến pe và Ne. Theo các biểu thức: 148 lOMoARcPSD| 25865958 Từ pe m.p ,Ni e m.Ni , Ta có: pe 12.10 5 Qtk i. v. m pk , N/m2 M1 Tk 120.Q p p tk k e i. v. m , MN/m2 (MPa) (4.35) M1 Tk Q 1 p Và N tk k e 12.10 . 5V ih. . . . .
iv. m. .n , W M 1 Tk N e 4.V ih. .Qtk .1.
i. v. mn. pk , kW M 1 Tk p .n.V .i Ne = e h, ml (4.36) 225.
Với nhiên liệu khí ta có: Q p p tm k e 2690. i. v. m , MN/m2 (MPa) (4.37) M1 Tk Q .1 n. p N tm k e 89,67.V .i.h . i. v. m , KW (4.38) M 1 Tk
- Mômen quay Me ở ầu ra trục khuỷu: N N N M e e e e 2 . n 0,55.n , N.m. (4.39) 60
trong ó: Ne tính bằng W, n tính bằng vg/ph M 726,2 Ne e , KG.m (4.40) n 149 lOMoARcPSD| 25865958 p .n.V .ie hM n. .2 p V i n. . . Từ Ne =
30. , ược: Ne = e60 e h30 ( N e M e.
M e60..2. . n ), từ ây có: . M p e e (4.41) iV. h
Từ ây ta thấy rằng: với một ộng cơ nhất ịnh các giá trị
, , ,i Vh ều là hằng số, vì
vậy pe tỷ lệ thuận với Me. Ngoài Me là mô men tổng từ uôi trục khuỷu truyền ra ngoài, còn
pe phản ánh giá trị mô men một lít thể tích công tác của xi lanh. Me ở ầu ra trục khuỷu ược
xác ịnh trên băng thử ộng cơ.
4.3.4. Hiệu suất có ích e và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge a.
Hiệu suất có ích e: Hiệu suất có ích là tỷ số giữa nhiệt lượng chuyển thành công có
ích và nhiệt lượng cấp cho ộng cơ do nhiên liệu ược ốt cháy trong xi lanh tạo ra. Hai loại
nhiệt lượng này cùng xác ịnh trong một ơn vị thời gian. N e e (4.42) G Qnl tk Trong ó:
Gnl - Số nhiên liệu cấp cho ộng cơ trong 1 giây (Kg/W.s)
Qtk – Nhiệt trị thấp của 1 kg nhiên liệu (J/Kg). Ne – Tính bằng W.
Gnl.Qtk – Nhiệt lượng cấp cho 1 chu trình (J) b.
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge: Suất tiêu hao nhiên liệu ge: Là lượng tiêu thụ nhiên
liệu cho 1W trong 1 giây (Kg/KW.h): G g nl e (4.43) Ne N Từ e e , Được: G Qnl t 150 lOMoARcPSD| 25865958 1 e (4.44) g Qe. tk
Trên thực tế Gnl thường tính theo kg/giờ; Ne – KW, ge – g/KW.h và Qt – MJ/Kg. Vì vậy: g g Gnl e .10 (3 ) (4.45) Ne W.s 3,6.103 e (4.46) g Qe. tk
c. Quan hệ giữa e, i va m.
Quan hệ giữa i , e và m như sau: G nl Từ g e và g i
G nl , ge.Ne = g.iNi = Gnl gi = ge Ne ge m N e N i Ni Từ 1 1 1 1 e Qtk ; i Qtk ; gQe tk e i gQi tk gi i e , hoặc e i m (4.47) Ta có: i m
4.3.5. Công suất lít và công suất pít tông
Để ánh giá mức ộ sử dụng thể tích công tác Vh, mức ộ chịu tải trọng nhiệt và tải trọng
ộng của pít tông người ta dùng công suất lít NL và công suất pít tông NP.
a. Công suất lít NL: Là tỷ số giữa công suất có ích Ne và thể tích công tác của ộng cơ.
Để ánh giá cường ộ nhiệt và ộng lực học của thể tích công tác xilanh và so sánh mức ộ
cường hóa của ộng cơ, người ta dùng hai chỉ tiêu: Công suất lít NL và công suất 1dm3 diện tích pít tông NP.
Công suất lít NL chính là công suất ịnh mức của ộng cơ ối với 1lít thể tích công tác của xi lanh. 151 lOMoARcPSD| 25865958
Công suất ơn vị diện tích pít tông NP là công suất ịnh mức của ộng cơ ối với 1 dm2
hoặc 1m2 diện tích pít tông.
Công suất ịnh mức là công suất ược nhà chế tạo ảm bảo trong iều kiện hoạt ộng N
nhất ịnh của ộng cơ. Theo ịnh nghĩa công suất lít N e L ( NL ), thay i.Vh Q p tk 1 k . . . . N e 4.V ih . . iv. mn ,kW (4.48) M 1 Tk Q 1 p Và N tm k Ne e 89,67.V .i.h . . i. v. mn. ,kW vào NL , ta có: M 1 Tk i.Vh
- Đối với nhiên liệu lỏng: Qtk .1. i. v. mn.pk , KW (4.49) N L 4. M 1 Tk
- Đối với nhiên liệu khí: Q tm .1. . . n.pk , KW N 8967. L M1 i v m Tk (4.50)
Thường khi tính NL, sử dụng công thức ơn giản sau: N p .n.V .ie h p .ne L , KW/lít (4.51) 30. .i.V h 30. p .n Hoặc N e L , ml/lít (4.52) 152 lOMoARcPSD| 25865958 225.
Nhận xét: Trong cùng iều kiện như nhau, nếu NL càng lớn thì Vh càng nhỏ tức là ộng cơ nhỏ gọn.
Giá trị NL nằm trong giớ hạn:
Đông cơ xăng: NL = 20 - 50 ml/l
Đông cơ diesel: NL = 8 - 30 ml/l
Đông cơ xe ua, thể thao: NL = 70 - 130 ml/l
b. Công suất pít tông Np: Là công suất tương ứng với 1 dm2 diện tích của ỉnh pít tông Fp. Np Ne Ne2 , thay Ne vào ta có: F .ip .D .i 4 .D2 p .e .S.n.i p .S.n N 4 e KW/dm2 (4.53) p .D2 30. 30. . .i 4 S.n p .C Thay 0,1C e m m (m/s), sẽ ược: Np 0,1 , KW/dm2 30 120.Q p Thay p tk k
e từ các biểu thức pe i. v. m , MN/m2 (Mpa) và M1 Tk Q p p .C p tm k e m e 2690. i. v. m , MN/m2 (Mpa), vào Np 0,1 , M1 Tk KW/dm2, ược: 12.Q .1 p N tk k P . i. v. m.C .m , kW (4.54) M 1 Tk Q 1 p và N tm k P 269. . . i. v. m.C .m , kW (4.55) 153 lOMoARcPSD| 25865958 M 1 Tk Hay: N p p .S.ne 2 (4.56) , ml/dm 225. CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Khái niệm các chỉ tiêu chính ánh giá tính năng kinh tế k礃̀ thuật của ộng cơ.
2. Xác ịnh công chỉ thị và áp suât chỉ thị trung bình.
3. Tính công suất chỉ thị của ộng cơ.
4. Xác ịnh hiệu suất chỉ thị và suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị. 5. Tổn hao cơ giới.
6. Hiệu suất cơ cơ giới. 7. Công suất có ích.
8. Hiệu suất có ích và suất tiêu hao nhiên liệu có ích.
9. Công suất lít và công suất pít tông.
Chƣơng 5: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ ĐẶC TÍNH
CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
5.1. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
5.1.1. Các ch Ā ộ làm việc 154 lOMoARcPSD| 25865958
Các chế ộ làm việc của ộng cơ ốt trong ặc trưng bởi một tổ hợp những thông số công
tác chủ yếu của ộng cơ như: phụ tải, số vòng quay, trạng thái nhiệt… Chế ộ làm việc luôn
luôn thay ổi theo ặc iểm sử dụng ộng cơ.
Yếu tố chính thể hiện công của ộng cơ dẫn ộng các loại máy công tác là công suất có ích Ne
(KW), ược tính theo mômen có ích Me (KN.m) và tốc ộ quay ω số vòng quay n (vòng/phút) của trục khuỷu. 2. .nπ Ne = Me. ω = Me. = 0,1047Me.n (5.1) 60
Hình 5.1. Các ch Ā ộ có thể hoạt ộng của các loại ộng cơ
Trong suốt quá trình làm việc phụ tải và tốc ộ của ộng cơ luôn luôn thay ổi theo nhu cầu của máy công tác.
Tốc ộ nhỏ nhất, phụ thuộc vào iều kiện làm việc ổn ịnh của ộng cơ. Tốc ộ cho phép lớn nhất
của ộng cơ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: các iều kiện ảm bảo chu trình công tác tiến
hành tốt, mức ộ tăng của các lực quán tính và ứng suất nhiệt của các chi tiết, mức ộ giảm của
hệ số nạp và nhiều yếu tố khác gây ảnh hưởng xấu tới chu trình công tác, tuổi thọ và ộ tin cậy của ông cơ.
Động cơ có thể hoạt ộng tốt trong phạm vi tốc ộ từ nhỏ nhất ến lớn nhất cho phép. Ở mỗi
tốc ộ n, mô men hoặc công suất có thể thay ổi từ không (chế ộ không tải) tới trị số tải lớn
nhất tương ứng với tốc ộ ấy. Như vậy tổng hợp mọi chế ộ có thể làm việc của ộng cơ trên ồ
thị Me(n) hoặc Ne(n) sẽ là diện tích ồ thị giớ hạn bởi 4 ường sau: hai ường song song với
tung ộ i qua nmin (số vòng quay nhỏ nhất) và nmax (số vòng quay lớn nhất), bản thân trục
hoành và ường a nối các iểm có công suất cực ại tương ứng với các chế ộ tốc ộ (hình 5.1). 155 lOMoARcPSD| 25865958
Hinh 5.2. Đặc tính của ộng cơ và máy công tác
Trên hình 5.2 giới thiệu hàm Ne = f(n) thể hiện trên các ường từ 1 ến 4, mỗi ường tương
ứng với một vị trí tương ứng của cơ cấu iều khiển ộng cơ (vị trí bướm ga hoặc thanh răng
bươm cao áp). Biến thiên về công suất của máy công tác Nc cũng là hàm của tốc ộ quay n:
Nc = f(n). Các ường I…IV (hình 5.2) thể hiện biến thiên của hàm Nc theo n với các mức cản
khác nhau của máy công tác ( ộ dốc và trạng thái mặt ường khác nhau ối với ôtô, iện trở khác
nhau của mạch iện bên ngoài ối với máy phát iện…).
Nếu ộng cơ hoạt ộng ở một chế ộ mà các thông số công tác (công suất, mô men, số vòng
quay, trạng thái nhiệt…) không thay ổi theo thời gian, ta nói: ộng cơ hoạt ộng ở chế dừng.
Chế ộ dừng chỉ tồn tại khi công suất có ích của ộng cơ Ne bằng công suất của máy công tác
Nc, khi thay ổi cơ cấu iều khiển ộng cơ cũng như ộ cản của máy công tác. Nếu nối liền trục
quay của máy công tác với trục quay của ộng cơ thì số vòng quay của máy công tác bằng số
vòng quay của ộng cơ, lúc ấy muốn xác ịnh chế ộ hoạt ộng của ộng cơ chỉ cần ặt các ồ thị
của máy công tác và ồ thị của ộng cơ lên cùng một bản vẽ. Điểm cắt của ặc tính ộng cơ và
ặc tính của máy công tác a, c… ều là các chế ộ dừng của cả hệ thống ộng cơ và máy công tác.
Mỗi chế ộ dừng, cơ cấu iều khiển ộng cơ nằm ở một vị trí nhất ịnh, máy công tác cũng
hoạt ộng ở một iều kiện cản nhất ịnh, chính là thời iểm cắt của hai ặc tính; ví dụ: iểm a là
iểm cắt của ặc tính 2 của ộng cơ và ặc tính II của máy công tác, khi ộng cơ chạy theo ường
2 và máy công tác theo ường II.
Cho thay ổi kiểu hoạt ộng của máy công tác (thay ổi ộ dốc và chất lượng mặt ường, iện
trở bên ngoài của máy phát iện…) sẽ làm thay ổi ặc tính của máy công tác Nc. Ví dụ: giảm 156 lOMoARcPSD| 25865958
mức ộ cản của máy công tác từ a xuống b (từ ường II xuồng ường III) với tốc ộ n1 công suất
ộng cơ Ne > Nc (công suất máy công tác), một oạn ab, công suất dư ấy sẽ làm tăng tốc ối với
hệ thống cho tới khi cân bằng năng lượng ược hồi phục ở chế ộ dừng mới ( iểm c).
Nếu thay ổi cơ cấu iều khiển ộng cơ (khi giữ không ổi mức cản của máy công tác), cũng sẽ
làm cho quá trình thay ổi chế ộ dừng của hệ thống diễn ra tương tự như trên.
Như vậy với một thay ổi bất kỳ của cơ cấu iều khiển ộng cơ cũng như mức cản của máy
công tác ều làm thay ổi chế ộ dừng với công suất và số vòng quay khác với chế ộ cũ.
5.1.2. Điều kiện làm việc
a. Động cơ tĩnh tại
Trong một số trường hợp ( ộng cơ quay máy phát iện, máy nén khí, bơm nước…) òi hỏi
ộng cơ luôn luôn hoạt ộng ở một tốc ộ nhất ịnh. Muốn vậy cần phải thay ổi kịp thời cơ cấu
iều khiển ộng cơ khi mức cản của máy công tác thay ổi (hình 5.1). Khi lắp thêm một bộ iều
chỉnh tốc ộ (bộ iều tốc) thì ộng cơ vẫn chạy ở tốc ộ cũ hoặc sát với tốc ộ cũ khi thay ổi mức
ộ cản của máy công tác. Điều kiện hoạt ộng kể trên của ộng cơ ược gọi là iều kiện tĩnh tại.
Người ta dùng hệ số không ồng ều của bộ iều tốc ể ánh giá mức ộ sai lệch giữa tốc ộ thưc tế
so với mức ộ trung bình của ộng cơ trong vi phạm iều chỉnh tốc ộ nhờ bộ iều tốc.
*Các ch Ā ộ có thể hoạt ộng của ộng cơ tĩnh tại ều nằm trên ường thẳng vuông góc
với trục hoành i qua số vòng quay ịnh mức nn (tốc ộ thiết kế). Giới hạn trên của ộng tĩnh tại
tại iểm A, iểm cho công suất cực ại tại tốc ộ ịnh mức Nemax.
- Công suất cực ại Nemax là công suất lớn nhất mà ộng cơ có thể phát ra trong
một thời gian giới hạn (1 2 giờ).
- Công suất thiết kế Nen là công suất có ích ược nhà sản xuất ảm bảo cho
ộng cơ chạy trong iều kiện quy ịnh. Đối với ộng cơ tĩnh tại, công suất thiết kế là
công suất cho phép ộng cơ chạy quá tải trong khoảng 10 20% trong thời gian một giờ.
- Số vòng quay thiết kế nn là số vòng quay của trục khuỷu ộng cơ tương ứng
với công suất thiết kế.
Động cơ tĩnh tại và các ộng cơ phụ của tầu thủy chỉ hoạt ộng ở số vòng quay thiết kế. Các
chế ộ làm việc khác của ộng cơ như: khởi ộng, tăng tốc, quá tải… chỉ là những chế ộ chuyển tiếp, không dừng.
b. Động cơ lắp trên thiết bị vận tải ường bộ
Động cơ lắp trên thiết bị vận tải ường bộ phải thường xuyên làm việc trong iều kiện
thay ổi lớn cả về tốc ộ lẫn mức ộ cản của xe. Thông thường giữa số vòng quay và công suất
của ộng cơ loại này không có mối quan hệ ơn trị; với một số vòng quay bất kỳ công suất
ộng cơ ều có thể thay ổi từ không ến công suất cực ại. Vì vậy các chế ộ làm việc của ộng
cơ vận tải trên ồ thị Ne =f(n) (hình 5.1) ược thể hiện bằng toàn bộ diện tích giới hạn bởi: 157 lOMoARcPSD| 25865958
trục hoành, hai ường thẳng song song với trục tung i qua nmin và ường nmax và ường Nemax ,
nối những iểm có công suất cự c ại tương ứng với số vòng quay n.
Trong iều kiện sử dụng thực tế phần lớn thời gian ộng cơ vận tải ều hoạt ộng ở các chế ộ không tải và ít tải.
5.2. ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 5.2.1. Khái niệm
Người ta dùng ặc tính ể ánh giá các chỉ tiêu k礃̀ thuật của ộng cơ, hoạt ộng trong các iều kiện khác nhau.
Đặc tính của ộng cơ là các hàm số thể hiện sự thay ổi của các chỉ tiêu công tác chính
theo chỉ tiêu công tác khác hoặc theo nhân tố nào ó có ảnh hưởng trực tiếp tới chu trình công tác.
Các ặc tính ược sử dụng nhiều trong ộng cơ gồm có:
- Đặc tính tốc ộ (có ặc tính ngoài và ặc tính bộ phận); - Đặc tính tải; - Đặc tính tổng hợp; - Đặc tính không tải;
- Đặc tính iều tốc; - Đặc tính chân vịt; - Đặc tính iều chỉnh.
Các ặc tính tổng hợp, iều tốc, không tải, chân vịt chỉ là trường hợp ặc biệt của ặc tính
tốc ộ. Các ặc tính của ộng cơ ược xác ịnh bằng thực nghiệm trên băng thử ộng cơ. Sau ây sẽ
giới thiệu một số ường ặc tính chính.
5.2.2. Các biểu thức d甃ng ể phân tích ặc tính của ộng cơ
Muốn phân tích ặc tính của ộng cơ cần lập mối qua hệ toán học giữa các chỉ tiêu kinh
tế k礃̀ thuật của ộng cơ, như công suất có ích Ne, mômen có ích Me, áp suất có ích trung bình
pe‟ suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge, lưu lượng nhiên liệu Gnl với các thông số của chu trình như:
v , i , m, ...
Để tiện phân tích ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau khi ộng cơ hoạt ộng tới Ne và G p nl e cần dựa vào: ge
, rồi lần lượt dùng các biểu thức: Ne Q p p tk k i 12.10 5 i. v , N/m2 (Pa) (5.2) 158 lOMoARcPSD| 25865958 M1 Tk
- Nếu Qtk = MJ/kg; pk = MN/m2, thì: 120.Q p p tk k i i. v , MN/m2 (Mpa) (5.3) M1 Tk
Do vậy, ối với ộng cơ dùng nhiên liệu lỏng công thức tính Ni: . .Q . p N tk k i 12.10 . 5 V ih 1. i. v. .n ,W (5.4) M 1 Tk
- Nếu QH (J/kg); Vh ( m3); pk ( N/m2) ;n (vg/s) và n pk Qtk .1. i. v. . , KW (5.5) N i 4.V ih. . M 1 Tk
- Nếu QH (MJ/kg); Vh (m3); pk (MN/m2); n = vg/ph.
Nhờ các biểu thức trên, nếu bỏ qua phần hơi nhiên liệu trong hòa khí, ối với ộng cơ chạy
bằng nhiên liệu lỏng ta có biểu thức: 1 Q N tk e .Vh ρ η η ηk v im .i.n; (W) (5.6) 30τ α.L0 pe = pi η m = αQ.Ltk0 ρ η ηηk v im , (Pa) (5.7) 1
Me = Ne Ne .30 Qtk . Vh.
k . v. i . m.i ; (N.m) (5.8) n L0
Từ biểu thức trên sẽ xác ịnh ược biểu thức của gc và Gnl : 1 159 lOMoARcPSD| 25865958 Ge = ; (kg/W.s) (5.9) Q .tk η ηi. m V .ih .ρ k .η v .n ( Kg/s) (5.10) Gnl = ge .Ne = 30.τ L α 0
Trong các biểu thức trên: n tính bằng vòng/phút, Vn tính bằng m3,ρ k tính bằng kg/m3, Qtk tính bằng J/Kg.
Hiệu suất cơ giới η m ược xác ịnh theo công thức trên trong ó pm tính theo pm =
a+ b.Cm và pi tính theo (5.3) sẽ ược: a η m 1 Qtk .η η ηb.Cmk . v.i (5.11) α.L0
Đối với ộng cơ ưa vào thử nghiệm các thông số sau ều là hằng số: hệ số kỳ , thể tích
công tác của xilanh Vh, nhiệt trị thấp Qtk, khối lượng của nhiên liệu, lượng không khí lý
thuyết cần ể ốt 1kg nhiên liệu L0, số xilanh ộng cơ i…
Nếu thay tích của các hắng số trong các biểu thức từ (5.6) ến (5.11) bằng các hằng số
từ A1 ến A5 trong ó lưu ý thêm thứ nguyên mới của các chỉ tiêu sẽ ược: N v e = A1
. η i . η m . ρ k .n ,(kW) (5.12) Pe = A2 η v η η i m . ρ k , (MPa) (5.13) α η Me = A3 v η η i m . ρ k , (N.m) (5.14) α ge = A4 , (g/kW.h) (5.15) η Gnl = A5 v .n , (kg/h) (5.16) α 160 lOMoARcPSD| 25865958 a b.Cm ηm = 1 - A2 η v η ρi k (5.17) α
Các biểu thức từ (5.12) ến (5.17) dùng ể phân tích ặc tính của ộng cơ xăng, ặc biệt là ộng cơ
xăng dùng bộ chế hoà khí vì hệ số nạp η của biểu thức trên gây ảnh hưởng trực tiếp ến các v
chỉ tiêu kinh tế k礃̀ thuật của chúng. Đối với ộng cơ diesel cần thay η bằng lượng nhiên liệu v
cấp cho chu trình gct, vì gct gây ảnh hưởng về hệ số dư lượng không khí α có thể viết: v .V .h k (5.18) g .Lct 0
trong ó: Vh thính theo m3; gct – Kg/chu trình; ρ k - Kg/m3;
L0 – Kg không khí/Kg nhiên liệu. Từ (5.18) sẽ có: L η v 0 gct (5.19) α V .h ρ k
Thay (5.19) vào các biểu thức (5.12), (5.13), (5.14), (5.15) và (5.16) rồi thay tích L0
với các hằng số trong biểu thức trên bằng các hằng số tương ứng C1 ….C5, sẽ của Vhρ k
ược một bộ biểu thức dùng ể phân tích ặc tính của ộng cơ diesel: N η e = C1. gct. i . η m.n; (5.20) η η Pe = C2. gct. i . m ; (5.21)
Me = C3 gct. η i . η m ; (5.22) ge = A4 ; (5.23) Gnl = C5. gct .n ; (5.24) 161 lOMoARcPSD| 25865958 a b.Cm
η m = 1 - C .g .2ct η i ; (5.25)
Qtk trong biểu thức (5.6) sẽ
Đối vỡi ộng cơ chạy bằng nhiên liệu thể khí: số hạng L0
Q tm (trong ó: Qtm (J/m3) – nhiệt trị thấp của
1m3 nhiên liệu khí ở ược thay bằng 1 α V0
iều kiện tiêu chuẩn, V0 (m3/m3) - m3 không khi lý thuyết dùng ể ốt 1m3 nhiên liệu khí), do ó sẽ có: 1 Qtm k v i m.n.i , KW (5.26) Ne = Vh 30 1 V0 i Thay hằng số: B = V Qh tm.ρ k sẽ ược: 30τ Qtm η ηm. i ; KW (5.27) Ne = B. η v. 1 α V0 i
5.2.3. Mối quan hệ giữa i và với
Trong ộng cơ xăng, do ược hòa khí trộn ều, nên tồn tại một giới hạn nồng ộ nhất ịnh của
hòa khí ể màng lửa lan truyền, bên ngoài giới hạn ấy hòa khí không cháy (hình 5.3). Hiệu
suất chỉ thị i của ộng cơ xăng sẽ giảm dần khi hệ số dư lượng không khí α ến gần giới hạn
bốc cháy của hòa khí và ạt giá trị cực ại tại một giá trị nào ó của α trong phạm vi giới hạn
trên, thông thường tại α hơi lớn hơn 1 (
1,05 1,15) . Sau ó nếu tiếp tục tăng α sẽ làm cho i giảm nhanh. i
0,85 0.9, phụ thuộc vào ặc Giá trị cực ại của
tương ứng với giá trị α 162 lOMoARcPSD| 25865958
iểm cấu tạo của ộng cơ.
Hoạt ộng tại α 0,85 0.9, hoà khí có tốc ộ cháy lớn nhất. Thành phần sản vật cháy
trong trường hợp này chứa một lượng lớn khí CO và H2 (tương ứng khoảng 5 – 10% và 2 –
5% thể tích khí thải). Ngoài ra còn chứa một lượng NOx (0 0,8mg/l) khí CnHm (0,2 3,0
mg/l) và OH (0 0,2 mg/l). Đó là những khí không màu, không tạo muội, vì vậy không gây
trở ngại gì cho hoạt ộng của ộng cơ trong môi trường ô thị mật ộ xe không lớn. Nhưng nếu
mật ộ xe ủ lớn tạo nên nồng ộ các chất kể trên vượt qua giới hạn cho phép chúng ta sẽ gây
ộc hạn lớn ối với con người và môi trường xung quanh. Vì vậy phải có biện pháp và tạo thiết
bị trung hòa các chất ộc hại kể trên của sản vật cháy.
Hình 5.3. Quan hệ giữa i và i với
η I cực ại của máy ga cũng tương ứng
như của ộng cơ xăng dùng Điều kiện ể ạt α
chế hào khí, chỉ khác là giới hạn của máy ga rộng hơn về phía hạn dưới, các giá trị i max η i
cũng chuyển dịch về phía giới hạn dưới. và α max
* Nguyên tắc bốc cháy của nhiên liệu trong hòa khí của ộng cơ diesel trên thực tế không
bị giới hạn bởi hệ số dư lượng không khí α trung bình. Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp dùng
trong ộng cơ diesel có hiệu suất cao hơn khi giảm bớt phần nhiệt cung cấp trong giai oạn ẳng
áp của chu trình. Vì vậy hiệu suất i sẽ tăng khi tăng hệ số dư lượng không khí α . Ngoài
ra, khi tăng hệ số dư lượng không khí α ( iều chỉnh chất) thì tỷ nhiệt của môi trường công 163 lOMoARcPSD| 25865958
tác cũng giảm nhờ ó giảm bớt các tổn thất nhiệt em theo khí thải. Nhưng nếu α quá lớn (α >
4), như chứng minh bằng thực nghiệm, thì i cũng bắt ầ u giảm vì chất lượng phun (trong
trường hợp phun ít nhiên liệu) sẽ làm tăng phần tổn thất nhiệt khi cháy.
Trong ộng cơ diesel, hiện tượng cháy không kiet của nhiên liệu bắt ầu xuất hiện tại
hệ số dư lượng không khí α lớn hơn so với ộng cơ xăng dùng chế hòa khí, vì trong ộng cơ
diesel α ược tính theo giá trị trung bình với số lượng nhiên liệu và không khí có trong
buồng cháy tại thời iểm xét. Xuất hiện sản vật cháy không hoàn toàn thể hiện sự thiếu
không khí cục bộ tại thời iểm nào ó trong buồng cháy. Từ thời iểm bắt ầu cháy không hết,
nếu tiếp tục giảm α sẽ làm cho hiệu suất chỉ thị i giảm nhanh (hình 5.3b).
Cháy không hoàn toàn của ộng cơ diesel làm xuất hiện trong khí thải muội than
(0,01 1,1 g/m3), khí CO (0,01 0.50% thể tích), NOx (0,0002 0,5 mg/l), CnHm (0,009
0,5 mg/l) và một lượng nhỏ hơi nhiên liệu và hơi dầu.
Chỉ cần một lượng muội than muội rất nhỏ sẽ làm khí thải có màu tối và gây bẩn môi
trường. Ngoài ra, muội than còn bám nên thành buồng cháy, có thể làm cho ộng cơ trở nên
qua nóng vì cháy rớt trên ường giãn nở của nhiên liệu và những sản vật chưa kịp cháy.
Hiện tượng tư cháy không hết của ộng cơ diesel trở nên ặc biệt nghiêm trọng khi
α <1. Giá trị cực ại của
η I thường xuất hiện ở α 1. α
5.2.4. Đặc tính tốc ộ và ặc tính ngoài
a. Đăc tính tốc ộ: Các hàm số thể hiện sự biến thiên của công suất, mômen có ích
(hoặc áp suất có ích trung bình), suất tiêu hao nhiên liệu có ích … và các chỉ tiêu khác
của ộng cơ theo số vòng quay, khi giữ tay iều khiển ộng cơ ở vị trí qui ịnh ược gọi là ặc tính tốc ộ.
b .Đặc tính ngoài: Đặc tính tốc ộ biểu thị công suất cực ại của ộng cơ (Nemax)
tương ứng với từng số vòng quay của ộng cơ là ặc tính ngoài.
* Đặc tính ngoài của ộng cơ xăng
Các biểu thức dùng ể phân tích ặc tính ngoài ộng cơ xăng: η v η i . η m . ρ k .n (KW); (5.28) Ne = A1 . α η v η η i m . ρ k (MPa); (5.29) Pe = A2 164 lOMoARcPSD| 25865958 α η M v e = A3
η i η m . ρ k (N.m); (5.30) α ge = A4 (g/KW.h); (5.31) η v Gnl = A5 .n (kg/h); (5.32) α a b.Cm 1 - η m = A2 η v η ρi k (5.33) α
Khi xét quan hệ của các thông số vế phải các biểu thức trên thấy rằng: Ne chỉ tăng theo
mức tăng của n khi ảnh hưởng của việc tăng n lớn hơn những ảnh hưởng làm giảm pe. Như
vậy sau khi ạt tới một tốc ộ n nào ó mà mức giảm của pe trở nên bằng rồi lớn hơn so với mức
tăng của n thì ở tốc ộ ó ạt Nemax, sau ó Ne giảm do pe giảm nhanh hơn so với việc tăng n.
Để ạt tính kinh tế, k礃̀ thuật trong sử dụng nên cho ộng cơ hoạt ộng trong giới hạn từ nM
ến nN (trong ó: nM là tốc ộ ứng với mômen cực ại và nN là tốc ộ ứng với công suất cực ại).
Vì trong khoảng giới hạn tốc ộ ấy, thì suất tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất, nhưng ạt ược chỉ
tiêu kinh tế k礃̀ thuật cao.
Hình 5.4. Đặc tính ngoài của ộng cơ xăng a) và ộ ng cơ diesel b) a- Động cơ xăng b- 2-ĐTN nhả khói en Động cơ diesel 3-ĐTN 1- ĐTN tuyệt ối 165 lOMoARcPSD| 25865958
* Đặc tính ngoài của ông cơ diesel
Các biểu thức dùng ể phân tích ặc tính ngoài ộng cơ diesel: N η e = C1. gct. i . η m .n (KW); (5.34) η η Pe = C2. gct. i . m (MPa); (5.35)
Me = C3 gct. η i . η m (N.m); (5.36) ge = C4 (g/KW.h); (5.37)
Gnl = C5. gct .n (Kg/h); (5.38) a b.Cm η m = 1 - C .g .2 ct η i ; (5.39)
Khi xét quan hệ của các thông số vế phải các biểu thức trên thấy rằng: Ngoài sự phụ
thuộc vào các thông số vế phải, ặc tính ngoài của ộng cơ diesel còn phụ thuộc vào vị trí thanh
răng bơm cao áp như ã xét ở phần trước. Khi chọn bơm cao áp cho ộng cơ diesel, thường có
một lượng dự trữ về lưu lượng ể có thể dùng cùng một loại bơm cao áp cho các loại ộng cơ
diesel có mức ộ cường hóa khác nhau về công suất và ể bù trừ việc giảm gct do mòn pít tông,
xi lanh bơm cao áp gây ra. Nếu không có biện pháp ặc biệt thì khi ạp ga có thể làm tăng gct
tới mức làm cho nhiên liệu cháy không kiệt. Do ó trên bơm cao áp phải có vít hạn chế vị trí
lớn nhất của thanh răng bơm cao áp.
Như vậy, Ne và pe lớn nhất của ộng cơ diesel trong sử dụng thực tế phụ thuộc vào vị trí
hạn chế thanh răng bơm cao áp. Do ó sự biến thiên của Ne trên ường ặc tính ngoài sử dụng
dốc hơn so với ặc tính nhả khói en. Phần lớn ều không xuất hiện Nemax trong giới hạn tôc ộ
sử dụng (từ nmin ến nn).
Cũng như ộng cơ xăng nên sử dụng ở khoảng tốc ộ từ nM ến dưới nn ể ạt ược chỉ tiêu
kinh tế k礃̀ thuật cao.
Do Nemax của ộng cơ diesel theo số vòng quay còn phụ thuộc vào vị trí tay iều khiển nhiên
liệu (vị trí thanh răng bơm cao á p ) cấp cho chu trình, nên ặc tính ngoài cũng phụ thuộc vào
sự iều khiển ó. Do vậy, ĐTN của ộng cơ diesel có các loại sau: - ĐTN tuyệt ối - ĐTN giới hạn BCA
- ĐTN theo công suất thiết kế - ĐTN nhả khói en - ĐTN sử dụng 166 lOMoARcPSD| 25865958
- Tất cả các ĐTTĐ khác khi giữ không ổi vị trí của cơ cấu iều khiển bơm cao á p
ể Ne thấp hơn so với ĐTN kể trên gọi là ặc tính bộ phận.
Đặc tính ngoài tuyệt ối
Đặc tính ngoài tuyệt ối là ặc tính ngoài mà các thông số vế phải của các biểu thức từ
(5.12) ến (5.14) ều ạt giá trị cực ại tại mỗi số vòng quay n. Đó chỉ là ặc tính ược xác ịnh khi
khảo nghiệm ong cơ trên băng thử. Trong sử dụng thực tế không cho phép ộng cơ hoạt ộng
tới các giá trị này nhằm bảo vệ, không ể máy hư hỏng. Mặt khác cũng không thể ảm bảo mọi
iều kiện tối ưu về góc phun sớm, về nhiệt ộ môi chất làm mát ộng cơ ở ầu vào cũng như ầu
ra… trong mọi vòng quay của ộng cơ, qua ó ảm bảo η i … i ,η ηv , m giá trị cực ại của η , α
Đặc tính ngoài giới hạn bơm cao áp
Đặc tính ngoài giới hạn bơm cao áp là ặc tính ngoài mà tay iều khiển bơm cao áp ược
kéo tới vị trí giới hạn lớn nhất. Khi thiết kế bơm cao áp người ta ều ể một phần dự trữ về thể
tích nhiên liệu ảm bảo cho nó có thể cung cấp cho xilanh lượng nhiên liệu lớn hơn so với
nhu cầu của chu trình. Vì vậy khi sử dụng phải ặt ở trên bơm một chốt tỳ nhằm hạn chế lượng
nhiên liệu cực ại cấp cho chu trình.
Đặc tính ngoài theo công suất thiết kế
Đặc tính ngoài theo công suất thiết kế là ặc tình tốc ộ trong ó cơ cấu iều khiển ược giữ
ở một vị trí công suất thiết kế Nen tại số vòng quay thiết kế nn. Đặc tính ngoài theo công suất
thiết kế là ặc tính mang tính chất pháp lý ược nhà chế tạo ảm bảo khi suất xưởng. Đặc tính khói en
Đặc tính ngoài nhả khói en là ặc tính tốc ộ trong ó với mỗi số vòng quay n, cơ cấu iều
khiển bơm cao áp ều nằm ở vị trí bắt ầu nhả khói en trong khí xả.
Đặc tính ngoài sử dụng ( ược gọi là ặc tính ngoài)
Đặc tính ngoài sử dụng là ặc tính tốc ộ trong ó cơ cấu iều khiển ược giữ ở vị trí tương
ứng với công suất sử dụng N ed tại số vòng quay sử dụng nd. Người ta dùng ặc tính sử dụng
ể lựa chọn ộng cơ phù hợp với máy công tác.
Đặc tính bộ phận
Tất cả các ường ặc tính tốc ộ khác khi giữ không ổi vị trí của cơ cấu iều khiển bơm cao
áp ể công suất ộng cơ thấp hơn so với các ặc tính ngoài kể trên ược gọi là ặc tính bộ phận.
5.2.5. Đặc tính tải
Các ộng cơ dẫn ộng máy phát iện, máy nén, bơm nước… phải áp ứng òi hỏi của các
máy công tác là khi thay ổi tải của máy công tác, tốc ộ ộng cơ chỉ ược thay ổi trong một 167 lOMoARcPSD| 25865958
phạm vi rất hẹp. Vì vậy chất lượng hoạt ộng của các ộng cơ ấy ược ánh giá theo ặc tính khi
không thay ổi tốc ộ ộng cơ. Đặc tính ấy ược gọi là ặc tính tải.
Trên ồ thị của ặc tính tải, hoành ộ ặt một trong các thông số thể hiện tải của ộng cơ, còn
tung ộ là các chỉ tiêu công tác của ộng cơ. Người ta có thể dùng công suất Ne , mô men có
ích Me , hoặc áp suất có ích trung bình pe làm thông số ặc trưng cho tải. Thường dùng giá trị
tương ối của các thông số so với giá trị tương ứng ở chế ộ ịnh mức (hoặc so với giá trị trên
ặc tính ngoài, tại số vòng quay tương ứng) thay cho giá trị tuyệt ối của thông số ó.
Hình 5.5. Đặc tính tải của ộng cơ xăng 1. n = 800vg/ph 5. n = 2.400vg/ph 2. n = 1.200vg/ph 6. n= 2.600vg/ph 3. n = 1.600vg/ph 7. n = 3.200vg/ph 4. n = 2.000vg/ph
Thông số chính ánh giá tính kinh tế về chế ộ hoạt ộng của ộng cơ là suất tiêu hao nhiên
liệu có ích ge . Trên ồ thị còn có thêm các thông số bổ sung: Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị
gi, hiệu suất có ích e , hiệu suất cơ khí m , lưu lượng nhiên liệu giờ Gnl. Đối với ộng cơ
tăng áp thường có thêm các thông số: suất tiêu hao không khí, hiệu suất tua bin, máy nén và
bộ tua bin máy nén, tốc ộ rô to, thông số cửa vào và cửa ra của tua bin, thông số của không
khí hoặc hòa khí tại cửa vào và cửa ra của máy nén… Nếu ặc tính ược xác ịnh trong iều kiện
không ảm bảo nghiêm khắc n = const, mỗi iểm của ặc tính ược o ở tốc ộ do bộ iều tốc iều
khiển thì ồ thị có thêm quan hệ giữa tốc ộ n và tải. 168 lOMoARcPSD| 25865958
Khi ộng cơ chạy theo ặc tính tải, nhân tố tác ộng từ bên ngoài tới chu trình công tác là
số lượng nhiên liệu hoặc hòa khí cấp cho xi lanh trong mỗi chu trình. Trong ộng cơ diesel
ược thực hiện nhờ thay ổi ộ dài của thời gian cấp nhiên liệu, trong nhiều trường hợp còn làm
thay ổi cả áp suất và chất lượng phun nhỏ và ều. Trong ộng cơ tăng áp tua bin khí còn thay
ổi số lượng và trạng thái không khí hoặc hòa khí i vào ộng cơ, do ó làm thay ổi dư lượng
không khí và iều kiện hình thành hòa khí. Vì vậy làm thay ổi quá trình hoạt ộng của ộng cơ
tua bin và máy nén (nếu máy nén nối với tua bin trong bộ tua bin tăng áp), do ó làm thay ổi
công suất và suất tiêu hao nhiên liệu khi ộng cơ chạy theo ặc tính tải.
Hình 5.6. Đặc tính tải của ộng cơ diesel
Động cơ xăng khi chạy theo ặc tính tải cần tăng hoặc giảm số lượng hòa khí nạp vào
ộng cơ. Khi óng nhỏ bướm ga sẽ làm tăng hệ số khí sót và do ó làm thay ổi iều kiện thực
hiện quá trình công tác, công suất và tính kinh tế của ộng cơ. Suất tiêu hao nhiên liệu ge thay
ổi theo (5.15). Ở chế ộ không tải Ne = 0 và çm = 0 nên ge = ∞. Tăng tải khi giữ n = const sẽ
làm tăng çm (cả ộng cơ xăng và ộng cơ diesel), do ó ge giảm dần. Tuy nhiên ge của ộng cơ
diesel giảm chậm hơn so với máy xăng vì çi của ộng cơ diesel giảm chậm hơn so với mức
tăng của çm , còn çi và çm của ộng cơ xăng ều tăng.
Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất gemin xuất hiện ở vị trí tải tương ứng với giá trị cực ại
của çe = çi.çm. Trong ộng cơ xăng và máy ga nếu hòa khí ược iều khiển theo thành phần tiết
kiệm thì çi sẽ tăng khi tăng tải vì lúc ấy làm tăng , chất lượng cháy tốt hơn. Vì vậy gemin sẽ
suất hiện ở vị trí toàn tải. Nếu trong bộ che hòa khí hoặc bộ hòa trộn có hệ thống làm ậm thì
khi mở gần hết bướm ga sẽ làm cho hòa khí ậm lên. Kết quả làm công suất tăng nhanh nhưng
lại làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu ge .
Hình (5.5) giới thiệu ặc tính tải của ộng cơ xăng. Hệ số nạp (hình 5.5a) giảm từ 0,8 (toàn
tải) ến 0,21 (khi công suất ạt 20%), lúc ấy hiệu suất cơ khí çm giảm từ 0,87 xuống 0,54. Do 169 lOMoARcPSD| 25865958 thay ổi làm cho ç ≈ 0,85
i thay ổi theo. Vì vậy ge ạt cực tiểu ở Ne
Nen . Ngoài ường cong çe =
çi .çm‟ trên ồ thị còn thêm ường cong 'e i . 'm' trong ó 'm - là hiệu suất cơ khí không
tính ến tổn thất của quá trình thay ổi môi chất (quá trình bơm). Từ hai ường çe và çe‟ thấy
rằng càng óng mở bướm ga, sự khác biệt giữa çe và çe‟ càng lớn, chứng tỏ công suất tiêu hao
cho quá trình bơm lúc ó càng lớn .
Các dấu tròn trên hình (5.5b) là các iểm nằm trên ặc tính ngoài. Suất tiêu hao nhiên liệu
nhỏ nhất xuất hiện tại vị trí có hệ số dư lượng không khí lớn nhất. Đường khuất là ường nối
các iểm có gemin, tức là ường ặc tính ngoài khi iều chỉnh bộ chế hòa khí ến thành phần tiết kiệm nhất.
Tăng tải trong ộng cơ diesel ược thực hiện bằng cách tăng gct qua ó giảm . Do ó khi tăng
tải, çi ược tăng lên chút ít ở khu vực tải nhỏ, vì áp suất và chất lượng phun tăng dần, sau ó çi
sẽ giảm khi tiến gần ến chế ộ toàn tải. Vì vậy suất tiêu hao nhiên liệu ge sau khi ạt giá trị cực
tiểu, tại phụ tải tương ứng với giá trị cực ại của çe = çi . çm‟ sẽ tăng dần.
Hình (5.6) giới thiệu biến thiên của v, , i, m, ge, Gnl của ộng cơ diesel không tăng
áp khi chạy theo ặc tính tải, tại tốc ộ nn = const. Điểm 2 là giới hạn của công suất lớn nhất tại tốc ộ thử.
Trong sử dụng thực tế nghiêm cấm không ể ộng cơ chạy tới iểm 2 vì có nhiều nhiên liệu
cháy không hết, khí thải có nhiều muội than, ộng cơ bị nóng… chóng hỏng.
Đường tiếp tuyến của ường ge i qua gố c tọa ộ, tiếp xúc với ge tại iểm (1), ược coi là giới
hạn nhả khói en. Tăng tải từ (1) ến (2) sẽ có nhiều nguyên liệu cháy không hết, xuất hiện
nhiều muội than, ộng cơ nhả khói en, máy nóng. Từ iểm (2) trở i nếu tiếp tục tăng thêm gct ,
sẽ làm cho chất lượng quá trình cháy giảm nhanh, làm giảm , v, i, m một mặt làm tăng
suất tiêu hao nhiên liệu ge, mặt khác làm giảm công suất Ne . Phụ tải cho phép sử dụng ược
quy ịnh tại iểm bắt ầu nhả khói en (1) hình (5.6). ge ge Tại iểm (1) tỷ số
có giá trị cực tiểu (với n = const thì
cũng cực tiểu hoặc pe. e Ne pe ge
ạt cực ại), ta có: tg Ne min .
Đặc tính tải của ộng cơ diesel tăng áp cũng tương tự như của ộng cơ diesel không tăng
áp, chỉ khác ở chỗ của ộng cơ tăng áp phụ thuộc vào gct theo qui luật phức tạp hơn.
Với ộng cơ diesel không tăng áp khi chạy theo ặc tính tải có thể coi v const và: 170 lOMoARcPSD| 25865958 g ctn . n (5.40) g ct
Biểu thức trên có thể dùng cho ộng cơ tăng áp dẫn ộng cơ khí.
Trong ộng cơ tuabin khí tăng áp ộc lập, giá trị tức thời của ược xác ịnh theo biểu thức: k v gctn (5.41) . . . kn vn gct n
Biểu thức v trong trường hợp này lớn hơn nhiều so với ộng cơ không tăng áp và ộng
cơ tua bin khí tăng áp có liên hệ cơ khí.
Càng tăng tải, làm tăng nhiệt ộ khí xả, tăng công suất tua bin, do ó càng làm tăng pk pa và tỷ số
, kết quả v sẽ tăng theo mức tăng của pe. pk
5.2.6. Các ặc tính khác
a. Đặc tính iều chỉnh
Hình 5.7. Đặc tính iều chỉnh góc phun sớm, ở n = 1800 vg/ph và toàn tải
Khi tinh chỉnh, thử nghiệm hoặc iều chỉnh ộng cơ thường phải sử dụng ặc tính iều chỉnh,
chúng giúp hiệu chỉnh chính xác, ảnh hưởng của các phần tử iều chỉnh và các thông số trong
chế ộ hoạt ộng của ộng cơ tới công suất (hoặc áp suất có ích trung bình) và tới ge . Đặc tính
iều chỉnh bao gồm: ảnh hưởng của iều chỉnh góc ánh lửa sớm hoặc phun sớm, iều chỉnh
thành phần hòa khí (hoặc hệ số dư lượng không khí ), áp suất hoặc ộ dài của thời gian cấp
nhiên liệu, nhiệt ộ nước làm mát hoặc nhiệt ộ không khí tới công suất và tính kinh tế của ộng cơ. 171 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 5.7 giới thiệu ặc tính iều chỉnh góc phun sớm của ộng cơ bốn kỳ ở n = 1.800
vòng/phút và chạy toàn tải. Giá trị cực ại của pe tương ứng với giá trị cực tiểu của ge min. b. Đặc tính iều tốc
Trên các ộng cơ diesel ều lắp bộ iều tốc khác nhau. Bộ iều tốc một chế ộ và bộ iều tốc
giới hạn ặt trên các ộng cơ cần phải hạn chế tốc ộ cực ại (tốc ộ giới hạn); nếu còn òi hỏi thêm
về tính ổn ịnh của ộng cơ khi chạy ở tốc ộ thấp, người ta dùng bộ iều tốc hai chế ộ. Bộ iều
tốc nhiều chế ộ dùng ể thực hiện iều chỉnh tự ộng ở mọi số vòng quay trong phạm vi hoạt ộng của ộng cơ.
Trên hình 5.8 giới thiệu ặc tính iều tốc của ộng cơ với bộ iều tốc nhiều chế ộ và hai chế ộ.
Diễn biến của ặc tính iều tốc phụ thuộc vào thông số iều chỉnh thiết bị nhiên liệu và tốc ộ ộng cơ.
Hình 5.8. Đặc tính iều tốc về mô men Me của ộng cơ diesel a-
Lắp bộ iều tốc nhiều chế ộ b- Bộ iều tốc 2 chế ộ
A-B các khu vực tác dụng của bộ iều tốc 1 và 8- Đặc tính ngoài
2 – 7- Đặc tính iều tôc
9 – 11- Đặc tính bộ phận
c. Đặc tính không tải
Đặc tính không tải là trường hợp ặc biệt của ặc tính tốc ộ, là hàm số thể hiện mối quan
hệ giữa khối lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ Gnl và tốc ộ n của ộng cơ khi ộng cơ không
mang tải (tức là Ne = Me = pe = 0 và do ó m = 0 và ge = ). Xây dựng ặc tính không tải
nhằm xác ịnh giới hạn từ số vòng quay ổn ịnh nhỏ nhất ến số vòng quay cực ại khi ộng cơ
chạy không tải, ồng thời xác ịnh Gnl tương ứng với các số vòng quay ấy. Dựa vào ặc tính
không tải có thể phán oán về tính kinh tế của ộng cơ, ánh giá chất lượng tinh chỉnh ộng cơ, 172 lOMoARcPSD| 25865958
kiểm tra chất lượng làm việc của các zíc lơ trong bộ chế hòa khí hoặc của bơm cao áp khi
ộng cơ hoạt ộng ở chế ộ không tải, ngoài ra còn có thể xác ịnh hiệu suất cơ khí của ộng cơ. a) b)
Hình 5.9. Đặc tính không tải của ộng cơ xăng a) và của ộng cơ diesel b) Đường
nét liền: Sau 1.000h làm việc; Đường nét ứt: sau 2.000h làm việc.
Khi xác ịnh ặc tính không tải, muốn thay ổi tốc ộ ộng cơ cần tay ổi gct bằng cách thay
ổi vị trí tay iều khiển ộng cơ. Điều chỉnh chế ộ không tải cần ảm bảo ộng cơ chạy ổn ịnh
không chết máy và ỡ tốn nhiên liệu.
Đối với ộng cơ xăng muốn thay ổi tốc ộ n của ộng cơ chỉ cần mở rộng thêm bướm ga.
Khi chạy ở tốc ộ ổn ịnh nhỏ nhất của chế ộ không tải, bướm ga hầu như óng gần kín, lúc ấy
hệ số nạp nhỏ nhất. Mở rộng dần bướm ga, hệ số nạp và tốc ộ không tải của ộng cơ cũng
tăng dần, mở bướm ga ến tới một vị trí nào ó tốc ộ không tải của ộng cơ ạt tới số vòng quay
lớn nhất cho phép, ó là chế ộ không tải lớn nhất của ộng cơ.
Hệ số dư lượng không khí trên ường ặc tính không tải cũng thay ổi theo mức ộ mở
bướm ga và khụ thuộc vào cấu tạo của bộ chế hòa khí, tuy nhiên phạm vi biến ộng của trên
ường ặc tính tương ối hẹp.
Hiệu suất chỉ thị çi trên ường ặc tính không tải chủ yếu phụ thuộc tốc ộ n, hệ số dư
lượng không khí và hệ số khí sót r . Mở dần bướm ga sẽ làm tăng và giảm r qua ó làm
tăng i . Lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ Gnl tăng theo tỷ số v .n. Đặc iểm biến thiên các
thông số chủ yếu của chu trình ộng cơ diesel ( v, , i, gct) trên ường ặc tính không tải cũng
tương tự như các ường ặc tính tốc ộ ã khảo sát ở trên.
Lượng tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ Gnl của ộng cơ diesel trên ường ặc tính không tải
sẽ tăng dần khi tăng n vì lúc ấy cả gct và n ều tăng. 173 lOMoARcPSD| 25865958
5.2.7. Chuyển ổi các ặc tính về iều kiện tiêu chuẩn
Người ta xác ịnh các ặc tính của ộng cơ khi thử nghiệm trên các băng thử, với iều kiện
môi trường rất khác nhau. Do ó muốn so sánh các chỉ tiêu của các loại ộng cơ cần phải ưa
các kết quả thử nghiệm về cùng một iều kiện môi trường, có áp suất bằng 760 mmHg và
nhiệt ộ 15oC. Điều kiện ấy gọi là iều kiện tiêu chuẩn.
Các chỉ tiêu của ộng cơ xăng dùng bộ chế hòa khí ược ưa về iều kiện tiêu chuẩn theo công thức sau : 530 t 530 t N 760 760 e . .N'e ; Me . .M'e (5.42) B 545 B 545 và p e 760.530 t .p'e (5.43) B 545
Trong ó : Ne, Me và pe – công suất có ích, mômen và áp suất có ích trung bình trong môi
trường có áp suất 760 mm cột thủy ngân và nhiệt ộ 15oC.
N‟e , Me , p‟e là công suất có ích, mômen và áp suất có ích trung bình ở iều kiện môi
trường có áp suất Bmm thủy ngân và nhiệt ộ toC.
Đối với ộng cơ diesel tăng áp hỗn hợp chưa có công thức thống nhất ể ưa các chỉ tiêu
công tác của ộng cơ về iều kiện tiêu chuẩn, vì khi thay ổi iều kiện môi trường ã làm thay ổi
rất nhiều tham số quyết ịnh các chỉ tiêu công tác của ộng cơ diesel. Đặc biệt là ộng cơ diesel
tăng áp hỗn hợp. Vì vậy hiện nay có nhiều cách ể ưa kết quả thử nghiệm của ộng cơ diesel
tăng áp hỗn hợp về iều kiện tiêu chuẩn. CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Các chế ộ làm việc của ộng cơ.
2. Điều kiện hoạt ộng của ộng cơ lắp trên thiết bị vận tải.
3. Khái niệm về ặc tính ộng cơ.
4. Các biểu thức phân tích ặc tính ộng cơ. i
5. Mối quan hệ giữa i và Với .
6. Đặc tính tốc ộ và ặc tính ngoài. 174 lOMoARcPSD| 25865958 7. Đặc tính tải.
8. Đặc tính iều chỉnh. 9. Đặc tính không tải.
10. Chuyển ổi các ặc tính về iều kiện tiêu chuẩn.
Chƣơng 6. TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
6.1. MỤC ĐÍCH CỦA TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ
6.1.1. Tăng áp ể nâng cao công suất ộng cơ
Công suấ t có ích củ a ộ ng cơ Ne ượ c tính theo biể u thứ c sau: p V in N e h e = m.Ni = (KW) (6.1) 30 Trong ó:
m hiệ u suấ t cơ giớ i
Ni công suấ t chỉ thị củ a ộ ng cơ (KW)
Pe áp suất chỉ thị trung bình (MPa) D2 Vh =
S thể tích công tá c củ a xi lanh 4
D, S ườ ng kính xi lanh, hành trình của pit tông
i số xi lanh n Tố c ộ ộ ng cơ số kì
Từ công thứ c trên ể tăng công suấ t ộ ng cơ có nhiề u cá ch : giảm số kì, tăng tố c ộ
ộ ng cơ, tăng số xi lanh, tăng thể tích công tá c và tăng á p cho ộ ng cơ.
a. Giảm số kỳ (t)
Khi giữ nguyên giá trị các thông số ở phần tử số của biểu thức (6.1), nếu giảm số kỳ thì
về mặt lý thuyết công suất của ộng cơ 2 kỳ gấp ôi công suất của ộng cơ 4 kỳ.
Tuy nhiên trên thực tế chỉ gấp từ (1,6 † 1,8) lần, iều này có ược là do trên ộng cơ hai kỳ
có xảy ra tổn thất trong quá trình thay ổi môi chất. Quá trình thay ổi môi chất trên ộng cơ
bốn kỳ hoàn hảo hơn trên ộng cơ hai kỳ.
b. Tăng tốc ộ ộng cơ (n) 175 lOMoARcPSD| 25865958
Khi tăng tốc ộ ộng cơ sẽ làm tăng số chu trình công tác trong một ơn vị thời gian. Do ó,
lượng công tạo ra trong một ơn vị thời gian cũng nhiều hơn từ ó làm tăng ược công suất ộng cơ.
Tuy nhiên khi tốc ộ ộng cơ n tăng vượt quá giá trị giới hạn sẽ làm tăng lực quán tính,
tăng phụ tải nhiệt và tăng ộ mài mòn của các chi tiết nên làm rút ngắn tuổi thọ của ộng cơ.
Mặc khác, với ộng cơ xăng do ặc iểm hình thành hỗn hợp và tính chất hóa lý của nhiên liệu
nên cho phép tăng tốc ộ ộng cơ ể nâng cao công suất. Đối với ộng cơ diesel, khi tăng tốc ộ
ộng cơ sẽ ảnh hưởng ến hiệu suất của quá trình cháy nên tốc ộ của ộng cơ diesel thường nhỏ hơn ộng cơ xăng.
Hiện nay tốc ộ ộng cơ diesel cao tốc khoảng 4.000 vòng/phút, ộng cơ xăng cao tốc khoảng 8.000 vòng/phút.
c. Tăng số xi lanh ộng cơ (i)
Tăng số xi lanh của ộng cơ sẽ làm tăng công suất và tính cân bằng của ộng cơ. Hiện nay
ộng cơ một hàng có tới 12 xi lanh, ộng cơ cao tốc chữ V có tới 16 và ộng cơ hình sao có từ 32 † 56 xi lanh.
Tuy nhiên khi số xi lanh quá lớn nhiều sẽ làm cho số chi tiết của ộng cơ tăng lên quá
nhiều (50.000 † 100.000 chi tiết), làm giảm ộ cứng vững của hệ trục khuỷu. Do ó, một mặt
làm giảm ộ tin cậy và ộ an toàn trong quá trình làm việc, mặt khác làm cho việc bảo dưỡng
và sử dụng ộng cơ thêm phức tạp.
d. Tăng thể tích công tác của ộng cơ (Vh)
Khi tăng kích thước xi lanh ( ường kính D) và hành trình của pít tông (S) sẽ làm tăng
thể tích công tác, từ ó làm tăng công suất của ộng cơ.
Tuy nhiên, khi kích thước xi lanh và hành trình pít tông càng lớn sẽ làm tăng kích thước bên
ngoài và chiều cao của ộng cơ. Nếu tiếp tục tăng ường kính của xi lanh D và hành trình của
pít tông S sẽ gây nhiều khó khăn cả về mặt công nghệ lẫn vật liệu chế tạo cho các chi tiết của ộng cơ.
e. Tăng áp cho ộng cơ
Tăng áp cho ộng cơ ể làm tăng mật ộ của môi chất nạp. Qua ó làm tăng khối lượng
không khí nạp i vào xi lanh trong mỗi chu trình, làm tăng Pe vì vậy làm tăng công suất ộng
cơ. Tăng áp ối với không khí ưa vào xi lanh ộng cơ có thể làm tăng áng kể công suất ộng cơ.
Nếu áp suất có ích trung bình Pe của ộng cơ diesel không tăng áp từ 0,7 † 0,9 MPa thì ộng
cơ diesel tăng áp rất dễ ạt 1,0 † 1,2 MPa. Trường hợp nâng cao áp suất trên ường ống nạp Pk
và làm mát trung gian, có thể nâng cao áp suất có ích trung bình Pe lớn hơn 3 MPa.
Tuy nhiên càng nâng cao mức ộ tăng áp sẽ làm tăng Pe, từ ó làm tăng phụ tải cơ khí
cũng như phụ tải nhiệt của ộng cơ. Do ó khi tăng áp phải òi hỏi những chi tiết pít tông, xi
lanh,... phải có ộ bền và khả năng chịu tải tốt. 176 lOMoARcPSD| 25865958
Do tăng áp là một trong những biện pháp tốt nhất ể làm tăng công suất của ộng cơ, nên
hiện nay hầu hết các loại ộng co diesel cỡ lớn, ặc biệt là ộng cơ diesel phát iện và ộng cơ
dùng trên tàu thủy sử dụng ộng cơ tăng áp rất nhiều.
6.1.2. Tăng áp ể ti Āt kiệm năng lƣợng
Xe hơi hiện ại òi hỏi những ộng cơ gọn nhẹ, hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao, công suất
và mô-men xoắn lớn. Để áp ứng các tiêu chuẩn này, tăng áp là giải pháp phổ biến hiện nay.
Đây là k礃̀ thuật nâng cao áp suất của hỗn hợp nhiên liệu khi ưa vào buồng ốt. Vào những
năm 1970, chỉ tiêu công suất/lít trung bình của ộng cơ chỉ ạt khoảng 60 mã lực/lít.
Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ vật liệu, cơ khí và iện tử, cơ cấu tăng áp ã có
mặt trong nhiều lĩnh vực, trên nhiều chủng loại ộng cơ. Đến năm 2.000 chỉ số công suất/lít
trung bình của ộng cơ ã ạt tới 121 mã lực/lít nhờ những k礃̀ thuật tăng áp tiên tiến.
6.2. CÁC BIỆN PHÁP TĂNG ÁP CHỦ YẾU
Dựa vào nguồn năng lượng và phương pháp nén không khí trước khi ưa vào ộng cơ,
người ta chia tăng áp thành bốn nhóm sau:
- Tăng áp dẫn ộng bằng cơ khí;
- Tăng áp nhờ năng lượng khí thải; - Tăng áp hỗn hợp;
- Tăng áp nhờ hiệu ứng ộng của dao ộng áp suất;
Ngoài các phương án trên, còn có các hệ thống tăng áp tổ hợp khác tùy theo từng nhu cầu sử dụng ộng cơ.
6.2.1. Tăng áp dẫn ộng bằng cơ khí (Supercharger)
a. Sơ ồ hệ thống:
Máy nén trong thiết bị tăng áp truyền ộng cơ khí thường là máy nén pít tông , máy nén
rô to, máy nén ly tâm hoặc máy nén chiều trục ược dẫn ộng từ trục khuỷu của ộng cơ thông
qua các bánh răng, xích hoặc các cơ cấu truyền ộng khác. 177 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 6.1. Tăng áp dẫn ộng bằng cơ khí 1. Máy nén 2. Trục khuỷu ộng cơ
3. Hệ thống truyền ộng
Hình 6.2. Động cơ có trang bị bộ tăng áp
Một ví dụ của loại tăng áp này (Superchanger) ược mô tả trên hình 6.3 178 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 6.3. Bộ tăng á p Superchanger 1. Vỏ bộ tăng áp 3. Đường nạp
2. Cặp bánh răng 4. Xu páp nạp
Bộ tăng áp sử dụng cặp bánh răng 2 nghiêng lớn, bố trí trong vỏ kín 1, trên ường nạp khí
của ộng cơ. Mỗi răng trên bánh răng có vai trò như một pít tông quét khí nạp.
Bộ tăng áp này phù hợp với các loại ộng cơ diesel thấp tốc, và do khối lượng lớn nên
không sử dụng trên ộng cơ cao tốc ngày nay. Hệ số tăng áp tối a có thể lên tới 1,6 lần (tỷ lệ
áp suất ra với áp suất vào).
b. Nguyên lý làm việc:
Hình 6.4. Sơ ồ nguyên lý tăng áp truyền ộng cơ khí.
Khi trục khuỷu ộng cơ quay, công suất từ trục khuỷu sẽ dẫn ộng cho máy nén làm việc.
Máy nén hút không khí ngoài trời với áp suất Po, sau khi qua máy nén áp suất của không khí
tăng lên Pk > Po qua ường ống nạp và nạp vào xi lanh ộng cơ.
c. Phạm vi ứng dụng:
Khi nghiên cứu các chu trình lý tưởng của ộng cơ tăng áp chúng ta ã biết hiệu quả tăng
áp của phương pháp truyền ộng cơ giới kém hơn so với phương pháp tăng áp tua bin khí, vì
vậy phạm vi sử dụng phương pháp tăng áp này chỉ giới hạn cho những ộng cơ mà áp suất
tăng áp không vựơt quá 0,15 - 0,16 MN/m2. Nếu áp suất tăng áp lớn hơn nữa thì công suất
tiêu thụ cho máy nén sẽ rất lớn (vượt quá 10%Ni) và hiệu suất của ộng cơ sẽ giảm.
Trong các loại ộng cơ hai kỳ , pít tông của ộng cơ óng vai trò như một van trượt iều
khiển óng mở cửa quét và của thải còn sử dụng không gian bên dưới pít tông làm máy nén tăng áp.
Trường hợp ộng cơ tăng áp có cùng một giá trị áp suất trên ường ống nạp Pk, nếu công
tiêu hao cho máy nén Nk càng lớn thì công suất có ít của ộng cơ Ne sẽ càng nhỏ. Vì vậy khi 179 lOMoARcPSD| 25865958
chọn loại máy nén cho ộng cơ tăng áp truyền ộng cơ khí cần chú ý tới áp suất tăng áp và
công ể dẫn ộng tăng áp ể không ảnh hưởng ến công suất và hiệu suất của ộng cơ.
6.2.2. Tăng áp nhờ năng lƣợng khí thải
Trong tổng số năng lượng cấp cho ộng cơ không tăng áp, chỉ có khoảng 30 † 40% ược
chuyển thành công có ích. Nhiệt lượng của khí thải ra ngoài khỏi ộng cơ chiếm khoảng 40 †
50%. Nếu dùng tua bin khí ể số khí thải trên tiếp tục giãn nở sinh công, trước khi thải ra môi
trường và dùng công ấy ể dẫn ộng máy nén tăng áp (không dùng công có ích lấy từ trục
khuỷu của ộng cơ) sẽ nâng cao công suất có ích ồng thời cải thiện tính năng kinh tế của ộng cơ.
Tùy theo áp suất khí trước tua bin, tăng áp bằng tuabin khí có hai loại sau: -
Tăng áp bằng tua bin biến áp: khi xu páp xả mở, sản vật cháy ược dẫn trực
tiếp tới cánh tua bin. 䄃Āp suất và ộng năng của dòng khí thải tác dụng vào các cánh tua
bin thay ổi theo quy luật giảm dần. Để giảm tổn thất năng lượng của dòng khí thải, người
ta thường bố trí tua bin rất gần xi lanh. -
Tăng áp bằng tua bin ẳng áp: khí thải từ xi lanh ộng cơ ược dẫn vào bình
chứa, sau ó ược cấp vào trước cánh tua bin theo một quy luật nhất ịnh.
a. Sơ ồ hệ thống:
Hình 6.5. Sơ ồ ộng cơ tăng áp nhờ năng lƣợng khí thải d甃ng tua bin khí 1. Tuabin khí 4. Máy nén 2. Tuabin 5. Không khí từ môi trường vào 3. Khí thải ộng cơ tua bin
Tăng áp tua bin khí thực hiện ược bởi một thiết bị thu hồi năng lượng của khí thải, số
năng lượng thu hồi này chiếm tới 5 † 10% toàn bộ năng lượng nhiệt cấp cho ộng cơ. Trên
hình 6.5 giới thiệu sơ ồ của ộng cơ tăng áp nhờ năng lượng khí thải dùng tua bin khí. 180 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 6.6. Động cơ d甃ng tăng áp Turbochanger
Hình 6.7. Mặt cắt của Turbocharger
màu ỏ: khí thải; màu xanh: khí nạp
b. Nguyên lý làm việc:
Tăng áp tua bin khí là biện pháp tốt nhất ể làm tăng công suất và nâng cao các chỉ tiêu
kinh tế k礃̀ thuật của ộng cơ, vì vậy biện pháp này ã ược sử dụng rất rộng rãi trong các loại
ộng cơ diesel hiện ại. Trên hình 6.8 giới thiệu sơ ồ nguyên lý làm việc của ộng cơ tăng áp
tua bin khí, năng lượng ể dẫn ộng tuabin ược lấy từ năng lượng của khí xả ộng cơ. 181 lOMoARcPSD| 25865958
Hình 6.8. Sơ ồ nguyên lý ộng cơ tăng áp tuabin khí, dẫn ộng bằng năng lƣợng khí thải.
Máy nén N ược dẫn ộng bởi trục của tua bin khí T, hoạt ộng nhờ năng lượng khí thải
ộng cơ. Khí thải của ộng cơ i vào tua bin khí sinh công quay máy nén rồi sau ó ược thải ra
môi trường, ồng thời máy nén N hút không khí ngoài trời có áp suất P0 nén ến áp suất Pk rồi
ưa vào ộng cơ. Lượng không khí nén cung cấp cho ộng cơ ược biến ổi tự ộng theo công suất
của ộng cơ. Công suất của ộng cơ càng cao thì năng lượng chứa trong khí thải càng lớn, ảm
bảo quay máy nén cung cấp cho ộng cơ với lượng không khí nén càng nhiều.
Một ví dụ của loại tăng áp này (Tubochanger) ược mô tả trên hình 6.9
Hình 6.9. Cấ u tạ o bộ tăng á p Tubochanger a) và nguyên lý làm việc b) 1. Bánh tuốc bin 6. Van iều tiết 2. Trục
7. Đường khí phản hồi 3. Bánh nén khí nạp 8. Xi lanh iều khiển 4. Xu páp nạp 9. mạch giảm tải 5. Xu páp xả 182 lOMoARcPSD| 25865958
Bộ tăng áp ặt ngay sát ộng cơ và có cấu tạo như hình trên. Nguyên lý hình thành tăng
áp dựa trên cơ sở tận dụng ộng năng của dòng khí xả, khi i ra khỏi ộng cơ, làm quay máy nén khí.
Dòng khí xả i vào bánh tua bin 1, truyền ộng năng làm quay trục 2, dẫn ộng bánh 3, khí
nạp ược tăng áp i vào ường ống nạp ộng cơ. 䄃Āp suất tăng áp khí nạp phụ thuộc vào tốc ộ
ộng cơ (tốc ộ dòng khí xả hay tốc ộ quay của bánh 1). Với mục ích ổn ịnh tốc ộ quay của
bánh 1 trong khoảng hoạt ộng tối ưu theo số vòng quay ộng cơ, trên ường nạp có bố trí mạch
giảm tải 9. Mạch giảm tải làm việc nhờ van iều tiết 6, thông qua ường khí phản hồi 7 và cụm
xi lanh iều khiển 8. Khi áp suất tăng áp tăng, van 6 mở, một phần khí xả không qua bánh tua
bin 1, thực hiện giảm tốc ộ cho bánh nén khí nạp, hạn chế sự gia tăng quá mức áp suất khí nạp.
c. Phạm vi ứng dụng:
Do tăng áp bằng tua bin khí ược dẫn ộng bằng năng lượng khí thải, không phải tiêu thụ
công suất từ trục khuỷu của ộng cơ như tăng áp dẫn ộng bằng cơ khí, nên có thể làm tăng
tính kinh tế của ộng cơ. Phương pháp này có thể giảm suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 10%.
Trong các ộng cơ tăng áp cao, thường lắp két làm mát trung gian trước khi không khí i
vào ộng cơ nhằm giảm nhiệt ộ, qua ó nâng cao mật ộ không khí tăng áp vào ộng cơ. Vì vậy,
nâng cao ược công suất và hiệu suất của ộng cơ. Mặc khác khi tăng áp bằng tuabin khí còn
tạo iều kiện giảm tiếng ồn nên loại này ược sử dụng nhiều nhất hiện nay.
6.2.3. Tăng áp hỗn hợp
a. Sơ ồ hệ thống:
Tăng áp hỗn hợp là biện pháp sử dụng cùng một lúc cả máy nén tua bin khí (dùng năng
lượng khí xả) và máy nén truyền ộng cơ khí (dùng năng lượng từ trục khuỷu). Có hai phương pháp tăng áp hỗn hợp:
- Hai tầng lắp nối tiếp. - Hai tầng lắp song song.
b. Nguyên lý làm việc:
Trong hệ thống hai tầng lắp nối tiếp thuận (H 6.10a), tầng thứ nhất là bộ “máy nén tua
bin khí” quay tự do và tầng thứ hai là máy nén truyền ộng cơ khí. Dùng hệ thống tăng áp hai
tầng lắp nối tiếp thuận một mặt có thể tận dụng năng lượng của khí thải, mặt khác có thể
nâng cao áp suất trên ường ống nạp Pk, từ ó nâng cao mật ộ khí nạp.
Hệ thống tăng áp có tầng thứ nhất là một máy nén thể tích hoặc máy nén ly tâm do trục
khuỷu dẫn ộng và tầng thứ hai là “máy nén tuabin khí” quay tự do ược gọi là hệ thống tăng
áp hai tầng nối tiếp ngược (H 6.10b). Trong hệ thống tăng áp hai tầng nối tiếp ngược không
thể nào tiến hành cường hoá ộng cơ bằng biện pháp làm tăng lượng khí nạp ưa vào xi lanh
vì khối lượng không khí cung cấp cho xi lanh trong mỗi chu trình thay ổi rất ít. 183 lOMoARcPSD| 25865958
Trong hệ thống tăng áp hai tầng lắp song song (H 6.10c), máy nén N1 ược dẫn ộng từ
trục khuỷu ộng cơ cung cấp vào bình làm mát LM cùng với máy nén N2 ược dẫn ộng từ năng
lượng khí thải bởi tua bin T.
Hình 6.10. Sơ ồ nguyên lý ộng cơ tăng áp hỗn hợp hai tầng lắp nối ti Āp
a) hai tầng nối tiếp thuận N – máy nén
b) hai tầng nối tiếp ngược
LM – thiết bị làm mát trung gian không khí nén c) hai tầng lắp song song T – Tua bin
c. Phạm vi ứng dụng:
Trong hệ thống tăng áp hai tầng nối tiếp, do có máy nén truyền ộng cơ giới nên có thể
thay ổi tỷ số tăng áp của ộng cơ, cải thiện tính năng tăng tốc và chất lượng công tác trong
mọi chế ộ làm việc của ộng cơ. Đặc iểm ấy rất quan trọng ối với ộng cơ hai kỳ.
Trong ộng cơ tăng áp hỗn hợp, lắp song song (H 6.10c) người ta dùng một máy nén dẫn
ộng cơ giới hoặc dùng không gian bên dưới của xi lanh làm máy nén ( ộng cơ hai kỳ) cung
cấp không khí tăng áp cho ộng cơ, song song với bộ “máy tua bin khí” quay tự do. Như vậy
mỗi máy nén trong hệ thống chỉ cần cung cấp một phần không khí nén vào bình chứa chung.
Ưu iểm chủ yếu của hệ thống tăng áp lắp song song là lưu lượng không khí, qua mỗi
máy nén iều nhỏ do ó kích thước của mỗi máy nén iều nhỏ hơn so với hệ thống tăng áp lắp nối tiếp.
Về mặt cấu tạo thì hệ thống tăng áp hỗn hợp phức tạp hơn nhiều so với các hệ thống
tăng áp truyền ộng cơ giới và tăng áp tua bin khí, vì trong thiết bị tăng áp có hai máy nén.
Mặt khác bình chứa không khí nén chung cũng phức tạp hơn. Vì vậy chỉ trong các
trường hợp ặc biệt (ví dụ cần ạt ược Pk tương ối lớn), cần có tính năng tăng tốc tốt trong mọi
chế ộ làm việc của ộng cơ, hoặc những yêu cầu ặc biệt nào ó người ta mới dùng hệ thống tăng áp hỗn hợp. 184 lOMoARcPSD| 25865958 CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Mục ích của tăng áp cho ộng cơ.
2. Các biện pháp nâng cao công suất ộng cơ.
3. Sơ ồ, nguyên lý làm việc và phạm vi ứng dụng của biện pháp tăng áp dẫn ộng bằng cơ khí.
4. Sơ ồ, nguyên lý làm việc và phạm vi ứng dụng của biện pháp tăng áp nhờ khí thải.
5. Sơ ồ, nguyên lý làm việc và phạm vi ứng dụng của biện pháp tăng áp hỗn hợp. PHỤ LỤC DANH MỤC HÌNH
- Hình 1.1. Sơ ồ cấu tạo ĐCĐT kiểu pít tông (a); Tua bin khí (b); Động cơ phản lực dùng nhiên liệu
và chất ôxi hóa thể lỏng (c)
- Hình 1.2. Sơ ồ nguyên lý ộng cơ ốt trong
- Hình 1.3. Trình tự các quá trình của ĐCĐT
- Hình 1.4. Sơ ồ các quá trình làm việc và ồ thị công p –V của ộng cơ diesel bốn kỳ - Hình 1.5. Đồ
thị công p-V của chu trình thực tế
- Hình 1.6. Đồ thị khai triển và ồ thị phân phối khí khai triển của ộ ng cơ 4 kỳ pk < pO
- Hình 1.7. Sơ ồ pha phân phối khí của ộng cơ 4 kỳ
- Hình 1.8. Chu trình làm việc của ộng cơ diesel bốn kỳ
- Hình 1.9. Đồ thị công p – V và ồ thị phân phối khí khai triển của ộ ng cơ diesel 4 kỳ pK< pO -
Hình 1.10: Đồ thị công p – V của ộng cơ xăng 4 kỳ
- Hình 1.11. Sơ ồ cấu tạo của ộng cơ 4 kỳ tăng áp tuabin khí (pk > p0)
- Hình 1.12. Sơ ồ hoạt ộng của ộng cơ 2 kỳ quét thẳng qua xu páp xả.
- Hình 1.13. Sơ ồ cấu tạo ộ ng cơ 2 kỳ và ồ thị công p-V của ộng cơ 2 kỳ dạng quét vòng dùng cacte tạo quét khí 185 lOMoARcPSD| 25865958
- Hình 1.14. Pha phân phối khí của ộng cơ hai thì quét vòng
- Hình 1.15. Sơ ồ cấu tạo cơ cấu khuỷu trục thanh truyền ộng cơ chữ V, 8 xi lanh, góc nhị diện 900,
thứ tự làm việc 1-5-4-2-6-3-7-8
- Hình 1.16. Sơ ồ cấu tạo trục khuỷu ộng cơ 4 xi lanh
- Hình 1.17. Sơ ồ cấu tạo trục khuỷu ộng cơ 6 xi lanh
- Hình 1.18. Sơ ồ cấu tạo và nguyên lý làm việc ĐCĐT kiểu pít tông quay
- Hình 1-19. Sơ ồ cấu tạo ĐCĐT kiểu tua bin phản lực
- Hình 3.1. Chu trình lý tưởng tổng quát trong ĐCĐT
- Hình 3.2. Chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp
- Hình 3.3. Phần ồ thị công thải và nạp khí khi pk < po (a), khi pk > po (b)
- Hình 3.4. Phần ồ thị công của quá trình thay ổi khí trong ộng cơ 2 kỳ
- Hình 3.5. Đồ thị p –V phân tích các ường cong ặc trưng trạng thái của quá trình nén
- Hình 3.6. Quá trình cháy bình thường trong ộng cơ xăng
- Hình 3.7. Sơ ồ phân bố màng lửa và tốc ộ màng lửa
- Hình 3.8. Cháy kích nổ ộng cơ xăng
- Hình 3.9. Hiện tượng cháy sớm ộng cơ xăng
- Hình 3.10. Đồ thị khai triển quá trình cháy ộng cơ diesel
- Hình 3.11. Đồ thị p = f(V) của quá trình giãn nở trong ĐCĐT
- Hinh 3.12. Đồ thị p = f(V) của quá trình thải trong ĐCĐT - Hinh 4.1. Đồ thị công hiệu ính p =f(V) của ĐC-D
- Hình 4.2. Đồ thị công hiệu ính p =f(V) của ĐC-X
- Hình 5.1. Các chế ộ có thể hoạt ộng của các loại ộng cơ
- Hinh 5.2. Đặc tính của ộng cơ và máy công tác i - Hình 5.3. Quan hệ giữa i và với
- Hình 5.4. Đặc tính ngoài của ộng cơ xăng a) và ộ ng cơ diesel b)
- Hình 5.5. Đặc tính tải của ộng cơ xăng
- Hình 5.6. Đặc tính tải của ộng cơ diesel
- Hình 5.7. Đặc tính iều chỉnh góc phun sớm, ở n = 1.800 vg/ph và toàn tải - Hình 5.8. Đặc tính iều
tốc về mô men Me của ộng cơ diesel.
- Hình 5.9. Đặc tính không tải của ộng cơ xăng a) và của ộng cơ diesel b)
- Hình 6.1. Tăng áp dẫn ộng bằng cơ khí 186 lOMoARcPSD| 25865958
- Hình 6.2. Động cơ có trang bị bộ tăng á p
- Hình 6.3. Bộ tăng á p Superchanger
- Hình 6.4. Sơ ồ nguyên lý tăng áp truyền ộng cơ khí.
- Hình 6.5. Sơ ồ ộng cơ tăng áp nhờ năng lượng khí thải dùng tuabin khí
- Hình 6.6. Động cơ dùng tăng áp Turbochanger
- Hình 6.7. Mặt cắt của Turbocharger
- Hình 6.8. Sơ ồ nguyên lý ộng cơ tăng áp tuabin khí, dẫn ộng bằng năng lượng khí thải. - Hình 6.9.
Cấ u tạ o bộ tăng á p Tubochanger
- Hình 6.10. Sơ ồ nguyên lý ộng cơ tăng áp hỗn hợp hai tầng lắp nối tiếp DANH MỤC BẢNG
- Bảng 1.1. Bảng sinh công ộng cơ 4 kỳ 4 xi lanh
- Bảng 1.2. Bảng sinh công ộng cơ 4 kỳ 6 xi lanh
- Bảng 2.1. Thành phần thể tích và nhiệt trị thấp của nhiên liệu khí ở iều kiện tiêu chuẩn
- Bảng 2.2. Các chỉ tiêu của nhiên liệu lỏng dùng cho ộng cơ ốt trong
Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Tấn Quốc (2005). Nguyên lý ộng cơ ốt trong. ĐHSPKTTPHCM.
[2] Nguyễn Tất Tiến (1999). Nguyên lý ộng cơ ốt trong. Nhà xuất bản Giáo dục. Hà Nội.
[3] Nguyễn Văn Bình (1982). Nguyên lý ộng cơ ốt trong. Đại học và THCN.
[4] Phạm Văn Trợ (1998). Lý thuyết ộng cơ ốt trong. Cao ẳng K礃̀ thuật Vin Hem Pic.
[5] Võ Nghĩa (1990). Thí nghiệm ộng cơ. Đại học Bách khoa Hà Nội.
[6] Đỗ Xuân Kính (1989). Sửa chữa ộng cơ ốt trong. Nhà xuất bản Khoa học và K礃̀ thuật. Hà Nội.
[7] Trần Văn Tế - Nguyễn Đức Phú (1996). Kết cấu tính toán ộng cơ ốt trong. Nhà xuất bản Khoa
học và k礃̀ thuật. Hà Nội.
[8] Nguyễn Đức Phú (1989). Động cơ ốt trong xưa và nay. Nhà xuất bản Khoa học và K礃̀ thuật. Hà Nội.
[9] Proceedings of the international conference on technology, Hanoi, December 1996. 187 lOMoARcPSD| 25865958 188