ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP HỌC PHẦN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1

Toàn bộ chu trình công tác được thực hiện trong hai vòng quay của trủc khuỷuTrong bốn hành trình của động cơ chỉ có một hành trình hành trình cháy và giảnnở là duy nhất sinh công còn ba

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP

HỌC PHẦN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1

Câu 1: Hãy trình bày nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ không tăng áp.

Vẽ đồ thị công P–V và đồ thị pha phân phối khí động cơ xăng 4 kỳ không tăng áp

Phân tích sự khác biệt trong đồ thị công P–V giữa động cơ xăng 4 kỳ không tăng áp và động cơ xăng 4 kỳ có tăng áp.

 Nguyên lý làm việc động cơ xăng 4 kỳ không tăng áp

Giống như động cơ Diesel nhưng:

-Piston tiếp tục đi xuống từ ĐCT đến ĐCD không gian phía trên piston tăng trong xilanh hình thành chân không  hỗn hợp khí (gồm hơi xăng + không khí)được hút vào xilanh qua SN trong suốt quá trình nạp Lúc này ST đóng

Giống như động cơ Diesel nhưng:

Ở cuối quá trình nén (điểm 3’), bugi bật tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp khí Gócứng với đoạn c’c’’ hoặc góc φ3 = góc đánh lửa sớm

Giống như động cơ Diezel nhưng không có đoạn zz’mà chỉ có cháy đẳng tích

Toàn bộ chu trình công tác được thực hiện trong hai vòng quay của trủc khuỷuTrong bốn hành trình của động cơ chỉ có một hành trình (hành trình cháy và giảnnở) là duy nhất sinh công còn ba hành trình khác (nạp,

nén, thải) là những quá trình chuẩn bị và được thực hiện nhờ động năng của khốilượng vận động quay (trục khuỷu bánh đà) và nhờ công của các xilanh khác

Thời điểm đóng và mở các supap cũng như thời điểm phun nhiên liệu hoặc tia lửađiện không trùng với ĐCT và ĐCD của piston gọi là thời điểm phối khí

Với đồ thị công thì:

ĐCX 4 kì có tăngáp

ĐCX 4 kì 0 có tăngáp

Thời điểm bắt đầu nạp Vận tốc và áp suất

dòng khí trong cửanạp và cửa xả lớn

Vận tốc và áp suấtdòng khí trong cửanạp và cửa xả nhỏThời điểm bắt đầu cháy Lượng khí nén

được đưa vào có ápsuất cao hơn nêntrên đồ thị chổ bắtđầu cháy sẽ cao hơn

Lượng khí nén đượcđưa vào có áp suấtthấp hơn nên trên đồthị chổ bắt đầu cháy

sẽ thấp hơn

Có tăng áp giúp đốtcháy triệt để nhiênliệu hơn tăng côngsuất động cơ

Thời điểm kết thúc cháy Điểm kết thúc cháy

sẽ thấp hơn

Điểm kết thúc cháy

sẽ cao hơn

Vì khi có tăng ápnhiên liệu sẽ đượccháy sạch hơn

Thời điểm bắt đầu xả Điểm bắt đầu xả sẽ

thấp hơn

Điểm bắt đầu xả sẽcao hơn

Vì có tăng áp thìđộng cơ làm việcvới vòng tua cao thìlượng khí thải racàng nhiều

Điểm khác biệt trong đồ thị công P–V giữa động cơ xăng 4 kỳ không tăng áp vàđộng cơ xăng 4 kỳ có tăng áp: Đường biểu diễn quá trình nạp của động cơ có tăng

áp sẽ nằm bên trên đường áp suất khí trời P0 , còn đối với động cơ không tăng ápthì đường biểu diễn quá trình nạp sẽ nằm bên dưới đường áp suất khí trời P0; Vì ởđộng cơ không tăng áp: Khí nạp đi vào nhờ chênh lệch áp suất bên trong xilanhvới áp suất ngoài môi trường, để khí được nạp vào thì áp suất trong xilanh phảinhỏ hơn áp suất ngoài môi trường nên đường biểu diễn quá trình nạp động cơkhông tăng áp nằm bên dưới đường áp suất khí trời P0, còn đối với động cơ có

tăng áp thì khí nạp đã được hệ thống tăng áp nén với áp suất cao hơn áp suất khítrời trước khi nạp vào xilanh nên đường biểu diễn quá trình nạp của động cơ cótăng áp nằm bên trên đường áp suất khí trời P0.

Câu 2: Hãy trình bày nguyên lý làm việc của động cơ diesel 4 kỳ không tăng

áp Vẽ đồ thị công P – V và đồ thị pha phân phối khí động cơ diesel Phân tích

sự khác biệt trong đồ thị công P – V giữa động cơ diesel 4 kỳ không tăng áp

và động cơ diesel 4 kỳ có tăng áp.

 Ở đầu hành trình này (lúc piston ở ĐCT) toàn bộ VC chứa sản vật cháycòn sót lại ở chu trình trước và được gọi là khí sót (điểm r) áp suất khí sót Prgần bằng áp suất khí trời Po, piston tiếp tục đi xuống từ ĐCT đến ĐCD -khônggian phía trên piston tăng- trong xilanh hình thành chân không - không khí đượchút vào xilanh qua SN trong suốt quá trình nạp Lúc này ST đóng Trên đồ thịcông: hành trình nạp ứng với rr’a

 Thực tế: SN mở sớm hơn trước khi piston tới ĐCT (điểm d1) góc ứngvới đoạn d1r = φ1 gọi là góc mở sớm SN, đồng thời SN đóng muộn hơn so vớiĐCD (điểm d2), góc ứng với đoạn ad2 = góc φ2= góc đóng muộn SN

 Vì vậy thời gian thực tế của quá trình nạp lớn hơn thời gian hành trìnhnạp

 Piston đi từ ĐCD đến ĐCT, Vxilanh giảm dần không khí bị nén lại ápsuất và nhiệt tăng lên

 Trên đồ thị công, hành trình nén được thể hiện bằng đoạn ac’c” thực

tế quá trình nén chỉ bắt đầu khi các SN và ST đóng hoàn toàn thời gian của quátrình nén nhỏ hơn thời gian của hành trình nén

 Ở cuối quá trình nén (điểm 3’), nhiên liệu được phun vào xilanh nhờkim phun Góc ứng với đoạn c’c” hoặc góc φ3= góc phun sớm

 Piston đi từ ĐCT đến ĐCD Hành trình này gồm: quá trình cháy + quátrình giản nở.

 Nhiên liệu được cháy nhanh, áp suất và nhiệt độ tăng mãnh liệt Sau đónhiên liệu được cháy đều hơn

 Đoạn Z’Z = cháy đẳng áp; quá trình cháy kết thúc tại x

 Sau đó là quá trình giản nở

 Hành trình này sinh công có ích do đó được gọi là hành trình công tác

Piston đi từ ĐCD đến ĐCT và tiến hành đẩy sản vật cháy ra ngoài xilanh

-Thực tế: Ở cuối quá trình giản nở, ST mở sớm hơn một chút so với ĐCD (điểmb’) góc ứng với đoạn b’b = góc φ5 = góc mở sớm ST, đồng thời với ST đóng muộnhơn sau ĐCT (điểm r’) Góc ứng với đoạn rr’ = góc φ6 = góc đóng muộn ST

-Đoạn d1r’ được gọi là thời kỳ trùng điệp của SN và ST Ở đó cả hai SN và ST đều

mở Góc (φ1+ φ6) = góc trùng điệp của supap

-Sau khi kết thúc thải động cơ đã hoàn tất một chu trình công tác

φ1: góc mở sớm suppap nạp (SN) φ2: góc đóng muộn SN

φ1-2: toàn bộ góc mở của SN φ2-3: góc ứng với quá trình nén φ3: góc phun sớmnhiên liệu φ 3-4-5: góc ứng với cháy, giãn nở φ5: góc mở sớm suppap thải (ST), φ5-

6: toàn bộ góc mở của ST, φ6: góc đóng muộn SN

Câu 3: Hãy trình bày các yêu cầu của nhiên liệu xăng sử dụng trong động cơ đốt trong Hãy cho biết một số nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu xăng truyền thống có khả năng sử dụng trong động cơ xăng.

 Yêu cầu của động cơ xăng:

Chỉ số octane của xăng là số phần trăm chất Iso-octane (C8H18) tính theo thể tích

có trong hỗn hợp với chất Heptane (C7H16) Iso-Octane (C8H18) có chỉ số octane

là 100 và Heptane (C7H16) có chỉ số Octane là 0 Chỉ số octane cao cho ta biếtđược khả năng kích nổ không xảy ra dễ dàng Động cơ có áp suất nén thấp thìdùng xăng có chỉ số octane thấp và ngược lại động cơ có áp suất nén cao thì dùngxăng có chỉ số octane cao

Động cơ trang bị turbo

sự cháy trọn vẹn, chắc chắn thì nhiên liệu phải bốc hơi trọn vẹn

- Khởi động máy còn nguội khó khăn và thời gian hâm nóng còn chậm là do

sự bốc hơi chưa nhanh và không khí nguội lạnh

- Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến sự bay hơi

- Khả năng bay hơi còn tuỳ thuộc vào độ cao

- Ngăn ngừa hiện tượng đông lạnh trong bộ chế hoà khí Các ôtô vận hành trongđiều kiện khí hậu khắc nghiệt (<-5oC) cần sử dụng xăng riêng

- Làm loãng nhớt trong carte

- Sự bốc hơi kém của nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến tỉ lệ hoà khí cho từngxilanh động cơ khác nhau làm tăng sự rung động khi vận hành

 Hàm lượng lưu huỳnh

Lượng lưu huỳnh có trong xăng làm cho động cơ và ống thải bị ăn mòn Bởi vìtrong quá trình oxy hóa nhiên liệu (gốc hydrocacbon) tạo thành chủ yếu CO2 vàhơi nước Trong lúc động cơ hoạt động, hơi nước theo khí thải ra ngoài nên khôngthể ngưng tụ thành nước, nhưng lúc tắt động cơ, động cơ nguội dần làm cho hơinước ngưng tụ thành giọt bám trên các bộ phận của động cơ, trong carte và ở ốngthải

Trong các ô tô ngày nay, trên ống thải có bộ phận hoá khử (Bộ hấp thụ khí thải Catalysts) thì rất tối kỵ Sulfur Dioxide nhất là đang hâm nóng máy.

Một loại chất phụ gia được dùng phổ biến khác trong xăng, đó là chất MTBE –Methyl Tertiary Butyl Ether,

 Tính ăn mòn kim loại:

Xăng có tính ăn mòn kim loại do sự có mặt của các hợp chất lưu hùynh, các axít,keo nhựa chưa tinh chế hết trong quá trình chế biến

Tạp chất cơ học có trong xăng gồm những chất từ bên ngoài rơi vào trong quátrình bơm rót, vận chuyển như cát, bụi, các chất được pha thêm trong quá trình sảnxuất, chế biến như nhiên liệu cháy, chất ổn định, …

Nước từ bên ngoài rơi vào xăng trong quá trình xuất, nhập, tồn chứa…

NHIÊN LIỆU THAY THẾ XĂNG:

+ khí hóa lỏng(LPG) trị số octane từ 95-105:

Các thành phần hóa học của LPG tương đối ít, do đó dễ dàng thực hiện việc điềuchỉnh đúng tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu và không khí Ưu điểm này đem lại đặc tínhcháy sạch cho LPG

Cả hai Propane và Butane được hóa lỏng một cách dễ dàng và đựng trong các bìnhchứa áp suất Đặc tính này làm cho nhiên liệu có tính di động cao, và do đó có thểvận chuyển dễ dàng

LPG là chất thay thế tốt cho xăng trong các động cơ xăng

+ cồn

Hiện nay nhiên liệu cồn sử dụng trong động cơ đốt trong là cồn tinh chế hoặc hỗnhợp xăng pha cồn.Methanol và Ethanol là hai chất đang được sử dụng làm nhiênliệu trên ô tô hiện nay

Methanol có thể hòa tan vào xăng 100% Ethanol hoặc Methanol pha vào xăng sẽlàm cho hỗn hợp có trị số octane cao hơn xăng, bởi vì cồn có trị số octane cao hơnxăng Trị số octane tăng lên bao nhiêu trong hỗn hợp tùy thuộc vào lượng cồn phavào Khi pha vào xăng trị số octane 91 với 10% methanol, số octane của hỗn hợptăng lên 96

Ứng với từng lọai xăng có trị số octane khác nhau, thì với cùng một lượng Ethanolpha vào sẽ cho kết quả sự tăng trị số octane khác nhau

Ưu điểm khi sử dụng nhiên liệu cồn:

Cồn có chỉ số octan cao hơn xăng khả năng chống kích nổ cao hơn, nên thườngđược dùng để pha vào xăng nhằm tăng chỉ số ôctan của hỗn hợp

Nhiên liệu cồn cháy sạch hơn xăng, do trong thành phần của nhiên liệu có chứamột lượng ôxyzen Lượng ôxy này sẽ góp phần tham gia vào phản ứng cháy trongbuồng đốt động cơ, từ đó hỗn hợp hòa khí sẽ cháy hòan hảo hơn, sản phẩm cháy ítkhí độc hại hơn – đặc biệt là lượng CO, CO2 thải ra ít, góp phần làm giảm ônhiễm môi trường

Cồn chủ yếu sản suất từ thực vật, nguyên liệu dễ tìm

+ Khí thiên nhiên nén ( CNG)

Là khí được khai thác từ các mỏ khí có sẵn trong tự nhiên Khí thiên nhiên đượcdùng cho động cơ đốt trong bao gồm khí công nghiệp lấy từ việc tinh luyện dầu

mỏ, trong các lò luyện cốc, lò cao và khí lò gas lấy từ việc khí hoá các nhiên liệurắn trong các thiết bị đặc biệt

Ưu điểm:

– Sản xuất đơn giản và an toàn hơn

– Lượng khí thiên nhiên ở Việt Nam có tiềm năng rất lớn

– Thành phần khí xả của khí thiên nhiên so với nhiên liệu xăng và Diesel ít ô nhiễm môi trường hơn vì nó giảm được khí CO, lượng Hydrocacbon, lượngSunfuadioxit SO2 và không có chì Pb

Thành phần hoá học của khí thiên nhiên chủ yếu là CH4 (chiếm khoảng 80% đến90% tuỳ theo nguồn khai thác) Nhiệt độ tự cháy của khí thiên nhiên cao (540oC)hơn diesel (260oC), chỉ số cetane của khí thiên nhiên thấp hơn diesel rất nhiều, do

đó khí thiên nhiên khó tự bốc cháy hơn diesel

Ngoài ra chỉ số octane của khí thiên nhiên cao hơn xăng Vì vậy khí thiên nhiên lànhiên liệu tốt cho động cơ đánh lửa cưỡng bức

Khí thiên nhiên sử dụng cho động cơ dưới các dạng sau:

– Khí thiên nhiên nén CNG được nén dưới dạng khí ở áp suất cao (200kg/cm2 )trong bình hình trụ

– Khí thiên nhiên lỏng (LNG – Liquefied Natural Gas) được trữ ở nhiệt độ thấp 162oC) trong bình cách nhiệt

(-+ Dầu dừa, mỡ cá ba sa…

Câu 4: Hãy trình bày các yêu cầu của nhiên liệu diesel sử dụng trong động cơ đốt trong Hãy cho biết một số nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu diesel truyền thống có khả năng sử dụng trong động cơ diesel

 Yêu cầu của nhiên liệu diesel:

Trị số cetane

- Trong chu trình làm việc của động cơ diesel, nhiên liệu tự bốc cháy trongđiều kiện nhiệt độ và áp suất tới hạn, không cần mồi lửa từ bugi Vì thế tính chấtquan trọng của nhiên liệu diesel là chất lượng cháy của nó

- Trị số Cetane là chỉ tiêu chất lượng quan trọng nhất của nhiên liệu diesel,

đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu diesel Do đó, số Cetane càng

lớn thì tính tự cháy của nhiên liệu càng cao và ngược lại

- Trị số cetane là một đại lượng quy ước, có giá trị (là một số nguyên nhậngiá trị từ 0 đến 100) bằng tỷ số phần trăm thể tích của n-cetane (C16H34) trong hỗnhợp với alpha-methyl naphthalene (C10H7CH3) sao cho hỗn hợ p này có khả năng

tự bốc cháy tương đương với mẫu nhiên liệu diesel trong điều kiện thử nghiệmtiêu chuẩn (theo

quy ước thì alpha-methyl naphthalene có trị số cetane bằng 0 và n-heptane có trị

số cetane bằng 100) Khi đó thành phần Cetane tính theo % hỗn hợp so sánh đượccoi là trị số Cetane cần xác định của dầu Diesel

- Trị số cetane yêu cầu phụ thuộc vào thiết kế và kích cỡ động cơ, tốc độ vàtải, sự khởi độngvà điều kiện áp suất

- Điều quan trọng của trị số cetane là khi trị số này thấp thường dấn tới sựphun dầu trễ trong độngcơ Sự chậm trễ này là nguyên nhân của việc khởi độngkhó khăn và gây ra những tiếng gõ trong động cơ Đồng thời, sự phun dầu trễtrong điều kiện thời tiết lạnh cũng là nguyên nhân dẫn tới việc nhiên liệu khôngđược cháy hoàn toàn, do không đủ nhiệt ở trong buồng dốt để tự cháy nhiên liệu

- Một số nhà máy lọc dầu đã sử dụng chất phụ gia như hexyl nitrat amylnitrate để tăng trị số cetane

Tính bay hơi:

- Khái niệm: Cùng với đặc tính cháy, tính chất bay hơi của nhiên liệudiesel cũng quyết định một phần quan trọng của quá trình cháy của nhiên liệutrong động cơ Cũng như các nhiên liệu lỏng khác, nhiên liệu diesel có tính chấtbay hơi, đặc tính kỹ thuật này quyết định đến tốc độ bay hơi, mức độ bay hơi hoàntoàn và khả năng trộn hòa với không khí khi phun sương trong điều kiện công tác

cụ thể của buồng đốt động cơ diesel

Nếu sử dụng nhiên liệu có tính bay hơi tốt thì sau khi dược phun sương vào xilanh thì nó sẽ hòa trộn tốt với không khí và kết quả là sự cháy nhanh chóng đượcbảo đảm, động cơ hoạt động tốt, thuận lợi

Việc sử dụng nhiên liệu có tính bay hơi kém sẽ làm xuất hiện khả năng cháykhông hoàn toàn và động cơ nổ rung, có tiếng gõ lạ, làm lãng phí nhiên liệu, tăngkhả năng mài mòn động cơ.

Các yếu tố ảnh hưở ng tới tính bay hơi: Nhiên liệu có độ nhớt quá cao, nhiệt độmôi trường thấp, nhiệt độ động cơ thấp, sức căng bề mặt nhiên liệu lớn, áp suấtphun thấp

Nhiên liệu bôi trơn thấp có thể gây mòn cao và để lại vết xước trên các chi tiết.Nhiên liệu bôi trơn cao có thể giảm mài mòn và tuổi thọ linh kiện dài hơn nhưngtổn công suất nén Phụ gia cũng được sử dụng để cải thiện tính bôi trơn của nhiênliệu, tuy nhiên những phụ gia này có thể có tác dụng phụ không mong muốn khi

sử dụng ở nồng độ quá mức hoặc kết hợp với các chất phụ gia khác

Điểm chớp cháy:

Điểm chớp cháy được xác định bằng cách nung nóng nhiên liệu trong một buồngkín nhỏ cho tới khi hơi nhiên liệu cháy trên bề mặt chất lỏng Nhiệt độ lúc này củanhiên liệu được gọi là điểm chớp cháy

Chúng ta cần phải xác định điểm chớp cháy vì : Phòng chống cháy nổ khi dầunhờn làm việc ở nhiệt độ cao Tránh tổn thất hoặc hao hụt (bay hơi) nghĩa là dầu

nhờn phải làm việc trong môi trường mà nhiệt độ cao nhất tại đó phải thấp hơnnhiệt độ chớp cháy của dầu để tránh tổn thất của dầu nhờn do bay hơi cũng nhưcháy nổ.

Thông thường nhiệt độ chớp cháy của dầu đã sử dụng không thay đổi nhiều so vớidầu mới Nếu thấp hơn nhiều là do trộn lẫn vô số chất có điểm chớp cháy thấp(nhiên liệu) Nếu cao hơn là do dầu bị nhiểm bẩn hoặc do lẫn với dầu nhờn có độnhớt cao hơn

Lượng lưu huỳnh:

Hàm lượng lưu huỳnh trong diesel rất quan trọng, hàm lượng càng nhỏ càng tốt,hàm lượng cao sinh ra axit sunfuric gây ăn mòn động cơ, phá hỏng dầu nhớt bôitrơn, giảm tuổi thọ của động cơ

Trong nhiên liệu Diesel, dạng tồn tại của lưu huỳnh chủ yếu dưới dạng sulfur,disulfur hay dị vòng; các dạng này không có khả năng ăn mòn trực tiếp mà chúngchỉ gây ăn mòn khi bị cháy trong động cơ để tạo ra SO2, sau đó nó có thể chuyểnmột phần thành SO3 Phần lớn lượng khí này thoát ra ngoài cùng khí cháy, nhưng

có thể một phần kết hợp với hơi nướ c (nếu có) để tạo ra các axit tương ứng gây ănmòn các bề mặt chi tiết

Tính ổn định nhiệt:

Truyền nhiệt là một đặc điểm của nhiên liệu diesel trong động cơ diesel Chỉ mộtphần nhiên liệu được lưu thông và thực sự đốt cháy Phần còn lại của nhiên liệuđược đưa trở lại bình chứa Nhiệt độ nhiên liệu lúc này có thể cao hơn nhiệt độmôi trường xung quanh

Thiếu ổn định nhiệt của nhiên liệu diesel có thể dẫn đến sự hình thành các chấtkhông hòa tan được sau đó có thể gây tắc lưới lọc

Tính axit:

Tính axit của nhiên liệu diesel nếu không được kiểm soát, có thể dẫn đến giảm sự

ổn định nhiên liệu, làm ăn mòn sắt thép và là nguyên nhân của sự hình thành mảngbám trong kim phun

Cặn cacbon:

Cặn carbon là lượng cặn còn lại sau khi cho bay hơi và nhiệt phân nhiên liệu Cặncacbon cũng là nguyên nhân gây ra khói màu đen và giảm hệ số tỏa nhiệt.

 Một sô nhiên liệu thay thế diesel:

-Nhiên liệu khí thiên nhiên nén: Là khí được khai thác từ các mỏ khí có sẵn trong

tự nhiên Khí thiên nhiên được dùng cho động cơ đốt trong bao gồm khí côngnghiệp lấy từ việc tinh luyện dầu mỏ, trong các lò luyện cốc, lò cao và khí lò gaslấy từ việc khí hoá các nhiên liệu rắn trong các thiết bị đặc biệt

– Sản xuất đơn giản và an toàn hơn

– Lượng khí thiên nhiên ở Việt Nam có tiềm năng rất lớn

– Thành phần khí xả của khí thiên nhiên so với nhiên liệu xăng và Diesel ít ônhiễm môi trường hơn vì nó giảm được khí CO, lượng Hydrocacbon, lượngSunfuadioxit SO2 và không có chì Pb

Câu 5: Hãy cho biết diễn biến quá trình nạp động cơ đốt trong Trình bày các thông số ảnh hưởng đến quá trình nạp động cơ Cho biết một số giải pháp để cải thiện chất lượng quá trình nạp động cơ đốt trong.

a Nạp động cơ 4 thỳ không tăng áp:

- 3 ÷ r: góc mở sớm của SN → giảm tổn thất áp suất trên đường ống nạp;

- r ÷ 2: quá trình khí sót giản nở (góc đóng muộn ST);

- 2 ÷ a: khí nạp mới đi vào nhờ chênh lệch áp suất;

- a÷ 4: góc đóng muộn SN

- Cuối quá trình thải khí sót chiếm toàn bộ thể tích xilanh (lúc này = Vc) có áp suất

Pr, Tr - Quá trình nạp lý thuyết được xảy ra ở ĐCT (quá trình nạp về lý thuyết:ĐCT ĐCD), nhưng tại r thì Pr > Po khí sót giản nở đến 2 thì quá trình nạp mới

 Nếu không làm mát khí nén thì: PK = Ptăng áp

Ptăng áp là áp suất tại cửa ra của máy nén khí, phụ thuộc vào mức độ tăng áp suất của máy nén

  Nếu có làm mát khí nén (inter cooler):

PK = Ptăng áp - Pm

Pm = Trở lực của két làm mát khí nén

c Động cơ 2 k ỳ:

- m’am = hành trình nạp

- a’’aa’ = hành trình thải

- ma’ = góc lọt khí nạp mới( do áp suất trong xilanh > áp suất tại đường ống thải)

- Động cơ hai kỳ quá trình nạp được tiến hành với quá trình quét khí thải ra khỏixilanh

- Khi piston đi xuống ngang cửa thải (điểm a’’), cửa thải mở, sản vật cháy thải ra

ngoài tự do Đến điểm m’ cửa nạp (cửa quét) mở, áp suất trong xilanh nhỏ hơn P K

nên khí nạp mới đi vào xilanh quét khí thải ra ngoài và chiếm đầy thể tích xilanh

- Áp suất khí quét đi vào cửa quét cũng giảm một lượng ∆P do cản trở của các cửa quét

- Áp suất trong xilanh khi đóng cửa quét (m) vẫn lớn hơn áp suất khí thải trongđường ống thải Giai đoạn đóng cửa quét m tới khi đóng cửa thải a’’ (đoạn ma’’)

là giai đoạn lọt khí nạp mới

- Động cơ hai kỳ bao giờ cũng tăng áp để thực hiện quét khí.

CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘNG CƠ:

a Áp suất cuối quá trình nạp(P a ):

- Động cơ bốn kỳ không tăng áp: Pa = Po -∆Pk

- Động cơ bốn kỳ tăng áp Pa = Pk -∆Pk

- Pa ảnh hưởng rất nhiều đến ηv, khi Pa tăng thì làm cho ηv tăng, muốn vậy ta phải: + giảm cản trên đường khí nạp từ đó giảm ∆Pk:

+ dùng tăng áp Pk

+ giảm phân phối thải và quét

- Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp:

 Xăng: ∆Pk = (0,05 ÷ 0,2)Po Diesel: ∆Pk = (0,03 ÷ 0,18)Po

 Động cơ diesel bốn kỳ tăng áp: ∆Pk = (0,05 ÷ 0,1)Po Trong quá trình tính toán chọn Pa theo kinh nghiệm:

+Động cơ bốn ky không tăng áp: Pa = (0,8 ÷ 0,9)PK

+Động cơ bốn kỳ tăng áp: Pa = (0,9 ÷ 0,96)PK

+Động cơ hai kỳ tốc độ thấp quét thẳng: Pa ≈ (0,8 ÷ 0,15)PK

b Áp suất khí sót P r , nhiệt độ khí sót T r , khối lượng khí sót M r :

- Khi Pr lớn ta phải tốn công để quá trình giản nở làm cho áp suất sau khi giản nởthấp hơn Po để quá trình nạp thực bắt đầu.( động cơ không tăng áp), nếu quá trìnhgiản nở dài thì quá trình nạp thực ngắn lại từ đó giảm hiệu suất nạp, tăng hệ số khísót

- Với động cơ tăng áp thì Pr không đáng lo ngại vì Pk lớn hơn Pr

- Khi Tr cao( Pr quá lớn) sẽ ảnh hưởng đến Ta cuối nạp, ảnh hưởng đến mật độkhí nạp

- Khối lượng khí sót Mr là khối lượng của khí đã cháy của chu trình trước đó tạithời điểm bắt đầu nạp Khối lượng khí sót hạn chế sự nạp đầy xilanh của khí nạpmới

- Mr cũng ảnh hưởng đến hệ số khí sót, vì khi Mr lớn thì hệ số khí sót cũng lớn

c Hệ số khí sót γr :

- hệ số khí sót γr= Mr/M1(M1: là khối lượng khí nạp mới), γr làm giảm công suất,hiệu suất động cơ

- Khi Mr tăng thì γr tăng từ đó giảm khối khối lượng khí nạp mới

d Nhiệt độ xấy nóng khí nạp mới ΔT:

- Khi ΔT thì ηv giảm vì khi ΔT tăng nếu không giảm khi dẫn vào xylanh sẽ làmtăng Ta cuối nạp từ đó giảm ηv

e Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a :

- Nhiệt độ cuối quá trình nạp (Ta) được xác định trên cơ sở cân bằng nhiệt lượngcủa khí nạp mới và khí sót trước và sau khi chúng trộn lẫn với nhau, phụ thuộcvào: Áp suất khí nạp PK trên đường ống nạp; Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới; Hệ

số khí sót; Nhiệt độ khí sót

- Ta tăng dẫn đến mật độ khí nạp mới giảm, lượng khí nạp mới giảm

f hệ số nạp ηv :

- ηv dùng để đánh giá mức độ hoàn thiện của quá trình nạp; hệ số nạp phụ thuộcvào nhiệt độ khí sót, áp suất khí sót, hệ số khí sót, áp suất (Pa) và nhiệt độ cuốiquá trình nạp (Ta), tỉ số nén.

+ Tỉ số nén:

- Tăng tỉ số nén làm sản vật cháy giãn nở triệt để hơn, giảm Tr, Pr tại đầu quátrình nạp; từ đó tăng hệ số nạp;

- Tăng tỉ số nén cũng làm giảm hệ số khí sót, làm cải thiện hiệu suất nạp

+ Áp suất cuối quá trình nạp (Pa):

- Áp suất cuối quá trình nạp (Pa) ảnh hưởng rất lớn đến hệ số nạp; tăng Pa làmtăng hệ số nạp

- Hiệu suất nạp giảm do tăng công tiêu hao cho giãn nở trước của khí sót khi nạp

- Khối lượng khí sót tăng do giảm lượng hổn hợp khí nạp mới đi vào xilanh Khísót trong Vc có Pr lớn

- Ta tăng vì Pr quá lớn, Tr cao

+ Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới ΔT

+ Ảnh hưởng của tải:

+ Ảnh hưởng bởi số vòng quay động cơ

- Khi động cơ làm việc ở những chế độ cánh bướm ga mở hoàn toàn và ở những

số vòng quay trục khuỷu lớn, sự hâm nóng này ít do lưu lượng gió tăng nên sự thải

ra CO và HC ở những chế độ này là không đáng kể, còn công suất động cơ giảm

do hệ số nạp giảm Do đó, việc làm nóng ống góp hút chỉ hợp lý ở chế độ không tải và tải nhỏ, đặc biệt đối với động cơ làm mát bằng nước nhằm mục đích giảm độc hại khí thải động cơ

- Việc hâm nóng ống nạp còn làm sự phân bố hỗn hợp nhiên liệu và không khí đếnmỗi xilanh động cơ đồng đều hơn thì chất lượng hổn hợp được cải thiện, hỗn hợp đồng nhất hơn Việc hâm nóng ống nạp phù hợp đối với các động cơ xăng sử dụngchế hòa khí, các động cơ phun xăng điện tử không sử dụng biện pháp này

b Hệ thống ống góp hút kép:

- Việc sử dụng ống góp hút kép cũng làm cải thiện chất lượng hình thành hỗn hợp

ở những chế độ hoạt động của động cơ Trong những hệ thống nạp có ống hút kép,khi động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ, nhà chế tạo sử dụng ống góp độc lập có tiết diện lưu thông nhỏ Hệ thống này có những ống góp hút riêng biệt gồm một bộ chế hòa khí (BCHK) sơ cấp và ống góp hút có tiết diện lưu thông tương đối nhỏ,

do đó tạo ra dòng khí có tốc độ cao làm cho sự phân bố hổn hợp đến những xilanh riêng biệt đồng đều hơn BCHK thứ cấp và hệ thống nạp lớn chỉ được đưa vào sử dụng ở những chế độ tải lớn

c Hệ thống thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp:

- Thay đổi chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp theo tốc độ động cơ và góc mở bướm ga nhằm tăng hiệu suất nạp và mô men xoắn động cơ

d Hệ thống phối khí biến thiên:

- Ứng với vòng tua phù hợp hệ thống sẽ đóng mở xúpap thải, nạp phù hợp

e Tăng áp khí nạp: ( turbocharge)

- Đối với động cơ nạp khí tự nhiên, trong quá trình đốt cháy nhiên liệu, khoảng 40% nhiệt năng sinh ra từ khí xả bị thải ra bầu khí quyển một cách lãng phí Hệ thống tăng áp được thiết kế để sử dụng nguồn năng lượng khí xả này nhằm tằng lượng khí nạp vào xy-lanh động cơ Một số kiểu tăng áp khác sử dụng công nén khí nạp từ trục khuỷu động cơ

30 Bộ tăng áp có thể làm tối ưu hóa nguồn năng lượng từ khí xả để dẫn động tua30 binquay máy tăng áp thông qua trục dẫn động Turbocharger sẽ cung cấp lượng khí nạp với áp suất cao vào xy-lanh động cơ làm tăng quá trình đốt cháy nhiên liệu được tốt hơn so với động cơ đốt trong không dùng

Câu 6: Hãy cho biết cơ chế động học của quá trình cháy diễn ra trong động

cơ xăng và diesel Trình bày các dạng cháy thông thường trong động cơ xăng

và diesel Nêu một số hiện tượng cháy không bình thường và nguyên nhân của chúng xảy ra động cơ xăng.

Cơ chế động học

Động cơ xăng: Bốc cháy ở nhiệt độ cao với một giai đoạn

Dưới tác dụng của tia lửa điện, nhiệt độ giữa hai cực bougie lên đến hàng vạn độ

C, phần tử cacbuahydro bị phá vỡ thành các phần tử hoạt tính, có rất nhiềuPƯDTN xảy ra đồng loạt nên chỉ sau một thời gian ngắn nó sẽ đạt được điều kiện

từ PƯDTN sang tự gia tốc nhiệt và quá trình cháy thực sự xảy ra

Động cơ Diesel: Bốc cháy ở nhiệt độ thấp, có thể chia làm hai giai đoạn: Giai đoạn1: Hình thành ngọn lửa nguội

Ở động cơ diesel khi phun nhiên liệu vào, nhiệt độ xi lanh lúc này thấp không đủphân huỷ các phân tử cacbuahyđrô mà chỉ tạo thành peoxyt Các peoxyt tích tụcàng nhiều Khi vượt quá giới hạn một nồng độ nào đó nó mới đủ khả năng phânhuỷ các phần tử nhiên liệu thành các phân tử hoạt tínhhình thành ngọn lửa phân bốđều khắp thể tích khuếch tán Giai đoạn này biểu thị bằng τ1 Lúc này áp suất vànhiệt độ chưa tăng rõ rệt

Giai đoạn 2: Hình thành ngọn lửa nóng

Phần tử hoạt tính suất hiện ở giai đoạn một theo sự phản ứng của dây truyền nhiệtngày càng tăng Khi tốc độ phản ứng đạt đến một giới hạn (WK) PƯDTN chuyểnqua tự gia tốc nhiệt ngọn lửa thực sự hình thành nhiên liệu tự bốc cháy Giai đoạnnày được biểu thị bằng τ2

 Các dạng cháy thông thường trong ĐCĐT:

+ Cháy nổ đồng thời: Là hiện tượng tự bốc cháy trong toàn bộ thể tích với hệ số

dư lượng không khí thích hợp (α =0.85 ÷0.9)

Ở hỗn hợp đồng nhất về thành phần và nhiệt độ, phản ứng toả nhiệt xảy ra đồngthời ở mọi nơi, tốc độ phản ứng tăng theo nhiệt độ phản ứng phát triển với tốc độngày càng tăng ở khắp mọi nơi và hoàn thành trong một lúc sự cháy hoàn thànhđồng thời gây nên sự nổ nhiệt cùng một lúc ở toàn bộ thể tích Cháy nổ đồng thời

ở động cơ xăng có thành phần hỗn hợp bị kích nổ Ở động cơ diesel, ở giai đoạnđầu trong từng vùng nhỏ có giai đoạn xảy ra cháy nổ đồng thời

+ Cháy nổ lan dần: Là sự lan tràn màn lửa, là quá trình cháy trong động cơ xăng

từ nguồn lửa do bougie tạo ra

Cháy nổ lan dần chỉ xảy ra khi hỗn hợp là đồng nhất Trong không gian tự do củamàn lửa có dạng hình cầu và màn lửa ngăn cách pha đã cháy và chưa cháy Tốc độdịch chuyển của màn lửa phụ thuộc vào chuyển động rối của hỗn hợp Tốc độ lantràn của màn lửa lớn nhất khi α = 0.8 ÷0.9

+ Cháy khuếch tán: Là quá trình cháy trong đó tốc độ cháy được quyết định bởi

tốc độ hoà trộn giữa hơi nước và không khí Cháy khuếch tán có trong động cơdiesel Khi nhiên liệu phun vào xi lanh động cơ, hỗn hợp được tạo không đồngnhất có vùng α =0.8 ÷ 0.9, có vùng α =4 ÷5 Ở những vùng α =0.8 ÷ 0.9 tốc độphản ứng và nhiệt độ của SVC rất cao những vùng này là những trung tâm đốt

cháy những vùng có hỗn hợp nghèo nhờ hiện tượng khuếch tán động cơ diesel cóthể dùng hỗn hợp rất nghèo.

Nguyên nhân:

Do tỉ số nén quá cao, tăng áp suất quá sớm; Nhiên liệu có chỉ số octan khôngphù hợp

Sử dụng buồng cháy có kích thước quá lớn;

Sử dụng vật liệu làm buồng cháy không thích hợp Góc đánh lửa quá sớm

Diễn biến: Tia lửa điện nẹt ra thì hình thành những phần tử hoạt tính và trung tâmlửa ban đầu sau đó hình thành màn lửa và lan tràn trong buồng cháy Do đó phầnhỗn hợp khí phía trước màn lửa bị dồn ép rất mạnh và giả sử ở trong khu vực mànlửa chưa lan tràn tới xuất hiện một trung tâm tự cháy A nào đó (một hoặc nhiềutrung tâm tự cháy) thì màn lửa do A sinh ra sẽ đi ngược chiều màn lửa do bougiesinh ra phát sinh sóng xung kích (do 2 màn lửa ngược chiều đụng nhau).

Tác hại:

 Sóng xung kích tác dụng lên piston làm vỡ hoặc làm giảm sức bền củapiston

 Sóng xung kích tác dụng lên xylanh tăng ứng suất nhiệt chóng hư hỏng. 

 Sinh ra nhiều mụôi than

-Giảm công suất động cơ, giảm tính kinh tế

Là hiện tượng tự cháy khi chưa đánh lửa

Sự bốc cháy không phải do tia lửa điện mà do hỗn hợp khí tiếp xúc với các chi tiếtnóng hoặc do muội than nóng đỏ→ cháy không theo một qui luật nào cả.

Sự lan tràn màn lửa cũng giống sự đốt cháy bằng tia lửa điện nhưng sự cháy đượcbắt đầu sớm hơn, tiêu hao một phần công do việc nén khí có P lớn

Cháy sớm → QTC kéo dài hơn → nhiệt độ trong xylanh cao

Đối với động cơ có nhiều xylanh, sự thay đổi cháy sớm không giống nhau trongtừng xylanh một → động cơ làm việc không ổn định và gây tiếng gõ kim loại.Tác hại cháy sớm:

 Nhiên liệu cháy không hết, nhiệt độ tăng, Ne giảm

 Piston cháy đầu

 Giảm sức bền các chi tiết : piston, trục khuỷu, thanh truyền… (có thể gãytrục khuỷu, thanh truyền)

Nguyên nhân cháy sớm:

 Động cơ quá nóng

 Bougie quá nóng

 Muội than nóng đỏ

Cháy sớm thúc đẩy cháy kích nổ và ngược lại Một vài trường hợp có tính chu kỳ,

có nghĩa là sau một loạt kích nổ động cơ nóng, nhiều muội than → một loạt cháysớm

Cháy sớm nguy hiểm hơn kích nổ vì khó phát hiện

Ở một số động cơ do quá trình cháy không tốt cháy kéo dài trên đường giãn nở

và cháy không hết khí thải thoát ra ngoài còn chứa một lượng nhiên liệu đáng kể

sẽ động lại trên đường thải và một lúc nào đó sự cháy xảy ra kèm theo tiếng nổ.

Có thể có nguyên nhân là hỗn hợp quá đậm

Khi tắt điện động cơ vẫn tiếp tục nổ máy ở chế độ không tải là do tình trạng động

cơ quá nóng → ngắt điện rồi mà cuối nén nhiệt độ và áp suất của hỗn hợp công tác

ở nktải = (200 ÷300) v/ph vẫn tự cháy được (thường ở động cơ có → cao hoặc muộithan bám nhiều trong buồng đốt hoặc tản nhiệt động cơ kém)

Câu 7: Trình bày diễn biến quá trình cháy xảy ra bên trong động cơ xăng Cho biết các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy động cơ xăng.

Diễn biến quá trình cháy động cơ xăng chia làm ba giai đoạn:

Giai đoạn 1: Từ điểm 1 ÷ 2: Giai đoạn hình thành các trung tâm bốc cháy Điểm 1:điểm đánh lửa sớm

Điểm 2: điểm ứng với đường cong cháy tách khỏi đường cong nén

- Khi tia lửa điện nẹt ra → hình thành nguồn lửa đầu tiên và dịch chuyển banđầu của màn lửa

- Lượng hỗn hợp tham gia phản ứng ít vì vậy tốc độ toả nhiệt chưa cao

- Áp suất và nhiệt độ chưa có chuyển biến rõ rệt

- Giai đoạn này được gọi là giai đoạn cháy trể được đặc trưng bằng góc quaytrục khuỷu φi hoặc thời gian cháy trể τi

τi=6.n φi (sec)

Giai đoạn 2: Từ điểm 2 ÷ 3 (c÷ z): giai đoạn lan tràn màn lửa.

- Điểm 3: điểm đạt áp suất cực đại Pzmax

- Trong giai đoạn này quá trình oxy hoá nhiên liệu tiến hành rất mãnh liệt,màn lửa lan tràn hầu khắp buồng cháy

- Tốc độ cháy đạt được lớn nhất, tốc độ toả nhiệt lớn, nhiệt lượng chủ yếu

do cháy nhiên liệu được toả ra ở giai đoạn này Áp suất cực đại tại điểm 3 (điểmZ)

-Giai đoạn II này được đặc trưng bằng tính làm việc êm dịu của động cơ (tức làtốc độ tăng áp suất trung bình).∆ P ∆ φ = ∆ Pz−∆ Pc φz−φc (MN/m2.độ)

-Động cơ xăng có : ε = 8 ÷ 13, ∆P/∆ φ =(0,11 ÷ 0,16) MN/m2.độ

∆P/∆ φ là một thông số quan trọng, bởi vì nó ảnh hưởng đến hao mòn các chi tiết

→ ảnh hưởng đến tuổi thọ động cơ

Giai đoạn 3: Từ điểm 3 ÷ 4: giai đoạn cháy rớt

- Điểm 4: điểm đạt được nhiệt độ Max

- Hỗn hợp tiếp tục cháy nơi màn lửa đã đi qua cháy thiếu oxy

- Tốc độ cháy giảm đến 0, P giảm nhưng T vẫn tăng đến TMax

Giai đoạn này dài hay ngắn phụ thuộc vào mức độ xoáy lốc của khí ở cuối quátrình cháy, thành khí hỗn hợp α và góc đánh lửa sớm φ (hoặc φđls)

Diễn biến quá trình cháy trong động cơ xăng chịu ảnh hưởng của các yếu tốnhư: tỷ số nén, kết cấu buồng cháy, vật liệu chế tạo piston và nắp xylanh, gócđánh lửa sớm, loại nhiên liệu, thành phần hỗn hợp cháy, tốc độ quay của trụckhuỷu,…

 Tỷ số nén

Khi tăng tỷ số nén thì hiệu suất của động cơ tăng Tuy nhiên tỷ số nén càng caothì khả năng xảy ra cháy kích nổ càng lớn Ngoài ra động cơ có tỷ số nén caohơn sẽ làm việc “cứng hơn” vì áp suất và nhiệt độ quá trình nén cao hơn làmcho tốc độ cháy và tốc độ tăng áp suất nhanh hơn hơn

Với tốc độ lan truyền của ngọn lửa là như nhau, tốc độ cháy và tốc độ tăng ápsuất trong xylanh sẽ tỷ lệ thuận với bề mặt màng lửa Nếu đặt bugi ở phần hẹpcủa buồng cháy số lượng hoà khí được đốt cháy ở giai đoạn đầu của quá trìnhcháy sẽ nhỏ đi do bề mặt của ngọn lửa nhỏ Vì vậy, tốc độ tăng áp suất ở đầuquá trình cháy thấp hơn so với giai đoạn cuối quá trình Trong trường hợpngược lại, khi bugi được đặt ở phần rộng của buồng cháy, áp suất tăng mạnh ởgiai đoạn đầu của quá trình, sau đó giảm dần

Tốc độ tăng áp suất, kết cấu buồng cháy và vị trí đặt bugi còn ảnh hưởng đếnhiện tượng cháy kích nổ trong động cơ, khả năng xuất hiện cháy kích nổ cànglớn nếu thời gian lan tràn ngọn lửa ra khắp buồng cháy càng dài

Đường kính piston cũng ảnh hưởng đến quá trình cháy động cơ

Nếu bugi đánh lửa quá muộn thì quá trình cháy sẽ kéo dài trên hành trình giãn

nở vì nhiên liệu bốc cháy trong điều kiện không gian công tác của xylanh tăng

và tác dụng của vận động rối yếu dần Tốc độ tăng áp suất trung bình và áp suấtcháy cực đại Pz có trị số nhỏ

Bugi đánh lửa quá sớm làm cho quá trình cháy diễn ra khi piston đang đi lênĐCT làm tốn công nén, đồng thời áp suất lớn nhất cũng nhỏ

Để thu được công chu trình lớn nhất cần phải đánh lửa đốt cháy hoà khí trướckhi piston tới ĐCT Làm như vậy để quá trình cháy diễn ra nhanh hơn và kết