GIÁO TRÌNH NGUYEN LY DONG CO cđn

Đặc trưng một cách đầy đủ nhất chochất lượng của quá trình công tác của động cơ là hai thông số: Áp suất chỉ thị trungbình và hiệu suất chỉ thị của động cơ cùng với các thông số phụ thuộ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC



GIÁO TRÌNH

NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Lưu hành nội bộ 8-2009

CHƯƠNG 1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1 Những khái niệm cơ bản về động cơ đốt trong.

Quá trình công tác: Là tổng hợp những biến đổi của môi chất công tác xảy ra

trong xy lanh của động cơ: sự thay đổi về thành phần hóa học, thể tích, áp suất,nhiệt độ và trọng lượng

Quá trình công tác bao gồm nhiều bộ phận riêng rẽ kế tiếp nhau theo một trật

tự nhất định và lặp đi lặp lại có tính chu kỳ

 Chu trình công tác: Là tập hợp tất cả những phần của quá trình

công tác trong một xy lanh của động cơ Sau một chu trình công tác, môi chất côngtác trong xy lanh thay đổi Chu trình công tác có tính chất chu kỳ và được đặc trưngbằng số hành trình của piston cần thiết để thực hiện chu trình đó Vì vậy đông cơđốt trong chia làm 2 loại:

- Bốn kỳ: Phải cần 4 hành trình của piston mới hoàn thành một chu trình côngtác của động cơ

- Hai kỳ: Phải cần 2 hành trình của piston mới hoàn thành một chu trình côngtác của động cơ

chuyển một hành trình ký hiệu là 

Điểm chết: Là vị trí của piston mà ở đó dù ta có tác dụng một lực nào lên

piston cũng không làm cho trục khuỷu của động cơ quay Tức là không sinh ramômen quay Trong động cơ có 2 điểm chết gọi là điểm chết trên (ĐCT) và điểmchết dưới (ĐCD)

Hành trình của piston: Là khoảng cách giữa 2 điểm chết, ký hiệu là S.

Thể tích buồng nén: Thể tích nhỏ nhất của xy lanh đối với một chu trình công

Tỉ số nén: Là tỉ số giữa thể tích lớn nhất của xy lanh và thể tích buồng nén, ký

h c

V V

V V V

Tỉ số nén có ý nghĩa rất quan trọng đối với quá trình làm việc của động cơ Nó

có ảnh hưởng rất nhiều đến các thông số khác việc của động cơ, đặc biệt là vấn đềlợi dụng nhiệt

1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ xăng và diesel 4 kỳ không tăng áp

Hình 1.1 biểu thị sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ không tăng áp.Một chu trình công tác được tiến hành như sau:

1:trục khuỷu; 2: thanh truyền; 3: pittông; 4: xilanh; 5: đường ống nạp; 6: xupáp nạp;

8: dường thoát; 9: xupap thải.

Hình 1.1: Nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ không tăng áp kiểu xupap treo

* Hành trình thứ nhất

Hành trình nạp, piston đi từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, lúc đó toàn

bộ thể tích buồng nén chứa đầy khí sót của chu trình trước còn lại (điểm r) Áp suấtkhí sót cao hơn áp suất khí trời Khi trục khuỷu quay piston đi xuống, trong lòng xylanh hình thành chân không, không khí (hòa khí) được hút vào qua supap nạp, thờigian này supap thải đóng Thông thường supap nạp mở sớm trước ĐCT một góc 1(điểm d1) - gọi là góc mở sớm supap nạp, mở sớm như vậy để đảm bảo nạp đượcnhiều hơn Supap nạp cũng đóng trễ sau ĐCD một góc 2 (điểm d2) - gọi là gócđóng trễ supap nạp Mục đích là lợi dụng quán tính của dòng khí lưu động trong ốngnạp để tăng thêm lượng khí nạp Như vậy, thời gian thực tế của quá trình nạp lớn

hơn thời gian của hành trình nạp

Gần cuối hành trình nén (điểm 3’), động cơ được đánh lửa (ở động cơ xăng ) –gọi là góc đánh lửa sớm hoặc được phun nhiên liệu (ở động cơ diesel) - gọi là góc

phun sớm

Việc đánh lửa sớm và phun sớm rất cần thiết vì nhiên liệu cần có một thời gian

để chuẩn bị bốc cháy Thời gian chuẩn bị dài hay ngắn phụ thuộc vào rất nhiều yếu

tố: chất lượng hỗn hợp, nhiệt độ, áp suất, chuyển động xoáy lốc của dòng khí trong

xy lanh…

* Hành trình thứ ba

Hành trình cháy và giãn nở xảy ra khi piston đi từ ĐCT đến ĐCD Đầu giai đoạnnày số nhiên liệu trong xy lanh được cháy nhanh, áp suất tăng lên mãnh liệt ( đoạn

C”z’ ) sau đó sự cháy diễn ra đều hơn do số nhiên liệu đưa vào sau bốc cháy nhanh

hơn vì áp suất và nhiệt độ môi chất trong xy lanh đã cao hơn ( đoạn z,z) Quá trình

cháy được kết thúc hoàn toàn khi áp suất giảm (điểm x) và tiếp đó là quá trình giãn

nở của sản vật cháy Áp suất khí sinh ra truyền trực tiếp lên đỉnh piston để sinh công

có ích, vì vậy hành trình thứ 3 này còn gọi là hành trình công tác ( đường C”Z’Zb”)

 Hành trình thứ tư:

Hành trình thải piston đi từ ĐCD lên ĐCT để đẩy sản vật cháy ra ngoài quasupap thải Trước khi piston xuống ĐCD, supap thải mở sớm (điểm b’) Góc ứng với

đoạn b’b” hoặc góc 5 trên đồ thị gọi là góc mở sớm supap thải Mở sớm supap thải

nhằm mục đích giảm áp suất Pr của khí thải, do đó giảm được công tiêu hao cho

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ không tăng áp

I: điểm mở sớm van nạp; II: điểm đóng muộn van nạp; c’: đánh lửa sớm; 5: xupap nạp;

6: Xupap xả; 7: bugi; 8 Nắp xilanh; 9: Cam nạp; 10: Cam thải; 11: Bộ chế hoà khí; 12: Đường không khí; 13: Đường nhiên liệu; 14: đường khí thải; 15: nửa trên của cacte; 16: nửa dưới của cacte.

việc đẩy khí thải ra ngoài của piston Ngoài ra khi giảm áp suất Pr thì lượng khí sóttrong xy lanh cũng giảm nên tăng được lượng khí nạp mới vào xy lanh.

Supap thải được đóng trễ sau ĐCT (điểm r’ hoặc góc 6) gọi là góc đóng trễsupap thải Do có sự mở sớm đóng trễ supap thải nên thời gian của quá trình thảilớn hơn thời gian của hành trình thải Trên đồ thị công, từ điểm d1 đến r’ cả haisupap nạp và thải đều mở - gọi là góc trùng điệp của hai supap nạp và thải

Sau 4 hành trình của piston, động cơ đã hoàn thành một chu trình công tác và một chu trình công tác mới lại tiếp tục

1,2: điểm mở và đóng xupap nạp; C’: điểm bugi bật tia lửa điện; 3,4: điểm

mở và đóng xupap thải; 5: bắt đầu nạp; 6: kết thúc nạp; 7: bắt đầu thải; 8: kết thúc thải

I: nạp; II: nén ép; III: cháy và giãn nở; IV: Thải.

* Kết luận:

- Toàn bộ chu trình công tác được thực hiện trong 2 vòng quay của trục khuỷu.Trong 4 hành trình chỉ có hành trình thứ 3 là sinh công Còn các hành trình khác làquá trình chuẩn bị được thực hiện nhờ động năng của các khối lượng quay (trụckhuỷu bánh đà) và công của các xy lanh khác

- Thời điểm đóng, mở supap, phun sớm nhiên liệu hoặc đánh lửa sớm khôngtrùng với ĐCT hay ĐCD - được gọi là thời điểm phối khí

- Việc lựa chọn thời gian phối khí có ảnh hưởng rất lớn đến công suất động

cơ

Thông thường góc phối khí được xác định bằng phương pháp thực nghiệm

- Đối với động cơ tăng áp, các quá trình công tác giống như động cơ khôngtăng áp Điểm khác nhau cơ bản là khí nạp mới trong động cơ tăng áp được nén tới

áp suất nhất định (qua máy nén) sau đó mới nạp cho động cơ Vì vậy áp suất khínạp mới lớn hơn áp suất trong lòng xy lanh cuối quá trình thải, nên khi khí nạp đivào qua supap nạp thì áp suất trong xy lanh giảm đi nhưng vẫn lớn hơn áp suất khítrời

1.3 So sánh động cơ xăng và động cơ diesel 4 kỳ không tăng áp

Giống nhau: Quá trình giãn nở và thải tương tự nhau

Khác nhau: Khí hỗn hợp trên động cơ xăng được hình thành từ bên ngòaigồm không khí và hơi nhiên liệu nhẹ

Do yêu cầu nhiên liệu phải bốc hơi nhanh trước khi vào supap nạp để tránhtiêu hao nhiên liệu và làm xấu chất lượng dầu nhờn nên động cơ xăng phải sử dụngnhiên liệu dễ bốc hơi như xăng, dầu hỏa,…

Hình 1.3: Đồ thị chỉ thị của chu trình thực tế động cơ xăng 4 kì trên trục toạ

độ p- φ

1,2: điểm mở và đóng xupap nạp;C’: điểm bugi bật tia lửa điện; 3,4: điểm mở

và đóng xupap thải; 5: bắt đầu nạp; 6: kết thúc nạp; 7: bắt đầu thải; 8: kết thúc thải

I: nạp; II: nén ép; III: cháy và giãn nở; IV: Thải.

Tỷ số nén của động cơ xăng nhỏ hơn động cơ diesel nên hiệu suất của động

cơ xăng nhỏ hơn động cơ diesel

Do không dùng tính tự cháy để làm bốc

cháy nhiên liệu nên động cơ xăng phải dùng

phương pháp đốt cháy cưỡng bức (bằng tia

lửa điện)

1.4 Nguyên lý làm việc của động cơ 2

kỳ

Động cơ 2 kỳ là động cơ trong đó chu

trình công tác được thực hiện trong 2 hành

trình của piston (hay một vòng quay trục

khuỷu) Có nhiều phương pháp nạp và thải

khí khác nhau nhưng sau đây là phương án đơn

giản nhất (phương án quét khí ngang) nhằm

nêu bật nguyên lý làm việc của động cơ 2 kỳ

Chu trình công tác của động cơ được tiến

hành như sau:

Hành trình thứ nhất

Hành trình giãn nở, piston đi từ ĐCT

đến ĐCD để thực hiện quá trình cháy, giãn nở

và thải sản vật cháy ra ngoài (hành trình sinh công hay hành trình công tác)

Ở cuối hành trình giãn nở, khi đỉnh trên piston đi qua mép của cửa thải (cáccửa thải bố trí về một phía vách và chiếm gần 1/2 chu vi xy lanh) xy lanh đượcthông với bên ngoài, sản vật cháy được thải ra khỏi xy lanh vì áp suất của khí lớnhơn bên ngoài - đó là thời kỳ thải tự do - làm áp suất trong xy lanh giảm xuống bằnghoặc lớn hơn một chút so với áp suất không khí

Piston tiếp tục chuyển động đến khi đỉnh trên của nó đi qua mép của cửa quét(các cửa quét bố trí phía bên kia vách xy lanh), khí quét có áp suất cao hơn áp suấtkhông khí sẽ đi vào xy lanh để đẩy nốt khí thải ra ngoài và nạp đầy vào xy lanh Giaiđoạn tiến hành đồng thời việc nạp và thải khí gọi là giai đoạn quét khí

Khi piston tiếp tục đi lên thì một chu trình công tác mới lại được bắt đầu

 Hành trình thứ 2

Hành trình nén, piston đi từ ĐCD đến ĐCT thực hiện các quá trình thải vàquét khí thải ra khỏi xy lanh đồng thời nạp và nén khí nạp mới vào xy lanh Lúc đầuquá trình quét khí và nạp khí mới còn tiếp tục cho đến khi cửa quét bị piston đónglại Từ lúc đóng cửa quét đến lúc đóng cửa thải, trong xy lanh xảy ra hiện tượng lọtkhí nạp mới

Sau khi cửa thải được đóng (điểm a), quá trình nén bắt đầu, piston tiếp tục đitới ĐCT làm áp suất và nhiệt độ của hỗn hợp cháy và khí sót tăng lên rõ rệt Đếncuối quá trình nén, tại điểm c’ tiến hành phun nhiên liệu hoặc đánh lửa sớm

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý động cơ 2 kỳ quét ngang

Do đó, ở hành trình thứ 2, trong xy lanh của động cơ đã xảy ra các quá trìnhsau: kết thúc quét và thải khí, nạp khí nạp mới, nén và bắt đầu quá trình cháy nhiênliệu Khi piston tiếp tục chuyển động đi xuống thì một quá trình công tác mới lạiđược bắt đầu theo thứ tự như đã nói ở trên.

* Kết luận: Qua một chu trình công tác của động cơ 2 kỳ ta thấy:

- Một chu trình công tác được thực hiện trong một vòng quay của trục khuỷu

- Trong 2 hành trình có 1 hành trình sinh công

- Áp suất khí quét phải lớn hơn áp suất khí trời, muốn vậy phải có bơm quét(hoặc máy nén) do trục khuỷu dẫn động Công suất tiêu hao cho việc dẫn động nàychiếm khoảng 6%-12% công suất động cơ

- Có một phần hành trình của piston dùng vào việc thải và quét khí (đoạn oa)

- Khi quét khí có một bộ phận khí nạp mới bị hao hụt do lẫn trong sản vật cháy

- Momen quay ở động cơ 2 kỳ đều hơn vì thời gian giữa các chu trình ngắn

- Quá trình nạp và thải ở động cơ 4 kỳ hoàn hảo hơn, thời gian dài hơn, việclựa chọn góc phối khí tốt nhất thuận lợi hơn tuy kết cấu phức tạp hơn động cơ 2 thì

- Ở động cơ 4 kỳ có thể dùng phương pháp tăng áp để tăng công suất động

cơ dễ dàng hơn vì ứng suất nhiệt của động cơ nhỏ, bố trí hệ thống tăng áp cũngđơn giản hơn

CHƯƠNG 2 CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ

2.1 Các loại chỉ tiêu kinh tế – Kỹ thuật

Để đánh giá chất lượng động cơ, người ta dùng các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuậtsau:

- Công suất

- Giá thành một đơn vị công

- Hiệu suất động cơ

2.2 Công suất của động cơ

Công suất của động cơ nói lên yêu cầu của thiết bị động lực mà ta sử dụng.Công suất có ích của động cơ là công suất thu được trên trục khủyu của động cơ

Đó là chỉ tiêu rất quan trọng, nó không phụ thuộc vào công dụng và loại động cơ,việc nâng cao công suất có ích là mục tiêu của công tác chế tạo và thiết kế bất kỳmột loại động cơ nào

2.3 Giá thành một đơn vị công của động cơ

Được thể hiện bằng đồng (đ) trên một kw có ích giờ (hoặc mã lực có ích trongmột giờ) Nó bao gồm các chi phí dưới đây hợp thành:

-Chi phí về nhiên liệu

-Chi phí về chế tạo động cơ

-Chi phí cho việc sửa chữa và bảo dưỡng động cơ

Mỗi loại chi phí trên đều phụ thuộc vào các thông số của động cơ

Ví dụ: Chi phí về nhiên liệu chủ yếu phụ thuộc vào hiệu suất của động cơ, loại

nhiên liệu và thời gian làm việc của động cơ ở các chế độ công tác khác nhau Chiphí về chế tạo động cơ phụ thuộc vào kích thước, cấu tạo động cơ, phương thứcsản xuất (hàng loạt hay đơn chiếc), cường độ sử dụng Chi phí cho sửa chữa động

cơ phụ thuộc vào tuổi thọ và tính chất phức tạp về mặt cấu tạo của động cơ.

2.4 Hiệu suất có ích của động cơ

Hiệu suất có ích của động cơ có liên quan tới chi phí về nhiên liệu, do đó cóảnh hưởng tới giá thành một đơn vị công Ngoài ra thời gian làm việc của động cơ

mà không cần bổ sung nhiên liệu dự trữ cũng phụ thuộc vào hiệu suất - Điều này rất

2.5 Tuổi thọ của động cơ

Tuổi thọ của động cơ là thời gian sử dụng động cơ giữa hai kỳ đại tu Trị sốnày ảnh hưởng tới giá thành một đơn vị công thông qua chi phí cho sửa chữa (quy

về một đơn vị công)

2.6 Trọng lượng của động cơ

Có liên quan tới chi phí kim loại dùng để chế tạo động cơ nên người tathường tìm cách giảm trọng lượng trong những điều kiện gần giống nhau, do đógiảm được gíá thành một đơn vị công thông qua giảm chi phí chế tạo động cơ.Trong một vài trường hợp, đặc biệt ở một vài loại thiết bị vận tải, việc giảm trọnglượng động cơ là một yêu cầu quan trọng vì dù động cơ có tính kinh tế cao nhưngtrọng lượng vẫn còn nặng thì nhìn chung cũng không có lợi

2.7 Kích thước bề ngoài động cơ

Kích thước bề ngoài của động cơ được xác định bằng ba kích thước dài, cao

và rộng giữa các điểm ngoài cùng Kích thước bề ngoài của động cơ có ảnh hưởngquyết định tới việc chọn cấu thành động cơ, số lượng và cách bố trí xy lanh, tỷ sốgiữa hành trình và đường kính xy lanh Ngoài ra người ta còn dùng các chỉ tiêu khácnhư tính thích ứng của động cơ, hiệu suất đối với mỗi một chế độ làm việc khácnhau của động cơ (ngoài chế độ quy định) , chiều cao trọng tâm,… để đánh giá chấtlượng làm việc của động cơ, và trong một vài trường hợp đặc biệt những chỉ tiêunày có thể quan trọng hơn những chi tiêu đã nói ở trên

Qua sáu chỉ tiêu đã nói ở trên, công suất là chỉ tiêu quan trọng bậc nhất, sau

đó là giá thành một đơn vị công Đối với loại động cơ tĩnh tại chỉ tiêu này (công suất)

có tính chất quyết định nếu tính cả giá thành xây dựng cơ bản Trong một vài trườnghợp khác thì chỉ tiêu về giá thành có khi mâu thuẫn với một vài chỉ tiêu khác trongviệc đánh giá động cơ

Ví dụ: trong việc lựa chọn động cơ cho xe ôtô vận tải, động cơ A cho ta giá

thành một đơn vị công thấp do có hiệu suất và tuổi thọ cao hơn so với động cơ B.Nhưng động cơ A lại có kích thước và trọng lượng bề ngoài lớn hơn B Do vậy, khidùng động cơ A thì lượng chứa hàng của xe sẽ giảm đi và kết quả là số tấn cây số(t.km) trên công có ích của xe đối với một đơn vị thời gian cũng bị giảm Do đó chiphí cho một tấn cây số ở động cơ A có thể cao hơn so với động cơ B Như vậy việclựa chọn động cơ phải tiến hành theo chi phí đối với một đơn vị công của thiết bịvận tải chứ không chỉ đối với động cơ

Tương tự như vậy ta cũng có thể đưa ra những ví dụ về việc lựa chọn động

cơ dùng cho các lĩnh vực khác Các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật của động cơ luôn luônphụ thuộc vào đặc tính của quá trình công tác Đặc trưng một cách đầy đủ nhất chochất lượng của quá trình công tác của động cơ là hai thông số: Áp suất chỉ thị trungbình và hiệu suất chỉ thị của động cơ cùng với các thông số phụ thuộc vào chúngnhư công suất và hiệu suất có ích của động cơ

Từ công thức: L i = P i V h (Jun hoặn Nm)

Như vậy Pi là công của chu trình tính bằng Nm của 1m3 thể tích công tác của

xy lanh Các định nghĩa có tính chất công thức hóa như trên về khái niệm áp suấtchỉ thị trung bình không những bao hàm ý nghĩa vật lý mà còn bao hàm thứ nguyêncủa nó nữa Thông thường Pi còn dùng đơn vị MN/m2 để biểu thị, lúc đó:

2.9 Công suất của động cơ

2.9.1 Công chỉ thị của chu trình: là công do khí sinh ra trong xy lanh đối với

một chu trình và được xác định bằng đồ thị công

L i = P i V h (Nm)

(2-2)

Trong đó: Li là công chỉ thị của chu trình, Nm

Vh là thể tích công tác của xy lanh, m3

Pi là áp suất chỉ thị trung bình, N/m2.Trong công thức (2-2) nếu Pi tính theo công thức (2-1) thì Li là công chỉ thị củachu trình trong đó không tính đến công của hành trình “bơm”

2.9.2 Công suất chỉ thị của động cơ: là công suất ứng với công chỉ thị của

N i =

30

ni V

( kW) 4)

(2-2.9.3 Công suất có ích: là công đo được tại đầu ra của trục khuỷu, ở đó công

củađộng cơ được truyền đến nững nơi cần năng lượng (hộp số hoặc máy công tác).Công suất có ích của động cơ nhỏ hơn công suất chỉ thị một trị số bằng công của tất

cả các lực cản tác dụng trong cơ cấu của động cơ, gồm:

-Công tiêu hao cho ma sát

-Công dùng để dẫn động các cơ cấu phụ ( bơm nước, bơm nhớt, bơm nhiênliệu,…)

-Công dùng để dẫn động các cơ cấu phân phối khí

-Tổn thất “ bơm” , tức là những lực cản ở hành trình “bơm” của piston (hànhtrình nạp và thải trong động cơ 4 kỳ) và quay máy nén khí tăng áp cho động cơ.Tổnthất công trong một giây của tất cả các loại trở lực đó hợp thành công suất cơ giới(Nm), do đó công suất có ích của động cơ bằng:

N e = N i – N m (KW) 5)

(2-Tỷ số giữa công suất có ích chia cho công suất chỉ thị gọi là hiệu suất cơ giớicủa động cơ:

ni V

m =

30

ni V

(KW) (2-8)

Qua công thức (2-13) ta thấy mối quan hệ giữa Ne và Pe giống như mối quan

hệ giữa Ni và Pi Từ đó ta có thể rút ra một định nghĩa có tính khái quát với Pe là: ápsuất có ích trung bình là công có ích cho một chu trình ứng với một đơn vị thể tíchcông tác của động cơ và được biểu thị bằng N/m2 ( hoặc kG/cm2 )

Về mặt sức bền, độ tin cậy khi làm việc và tuổi thọ của mỗi động cơ thườngđược tính ở số vòng quay quy định n (v/p) - được chọn căn cứ vào điều kiện làmviệc của động cơ Ở số vòng quay quy định, động cơ có thể phát ra công suất từ Ne

= 0 (không tải) đến công suất quy định Neqđ – Công suất mà nhà chế tạo cam đoan,trong đó có tính đến các điều kiện sử dụng (ổn định và liên tục, không ổn định vàcông suất luôn luôn thay đổi– Ví dụ)

Có thể tăng công suất động cơ lớn hơn công suất quy định trong một thời gianngắn Công suất cực đại trong quá trình sử dụng động cơ có khi trùng với công suấtquy định, có khi cao hơn công suất quy định Tỉ số giữa công suất động cơ và côngsuất quy định, chọn là 100% - gọi là phụ tải tương đối của động cơ biểu thị theophần trăm Phụ tải tương đối lớn hơn 100% gọi là động cơ quá tải Thông thườngquá tải không cho phép đến 10%, thậm chí ở một số động cơ không cho phép quátải (tùy thuộc vào điều kiện sử dụng).

2.10 Hiệu suất của động cơ

Trong nguyên lý động cơ thường sử dụng các khái niệm về hiệu suất như:

- Hiệu suất có ích e: Là tỉ số giữa nhiệt lượng tương đương với công có íchchia cho số nhiệt lượng do nhiên liệu phát ra

e =

H nl

e

Q G

N

(2-9)

Trong đó : Gnl – Lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giây tính theo Kg/s hoặc

m3/s

QH - Nhiệt trị thấp của nhiên liệu tính theo J/ kg hoặc J/m3

Ne - Công suất có ích tính theo W hoặc J/s

Hoặc tính theo suất tiêu hao nhiên liệu:

Còn hiệu suất có ích được tính bằng:  e =

H

e Q g

1 (2-11)

Trong thực tế thí nghiệm động cơ, lượng tiêu hao nhiên liệu Gnl thường đượctính theo số kg trong một giờ và công suất có ích đo bằng KW Do đó:

Khi đó:  e =

H

e Q g

3

10.6,3

(2-13)

-Hiệu suất chỉ thị i của động cơ: Là tỉ số giữa lượng nhiệt tương đương với

công chỉ thị của động cơ so với nhiệt lượng do nhiên liệu phát ra:

i =

H nl

i

Q G

N

(2-14)

Hoặc:  1

Trong đó: gi – Là hiệu suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị, tính bằng:



 16)

Từ các công thức trên ta có:

i =

m

e H m e H

Hoặc: e = i m

Hiệu suất chỉ thị của các loại động cơ thường trong khoảng i = 0,22 – 0,5

2.11 Giá thành một đơn vị công:

Giá thành một đơn vị công là một chỉ tiêu kinh tế quan trọng đặc trưng chochất lượng sử dụng động cơ Nó gồm một số bộ phận như: giá thành nhiên liệu, giáthành bản thân động cơ, giá thành sử dụng, giá thành sửa chữa tính cho một đơn vịcông (một Kw có ích giờ)

Gọi giá tiền một đơn vị nhiên liệu là Xnl, ta có thể tính giá thành nhiên liệudùng cho một động cơ:

Xnl ge =

H e

(đồng/ Kw có ích giờ)

Gọi giá tiền động cơ là Xđ và thời gian phục vụ của nó là Tđ (tính theo giờ) ta

có thể tính được giá thành động cơ ứng với một đơn vị công là:

e đ

đ

N T

X

(đồng / Kw có ích giờ)

Gọi giá thành sử dụng động cơ (lương thợ máy, vật liệu bôi trơn,…) trong mộtnăm là Xsd và số giờ làm việc của động cơ trong một năm là Tg Thì giá thành sửdụng cho một đơn vị công tương ứng là:

e g

sd

N T

X

(đồng / Kw có ích giờ)

Gọi giá thành sửa chữa động cơ (đại tu, trung tu, bảo dưỡng và kiểm tu) là Xsctrong toàn bộ thời gian phục vụ Tđ của động cơ, ta có thể tính được giá thành mộtđơn vị công tương ứng là:

e đ

sc

N T

X

(đồng / Kw có ích giờ)Tổng cộng, ta có giá thành toàn bộ cho một đơn vị công của động cơ là:

sc đ e H

e

nl

T

X T

X X N Q

10.6,

Qua công thức tính X ta thấy:

-Tăng e sẽ giảm được X Vì vậy một trong những phương hướng chủ yếu củacông nghiệp chế tạo ôtô là tăng hiệu suất có ích của động cơ

-Tăng Ne và Tđ cũng có ý nghĩa lớn trong việc giảm giá thành X

Chương 3 CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

3.1 Khái niệm chung:

Trong động cơ đốt trong sự biến đổi từ nhiệt năng sang cơ năng là một quátrình phức tạp Các quá trình này hợp thành một chu trính kín, hở và không thuậnnghịch Nó xảy ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố như phương pháp hình thành hỗnhợp, kết cấu của động cơ (tỉ số nén, góc phối khí,…) và chế độ làm việc của động

cơ Nghên cứu một chu trình như vậy gặp rất nhiều khó khăn, rất khó đánh giá mức

độ tốt xấu chung

Để nghiên cứu được dễ dàng, người ta thay thế các quá trình phức tạp trênbằng các quá trình đơn giản và lược bỏ các tổn thất về năng lượng do ảnh hưởngcủa các quá trình thực tế Ta có chu trình lý tưởng

Để đánh gíá mức độ hoàn thiện của các quá trình riêng biệt và toàn bộ chutrình trong các loại động cơ Chúng ta cần phải tìm hiểu khả năng sử dụng nhiệt đặcbiệt của chu trình lý tưởng, là ngoài tổn thất cho nguồn lạnh không có mất mát nàokhác So sánh hiệu suất nhiệt của chu trình lý tưởng và thực tế để xác định mức độhoàn thiện của chu trình và đề ra phương pháp nâng cao tính kinh tế và công suấtcủa động cơ

Khi nghiên cứu chu trình lý tưởng người ta giả thiết rằng:

Số lượng môi chất công tác trong xy lanh động cơ hoàn toàn không thayđổi.Như vậy không có quá trình thải và nạp khí vào xy lanh

Nhiệt lượng được cấp từ bên ngoài vào chu trình - như vậy không có phản ứnghóa học xảy ra giữa nhiên liệu và ôxy của không khí (thành phần hóa học của môichất công tác không thay đổi trong suốt chu trình Không tính đến những tổn thấtnhiệt phát sinh khi nhiện liệu cháy) Như vậy việc chuyển nhiệt sang công trong chutrình lý tưởng là lớn nhất

3-Tỉ nhiệt của môi chất công tác không thay đổi và không phụ thuộc vào nhiệt

độ (thực tế nó phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần môi chất công tác)

4-Quá trình nén và giãn nở là đoạn nhiệt – không có sự trao đổi nhiệt với môitrường xung quanh Do đó không tính đến tổn thất nhiệt trong quá trình nén và giãn

nở Chỉ tiêu chủ yếu của bất kỳ một chu trình nào cũng được đánh giá trên 2 mặt: 3.1.1 Tính kinh tế: Được đặc trưng bởi hiệu suất nhiệt của chu trình t – Là tỉ

2 1

2

Q

L Q

Q Q

Q 1: Số nhiệt lượng cung cấp cho môi chất công tác (J/kmol ).

Q 2: Số nhiệt lượng thải ra (j/kmol )

Q 1 – Q 2: Số nhiệt lượng được lợi dụng có ích (chuyển sang công)

3.1.2 Tính hiệu quả: Được đặc trưng bởi công đơn vị của chu trình tức là côngtương ứng Với một đơn vị thể tích công tác của xy lanh

P t = L t / V h ( Nm/m3 hoặc N/m2 ) 2)

(3-Trong đó Lt: Công của một chu trình (J hoặc Nm)

Vh = Vmax – Vmin: Thể tích công tác của xy lanh tức là hiệu số giữa thể tích lớnnhất và nhỏ nhất của môi chất công tác trong chu trình (m3)

Pt : Công đơn vị hay áp suất bình quân của chu trình

Qua công thức (3-2) cho thấy về mặt số trị thì công đơn vị bằng áp suất giảthiết

không đổi pt, tác dụng lên piston trong khoảng thời gian ứng với sự thay đổithể tích từ Vmax đến Vmin Vì vậy trị số pt còn được gọi là áp suất bình quân của chutrình

Công đơn vị của chu trình càng lớn thì kích thước xy lanh công tác của động

cơ cần có để thu được công suất đã cho sẽ càng nhỏ

Chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong có thể chia làm 4 loại chủ yếu dưới đây:

1- Chu trình lý tưởng tổng quát: Là chu trình mà quá trình cấp nhiệt diễn ra

cả ở trạng thái thể tích không đổi (V = const) và trạng thái áp suất không đổi (p =const)

2-Chu trình đẳng tích: Là chu trình mà quá trình cấp nhiệt diễn ra ở trạng tháithể tích không đổi (V = const)

3-Chu trình đẳng áp: Là chu trình mà quá trình cấp nhiệt diễn ra ở trạng thái

áp suất không đổi (p = const)

4- Chu trình hỗn hợp: Là chu trình mà quá trình cấp nhiệt có một bộ phận tiếnhành ở thể tích không đổi (V = const) và một bộ phận tiến hành ở áp suất không đổi(p = const)

3.2 Chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong

3.2.1 Chu trình lý tưởng tổng quát ( H.3.1a)

Q 1 = mC v (T y -T c ) + mC p (T z -T y ) (3-3)

Ở đây: mCp và mCv là tỉ nhiệt mol đẳng áp và đẳng tích, (KJ/KgS)

Tz, Tz’, Tc là nhiệt độ của chu trình tại các điểm Z,Z’ và C

Nhiệt lượng nhả cho nguồn lạnh: q2 = q’2 + q’’2

Q 2 = mC v (T b -T f ) + mC p (T f -T a ) (3-4)

Ở đây: Tb, Tf, Ta là nhiệt độ của chu trình ứng với các điểm b,f,a

Khi đó hiệu suất của chu trình:

Trong đó: k = mCp/mCv gọi là chỉ số đa biến

y

a f f

b

T T mCp T

T mCv

T T mCp T

T mCv Q

)(

)(

)(

1

y z c

y

a f f

b

T T k T T

T T k T T

a chu trình lý tưởng tổng quát b chu trình lý tưởng đẳng tích

Hình 3.1: Đồ thị của chu trình lý tưởng trên đồ thị p-v

’= Vb/Va = Vf/Va: Tỉ số nén trước khi nhả nhiệt cho nguồn lạnh trong quátrình đẳng áp.

Ta rút ra hệ thức:  / = /’

Để có được biểu thúc cuối cùng tính toán hiệu suất nhiệt cuối cùng của chutrình theo các giá trị từ phương trình nhiệt động, từ các quá trình riêng biệt, từ cácbiểu thức nhiệt độ trong công thức (3-5) ta đưa về nhiệt độ ban đầu của quá trìnhnén Ta

t

1'1

'

'1

Vf – Vc = Vc(Vf/Vc – 1) = Vc ( VfVa/VaVc – 1)

= Va/ (’ – 1) 10)

Từ công thức (3-1) ta có: Lt = Q1.t 11)

Thế (3-10) và (3-11) vào (3-9):

)1'(

11

k a

V

k mCvT

(3-12)Theo giáo trình nhiệt kỹ thuật: mCv = R/k-1 và Pa = RTa/Va

Trong đó R là hằng số chất khí, thế vào phương trình trên và cuối cùng mà

a chu trình lý tưởng đẳng áp b chu trình lý tưởng hỗn hợp

Hình 3.2: Đồ thị của chu trình lý tưởng trên đồ thị p-v

P t  1  1 

)1'(

P

t

k a

( N/m2.) (3-13)

Từ công thức trên ta thấy tỉ số nén  , hiệu suất nhiệt của chu trình t và ápsuất nén ban đầu Pa càng cao thì áp suất bình quân của chu trình càng lớn Sự ảnhhưởng của các thông số còn lại như , ,  và k tới Pt sẽ được nghiên cứu trong cácphần của chu trình riêng biệt

3.2.2 Chu trình cấp nhiệt đẳng tích

Hình (3.1b) trên tọa độ P-V và T-S cho thấy nhiệt lượng cấp vào q1 và nhiệtlượng nhả ra q2 xảy ra khi thể tích công tác của xy lanh không đổi

Vh = Va-Vc = Vmax-Vmin = (.D2).S/4 (mm3)

Trong đó: D, S là đường kính và hành trình piston (m)

S = 2R (R: bán kính quay của trục khuỷu)

Quan sát chu trình ta thấy nó khác với chu trình tổng quát là không có quá trìnhnhả nhiệt đẳng áp Fa và cấp nhiệt đẳng áp Z’Z (H.3-1)

Bởi vậy trong trường hợp này =1và ’=1 Thế các giá trị của  và ’ vào côngthức (3-8) và (3.13) ta được:

k

P

(3-14) 3.2.3 Chu trình cấp nhiệt đẳng áp

Hình (3.2a) trên tọa độ P-V và T-S cho thấy nhiệt lượng cấp vào q1 trongđiều kiện đẳng áp và nhiệt lượng nhả ra cho nguồn lạnh q2 trong quá trình đẳng tích.Đối với trường hợp này  =1 và  =1, thay các giá trị này vào biểu thức (3-8) và (3-13) ta được:

)1(

11

P

t

k a

15)

3.2.4 Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

Hình (3.2b) trên tọa độ P-V và T-S cho thấy một phần nhiệt lượng q’1 cấp vào ởtrạng thái đẳng tích, còn một phần của nó q’’1 được cấp vào ở trạng thái đẳng áp.Nhiệt lượng nhả cho nguồn lạnh q2 ở trạng thái đẳng tích

Quan sát chu trình ta thấy nó khác với chu trình tổng quát là không có quá trìnhnhả nhiệt đẳng áp Fa Bởi vậy trong trường hợp này ’=1 Thế các giá trị của ’ vàocông thức (3-8) và (3.13) ta được:

)1()1(

11

CHƯƠNG 4 CHU TRÌNH THỰC TẾ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Chúng ta đã nghiên cứu chu trình lý tưởng, nó là một chu trình kín, không thayđổi môi chất để tiến hành chu trình Nhưng trong thực tế động cơ muốn công tácliên tục cần phải thay đổi môi chất công tác - nghĩa là sản vật cháy sau khi đã sinhcông, cần được thải ra ngoài, phải nạp khí nạp mới vào để thực hiện chu trình tiếptheo Như vậy chu trình thực tế là chu trình hở - Nghĩa là ngoài tổn thất tất yếu chonguồn lạnh còn có nhiều tổn thất do điều kiện thực tế gây ra

- Có sự thay đổi môi chất nên tổn thất một phần năng lượng

- Có sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh nên quá trình nén và giãn nởkhông phải là đoạn nhiệt tức là có tổn thất nhiệt

- Nhiên liệu cháy trong xy lanh làm thay đổi tính chất hóa lý của môi chất côngtác nên có tổn thất nhiệt do nhiên liệu cháy không hết và do sự phân giã sản vậtcháy

Công suất động cơ, tính kinh tế, độ tin cậy khi làm việc và tuổi thọ phụ thuộcvào mức độ hoàn thiện của chu trình công tác của động cơ Vì vậy, qua nghiên cứucác quá trình tạo nên chu trình công tác của động cơ để tìm ra quy luật diễn biếncủa chúng, phát hiện những yếu tố ảnh hưởng tới các quá trình, trên cơ sở đó tìm

ra được:

- Phương hướng nâng cao tính kinh tế và tính hiệu quả của động cơ

- Những phương pháp tính toán các thông số để thiết kế động cơ khi đã biếtcác chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và điều kiện làm việc của động cơ

Các thông số của chu trình công tác được thực hiện từ đồ thị công do máy đocông vẽ ra Đồ thị công phản ánh một cách cơ bản nhất chất lượng của chu trìnhcông tác

Thông thường hay dùng phương pháp tính chu trình lý thuyết để từ đó xác địnhchu trình thực tế Chu trình lý thuyết cho ta số liệu ban đầu để tính toán, cải tiếnđộng cơ hoặc đánh giá các động cơ đã sản xuất Nếu phương pháp tính toán cácthông số của chu trình càng hoàn hảo thì sự khác nhau giữa chu trình lý thuyết vàchu trình thực tế càng ít

4.1- Quá trình nạp

Để thực hiện chu trình tiếp theo cần phải thải hết ra khỏi xy lanh sản vật cháy

đã giãn nở của chu trình trước và nạp vào xy lanh khí nạp mới - Đó là quá trình thayđổi khí trong chu trình thực tế

Quá trình nạp và thải có liên hệ mật thiết với nhau Vì vậy khi nghiên cứu quátrình nạp phải xét đến các thông số đặc trưng cho quá trình thải

4.1.1 Diễn biến của quá trình nạp

Quá trình nạp của động cơ 4 kỳ không tăng áp

Cuối hành trình thải (điểm r khí sót chiếm toàn bộ thể tích buồng cháy với ápsuất Pr và nhiệt độ Tr Hành trình nạp về mặt lý thuyết được xảy ra từ khi piston đi

từ DCT-DCD Nhưng thực tế thì tại điểm r, áp suất trong xy lanh là Pr Pk = P0 (ápsuất khí trời) nên trong xy lanh khí sót có áp suất Pr tiếp tục giãn nở đến điểm r0, vàchỉ sau khi khắc phục được các trở lực khí động trong hệ thống nạp thì lượng khínạp mới mới bắt đầu đi vào xy lanh Áp suất đầu quá trình nạp phụ thuộc vào góc

mở sớm súpáp thải Do tổn thất khí động, áp suất trong xy lanh ở cuối hành trìnhnạp nhỏ hơn áp suất Pk một lượng Pk Tại điểm a (cuối quá trình nạp) Pa = Pk - Pk(Pk là sức cản của bầu lọc khí và đường ống nạp) Ở động cơ không tăng áp,nhiệt độ khí nạp mới Tk  T0

Quá trình nạp tiến hành kế tiếp ngay sau quá trình thải của chu trình trước(đối với động cơ bốn kỳ), hoặc tiến hành đồng thời với quá trình thải (đối với động

cơ hai kỳ) Quá trình thải của chu trình trước và quá trình nạp của chu tình kế tiếphình thành sự trao đổi chất trong xylanh động cơ, tức là thải sản phẩm cháy từ trong

ra ngoài xylanh và nạp hỗn hợp mới từ ngoài vào trong xilanh Quá trình nạp là quátrình làm tăng dần lượng chất công tác gọi là hỗn hợp nạp mới ở trong xylanh từ ítnhất đến nhiều nhất theo từng vị trí của van nạp hx hay vị trí của pitttông Sx hoặc vịtrí của trục khuỷu …

 Các giai đoạn và đặc điểm của từng giai đoạn trong quá trình nạp của

động cơ bốn kỳ không tăng áp

Quá trình nạp ở đây được mô tả trên hình 4.1, gồm 5 phần từ I đến V đượcchia ra ba giai đoạn sau:

a) Giai đoạn đầu quá trình nạp hoặc nạp sớm

Trong giai đoạn này van nạp

chỉ mới bắt đầu được ấn

xuống (với xupap treo) hoặc

nâng lên (với xupap đặt) và

cửa nạp mới chỉ là khe trụ

hẹp có chiều cao khoảng vài

phần chục milimet Bởi vậy

trong thời gian đầu quá trình

khi pittông đi xuống sau ĐCT

thì cửa nạp đã được mở khá lớn và không gây cản trợ cho không khí hoặc hỗn hợp

đi vào xilanh

b) Giai đoạn nạp cơ bản

Hình 4.1: Đồ thị của quá trình nạp

Hình 4.2: Đồ thị của quá trình nạp

Giai đoạn này bắt đầu ở ĐCT và kết thúc ở ĐCD (phần II và III), có nghĩa làđược tiến hành trong phạm vi 1800 góc quay trục khuỷu, nó bao gồm giai đoạn nạptrong điều kiện chuyển động tịnh tiến có gia tốc dương của pittông (góc quay củatrục khuỷu từ 00 đến 800) và giai đoạn nạp trong điều kiện chuyển động tịnh tiến củapittông là chậm dần (góc quay trục khuỷu từ 800 đến 1800)

c) Giai đoạn nạp muộn

Bắt đầu từ thời điểm pittông ở ĐCD (điểm 4 trên hình 4.1) và kết thúc ở thời

2 40 60

  � (điểm 6) Giaiđoạn nạp muộn xảy ra trong điều kiện pittông đi lên liên tục, có nghĩa là thể tích củachất công tác (khí cháy) trong xilanh giảm dần Bởi vậy hỗn hợp cháy (hay khôngkhí) có thể đi ra khỏi xilanh, có nghĩa là việc nạp thêm chỉ có thể do hỗn hợp nạp ởphần trên của xylanh có áp suất bé do chưa được nén hoặc do quán tính của bảnthân dòng khí nạp và việc nạp thêm tiến hành trong kết quả chuyển động lên củapittông còn chậm

Trong điều kiện tốc độ quay của trục khuỷu còn nhỏ, ví dụ khi khởi động động

cơ, lực quán tính của dòng khí trong đường ống nạp hầu như hoàn toàn chưa có.Bởi vậy trong thời gian của giai đoạn nạp muộn, hỗn hợp nạp (không khí nạp) đãđược nạp vào trong giai đoạn nạp cơ bản, sẽ bị đẩy ngược trở lại, tức là đi ra khỏixylanh, đó là hiện tượng thoái lui Trong điều kiện tốc độ quay là trung bình, lựcquán tính của dòng khí có lớn hơn, bởi vậy ngay khi pittông đi lên có xảy ra nạpphụ Tuy nhiên theo vị trí đi lên của

pittông, áp suất chất khí nạp do bị nén

trong xilanh cũng tăng lên và nạp phụ

chuyển sang thoái lui

Trong điều kiện tốc độ quay lớn,

lực quán tính của dòng khí trong

đường ống nạp tiến dần tới giá trị lớn

nhất, bởi vậy có tăng thêm nạp phụ

vào trong xilanh, còn thoái lui có thể

không xảy ra

Như vậy trong điều kiện các số

vòng quay khác nhau, trong thời gian

của giai đoạn nạp muộn có thể xảy ra:

chỉ là thoái lui; hoặc nạp phụ rồi sau

đó chuyển sang thoái lui; hay là chỉ có

nạp phụ

Phần nạp phụ IV bắt đầu ở ĐCD (điểm 4) và kết thúc ở điểm 5 (hình 4.1), lúcnày nạp phụ chuyển sang thoái lui (phần V), phần thoái lui V kết thúc ở thời điểmđóng cửa nạp (điểm 6 trên hình 4.1) Thời điểm kết thúc nạp phụ và bắt đầu thoái luitrong cùng một động cơ tính theo góc quay của trục khuỷu không giữ nguyên ở mộttrị số mà luôn biến đổi Ở tốc độ quay thấp; còn ở tốc độ quay lớn - muộn hơn.Trong thời gian của giai đoạn nạp muộn vào xilanh của động cơ ở tốc độ quay lớn

có tới 20% lượng nạp mới là lượng nạp phụ, còn ở tốc độ quay thấp có tới 20% làthoái lui

Khối lượng tổng cộng của hỗn hợp nạp (hay không khí nạp) vào xilanh trongmột chu trình Gctr bằng tổng các khối lượng của hỗn hợp nạp (hay không khí nạp):

nạp vào trong giai đoạn sớm I (Gctr) và giai đoạn nạp cơ bản (II và III) G180o gọichung là lượng nạp cơ bản ; nạp vào do có nạp phụ ở phần IV (Gnp) và trừ đi lượngthoái lui ở phần V (Gtl), sẽ có G2 G np G lt Như vậy lượng nạp chu trình là:

Như vậy để xác định được khối lượng hỗn hợp nạp (hay không khí nạp) nạpđược vào động cơ, cần thiết phải tìm được trị số áp suất và nhiệt độ của chất khínạp vào xilanh, sau đó là xác định lượng nạp phụ và lưọng thoái lui

Hình 4.3: Quá trình nạp của động cơ 2 kỳ

Hình 4.4: Diễn biến quá trình nạp của động cơ 4 kỳ tăng áp

4.1.2 Các thông số cơ bản của quá trình nạp

Áp suất cuối quá trình nạp Pa.

Khối lượng nạp mới trong quá trình nạp, hay là sự điền đầy khí nạp vàoxylanh phụ thuộc vào các nhân tố sau:

+ Tổn thất khí động học của hệ thống làm giảm áp suất chất nạp pa đi mộtlượngp a.

+ Sự tồn đọng trong xylanh một lượng nào đấy sản phẩm cháy Mr gọi là khísót, chúng chiếm một phần thể tích xylanh

+ Sự sấy nóng khí nạp mới bởi các bề mặt thành vách của hệ thống nạp vàkhông gian trong xylanh tạo nên nhiệt độ tăng thêm T, do đó làm giảm nhiệt độkhí nạp vào

Thực tế trong động cơ do lưu động của dòng khí trong đường ống nạp, cũngnhư đường ống thải là không ổn định, do có sóng va đập trong đường ống vànhững nguyên nhân nêu trên, nên áp suất chất khí biến đổi trong suốt quá trìnhnạp cũng như trong suốt quá trình thải và áp suất tại mọi vùng trong xylanh cũngkhác nhau Để thuận tiện cho nghiên cứu, trong tính toán nhiệt động cơ sử dụng

áp suất trung bình pa của quá trình nạp và pr của quá trình thải

Tổng cộng các tổn thất khí động học trong hệ thống nạp ∆pa bao gồm tổn thấtqua bộ lọc không khí, đường ống nạp, tiết diện lưu thông của xupap nạp Đối vớiđộng cơ xăng còn phải qua bộ chế hoà khí, nên tổn thất khí động học ∆pa trong

hệ thống nạp của động cơ xăng lớn hơn của động cơ điesel

Có nhiều nguyên nhân ảnh hưởng đến chuyển động của dòng khí trongđường ống nên việc xác định ∆pa cũng rất phức tạp, và thường được xác địnhbằng thực nghiệm kinh nghiệm

Khi khí nạp mới đi qua supap nạp, áp suất và nhiệt độ của nó thay đổi rất ít, do

đó có thể giả thiết dòng khí nạp mới đi vào xy lanh có khối lượng riêng k (mật độ)không đổi tại tất cả các tiết diện (Pk = hằng số)

Đồng thời nó chuyển động liên tục và ổn định, thì có thể dùng phương trìnhBernuli viết cho hai tiết diện: bình lọc khí và điểm chết dưới trong lòng xilanh (điểma)

Ta có:

k

a k k

2

2 0 2



x

w

(2 + 0 )k =  P k 3)

Theo thực nghiệm ở chế độ định mức của động cơ:

Wx = (50 – 130) m/s và (2 + 0 ) = 2,5 – 4, khối lượng riêng của không khí

k

T R P

Ở đây : Rk = R / k = 8315 / 28,96 = 287 j/kgđộ

Nếu dòng chảy là liên tục và ổn định thì phương trình lưu lượng viết ở tiếtdiện thông qua của xu páp và tiết diện ngang của xy lanh là:

f x W x = F p C m 4)

Ở đây:

fx: tiết diện lưu thông của xu páp nạp (m2)

Cm: tốc độ trung bình của piston (m/s)

D R

2

41

2 1 0 2

.2

.1

x x

k

f

n A f

n A

+ động cơ diesel không tăng áp (0,03 – 0,18) P0

+ động cơ diesel tăng áp (0,03 – 0,10) P0

Qua biểu thức (4 – 7) cho thấy tổn thất áp suất cuối quá trình nạp tỉ lệ thuậnvới bình phương số vòng quay n của trục khuỷu tỷ lệ nghịch với bình phương tiếtdiện lưu thông của xu páp phụ thuộc vào 0 và 

Vì vậy, khi lựa chọn kết cấu hệ thống nạp cần tìm cách giảm 0 bằng cáchchọn tiết diện ống có hình dạng theo thủy khí động học, giảm bớt những chỗ ngoặtđột ngột và nối trên đường ống nạp

Tăng fx là một biện pháp để giảm Pk, việc tăng fx phụ thuộc nhiều vào cách

bố trí xu páp Động cơ dùng hệ thống xu páp treo, thì khả năng tăng diện tích fx bịhạn chế bởi điều kiện phân bố xu páp trên nắp xi lanh Thông thường người ta tăng

fx bằng cách giảm tỷ số S/D

Khi Vb = (D2/4).S = hằng số, nếu giảm S thì D sẽ tăng lên, như vậy có thể

bố trí được nhiều xu páp hoặc có thể tăng đường kính xu páp

Theo thực nghiệm, người ta chọn tỉ số Fp/ifx (trong đó i là số xu páp nạp)theo tính chất cao tốc của động cơ như sau:

Đối với động cơ xăng và động cơ gaz, muốn điều chỉnh công suất động cơ, tathay đổi vị trí cánh bướm ga (bướm tiết lưu) như vậy là hệ cản 0 thay đổi làm cho

Pk thay đổi theo, khi động cơ làm việc ở chế độ phụ tải nhỏ, bướm tiết lưu mở nhỏtrở lực trên đường ống tăng (0 tăng), do đó tăng trị số Pk.

Đối với động cơ 2 kỳ trị số Pa phụ thuộc vào áp suất không khí quét Pk vàtương quan giữa cửa nạp và cửa thải, đồng thời còn phụ thuộc vào thời gian đưakhông khí vào dài hay ngắn Kết quả đưa đến khi giảm n thì sẽ làm Pk giảm, nếunhư tăng số vòng quay n thì Pk tăng thì Pa sẽ giảm xuống

Dưới đây là phạm vi giá trị hực nghiệm của áp suất pa ở chế độ toàn tải xácđịnh từ tốc độ tối thiểu nmin đến tốc độ tối đa

- Động cơ diesel 4 kỳ không tăng áp : pa = (0,85 ÷ 0,95)po

- Động cơ xăng 4 kỳ không tăng áp :pa = ( 0,70 ÷ 0,90)po

- Động cơ 2 kỳ quét thẳng : pa = ( 0,86 ÷1,05)pk

- Động cơ 2 kỳ quét thẳng : pa = 0,5(pk + pth)

Với Pth : áp suất trong hệ thống thải

Đối với động cơ 2 kỳ:

RT

V P

(4 – 9)

Nên: r = r l

r r

M RT

V P

Nếu có quét khí thì hệ số quét khí 2 =

c

r

V V

Từ phương trình trên ta có thể viết lại như sau:

r =

r l r

c r r l r

r r

V M RT

V V P M

RT

V P

r

M RT

V P

Nếu không có quét khí thì: 2 = 1

Trị số Pr được xác định bằng áp suất của môi trường thải, trường hợp có lắpống tiêu âm, thùng chứa khí tăng áp bằng tuốc bin đẳng áp thì Pr = Pth, trường hợpthải thẳng ra môi trường ngoài thì áp suất môi trường thải là P0.

Cũng có thể dùng phương trình Becnuli viết cho hai tiết diện của hệ thống thải,với giả thiết như đã tính Pa và rút ra Pr cũng phụ thuộc vào chế độ tốc độ của động

cơ, tiết diện lưu thông qua xu páp thải và hệ số cản của dòng ống thải Theo hình (4– 1) ta có:

Pr = Pth + Pr

Trong đó:

Pr = 2

2 2

x

f

n K

Trong tính toán có thể chọn áp suất Pr theo các số liệu thực nghiệm sau:

- Đối với động cơ 4 kỳ không tăng áp và trên đường ống thải không lắp thêmcác chi tiết đặc biệt (bình tiêu âm, bình chứa khí thải ,…), áp suất khí sót của chúngphụ thuộc vào số vòng quay và thay đổi trong các phạm vi sau đây:

- Đối vớI động cơ tốc độ thấp: Pr = (1,03 – 1,06)P0

- Đối vớI động cơ cao tốc: Pr = (1,05 – 1,20)P0

Trong trường hợp động cơ tăng áp hoặc động cơ có gắn thêm bộ tiêu âm thìphải thay P0 của 2 công thức trên bằng Pth Đối với động cơ tăng áp Pth xác địnhbằng cách tính toán đặc biệt, đối với động cơ lắp bộ tiêu âm thì lấy Pth lớn hơn vàiphần trăm áp suất khí trời

Nhiệt độ Tr phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp, sự trao đổi nhiệt trongquá trình giãn nở và thải, mức độ giãn nở của sản vật cháy

Ở động cơ xăng thành phần hỗn hợp khí thay đổi trong phạm vi nhỏ, cho nênkhi giảm tải, Tr thay đổi ít Còn ở động cơ diesel, muốn thay đổi phụ tải phải thay đổitrực tiếp thành phần của  cho nên khi giảm tải nhiệt độ Tr giảm đi nhiều

Động cơ diesel có tỉ số nén cao hơn, mức độ giãn nở khí thải lớn, nhiệt độtrong quá trình giãn nở tương đối thấp, nên trị số Tr của động cơ diesel thấp hơn Trđộng cơ xăng khoảng (200 – 300)0K

Giá trị nhiệt độ khi sót Tr thường nằm trong phạm vi:

- Đối với động cơ xăng: (900 – 1100)0K

- Đối với động cơ diesel: (700 – 900)0K

- Đối với động cơ gaz: (750 – 1000)0K

Thể tích buồng nén Vc phụ thuộc vào tỉ số nén:  (Vc =

Số mol khí nạp mới được xác định bằng điều kiện nạp và phương pháp điềuchỉnh phụ tải, ở động cơ xăng điều chỉnh phụ tải bằng cách thay đổi vị trí bướm ga –khi đóng bướm ga thì M giảm (giảm tải – M giảm), ở động cơ diesel điều chỉnh phụ

tải bằng cách thay đổi vị trí lượng nhiên liệu phun vào động cơ, cho nên khi giảm tải(giảm nhiệt độ Ta, M1 tăng lên đôi chút Do nhiệt độ xi lanh giảm.

Từ các phân tích trên ta rút ra nhận xét:

- Ở động cơ xăng hệ số khí sót lớn hơn ở động cơ diesel vì tỉ số nén động

cơ xăng nhỏ hơn

- Khi giảm tải, trị số k của động cơ xăng tăng lên còn ở động cơ diesel thìkhông đổi (khi giảm tải  tăng lên dẫn đến Tr giảm làm cho r tăng Đồng thời khi Trgiảm đến Ta giảm và làm cho M1 tăng và r giảm Hai ảnh hưởng này bù trừ chonhau làm cho r hầu như không đổi)

- Khi thực hiện tăng áp r giảm, trừ trường hợp tăng áp bằng tuốc bin khí: Khi toàn tải hệ số r:

- Của động cơ xăng và ga: 0,04 – 0,10

- Của động cơ diesel không tăng áp: 0,02 – 0,05

- Đối với động cơ 2 kỳ nằm trong phạm vi sau:

l

l

M M

Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới T

Mức độ sấy nóng khí nạp mới phụ thuộc vào tốc độ lưu động của dòng khí,mức độ chênh lệch nhiệt độ giữa vách xy lanh và dòng khí, thời gian nạp dài hayngắn Mức độ chênh lệch nhiệt độ do phụ tải quyết định

Phụ tải động cơ càng lớn – nghĩa là phun càng nhiều nhiên liệu, hoặc mở cànglớn cánh bướm ga, thì nhiệt độ các chi tiết động cơ nâng cao, lượng khí nạp mớiđược sấy nóng càng nhiều Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ khí nạp mới thì mật độkhông khí sẽ giảm, cho nên việc dùng phương pháp đặc biệt để sấy nóng khí nạpmới tong động cơ xăng chỉ có lợi trong phạm vi mà nhiệt lượng cung cấp cho nóđược lợi dụng để bốc hơi nhiên liệu Sấy nóng quá sẽ ảnh hưởng không tốt đếnlượng khí nạp vào xy lanh Do đó trị số tăng nhiệt độ của khí nạp mới được biểu thịtheo công thức : T = Tt - Tbh

Tt: Độ tăng nhiệt độ của khí nạp mới do truyền nhiệt

Tbh: Mức giảm nhiệt độ của khí nạp mới do bốc hơi nhiên liệu, ở động cơdiesel Tbh = 0

Cần lưu ý đến đặc điểm cấu tạo động cơ Vị trí tương đối của hệ thống nạp và

hệ thống thải Trong đa số các động cơ xăng, để cải thiện sự hình thành hỗn hợp đểtránh hiện tượng giọt nhiên liệu lỏng đọng lại trên đường ống nạp Người ta thườnghâm nóng khí nạp mới bằng khí thải

Hình 4.6 Ảnh hưởng của hệ

số khí sót tới nhiệt độ T a

Việc tính toán T gặp nhiều khó khăn do không có đầy đủ các số liệu để chọn

hệ số truyền nhiệt, nhiệt độ trung bình của các bề mặt tiếp xúc Do đó trong quátrình tính toán nhiệt động của động cơ người ta chọn T theo các số liệu thựcnghiệm và tính toán gián tiếp

Ở động cơ diesel không tăng áp có kết cấu hợp lý về hệ thống truyền nhiệt thì

T = 10 – 400C Ở động cơ tăng áp, không làm mát không gian khí nạp và động cơ

110 



- TN: mức độ chênh lệch nhiệt độ ứng với

chế độ công tác định mức của động cơ, thường

có giá trị: TN = 80

- nN: số vòng quay ứng với chế độ định

mức

Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a

Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta được quyết

định bởi mức độ sấy nóng khí nạp mới T, nhiệt

độ của khí nạp mới Tk và lượng khí sót còn lại

trong xilanh có nhiệt độ Tr

Nhiệt độ Ta có thể xác định trên cơ sở cân

bằng nhiệt của khí nạp mới và khí sót, trước và sau khi chúng được hòa trộn tiếnhành trong điều kiện đẳng áp Với áp suất không đổi Pa

Phương trình cân bằng nhiệt:

Qa = (M1 + Mr) mC’

pTaThay vào (4 – 10)

mC p M 1 (T k + T) + mC ’’

p M r T r = mC ’

p (M 1 + M r )T a (4 – 11)Trong đó: mCp , mC’

p ở nhiệt độ Tr có thể xem bằng mC’’

p = T mCp.Trong đó: t là hệ số hiệu đính tỉ nhiệt nó phụ thuộc vào nhiệt độ Tr và thànhphần hỗn hợp  Nếu coi lượng khí sót là nhỏ thì:

l

r r k

l

r l

r r k

l

M

M M

M

M T T T M M

M

T T T M

Với động cơ 4 kỳ nhiệt độ Ta nằm trong phạm vi:

- Đối với động cơ xăng: (320 – 370)0K

- Đối với động cơ diesel không tăng áp: (310 – 350)0K

- Đối với động cơ diesel tăng áp: 4000K

Cần chú ý rằng khi nhiệt độ cuối quá trình nạp tăng thì mật độ khí nạp mới sẽgiảm dần

Hệ số nạp

Để đánh giá mức độ hoàn thiện của quá trình nạp người ta dùng hệ số nạp Hệ

số nạp là tỷ số giữa lượng khí nạp mới có trong xy lanh ở đầu quá trình nén Ml(kmol) hay Gk (kg), tức là lúc đóng cơ cấu thay đổi khí chia cho số lượng khí nạpmới có thể nạp đầy vào thể tích công tác Vh của xy lanh ở điều kiện áp suất và nhiệt

độ trước suapap nạp (PK và TK ) - Gọi là lượng nạp lý thuyết Mh Đối với động cơxăng lượng khí nạp mới là hỗn hợp không khí nhiên liệu, đối với động cơ diesellượng khí nạp mới là không khí

Tính toán cho thấy rằng, đối với động cơ xăng hệ số nạp tính theo điều kiện khínạp là không khí hay hỗn hợp không khí nhiên liệu có sai biệt không lớn lắm Vì vậyđối với động cơ xăng cũng như động cơ Diesel, hệ số nạp n đều được xác địnhtheo không khí Căn cứ vào định nghĩa trên ta có:

n =

H

K H

K h

l

V

V G

G M

M



 (4.13)

Trong đó: Ml – Số mol khí nạp mới có trong xy lanh đầu quá trình nén

GK – Số kg khí nạp mới có trong xy lanh đầu quá trình nén

VK – Thể tích mà khí nạp mới chiếm được, quy dẫn về điều kiệntrước supap nạp (PK,TK), m3

* Đối với động cơ 2 thì, ngoài hệ số nạp n ứng với toàn bộ thể tích công tác

Vh , còn có khái nệm ứng với phần thể tích có ích V’h (H 4.2)

’n =

h

K h K

K h

l

V

V V

G M

M

'''  (4.14) Trong đó: n là hệ số nạp lý thuyết , ’n là hệ số nạp thực tế Nếu V’h = ( 1-

)Vh, thì n và ’n liên hệ với nhau theo quan hệ:

’n = ' 1  1 

n h

K h

K

V

V V

Từ đó:

n = ( 1-)’n (4.15) Trong đó:  Phần thể tích (hành trình) tổn thất để thực hiện quá trình trao đổikhí, phụ thuộc vào sơ đồ quét khí Đối với sơ đồ quét thẳng có supap  = 0,12 –0,14; Quét thẳng có cửa thải:  = 0,25

RT

V p

Xét tại điểm a (cuối hành trình nạp): Trong xy lanh bao gồm khí nạp mới vàkhí sót có áp suất Pa và nhiệt độ Ta Phương trình trạng thái tại điểm a:

PaVa = ( Mla + Mr ) RTa

Hay Ma = PaVa / RTa

Xét tại điểm đóng hoàn toàn cơ cấu phối khí: Từ khi kết thúc hành trình nạp(điểm a) đến khi đóng hòan toàn cơ cấu phối khí sẽ có thêm một lượng khí mớiđược nạp vào xy lanh, thể hiện qua hệ số nạp thêm l Như vậy tổng lượng khí nạpmới trong xy lanh lúc này là:

RT

V P

1



( 4.17)

Chia 2 vế của 2 phương trình (4.16) và (4.17) ta có:

n a h k

k a a l

r l

T V P

T V P M

M M

M

M M

k k

a

T

T P

Thay giá trị của Ta(1 +r) trong biểu thức (4.12) vào ta có:

n =

r r r k

k k

a

T T

T

T P

Trong trường hợp không bổ sung khí nạp thì l = 1

4.1.3 Phân tích những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nạp:

độ các chi tiết động cơ càng nhỏ do sản vật cháy giãn nở triệt để hơn làm cho nhiệt

độ bề mặt công tác của xy lanh nhỏ (Tr), điều này làm cho hệ số nạp tăng

Thực nghiệm cho thấy, ở động cơ 4 kỳ có thực hiện quét khí thải ở buồng cháy,khi tăng hệ số khí sót từ 0 lên 0,3 trong những điều kiện như nhau sẽ làm hệ số nạpgiảm tới 43% so với trị số cực đại của nó Tóm lại tỷ số nén có ảnh hưởng rất ít tới

hệ số nạp

Nhiệt độ khí sót

Từ phương trình (4.20) ta thấy tìch số rr T r có ảnh hưởng tới hệ số nạp n.Khi giả thiết tỷ nhiệt của khí sót và tỷ nhiệt của không khí bằng nhau r 1 thì có thểcho rằng nhiệt độ Tr không ảnh hưởng tới hệ số nạp, vì khi trộn lẫn với khí nạp mớivới khí sót, thể tích khí sót sẽ giảm (do giảm nhiệt độ để tỏa nhiệt cho không khíhoặc hỗn hợp khí mới) tới mức độ thể tích của khí nạp mới tăng lên (nhiệt độ khínạp mới tăng do được sấy nóng)

Áp suất cuối quá trình nạp Pa

Áp suất cuối quá trình nạp Pa có ảnh hưởng rất lớn đến hệ số nạp Qua cáccông thức ta nhận thấy Pa phụ thuộc vào PK, việc giảm PK phụ thuộc vào trở lựctrên đường ống nạp và tốc độ lưu động của dòng khí nạp qua supap nạp Vì vậyvấn đề quan trọng là làm sao cho tổn thất trên đường ống nạp là nhỏ nhất

Ở động cơ 2 kỳ áp suất cuối quá trình nạp Pa phụ thuộc vào tri số của áp suấtkhí quét PK ở cửa quét, cửa thải và góc phối khí giữa cửa quét và thải

Áp suất và nhiệt độ trong đường ống nạp PK, TK

Áp suất của khí nạp có ảnh hưởng tới hệ số nạp, khi tăng PK trong trường hợpgiữ nguyên tỷ số Pa/PK thì sẽ làm tăng hệ số nạp

Ở động cơ 2 kỳ, ảnh hưởng của PK tương đối lớn, theo thực nghiệm đối vớiđộng cơ 2 kỳ quét thẳng qua supap:

- Khi n = 1.600 v/p, nếu tăng PK từ 0,13 MN/m2 đến 0,19 MN/m2, sẽ làm cho tỷ

số Pa/PK tăng từ 0,88 lên 0,93

- Khi tăng TK thì sự chênh lệch nhiệt độ giữa chi tiết động cơ và khí nạp mớigiảm (PK giảm) làm cho hệ số nạp tăng Nhưng nên nhớ rằng tăng hệ số khí nạp ởnhiệt độ TK lớn không có nghĩa là tăng lượng khí nạp mới chứa trong xy lanh Vì khităng TK thì mật độ không khí lúc đó sẽ giảm

Áp suất và nhiệt độ khí sót Pr , Tr

Khi nhiệt độ Tr không thay đổi, nếu áp suất Pr lớn thì khí sót trong xy lanh sẽnhiều Trong trường hợp đó, khi piston chuyển động từ ĐCT xuống, phần lớn hànhtrình của piston sẽ tiêu hao cho việc giãn nở của khí sót, vì vậy quá trình nạp sẽ bắtđầu chậm hơn do đó hệ số nạp giảm

Cũng như trong hệ thống nạp, trở lực hệ thống thải tỷ lệ thuận với bìnhphương của tốc độ lưu động khí tại tiết diện nhỏ nhất, do đó tỷ lệ thuận với bìnhphương số vòng quay của trục khuỷu Tăng trở lực hệ thống thải sẽ làm tăng ápsuất trong xy lanh ở thời kỳ thải và khi không có quét buồng cháy sẽ đưa đến làmtăng công tiêu hao cho việc đẩy khí ra khỏi xy lanh, làm giảm hệ số nạp và làm tăng

hệ số khí sót

Tất cả những yếu tố đó sẽ làm giảm công suất và hiệu suất của động cơ Trênhình (4.9) biểu thị sự ảnh hưởng của việc lắp bộ tiêu âm tới đường thải, rõ ràng làkhi tăng áp suất ngược trong đường thải (đường chấm chấm) sẽ làm tăng phầndiện tích âm của đồ thị bao hàm giữa đường nạp và đường thải (tiêu hao công), vàgiảm phần diện tích dương giới hạn giữa đường nén, cháy, giãn nở và bắt đầu thải(thu công) Ảnh hưởng của hệ thống thải tới hệ số nạp và hệ số khí sót biểu hiện ởcác điểm sau đây:

Hình 4.7 Ảnh hưởng của nhiệt

ta thấy rằng tích số rTr ảnh hưởng tới hệ số

nạp Khi giả thiết tỷ nhiệt của khí sót và

không khí bằng nhau (t = 1) thì có thể cho

rằng nhiệt độ Tr không ảnh hưởng đến hệ số

nạp, vì khi trộn lẫn khí nạp mới với khí sót, thể

tích khí sót sẽ giảm (do giảm nhiệt độ để tỏa

nhiệt cho không khí hoặc hỗn hợp khí mới) tới

mức độ thể tích của khí nạp mới tăng lên

Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới: Ảnh hưởng của việc sấy nóng khí nạp mới tới

hệ số nạp trong các phương trình (4.20) và các phương trình khác được thể hiệnqua trị số T Hình (4.6) biểu thị quan hệ của n với T của động cơ 4 kỳ (xăng vàdiesel) khi TK= 2880K và PK = 0,1MN/m2

Ở động cơ xăng một phần nhiệt lượng do không khí mang theo được dùng đểsấy nóng và bốc hơi xăng Nhưng lượng nhiệt đó hoàn toàn không đủ, do đó vớiloại động cơ hình thành hỗn hợp từ bên ngoài cần phải sấy nóng hỗn hợp khí trongđường ống nạp Tuy nhiên khi sấy nóng đường ống nạp quá mức sẽ đưa đến tăngtrị số T và tương ứng sẽ làm giảm hệ số nạp và trọng lượng khí nạp mới

Ở động cơ diesel việc đưa nhiên liệu vào xy lanh và tiến hành bốc hơi xẩy ra ởcuối quá trình nén, việc sấy nóng không khí nạp sẽ không có lợi vì sẽ làm tăng Tdẫn đến làm giảm n Do đó, với động cơ diesel phải luôn luôn tìm cách giảm bớtnhiệt độ sấy nóng khí nạp mới khi nạp, có thể làm mát tốt đường ống nạp hoặc cáchnhiệt chúng để làm giảm T Tuy nhiên, trong một số trường hợp, khi khởi độngđộng cơ diesel ở môi trường không khí xung quanh có nhiệt độ thấp thì phải sấynóng đặc biệt không khí nạp để đạt nhiệt độ cuối quá trình nén cao tạo điều kiện bốccháy nhiên liệu

Cuối cùng, sự xoáy lốc của không khí trong quá trình nạp hoặc quét cũng ảnhhưởng nhiều đến trị số T Nếu không khí ở thời kỳ nạp hoặc quét được tiến hành ởtrạng thái vận động xoáy lốc mạnh thì nhiệt độ sấy nóng không khí nạp có thể tăng.Nhìn chung, ảnh hưởng của T tới n nhỏ vì trị số của nó nhỏ so với TK

Ảnh hưởng của phụ tải động cơ: ( Khi số vòng quay n = const)

Ảnh hưởng của phụ tải động cơ ( Mômen quay) tới n phụ thuộc vào từng loạiđộng cơ

Hình 4.9: Ảnh hưởng của

bộ tiêu âm

Hình 4.10: Ảnh hưởng của góc độ phối khí.

* Động cơ Diesel: Việc thay đổi phụ tải phụ thuộc việc đưa nhiên liệu vào xylanh cho một chu trình khi giữ lượng không khí không đổi, khi n = const , trở lựctrong đường ống nạp không phụ thuộc phụ tải Do đó, ở tất cả chế độ phụ tải PK =const và n chỉ phụ thuộc vào mức độ sấy nóng không khí nạp Vì vậy, khi tăng tảithì nhiệt độ chi tiết cao, mức sấy nóng T tăng làm cho hệ số nạp có giảm đi đôichút

* Động cơ xăng: Việc thay đổi phụ tải động cơ phụ thuộc vào sự thay đổi vị tríbướm ga làm thay đổi lượng hỗn hợp khí nạp vào xy lanh

Để giảm tải (khi số vòng quay không đổi) - đóng nhỏ bướm ga - trở lực trênđường ống nạp tăng làm n sẽ giảm, lúc này ảnh hưởng của T không đáng kể

Ảnh hưởng của số vòng quay n:

Khi tăng n, trở lực trên đường ống nạp tăng tỷ lệ thuận với bình phương của nlàm áp suất Pa giảm Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới T giảm (do thới gian tiếp xúcngắn) và hệ số khí sót tăng lên một chút

Nếu không kể đến ảnh hưởng của góc phối khí và sự lọt khí qua xéc măng thì

rõ ràng khi n tăng sẽ làm n giảm

Ảnh hưởng của góc phối khí: (Hình 4.10)

(a) (b) Hình 4.8: Sự thay đổi góc mở sớm (a) và đóng trễ (b) của súppáp nạp.

Góc phối khí tăng, nghĩa là tăng tiết diện lưu thông trung bình của supap, vì vậytổn thất áp suất PK tăng, Pr giảm và dẫn đến n tăng.

4.2 QUÁ TRÌNH NÉN

4.2.1 Diễn biến của quá trình nén

Quá trình nén thực tế khác với quá trình nén lý tưởng ở chỗ nó không phải

là quá trình đoạn nhiệt mà là quá trình đa biến, sự trao đổi nhiệt giữa xy lanh và môichất công tác rất phức tạp do những lý do:

- Sự chênh lệch nhiệt độ giữa khí nạp và môi chất công tác cũng như diện tíchtruyền nhiệt luôn thay đổi

- Nhiên liệu bay hơi nên sẽ hấp thụ nhiệt

- Có hiện tượng lọt khí dẫn đến tổn thất nhiệt

Nghiên cứu quá trình nén trong động cơ đốt trong dùng để mở rộng phạm vinhiệt độ của chu trình công tác, tạo điều kiện cho môi chất công tác giãn nở sinhcông triệt để, tạo điều kện thuận lợi và cần thiết cho quá trình cháy của nhiên liệu.Qua đó bảo đảm cho việc chuyển nhiệt năng sang công có ích một cách hiệu quảnhất Do đó nâng cao được tính kinh tế và hiệu quả của chu trình

Quá trình nén diễn ra trong điều kiện trao đổi nhiệt giữa môi chất công tác vàthành xy lanh luôn luôn thay đổi Ban đầu nhiệt độ của thành xy lanh cao hơn nhiệt

độ của MCCT, nhiệt độ truyền từ thành xy lanh và các chi tiết động cơ cho MCCT Đường nén thực tế dốc hơn đường nén đoạn nhiệt (lý tưởng), chỉ số nén đabiến n1 lớn hơn trị số nén đoạn nhiệt k Piston tiếp tục đi lên, MCCT vừa được nénvừa được sấy nóng, nhiệt độ của MCCT tăng lên làm chênh lệch nhiệt độ giữaMCCT và thành xy lanh giảm đi, do đó nhiệt lượng thành xy lanh truyền cho MCCTgiảm và chỉ số nén đa biến n1 gần bằng chỉ số nén đoạn nhiệt k Ở thời điểm nào

đó, nhiệt độ MCCT bằng nhiệt độ trung bình của thành xy lanhvà xuất hiện quá trìnhnén đoạn nhiệt tức thời, lúc đó n1 = k (Hình 4.9)

Quá trình nén tiếp tục thì nhiệt độ của MCCT cao hơn nhiệt độ trung bình củathành xy lanh, hướng truyền nhiệt thay đổi (MCCT truyền nhiệt cho thành xy lanh)

và MCCT được làm mát Đường cong của quá trình thực tế ít dốc hơn đường nénđoạn nhiệt và chỉ số nén đa biến nhỏ hơn chỉ số nén đoạn nhiệt Càng về cuối quátrình nén, chênh lệch nhiệt độ ngày càng tăng, MCCT mất nhiệt càng nhiều và do đó

n1 càng nhỏ

Như vậy, quá trình nén trong chu trình thực tế là quá trình nén đa biến với chỉ

số nén đa biến luôn luôn thay đổi trong toàn bộ đường nén Trong thực tế tính toánchu trình công tác của động cơ người ta dùng chỉ số nén đa biến trung bình thaycho chỉ số nén đa biến biến đổi