Chương 4 chu trình công tác của động cơ đốt trong

Sơ đồ tính toánKhi kể đến những tổn thất do cháy không hoàn toàn, không kịp thời, do phân giải sản vật cháy, truyền nhiệt cho thành xy lanh để tính toán nhiệt động quá trình cháy là bài

Sơ đồ tính toán

Khi kể đến những tổn thất do cháy không hoàn

toàn, không kịp thời, do phân giải sản vật cháy,

truyền nhiệt cho thành xy lanh để tính toán nhiệt

động quá trình cháy là bài toán hết sức phức tạp

Trong thực tế tính toán thường đơn giản hoá qua

các giả thiết gần đúng

Với

Với độngđộng cơcơ xăngxăng: :

Quá

Quá trìnhtrình cháycháy xảyxảy rara tứctức thờithời, , VVcc=const, (=const, (đườngđường

áp

áp suấtsuất ththựựcc tếtế thaythay đổiđổi bằngbằng đườngđường đẳngđẳng tíchtích))

Nhiệt

Nhiệt năngnăng đưađưa vàovào chỉchỉ làmlàm tăngtăng nộinội năngnăng, , khôngkhông

sinh

sinh côngcông

Trong

Trong giaigiai đoạnđoạn nàynày nhiênnhiên liệuliệu cháycháy khôngkhông hoànhoàn

toàn

toàn vàvà mộtmột phầnphần nhiệtnhiệt lượnglượng mấtmất mátmát do do truyềntruyền

Mối liên hệ giữa các thống số đầu và cuối

quá trình cháy

Ta có:

PcVc = 8314McTc

PzVz = 8314MzTz

c

z

z

c

z

c

c

c

T

T

V

V

T

M

V

P



l



c

z

z

c

z

c

c

c

T

T

V

V

T

M

V

P



l



c

z

z

c

z

c

c

c

T

T

V

V

T

M

V

P



l



Đối

Đối với với động động cơ cơ Diesel Diesel

Lúc

Lúc đầuđầu qúaqúa trìnhtrình cháycháy phátphát triểntriển nhanhnhanh sausau

chậm

chậm lạilại, , đườngđường cong cong thaythay đổiđổi ápáp suấtsuất thựcthực tếtế

được

được thaythay bằngbằng haihai đoạnđoạn đẳngđẳng tíchtích cy cy vàvà đẳngđẳng ápáp

yz

yz

Giai

Giai đoạnđoạn nàynày cócó tổntổn thấtthất năngnăng lượnglượng do do cháycháy

không

không hoànhoàn toàntoàn, , truyềntruyền nhiệtnhiệt chocho thànhthành xylanhxylanh, ,

còn

còn phânphân giảigiải sảnsản vậtvật cháycháy khôngkhông đángđáng kểkể

z z c

z

T

T 1

V

V



 l





c

z z c

z

T

T V

V

r



 l

 r



Động cơ xăng

Động cơ Diesel

Qcz = = UUcz + Lcz UUcz: biến thiên nội năng của môi chất

LLcz : công do môi chất sinh ra trong

quá trình cháy

Phương trình cháy

Khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu, nhiệt truyền cho

môi chất là Qcz, dùng để tăng nội năng và

sinh công theo định luật I nhiệt động học

Qcz = (QH-QH) - Qlm - Qcc - Qpg

QH : Nhiệt trị thấp của nhiên liệu

QH : Nhiệt lượng ứng với phần nhiên liệu không

thể cháy được do thiếu oxy

a >= 1 > QH = 0

a < 1 > QH = 126.106(1-a)Mo J/kgnl

− Qlm: Nhiệt lượng truyền qua thành xy lanh

cho nước làm mát

− Qcc: Nhiệt lượng tổn thất cho nhiên liệu

chưa cháy kịp tại z

− Qpg: Nhiệt lượng do phân giải sản vật cháy

bị tổn hao

x xzz: : hệ số tỏa nhiệt của nhiên liệu tại z, tức là thể hiện hệ số tỏa nhiệt của nhiên liệu tại z, tức là thể hiện

phần nhiên liệu bốc cháy tại z (có tính đến tổn thất do

cháy không hoàn toàn, do phân giải sản vật cháy so với

nhiệt lượng có thể toả ra khi đốt cháy nhiên liệu

q qlm: : hệ số tản nhiệt cho nước làm mát hệ số tản nhiệt cho nước làm mát

 z : : hệ số lợi dụng nhiệt tại z (tỷ số giữa nhiệt lượng hệ số lợi dụng nhiệt tại z (tỷ số giữa nhiệt lượng

được lợi dụng có ích và số nhiên liệu toả ra khi đốt cháy

nhiên liệu) Xác định bằng thực nghiệm dựa vào đồ thị

công.

lm z

z

H H

lm H

H

H H

H H

cz

q x

Q Q

Q Q

Q

Qpg Qcc

) Q Q

( Q

Q

Q































Công sinh ra trong quá trình cháy Lcz

- Động cơ xăng: Lcz = 0

- Diesel:

Lcz = PzVz - PyVy = PzVz - lPcVc

Lcz = 8314MzTz - l.8314McTc

Ucz = Uz - Uc

Q cz =  z .(Q H - Q H )

c

' vc c

z

"

vz z



Ucz = Uz - Uc

vz z z c

' vc r

1

H

H

z

"

pz z z c

' vc r

1

H

H

z

c

' vc

"

pz z z r

1

H

H

z

r 1 c c

z

z

c c z

z c

' vc c z z

"

vz H

H

z

mC T T

mC )

1

(

M

) Q

Q

(

mC T T

) 8314 mC

( )

1

(

M

) Q

Q

(

T ) 8314 mC

( mC T )

1

(

M

) Q

Q

(

) 1 ( M M

,

M

M

) T M T M ( 8314 T

mC M T M mC ) Q

Q

(





 g











 l



 g









l







 g









g









l















Qcz = DUcz + Lcz

Qcz= Ucz + Lcz

Trong phương trình cháy ẩn số là Tz

Thường Tz= 1800-2200K, nên khi tính toán phải

kể đến quan hệ nhiệt độ với tỉ nhiệt

Khi gr<0,06 thì có thể với tỉ nhiệt của hỗn hợp

công tác bằng tỉ nhiệt của khí nạp mới (mC’vc =

mCvc)

Nếu gr>0,06 phải dùng công thức tính tỉ nhiệt của

hỗn hợp để tính

Phương trình cháy cuối cùng có dạng:

AT z 2 + BT z + C = 0

z Tz l r Pz

ĐC xăng

0.85-0.95

2300-2800

3-4 1 3-5

ĐC

Diesel

0.70-0.85

1800-2200

1.2-2.4 1.7-1.2 5-10

Quá trình giãn nở

4.4.1 Diễn biến và các thông số cơ bản

1 Diễn biến

Trong chu trình công tác của động cơ, quá trình giãn nở

là quá trình quan trọng Quá trình giãn nở thực tế khác

với quá trình giãn nở lý tưởng:

• Tồn tại sự cháy rớt của nhiên liệu và sự tái hợp sản vật

cháy

• Có sự truyền nhiệt từ sản vật cháy sang thành xylanh

trong điều kiện áp suất, nhiệt độ và diện tích làm mát

Đầu quá trình giãn nở cháy rớt và hoàn nguyên

sản vật cháy rất mạnh, quá trình giãn nở được

coi như cấp nhiệt, vì vậy chỉ số đa biến n2 < k2

Khi piston tiếp tục đi xuống, cháy rớt và hoàn

nguyên sản vật cháy giảm dần, truyền nhiệt cho

thành xylanh lại tăng lên chỉ số n2tăng dần

ở thời điểm các đại lượng trên cân bằng với

nhau và n2 = k2

• Piston tiếp tục đi xuống, truyền nhiệt cho thành

xylanh chiếm ưu thế, quá trình giãn nở vừa bị

mất nhiệt nên n2 > k2, ưu thế này càng mạnh n2

càng tăng

• Do đó quá trình giãn nở trong động cơ là quá

trình giãn nở đa biến với chỉ số luôn thay đổi

Trong tính toán, các thông số và công giãn nở

để đơn giản người ta thường tính với chỉ số giãn

nở đa biến trung bình

2 2

2

z b z n

b

z z

b

n

V V

P V

V

P

P

const

pV







































1 2

2

z

b

z

b

T

T

P

P











1 2

2

z b

z b

T T

P P











Cân bằng nhiệt trong quá trình giãn nở

Trong quá trình giãn nở có cấp nhiệt thêm do

cháy rớt, mất nhiệt do truyền ra ngoài, nội năng

chất khí thay đổi và sinh công Dùng định luật

nhiệt động:

Qzb = Uzb + Lzb

• Qzb: nhiệt lượng cấp cho môi chất trong quá

trình giãn nở

• Uzb: biến thiên nội năng của môi chất

) Q Q

( )

Q Q

(

Nhiệt lượng cấp cho môi

chất từ

c đến b

Nhiệt lượng cấp cho môi chất trong quá trình cháy cz

) Q Q

)(

(

Q

Q Q

Q Q

Q

Q Q

Q Q

Q

q

1

Q

Q Q

Q Q

Q

Q Q

) Q Q

(

Q

H H

z b

zb

H H

zb z

H H

zb cz

H H

cb b

b w

cb

H H

lm H

H

pg cc

H H

cb





































































) T mC T

mC )(

1 ( M U

) 1

( M M

M M

M

) 1

( M M

M M

M

T mC M T

mC M U

z

"

vz z

b

"

vb r

1 zb

r 1

z c

z z

z c

z

r 1

c b

c

b

z

"

vz z

b

"

vb b

zb





 g







g

















g























) T T ( 1 n

8314 T

mC T mC )

1

(

M

) Q Q

)(

(

) T T )(

1 ( M 1

n

8314

L

) V P V P ( 1

n

1

L

b z z 2

z

"

vz z b

"

vb r

1

H H

z

b

b z z r 1 2

zb

b b z z 2

zb

















 g

















 g













b z

vb vz

z vz

"

vz

b

z vb

"

vb

b b

; a a

K 600 2 200

.

1

T 2

bz a

mC

T 2

b a

mC

















Động cơ

xăng

0,85-0,95 1,23-1,27 0,35-0,50 1500-1700

D tốc độ

thấp

0,85-0,95 1,14-1,25 0,20-0,60 1000-1200

) D (

T T

: hay );

X (

T

T

) T T

( 2

b a

) T T ( ) 1

( M

) Q Q

)(

(

8314 1

n

1 n

z b

1 n

z

b

b z

z '

vz b

z r

1

H H

z b 2

2

















 g















