Lý thuyết động cơ đốt trong

Chu trình lý tưởng của ĐCĐT-Cơ sở nhiệt động học 7.. Nhiên liệu và môi chất công tác của ĐCĐT 8.. Nhiên liệu và môi chất công tác của ĐCĐT 8.. Nhiên liệu và môi chất công tác của ĐCĐT 8.

Trang 1

ĐỐT TRONG (THEORY of ICE)

Trang 2

1 Lịch sử phát triển của ĐCĐT

2 Khái niệm về động cơ nhiệt.

3 Phân loại động cơ đốt trong.

4 Tổng quát về của động cơ đốt trong.

5 Những khái niệm và định nghĩa cơ bản.

6 Chu trình lý tưởng của ĐCĐT-Cơ sở nhiệt động học

7 Nhiên liệu và môi chất công tác của ĐCĐT

8 Chu trình làm việc của ĐCĐT

9 Tăng áp trong ĐCĐT

Trang 3

“Internal Combustion Engine Fundamental”

New York: McGraw-Hill, 1988

4 Basshuysen, R van; Schäfer, F.:

“Internal Combustion Engine Handbook”

Wiesbaden: Vieweg, Germany, 2002

5 Quoc Phong Le:

“Influences of EGR and Alternative Fuels on Thermodynamic and Emission Parameters of Heavy-Duty Engine”

TAE, Technische Akademie Esslingen, Sttugart, 6 th International Colloquium Fuels, Proceedings, ISBN 3-924813-67-1, Germany www.tae.de , 2007

6 Quoc Phong Le:

“Influences of EGR and Alternative Fuels on Thermodynamic

Trang 4

Trang 5

N A Otto

quá trình 4 kỳ (A Beau de Rochas)

1850

(N.A Otto and Eugen Lange)

Trang 6

SX hàng loạt1922 (Prosper

ĐC Diesel Phun trực tiếp (Deutz)

1954

ĐC kiểu piston quay (F Wankel)

khí thải và dùng nhiên liệu thay thế

Và cải tiến hệ thông truyền động

1989

ĐC Diesel

Xe chở người đầu tiên có phun trưc tiếp

(Japan)

Nén khí

tự đánh lửa (R Diesel)

1 1

Trang 7

Trang 8

+ Khái niệm: Động cơ nhiệt là thiết bị cơ khí có khả năng

+ Động cơ đốt trong: là loại động cơ nhiệt mà việc đốt cháy nhiên liệu, sự toả nhiệt và quá trình chuyển nhiệt năng thành cơ năng được tiến hành ngay trong động cơ.

Trang 9

Trang 10

2 Dựa vào nhiên liệu dùng cho động cơ.

3 Dựa vào phương pháp hình thành hỗn hợp.

4 Dựa vào phương pháp đốt cháy nhiên liệu.

5 Theo phương pháp nạp.

6 Theo hệ thống điều khiển trao đổi khí

7 Theo cấu tạo của động cơ

8 Theo phương pháp làm mát

9 Theo cách điều khiển tải

10 Theo tốc độ và công xuất

Trang 11

Môi chất: khí cháy Môi chất không phải là khí cháy (thay đổi

pha)

Kiểu đánh lửa Tự động đánh

lửa (Auto-Ignition)

Từ nguồn lửa bên ngoài (Supplied Ignition)

Ro hs

Không đồng nhất (Hình thành trong quá trình cháy liên tục)

Trang 12

• Dựa vào cách thực hiện chu trình công tác:

1 ĐC 4 kỳ: chu trinh công tác thực hiện trong 4 hành trình pít tông

(2 vòng quay trục khuỷu)

2 ĐC 2 kỳ: chu trinh công tác thực hiện trong 2 hành trình pít tông

(1 vòng quay trục khuỷu)

• Dựa vào nhiên liệu dùng cho động cơ:

1 Nhiên liệu khí: CNG (methane, propane, butane, Natural Gas…)

2 Nhiên liệu lỏng: Loại nhẹ (xăng (gasoline), alcohol (methanol, ethanol), khí hoá lỏng (LNG, LPG), kerosene); Loại nặng (diesel fuel, FAME (Fatty-acid Methyl Esters) và

Trang 13

• Dựa vào phương pháp hình thành hỗn hợp:

1 Hinh thành hỗn hợp bên ngoài (External Mixture Generation)

2 Hình thành hỗn hợp bên trong (Internal Mixture Generation)

3 Dựa vào chất lượng của quá trình hoà trôn:

Hỗn hợp đồng nhất (Homogeneous): Carburetor, Phun ở đường nạp

(intake manifold injection), Phun trực tiếp trong ĐC xăng ở hành trình nạp

Hỗn hợp không đồng nhất(Heterogeneous): Diesel, Phun xăng trực tiếp (GDI)

4 Dựa vào vị trí hình thành hỗn hợp (Kiểu phun):

Phun trực tiếp vào buồng cháy: Diesel phun trực tiếp (DI), xăng phun trực tiếp (GDI) – Tia phun hướng theo tia khí (Air-Directed), Hướng theo tia phun

(Jet-Directed), Hướng theo vách buồng cháy (Wall-Directed)

Phun gián tiếp (IDI): Phun vào buồng cháy phụ trong ĐC Diesel

(Subsidiary Chamber) - Buồng cháy trước (Antechamber), Buồng cháy xoáy lốc (Swrirl Chamber)

Phun vào đường nạp (ĐC xăng)

Trang 14

(Single Point Inject.)

ĐC xăng MPI

Trang 15

ĐC Diesel buồng cháy trước(IDI) ĐC Diesel buồng cháy xoáy lốc(IDI)

ĐC Diesel phun trực tiếp (DI)

Trang 16

• Dựa vào phương pháp đốt cháy nhiên liệu:

1 Tự cháy (Auto-Ignition): Diesel

2 Đốt cháy nhờ nguồn lửa bên ngoài (Supplied Ignition): Xăng

• Dựa vào phương pháp Nạp:

1 ĐC loại thông thường (Không tăng áp- Natural Aspirated Engine): Piston hút trực tiếp từ khí trời hay không khí quét vào xi lanh

2 ĐC tăng áp (Supercharging): Khí nạp sẽ dược nén trước khi nạp vào xi lanh

Tăng áp cơ khí (Mechanical Supercharging): Máy nén dẫn động bằng ĐC

Tăng áp Turbine (Turbo-Charging): Máy nén dẫn động bằng Turbine, Turbine dẫn động bằng khí xả của ĐC – Tăng áp một bậc, hai bậc (Two-Stage Turbocharge)

Trang 17

• Theo phương pháp làm mát:

1 Hệ thống phân phối khí treo dùng xupáp (Overhead Valve)

2 Hệ thống phân phối khí xupáp kiểu đặt (Side-Actuated Valve)

3 Dùng 1 trục cam hay 2 trục cam (DOHC)

4 Phân phối khí dùng cửa (Slots, Ports): ĐC 2 kỳ, ĐC 2 kỳ dùng xupáp thải

• Theo hệ thống điều khiển trao đổi khí:

1 Làm mát trực tiếp (DC): Làm mát bằng không khí, có hoặc không có sự trợ giúp của quạt

2 Làm mát gián tiếp (IDC): Dùng môi chất làm mát (Hỗn hợp: nước, chất chống đông đá, chất làm giảm mài mòn…

Trang 18

• Theo cách điều khiển tải:

Trang 19

• Theo tốc độ và công xuất:

1 Công xuất của ĐC từ ĐC mẫu: 0.1kW tới ĐC thương mại 50 000kW

2 ĐC có tốc độ thấp: Ví dụ ĐC trên tàu thuỷ (60 – 200 rpm/ ĐC Diesel)

3 ĐC có tốc độ trung bình:200 – 1000 rpm (ĐC Diesel); tốc độ lớn nhất

<4000rpm (ĐC xăng)

4 ĐC có tốc độ cao: Tốc độ lớn nhất >1000rpm (ĐC Diesel); >4000rpm (ĐC xăng)

5 ĐC cho xe thể thao hay xe đua: Tốc độ lên tới 22000rpm

Trang 20

• Theo cấu tạo của ĐC:

1 Theo số xy lanh: 1 xy lanh, nhiều xy lanh (lên đén 12, 48 thậm chí 56 xy lanh đối với ĐC cỡ lớn, ĐC máy bay có thể lên tới 28 xy lanh)

- ĐC chữ W: 3 khối thân máy, 1 trục khuỷu

- ĐC hình sao (Radial Engine)

- ĐC có piston đối đỉnh (Double-shaft Opposed -piston Engine)

Trang 21

7 8 6

5

Hình sao theo hàng Hình sao (Star motor)

Trang 23

• Theo khả năng thay đổi chiều quay:

- ĐC quay phải

- ĐC quay trái

- ĐC quay được 2 chiều (Nhờ cơ cấu đảo chiều): ĐC tàu thuỷ

• Theo chiều lực khí thể tác dụng lên Piston:

- ĐC chỉ có một phía của Piston có chu trình công tác (tác dụng đơn)

- ĐC tác dụng kép: Hai phía của Piston có chu trình công tác

• Theo tốc độ trung bình của Piston:

- Tốc độ thấp: c m <= 6.5 m/s

- Tốc độ trung bình: c = 6.5 - 9 m/s

( / ) 30

m

sn

Trang 24

• Theo lĩnh vực sử dụng:

1 ĐC xe thương dùng: ĐC hạng nhẹ, hạng nặng, thương mại, buýt (On-Road),

xe lửa, ĐC lắp trên các phương tiện dùng ở các loại địa hình khác (Off-Road)

2 ĐC tàu thuỷ

3 ĐC máy bay và thuỷ phi cơ

4 ĐC lắp trên các phương tiện chuyên dùng: Trong nông nghiệp, xây dựng

Tractors

5 ĐC tĩnh tại: ĐC kéo máy phát điện, kéo máy bơm

Trang 25

1 ĐC lắp trên các phương tiện vận tải

2 ĐC lắp trên các phương tiện trong nông nghiệp và xây dựng

Trang 26

3 ĐC lắp trên tàu thuỷ - tàu hoả

4 ĐC tĩnh tại và phản lực

Trang 27

Trang 28

3

2 4

5 nạp thải

Động cơ đốt trong cấu tạo bởi các bộ

phận chủ yếu sau:

- Cơ cấu thanh truyền – trục khuỷu.

- Cơ cấu phân phối khí.

- Các chi tiết cố định.

- Hệ thống nuôi dưỡng (hệ thống cung

cấp nhiên liệu và không khí).

- Hệ thống bôi trơn.

- Hệ thống làm mát.

- Hệ thống đánh lửa (chỉ có ở động cơ

xăng).

Trang 30

Ford Mustang

Trang 33

Querschnitt des

Zweizylinder-Viertakt.Einbau-Dieselmotors, Typ 2L 30 S, der Motorenfabrik Hatz

GmbH und Co KG, Ruhstorf a d Rott Der Motor ist

luftgekühlt und arbeitet mit direkter Einspritzung

Querschnitt des

V-Achtzylinder-Viertakt-Nutzfahrzeug-Dieselmotors, Typ OM 422 LA, der Daimler-Benz AG,

Stuttgart-Untertürkheim

Der Direkteinspritzer ist abgasturboaufgeladen.

Nockenwelle

Trang 34

SI - Engines

Conventional MPI Combinations of DI/VVT/Down-Sizing Direct Injection DI Fully Variable Valve Train VVT Down Sizing & Charging/ Var Compression Ratio

Alternative Fuel Engines

CNG, Hybrids, Fuel Cell

Diesel

Adv Combustion Systems Direct Injection

Indirect Injection

Trang 35

Benzin: + 1,2%

Diesel: + 5,5%

Mio

Trang 36

Compound Annual Growth Rate in % 2002 – 2014

Trang 37

Electronic

Diesel

Control (EDC) Direct Injection Common Rail

–System (CRS)

Unit Injector System (UIS)

Trang 38

• Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (b e hay g e )

• Hiệu xuất nhiệt lớn hơn

• Tổn thất nhỏ hơn đặc biệt là ở tải nhỏ

Nhược điểm

• Lượng nhiên liệu phun và do đó áp xuất có ích trung

bình bị giới hạn bởi giới hạn của khoi den (Soot)

• Giảm tổn thất nhiệt qua truyền nhiệt

Thời gian hoà trộn của hỗn hợp ở chế độ moment lớn nhất và công

bởi trọng lương lớn hơn (áp xuất cháy lớn nhất lớn hơn)

Trang 39

Trang 40

- Quá trình công tác : tổng số tất cả những sự biến đổi xảy ra đối với môi chất công tác trong xilanh động cơ cũng như

những hệ thống gắn liền với xilanh như hệ thống thải, nạp.

- Chu trình công tác: Tổ hợp các quá trình liên tục kế tiếp

nhau lặp đi, lặp lại theo chu kỳ trong xilanh để thực hiện một

quá trình sinh công.

- Điểm chết: + Là vị trí của piston trong xilanh, mà tại đó ta tác động một lực bất kỳ lên đỉnh piston cũng không làm trục khuỷu quay.

+ Là vị trí mà tại đó Piston đổi chiều chuyển động

Trang 41

- Hành trình của piston: khoảng chạy của piston trong xilanh giữa hai điểm chết:

S = 2 * R

R – bản kính quay của trục khuỷu.

- Thể tích công tác: thể tích xilanh giới hạn từ ĐCT đến ĐCD,

D - đường kính xilanh.

- Thể tích buồng cháy: thể tích còn lại nhỏ nhất trong xilanh

- Thể tích toàn phần: tổng thể tích công tác và thể tích buồng

Trang 42

-Tỷ số nén: tỷ số giữa thể tích toàn phần và thể tích buồng cháy:

Ý nghĩa của tỷ số nén: Tỷ số nén chỉ rõ thể tích xilanh phía trên piston bị giảm bao nhiêu lần, tức là bị ép nhỏ bao nhiêu lần khi Piston

Trang 43

- Kỳ: một phần của chu trình công tác khi piston chạy từ điểm chết này đến điểm chết kia.

- Tỷ số tăng áp suất: tỷ số giữa áp suất cuối quá trình cháy đẳng tích và áp suất cuối quá trình nén.

Trang 45

• Công xuất:

- Diện tích đồ thị công chia làm 2 phần: diện tích ứng với kỳ nén và công tác và diện tích

ứng với kỳ hút và xả Công do phần 1 là công dương và ứng phần 2 là công âm

(hay còn gọi là công “bơm” – không lớn) W i (L i )

Trang 46

• Công xuất:

- Công xuất có ích Pe(Ne): Là công xuất đo ở đuôi trục khuỷu

1 Tính theo mô men và số vòng quay:

Trang 48

• Xuất tiêu hao nhiên liệu có ích be(ge) (g/kW h):

Trang 50

-Được xác định từ nhiệt năng của nhiên liệu

- Nhiệt lượng toả ra khi đôt cháy nhiên liệu

trên một đơn vị thời gian là:

Congxuat P

E Nhietluong

Trang 51

• Hiệu xuất:

1 Hiệu xuất chỉ thị ηi :

1

i i

P

B H b H

η = = -B - ηo (G i : Hiệu xuất chỉ thị NL ): Lượng tiêu hao nhiên liệu trong 1s (kg/s)

- H u (Q tk ): Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (J/kg)

- b i (g i ) :Xuất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

2 Hiệu xuất có ích ηe :

1

e e

P

B H b H

η = =

Trang 54

• Hiệu xuất:

(light and medium duty

TA)

ĐC Diesel (heavy-duty

TA))

ĐC Diesel Lớn (2 kỳ-TA)

ηi 0,39 0,46 0,46 0,52

ηm 0,85 0,85 0,86 0,92

Trang 55

η e

Trang 56

• Tỷ số công xuất-khối lượng (Power to Weight Ratio) mG (kg/kW -Xuất khối lương gđ): Là chỉ tiêu so sánh về mặt khối lương giữa các ĐC

M G

e

m m

P

e

G g

N

=

ĐC đua (Formular 1) 0.4

ĐC xăng xe con 2.0 (3.0-TA)

ĐC Diesel xe con 5.0 (4.0-TA)

Trang 57

• Tuổi thọ và độ tin cậy:

-Tuổi thọ ĐC là thời gian sử dụng giữa 2 kỳ đại tu

- Độ tin cậy được phản ánh qua số giờ sử dụng tốt không hỏng hóc

Độ tin cậy phụ thuộc chất lượng chế tạo, lắp gép …

• Kích thước bao ngoài của ĐC:

e L

H

P P

iV

=

Trang 58

• Hệ số Lambda (Air-Fuel Ratio, λ ):

air

fuel st

m

m L

λ = - m air : Lưu lượng không khí nạp vào ĐC

- m fuel : Lưư lượng của nhiên liệu

- L st : Lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết

1 kg nhiên liệu trong điều kiện phản ứng

Trang 59

Verbrauchskennfeld 3,0-l-6V-TDI Motors von Audi

ohne Dieselpartikelfilter

Trang 60

5 Những khái niệm và định nghĩa cơ bản

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	40,63 MB