QUÁ TRÌNH VÀ CƠ CẤU THAY ĐỔI KHÍ CỦA ĐCĐT
A. QUÁ TRÌNH THAY ĐỔI KHÍ
II. Quá trình thay đổi khí trong động cơ 4 kỳ
2.1. Diễn biến và các thông số đặc trưng 2.1.1. Diễn biến:
(3-12)
o Từ điểm b' -> b (ĐCD) - góc thải sớm, do chênh lệch áp suất bên trong xilanh và bên ngoài đường ống thải khí lớn nên khí thải tự thoát ra ngoài với tốc độ rất lớn.
o Từ ĐCD -> ĐCT (r) - piston đẩy cưỡng bức khí thải ra ngoài. tại ĐCT sản vật cháy chứa đầy Vcvới áp suất pr > pthtạo ra chênh áp:
∆p = pr- pth
Giá trị của ∆p phụ thuộc vào: hệ số cản của khí thải, tốc độ dòng khí qua xupap thải và trở lực trên đường ống thải.
- Piston chuyển động từ ĐCT -> ĐCD tuy nhiên do ban đầu áp suất bên trong xilanh pr lớn hơn áp suất trước cửa nạp pk , và do quán tính của dòng khí thải, sản vật cháy vẫn tiếp tục thoát ra đường ống thải, tại r0áp suất pttrong xilanh giảm xuống và thấp hơn pk thì môi chất mới bắt đầu nạp vào xilanh.
- Khi piston chuyển động từ ĐCD -> ĐCT, nhưng do áp suất trong xilanh lúc này
pa< pknên xupap nạp vẫn mở để nạp thêm và chỉ đúng khi pa= pk.
Hình 3-1: Phần đồ thị công của quá trình thay đổi khí trong động cơ 4 kỳ.
2.1.2. Các thông số đặc trưng
2.1.2.1. Áp suất cuối quá trình nạp pa pa= pk- ∆pk
Trong đó : ∆pk- độ giảm áp (tổn thất áp suất) trên đư ờng ống nạp.
Trong thực tế pađược xác định bằng thực nghiệm.
Động cơ diesel 4 kỳ không tăng áp: pa = (0,80 - 0,90) pk Động cơ diesel 4 kỳ tăng áp: pa= (0,90 - 0,96) pk
Động cơ diesel 2 kỳ quét vòng: pa= (pk+ pth) / 2 Động cơ diesel 2 kỳ quét thẳng: pa = (0,85 - 1,05)pk b. Hệ số nạp ηvcông thức (3-6)
c. Hệ số khí sót γr công thức (3-7) d. Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta
Nhiệt độ khí sót của động cơ 4 kỳ được xác định theo công thức ( 3-5), khi đó nhiệt độ của khí nạp động cơ 4 kỳ như sau:
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số nạp
Yếu tố ảnh hưởng
Hướng tác động
Điều kiện tác động Kết quả ảnh hưởng đến ηv
Tỷ số nén ε Tăng ε Không quét buồng
cháy
Tăng ηv
Áp suất pa Tăng pa Tăng ηv
Nhiệt độ trước xupap nạp Tk
Tăng Tk Giảm ηv
Áp suất trước xupap nạp pk
Tăng pk Tk= const và tốc độ dòng chảy = const
Tăng ηv
Áp suất khí sót pr Tăng pr Tr= const Tăng ηv Nhiệt độ khí sót Tr Tăng Tr pr= const ηv= const Độ gia nhiệt môi
chất khi nạp D T
Tăng D T ηvgiảm
Thành phần hoà khí α
Tăng Tăng Giảm
Động cơ diesel Động cơ xăng, Khi α <0,95
ηvgiảm ηvtăng
ηvtăng chútt ít
Số vòng quay n Giảm n ηvgiảm
2.3. Pha phân phối khí.
Ảnh hưởng của pha phân phối khí tới quá trình thải và nạp của động cơ 4 kỳ được thể hiện qua hệ số nạp thêm λ1 và hệ số quét buồng cháy λ2.
Hiện nay chưa có một phương pháp giải tích chặt chẽ để xác định λ1 và λ2 theo thời điểm mở và đóng các xupap nạp và xupap xả. Việc xác định chúng chủ yếu dựa vào số
(3-14)
liệu thực nghiệm. Vì vậy, cần phải tìm hiểu kỹ các pha phân phối khí của các động cơ đó chế tạo và ảnh hưởng của chúng tới diễn biến quá trình thay đổi khí của động cơ.
2.3.1. Góc thải sớm φts
Nếu mở vào thời điểm hợp lý sẽ làm giảm sẽ làm giảm công tiêu hao cho việc đẩy khí thải (điểm 3).
Mở quá sớm (điểm 2) sẽ làm giảm công giãn nở trên đồ thị công, qua đó làm giảm công suất của động cơ.
Mở quá muộn (điểm 1 tại ĐCD) sẽ làm tăng sức cản khí thải trong xilanh và tiêu hao cụng quá trình thải khí lớn. Tốc độ động cơ càng cao thì thời điểm mở xupap thải phải càng sớm.
Hình 3-2: Vị trí mở xupáp xả 2.3.2. Góc thải muộn φtm
Gúc thải muộn nhằm bảo đảm đủ trị số "Thời gian - Tiết diện" cho sản phẩm cháy đi ra ở cuối hành trình thải. Lợi dụng chênh áp ∆p = pr - pth> 0 để sản phẩm cháy được thải tiếp, giảm lượng khí sót còn lại trong xilanh. Ngoài ra đóng muộn xupap thải còn nhằm sử dụng quán tính của dòng khí trên đường thải, sinh ra giảm áp có tính chu kỳ, thấp hơn giá trị trung bình của pthtạo điều kiện thuận lợi để thải sạch hơn.
Khi tăng hoặc giảm giá trị góc thải muộn sẽ làm cho quá trình thải khí xấu đi, hậu quả là làm tăng lượng khí sót trong xilanh và làm giảm hệ số nạp.
2.3.3. Góc nạp sớm φns
Xupap nạp được mở vào thời điểm sao cho khi áp suất trong xilanh thấp hơn áp suất của môi chất trên đường nạp thì tiết diện lưu thông của xupap nạp đó đủ lớn để môi chất dễ đi vào. Do đó xupap nạp thường được mở sớm trước ĐCT.
Trên động cơ diesel thời kỳ trùng điệp thực hiện quét sạch buồng cháy sẽ làm tăng hệ số nạp và giảm hệ số khí sót. Góc trùng điệp của động cơ tăng áp lớn hơn nhiều so với động cơ không tăng áp.
2.3.4. Góc nạp muộn φnm
Khi piston ở ĐCD áp suất pa trong xilanh còn thấp hơn áp suất pk, quán tính của dòng khí nạp còn lớn. Do đó, để nạp thêm không khí vào xilanh trong giai đo ạn piston qua ĐCD, xupap nạp được đóng muộn sau ĐCD.