QUÁ TRÌNH VÀ CƠ CẤU THAY ĐỔI KHÍ CỦA ĐCĐT
A. QUÁ TRÌNH THAY ĐỔI KHÍ
I. Những chỉ tiêu chất lượng thay đổi khí
Chất lượng làm sạch sản vật chá y, hiệu quả nạp đầy môi chất mới được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau.
1.1. Hệ số nạp ηv
Định nghĩa: Hệ số nạp là tỷ số giữa lượng môi chất mới thực tế nạp vào xi lanh ở đầu quá trình nén khi đó đúng các cửa (xupap) nạp và cửa (xupap) thải với lượng môi c hất mới lý thuyết có thể nạp đầy vào công tác thể tích xilanh ở điều kiện áp suất và nhiệt độ
môi chất phía trước cửa (xupap) nạp pk, Tk .
Với các loại động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng hình thành hòa khí bên ngoài, khi tính h v nếu dựng không khí thay cho hòa khí thì kết quả không phạm sai số lớn. Vì vậy, động cơ diesel và động cơ xăng hệ số nạp được xác định từ định nghĩa như sau :
(3-1)
trong đó : gct - lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình (kg/chu trình);
M1 - lượng môi chất thực tế đi vào xilanh để đốt 1 kg nhiên liệu (kmol/kg nhiên liệu).
Vk- thể tích khí nạp mới chứa trong xilanh, sau khi quy về điều kiện pkvà Tk (m3).
Gk- khối lượng không khí nạp vào xilanh mỗi chu trình (kg/chu trình).
Với động cơ hai kỳ, ngoài hệ số nạp ηv tính cho toàn bộ thể tích công tác Vh, còn có hệ số nạp ηv’tính cho thể tích Vh'của hành trình có ích.
(3-2)
Trong động cơ hai kỳ ηvgọi là hệ số nạp lý thuyết, ηv’gọi là hệ số nạp thực tế.
ηv= (1 - ψ ). ηv’ (3-3)
trong đó : ψ - phần tổn thất hành trình của piston dùng để thay đổi môi chất.
Phương trình tổng quát của hệ số nạp
Từ định nghĩa hệ số nạp, phương trình trạng thái của môi chất công tác ở quá trình nạp, xác định được phương trình hệ số nạp như sau :
Đối với động cơ hai kỳ hệ số nạp thực tế tính cho hành trình có ích của piston có dạng:
trong đó: ε' = (Vh'+ Vc) / Vc- tỷ số nén thực tế của động cơ hai kỳ.
Phương trình hệ số nạp và hệ số khí sót của động cơ bốn kỳ.
Trong động cơ bốn kỳ việc hoà trộn khí sót với môi chất mới được thực hiện trong điều kiện đẳng áp, sau khi khí sót đó từ áp suất prgiãn nở tới pa, khi đó nhiệt độ của khí sót là Tr'
(3-5)
trong đó : m - chỉ số giãn nở đa biến của khí sót m = 1,45 - 1,5
Do đó, hệ số nạp của động cơ bốn kỳ được xác định theo phương trình tổng quát cần phải thay thế Tr bằng Tr'như sau:
(3-6)
1.2. Hệ số khí sót γr
Định nghĩa: Là tỷ số giữa lượng khí sót trong xilanh với lượng môi chất mới nạp vào xilanh trong chu trình.
(3-4)
(3-7)
Một số nhận xét:
- Hệ số khí sót của động cơ xăng lớn hơn động cơ diesel, do động cơ diesel có tỷ số nén lớn và quá trình quét khí tốt hơn.
- Khi giảm tải hệ số khí sót của động cơ xăng tăng, còn hệ số khí sót của động cơ diesel vẫn không thay đổi.
- Khi tăng áp hệ số khí sót của động cơ xăng và động cơ diesel đều giảm 1.3. Hệ số quét φa
Định nghĩa: Là tỷ số giữa khối lượng môi chất mới nạp vào xilanh động cơ trong một chu trình với khối lượng môi chất mới còn lại trong xilanh cho đến đầu quá trình nén.
φa=Gs/ GB
với: GB= Vsγr, biến đổi biểu thức trở thành dạng:
φa=Gs/ Vsγr (3-8)
Nhận xét:
- Với động cơ diesel tàu thuỷ 4 kỳ: φa= 1,05 - 1,35 - Với động cơ hai kỳ: φa= 1,45 - 1,65
Trong đó giá trị lớn dùng cho động cơ quét vòng, giá trị nhỏ dùng cho động cơ quét thẳng.
Hệ số khí quét thường dùng để tính khối lượng k hông khí của máy nén cấp cho động cơ và suất tiêu hao không khí qua động cơ.
1.4. Hệ số dư lượng không khí tổng αΣ(động cơ diesel)
Định nghĩa: Là tỷ số giữa lượng không khí nạp vào xilanh trong một chu trình với lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy phần nhiên liệu cung cấp cho chu trình.
Trong đó: G0 - lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu, kg/kg.
(3-9)
gct- lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình, kg.
Gs- khối lượng một kmol không khí.
M0- lượng không khí cần thiết lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu, kmol.
Từ biểu thức tính của φa=Gs/ GB (3-10)
và hệ số dư lượng không khí tổng của phương trình trên được biến đổi thành dạng:
αΣ= GBφa/ Vs.M0.gct (3-11)
Nhận xét: Đối với động cơ d iesel tàu thuỷ, hệ số dư lượng k hông khí tổng có giá trị từ 1,8 - 3,6. Hệ số này có thể xác định bằng phương pháp thực nghiệm nhờ thiết bị đo suất tiêu hao không khí và nhiên liệu.
1.5. Hệ số nạp thêmλ1
Định nghĩa: Là tỷ số giữa lượng môi chất mới nạp và o xilanh tính từ lúc piston ở ĐCD với lượng môi chất mới ở đầu quá trình nén.
Trong đó: M1a- lượng môi chất mới tại điểm đầu quá trình nén M1- lượng môi chất tại điểm piston ở ĐCD
Nhận xét: Hệ số nạp thêm có được do quán tính của dòng chảy và góc đóng muộn của xupap nạp. Hệ số nạp thêm của các động cơ diesel thườ ng nằm trong khoảng 1,02 - 1,07.
1.6. Hệ số quét buồng cháy λ2
Định nghĩa: Là tỷ số giữa lượng khí sót thực tế còn lại trong xilanh trong mỗi chu trình với lượng khí sót chứa đầy thể tích Vcở trạng thái áp suất pr và nhiệt độ Tr khi piston ở ĐCT.
λ2 = Mr'/ Mr (3-13)
Giá trị λ2 < 1 nếu có tổ chức quét buồng cháy, nếu không có quét buồng cháy λ2= 1.