Bài giảng Động cơ đốt trong - Chương 2: Chu trình thực tế dùng trong động cơ đốt trong

CHU TRÌNH THỰC TẾ 
DÙNG TRONG Đ.C.Đ.T
A-QUÁ TRÌNH NẠP
B-QUÁ TRÌNH NÉN
C-QUÁ TRÌNH CHÁY
D-QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ
E-QUÁ TRÌNH THẢI
A-QUÁ TRÌNH NẠP
I-DIỄN BIẾN QUÁ TRÌNH NẠP
1-Diễn biến quá trình nạp
động cơ 4 kỳ không tăng áp
2-Diễn biến quá trình nạp 
động cơ 4 kỳ tăng áp
3-Diễn biến quá trình nạp 
động cơ 2 kỳ
4-Nhận xét
Trong cả 3 loại động cơ đều:
1-Khí nạp mới đi vào xi lanh phải
khắc phục sức cản lưu động Pa
2-Khí nạp mới không thể gạt hết 
sản vật cháy ra ngoài có r
3-Khí nạp mới đi vào xi lanh tiếp 
xúc với các chi tiết nóng và hòa trộn
với khí sót Ta > TK
TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA 
QUÁ TRÌNH NẠP
*Aùp suất cuối quá trình nạp Pa
*Pr, Tr, Mr
*Hệ số khí sót
*Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới
*Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta
*Hệ số nạp 
II -TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA 
QUÁ TRÌNH NẠP
1-Aùp suất cuối quá trình nạp (Pa)
Pa = Po - PK Đ/cơ 4 kỳ không tăng áp
Pa = Po - PK Đ/cơ 4 kỳ tăng áp
Tính toán:
Giả thiết: * Khối lượng của khí là 
không đổi tại tất cả các tiết diện =
 K = const
Quay về Các thông số
*Quá trình đưa dòngkhí nạp mới đi
vào xi lanh là quá trình lưu động 
liên tục và ổn định
Hệ quả: Tại tất cả các tiết diện, 
lưu lượng dòng khí không đổi.
*Tất cả các đường ống nạp đều có 
góc lượn rất lớn
BCHK
Pot air WK, K , Pk
ZK
Za
0 0 Mặt chuẩn
K
K
x
x
Wx, x,fx ĐCT
ĐCD
a
a
Wa, a,fa,Pa
 = khối luợng riêng, Wx = tốc độ
của dòng khí
*Phương trình Bernoillie cho 2 tiết
diện: Pot air (K-K) và ĐCD (a-a)
(PK/ K)+(W2K/2)+(g.ZK) = (Pa/ a) +
(W
2
a/2)+ [o(W2x/2)]+(g.Za) (1)
Do tiết diện K-K lớn xem Wk=0, chọn 
mặt chuẩn (0-0) sao cho: ZK= Za
 K = a .(1) được viết lại như sau:
(PK/ K) = (Pa/ K) +(W2a/2)+ [o(W2x/2)]
 = (Wa/Wx)<1: hệ số bóp dòng chảy
 PK = PK- Pa= (W2x/2)(2+ o) K 
THÔNG SỐ Pr, Tr, Mr
1-ÁP SUẤT KHÍ SÓT(Pr):
a- Pr = Pth + Pr
Trong đó: Pr = K2.(n2/f2th)
b-Chọn Pr theo kinh nghiệm:
Không tăng áp:
Tốc độ thấp:Pr= (1,03-1,06)Po
Cao tốc: Pr= (1,05-1,25)Po
Tăng áp: Pr= (0,75-0,98)Pk
Quay về Các thông số
c-Tính Pr thay đổi theo n, áp dụng 
công thức:
Pr = Po( 1,035 + Ap. 10-8.n2 )
Trong đó:
Ap=[Pr
N
- 1,035 Po).10
8
.(1/Po.n
N
2
)]
+Pr
N
= Aùp suất khí sót ở chế độ
định mức.
Pr
N
= 1,18 Po = 0,118 MN/m
2
n
N
= số vòng quay trục khuỷu ở 
chế độ định mức (v/p).
2-LƯỢNG KHÍ SÓT(Mr):
Mr= r.M1 hoặc Mr = PrVc/RTr
3-NHIỆT ĐỘ KHÍ SÓT(Tr):
Tr phụ thuộc vào: ,sự trao đổi 
trong QTGN và thải, mức độ giãn
nở của SVC.
Động cơ xăng: thay đổi trong 
phạm vi nhỏ nên khi giảm tải Tr
thay đổi rất ít.
Động cơ diesel:Muốnthay đổi phụ
tải phải thay đổi trực tiếp , nên 
khi giảm tải, Trthay đổi nhiều.
*Động cơ diesel: có  cao hơn xăng
mức độ giãn nở khí thải lớn,
nhiệt độ trong QTGN tương đối
thấp 
Hai yếu tố trên:
trị số Tr diesel< Tr xăng
*Xăng: Tr = ( 900 - 1100 )
0K
*Diesel: Tr = ( 600 - 900 )
0K
HỆ SỐ KHÍ SÓT (r)
*Đánh giá mức độ mức độ thải sạch bằng r,
r là tỉ số giữa số kmole khí sót Mr và số 
kmole khí nạp mới M
1
. r = Mr / M
1
.
* Phương trình trạng thái khí sót:
Pr.Vr = Mr.R.Tr  Mr= (Pr.Vr)/ (R.Tr)
r= (Pr.Vr)/ (R.Tr.M
1
). (1)
*Gọi: 
2
= Vr/Vc = Hệ số quét buồng cháy.
Khi không quét:
2
= 1 Vr=Vc=Vh/(-1)
r= [Pr/(R.Tr.M
1
)].[Vh/ /(-1)]
Quay về Các thông số
Chú ý: muốn nạp 
đầy khí thì r Mr
Mr
 Pr   hoặc 
 phụ tải.
 Vr dùng biện
pháp quét sạch b/c
 Tr, biện pháp này
không có lợi vì  t
Chú ý: r xăng > r diesel
vì  xăng <  diesel
Động cơ 2 kỳ chất
lượng quét sạch khí
thải ra khỏi xi lanh
còn được đánh giá
bằng hệ số thải sạch
t = M
1
/(M
1
+Mr)
t = 1/(1+ r)
NHIỆT ĐỘ SẤY NÓNG KHÍ NẠP MỚI
1- T = Ttruyền nhiệt - Tbay hơi
Ở động cơ diesel: Tbay hơi = 0
2- Dùng công thức kinh nghiệm:
 T = A
T
(110 - 0,0125 n
N
)
Trong đó:*A
T
= T
N
/(110-0,0125 n
N
)
* T
N
= 8
0
3-Chọn T: * Xăng T = (0-20)o
* Diesel T = (10-40)o, *Tăng áp và 2 kỳ:
 T = (0 - 05)o
Quay về Các thông số
 Tphụ thuộc:
Tốc độ lưu động của 
dòng khí, mức độ 
chênh lệch t
0
của 
các chi tiết thông
thường do phụ tải
quyết định. Phụ tải càng 
lớn t
0
các chi tiết càng
cao,M1 được sấynóngnhiều
NHIỆT ĐỘ CUỐI QUÁ TRÌNH NẠP Ta
Được xác định trên cơ sở cân bằng
nhiệt lượng của khí nạp mới và khí
sót trước và sau khi chúng trộn lẫn 
nhau.Giả thiết quá trình trộn lẫn
được tiến hành ở áp suất không đổi
Phương trình cân bằng nhiệt:
Qa = Qn + Qr +Qt
Quay về Các thông số
Qa = Qn + Qr +Qt
Qn =Nhiệt lượng do khí nạp mới
đưa vào. Qn = Cp.M
1
.T
K
Qr =Nhiệt lượng còn lại trong 
khí sót. Qr = C’p.Mr.Tr
Qt =Nhiệt lượng được sấy nóng khi
khí nạp tiếp xúc với các chi tiết đ/c
Qt = Cp.M
1
. T
Qa =Nhiệt lượng chứa trong hỗn 
hợp công tác tại điểm a
Qa = Cp.(M
1
+ Mr).Ta
Ta có:
Cp.(M
1
+ Mr).Ta =
Cp.M
1
. (T
K
+ T) + C’p.Mr.Tr (1)
C’p = t.Cp
t = hệ số hiệu đính tỉ nhiệt
Từ (1) Ta(M
1
+ Mr) =
M
1
. (T
K
+ T) + t.Mr.Tr
Chia hai vế cho M
1
và thay thế:r = Mr / M
1
.
Ta = ( T
K 
+ T+ t. r.Tr )/(1 + r) 
Động cơ xăng: = 0,8 1,00 1,20 1,40
t = 1,13 1,17 1,14 1,11
Động cơ diesel: = 1,5 -1,8 , t = 1,1
*Động cơ 4 kỳ:
Xăng: Ta = ( 320-370 )
OK
Diesel không tăng áp: Ta=(310-350)
OK
Diesel tăng áp: Ta=(320 - 400)
OK
Ta mật độ khí nạpmới  M
1 

HỆ SỐ NẠP 
n
Hệ số nạp dùng để đánh giá mức 
độ hoàn thiện của quá trình nạp

n
= M
1
/M
h
= V
K
/ V
h
Giả thiết: có 03 giả thiết:
1-Quá trình nạp coi như kết thúc tại điểm a
2-Tỉ nhiệt của khí nạp mới, khí sót và
hỗn hợp công tác bằng nhau
3-Sau QT nạp động năng của dòng khí bằng 0
Quay về Các thông số
Phương trình trạng thái chất khí 
tại điểm a: PaVa = (M1a+Mr)RTa
Lượng khí nạp mới có ở trong xi
lanh khi piston ở điểm a (ĐCD, lúc
xi lanh có thể tích Va) là: M1a.
M1a cùng với Mr chiếm đầy Va ở
Pa,Ta: Ma = M1a + Mr.
Pa.Va = Ma.R.Ta
Nếu tính luôn cả lượng khí nạp
thêm vào xi lanh cuối quá trình nạp 
( từ điểm a cho đến lúc đóng hoàn 
toàn soupappe nạp)
1.Ma = 1.Pa.Va/RTa (1)
1= 1,02 -1,07 :Hệ số nạp thêm
Phương trình trạng thái của khí nạp 
mới:P
K
V
K 
=R.M1.T
K
=P
K
.V
h
. 
n
 M1 = P
K
.V
h
. 
n
/ R.T
K
(2)
Lấy (1) chia (2) ta có:
1+r=(Pa/P
K
)(Va/Vh)(T
K
/Ta)(1/
n
)1
Ta có: r= Mr/M
1
Va / Vh=Va / (Va-Vc) =  / (-1)
1+r = 1 (1/
n
)(Pa/P
K
)[/(-1)]
[T
K
(1+r )/(T
K
+ T+ rTr)]
 
n
= 1(Pa/P
K
)[/(-1)]
[T
K
/ (T
K
+ T+ rTr)] (3)
Phương trình (3) không có 
t
vì giả
thiết (2)
Đ/cơ 2 kỳ:
n2 kỳ
= 1(Pa/P
K
)[’/(’-1)]
[T
K
/ (T
a
(1+ r)]
Trong đó:’=(V’
h
+Vc)/Vc =Tỉ số nén
thực tế của động cơ 2 kỳ
Động cơ xăng: 
n
= 0,7 - 0,9 
Động cơ diesel không tăng áp: 

n
= 0,8 - 0,94
Động cơ diesel tăng áp: 

n
= 0,8 - 0,97
PHÂN TÍCH NHỮNG YẾU TỐ 
ẢNH HƯỞNG ĐẾN 
n
1.Tỉ số nén  :ảnh hưởng của  thông
qua tỉ số [ / (-1)]ít,  SVC giãn 
nở triệt để hơn Pr,Tr 
n
 lên.
Ảnh hưởng của  thông qua r đến

n
: r từ (0 - 0,3) thì 
n
 43%
2.Aùp suất cuối quá trình nạp Pa
3.Aùp suất và nhiệt độ trong đường 
ống nạp (P
K
,T
K
)