Cơ khí chế tạo máy - 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 )