Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 119 Chương 8 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG I. CÁC ĐỊNH NGHĨA I.1. Chu trình công tác Khi động cơ làm việc, trong xylanh động cơ phải thực hiện các quá trình nạp môi chất mới, nén môi chất, cháy – giãn nở sinh công và thải sản vật cháy ra ngoài. Các quá trình này được diễn ra theo một thứ tự nhất đònh, lặp đi lặp lại và có tính chu kỳ. Tổng hợp các quá trình trên, hình thành nên chu trình công tác hay chu trình làm việc thực tế của động cơ đốt trong. Chu trình công tác của động cơ có thể được thực hiện trong hai vòng quay trục khuỷu, hay bốn hành trình của piston đối với động cơ bốn kỳ hoặc một vòng quay trục khuỷu, tức là hai hành trình của piston đối với động cơ hai kỳ. I.2. Chu trình lý tưởng Trong động cơ đốt trong, quá trình chuyển biến từ nhiệt năng (do đốt cháy nhiên liệu ở dạng hoá năng) sang cơ năng (công cơ học) của động cơ rất phức tạp, khiến cho việc nghiên cứu các quá trình của chu trình làm việc thực tế trên động cơ đốt trong gặp rất nhiều khó khăn, rất khó đánh giá mức độ tốt xấu của mỗi chu trình. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta đã thay các quá trình phức tạp trên bằng các quá trình có dạng đơn giản hơn, nhưng vẫn sát với chu trình thực tế. Cách làm trên cho ta chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong. Chu trình này có đặc điểm và các chỉ tiêu đánh giá như sau: I.2.1. Đặc điểm của chu trình lý tưởng Chu trình lý tưởng là một chu trình kín, thuận nghòch trong đó không có một tổn thất năng lượng phụ nào ngoài tổn thất do nhả nhiệt cho nguồn lạnh. Đặc điểm chính của chu trình lý tưởng là: - Môi chất công tác trong chu trình là lý tưởng. - Lượng môi chất dùng trong chu trình không thay đổi. Trong chu trình không có các quá trình thay đổi môi chất. - Các quá trình nén và giãn nở là những quá trình đoạn nhiệt. - Quá trình cháy được thay bằng quá trình cấp nhiệt Q 1 từ nguồn nóng và quá trình nhả nhiệt cho nguồn lạnh được thay bằng quá trình nhả nhiệt Q 2 từ môi chất tới nguồn lạnh. I.2.2. Các chỉ tiêu chủ yếu của chu trình Các chỉ tiêu chủ yếu của chu trình được thể hiện trên hai mặt: Tính kinh tế và tính hiệu quả. 1) Tính kinh tế của chu trình Tính kinh tế của chu trình được thể hiện qua hiệu suất nhiệt η t , đó là tỷ số giữa lượng nhiệt đã được chuyển thành công và toàn bộ số nhiệt lượng cấp cho môi chất trong chu trình. 1 2 1 21 1 t t Q Q 1 Q QQ Q L −= − ==η (8.1) Trong đó: L t (J/chu trình) – công do môi chất tạo ra trong một chu trình. Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 120 Q 1 (J/chu trình) – nhiệt do nguồn nóng cấp cho môi chất trong một chu trình. Q 2 (J/chu trình) – nhiệt do môi chất nhả cho nguồn lạnh trong một chu trình. 2) Tính hiệu quả của chu trình Tính hiệu quả của chu trình được thể hiện qua áp suất trung bình P t của chu trình, về thực chất đó là tỷ số giữa công của chu trình và thể tích công tác của chu trình. h t t V L P = , (Nm/m 3 hay N/m 2 ). (8.2) Trong đó: V h = V max –V min , (m 3 ) – thể tích công tác của chu trình. V max , (m 3 ) – thể tích lớn nhất của chu trình. V min , (m 3 ) – thể tích nhỏ nhất của chu trình. Qua biểu thức (8.2) ta thấy rằng, về thực chất P t chính là áp suất trung bình của chu trình. Với kích thước xylanh và số vòng quay đã cho của động cơ thì áp suất trung bình P t càng lớn sẽ cho công suất động cơ càng cao. Chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong kiểu piston được chia làm ba loại: 1. Chu trình đẳng tích – nguồn nóng cấp nhiệt Q 1 cho môi chất trong điều kiện đẳng tích (V = const). 2. Chu trình đẳng áp – nguồn nóng cấp nhiệt Q 1 cho môi chất trong điều kiện áp suất không thay đổi (P = const). 3. Chu trình hỗn hợp – nguồn nóng cấp nhiệt Q 1 cho môi chất, một phần Q 1V trong điều kiện đẳng tích, còn lại Q 1P cấp trong điều kiện đẳng áp (Q 1 = Q 1V + Q 1P ). II. CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG ÁP DỤNG CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG TĂNG ÁP II.1. Chu trình lý tưởng tổng quát của động cơ đốt trong Chu trình lý tưởng tổng quát của động cơ đốt trong được thể hiện trên hai đồ thò P-V và T-S gồm các quá trình sau: Hình 8.1. Chu trình lý tưởng tổng quát của động cơ đốt trong. z y c o f d Q 1p Q 1v V P S T o c y z d f V = const P = const P = const V = const Q 2v Q 2p a) Đồ thò P-V a) Đồ thò T-S Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 121 • Nén đoạn nhiệt oc – đặc trưng cho các loại động cơ đốt trong, máy nén khí. • Cấp nhiệt đẳng tích cy – đặc trưng cho động cơ hình thành hoà khí bên ngoài, và đốt cháy cưỡng bức bằng tia lửa điện. • Cấp nhiệt đẳng áp yz – một phần cấp nhiệt đặc trưng cho động cơ Diesel hiện đại; toàn bộ quá trình đặc trưng cho động cơ Diesel phun nhiên liệu. • Giãn nở đoạn nhiệt zd – đặc trưng cho các loại động cơ đốt trong và tua bin khí. • Nhả nhiệt đẳng tích df – đặc trưng cho động cơ đốt trong piston. • Nhả nhiệt đẳng áp fo – đặc trưng cho tua bin khí. Tỷ số giữa áp suất hoặc thể tích trên hai điểm đặc trưng của đồ thò được thể hiện qua các giá trò sau: - Tỷ số nén: c 0 V V =ε (V 0 và V c – thể tích bắt đầu và cuối quá trình nén). - Tỷ số tăng áp khi cháy: c z P P =λ (P z – áp suất cực đại khi cháy; P c – áp suất cuối quá trình nén). - Tỷ số giãn nở khi cháy: c Z V V =ρ (V z – thể tích cuối quá trình cấp nhiệt; V c – thể tích đầu quá trình cấp nhiệt hoặc cuối quá trình nén). - Tỷ số giãn nở sau khi cháy: z d V V =δ (V d – thể tích cuối quá trình giãn nở). - Tỷ số giảm áp khi nhả nhiệt: f d P P =σ Pd – áp suất cuối quá trình giãn nở; Pf = P 0 – áp suất cuối quá trình nhả nhiệt cho nguồn lạnh. Nếu gọi M là số kmol (kilômol) môi chất có trong chu trình: [ ] M.)TT(mC)TT(mCQQQ yZPcyVp1v11 −+−=+= [ ] M.)TT(mC)TT(mCQQQ 0fPfdVp2v22 −+−=+= Trong đó: mC v , mC p (J/kmol.độ) – nhiệt dung riêng đẳng tích và đẳng áp của 1 kmol môi chất. Thay các giá trò của Q 1 và Q 2 vào (8.1), ta được: )YZCY 0ffd t TT(k)TT( )TT(k)TT( 1 −+− −+− −=η (8.3) Trong đó: V P mC mC k = – chỉ số đoạn nhiệt. Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 122 Dựa vào mối quan hệ của các quá trình nhiệt động để tính nhiệt độ tại các điểm cuối các quá trình của chu trình trong biểu thức (8.3) theo T 0 , ta được: - Quá trình nén đoạn nhiệt: 1k 0 1k C 0 0C .T V V TT − − ε=         = - Quá trình đẳng tích: λε=         = − T P P TT 1k 0 C y Cy - Quá trình đẳng áp: ρλε=ρ=         = − T.T V V TT 1k 0y y Z yZ - Quá trình đoạn nhiệt: k 1k k 1 0 k 1k Z d zd T P P TT − − σρλ=         = - Quá trình đẳng tích: k 1 k 1 0 d f df T P P TT − σρλ=         = Thay các kết quả trên vào biểu thức (8.3), ta được: )]1(.k1[ ) (k)1(. . 1 1 k 1 k 1 k 1 k 1 1k t −ρλ+−λσ σ−λρ+−σλρ ε −=η − (8. 4) Từ biểu thức (8. 4) cho biết: hiệu suất nhiệt η t phụ thuộc vào tỷ số nén, cách cấp nhiệt cho môi chất từ nguồn nóng, cách nhả nhiệt từ môi chất cho nguồn lạnh. Áp suất trung bình P t tính theo (8.2), trong trường hợp của chu trình tổng quát được viết như sau: k 1 k 1 k 1 t0 k t )]1(.k1[. . 1k P. P σ−λρε −ρλ+−λση − ε = (8.5) Từ (8.5) ta thấy rằng, P t sẽ tăng càng cao nếu ε, η t , P 0 càng lớn. II.2. Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp Đồ thò P-V và T-S dùng cho chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp của động cơ đốt trong không tăng áp như (hình 8.2). Ở động cơ đốt trong piston, chỉ có quá trình nhả nhiệt đẳng tích mà không có phần nhả nhiệt đẳng áp. Như vậy đây là trường hợp riêng của chu trình tổng quát, trong điều kiện T f = T o ; T b = T d , V b = V d = V o = V f và V h = V c . Trong điều kiện nhả nhiệt đẳng tích, σ được xác đònh: k 1k k 1 o b o b T T P P − σρλ===σ hay σ = λ.ρ k (8.6) Thay (8.6) vào (8.4), ta được: )]1(.k1 1. . 1 1 k 1k t −ρλ+−λ −ρλ ε −=η − (8.7) Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 123 và [ ] )1.(.k1 1 k P . 1 P t 0 k t −ρλ+−λη −−ε ε = (8.8) Hình 8.2. Chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp Trong chu trình cấp nhiệt hỗn hợp nhiệt lượng Q 1 do nguồn nóng cung cấp cho chu trình là: )]TT(mC)TT(mC.[MQQQ yZPCyVP1V11 −+−=+= = )]1(.k1[M T.mC 1k 0V −ρλ+−λε − Khi giữ Q 1 = const và T 0 = const, thì các giá trò mC V , ε, k và M đều không đổi, vì vậy: constA)]1(.k1[ M T.mC Q 1k 0V 1 ==−ρλ+−λ= ε − Các giá trò ρ và λ ở công thức trên đặc trưng cho giá trò các phần nhiệt lượng Q 1V và Q 1P . Nếu đặt A’ = A.ε k-1 = const, thay vào công thức (8.6), ta được: ' A 1. 1 k t −ρλ −=η Như vậy trong điều kiện thay đổi nhiệt lượng Q 1 cấp cho chu trình hỗn hợp, càng tăng λ thì hiệu suất nhiệt η t càng tăng và ngược lại (do B = λ.ρ k nghòch biến theo λ). Tuy nhiên càng tăng λ sẽ làm cho áp suất cực đại của chu trình tăng lên, làm tăng ứng suất các chi tiết trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền và các chi tiết bao kín buồng cháy động cơ. Nhìn vào biểu thức (8.7) ta thấy: η t của chu trình hỗn hợp tăng khi tăng ε và khi tăng k cũng sẽ làm η t tăng. Từ (8.8) ta thấy, khi tăng λ hoặc tăng ρ sẽ làm cho P t tăng. Nhưng khi tăng λ sẽ làm cho áp suất cực đại P z của chu trình tăng nhiều và làm tăng phụ tải trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của động cơ. Do đó muốn nâng cao P t tốt nhất là tăng ρ và giữ const P P c z ==λ , khi tăng tỷ số nén thì P t cũng tăng và ngược lại. z y c o b Q 1p Q 1v V P S T o c y z b f V = const P = const P = const V = const V = const Q 2 d a) Đồ thò P-V a) Đồ thò T-S Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 124 II.3. Chu trình đẳng tích Chu trình đẳng tích là một trường hợp riêng của chu trình hỗn hợp, trong đó chỉ có cấp nhiệt đẳng tích mà không có cấp nhiệt đẳng áp. Trong điều kiện ấy 1 V V c z ==ρ . Đó là chu trình lý tưởng của động cơ hình thành hoà khí bên ngoài và đốt cháy cưỡng bức bằng tia lửa điện. Thay ρ =1 vào (8.7) sẽ được hiệu suất nhiệt η t của chu trình đẳng tích: 1k t 1 1 − ε −=η (8.9) Từ (8.9) ta thấy rằng hiệu suất nhiệt η t củachu trình đẳng tích chỉ phụ thuộc vào tỷ số nén ε và tỷ số đoạn nhiệt k của môi chất. Áp suất trung bình của chu trình: t o k t ).1.( 1 k P . 1 P η−λ −−ε ε = (8.10) Từ (8.10) ta thấy khi tăng tỷ số nén ε thì P t sẽ tăng. Trên (hình 8.4) giới thiệu mối quan hệ giữa η t và ε với các giá trò k khác nhau. Từ đó ta thấy rõ tăng ε là biện pháp tốt nhất để tăng η t . Nhưng giá trò cực đại của ε trong loại động cơ này bò giới hạn để không xảy ra hiện tượng kích nổ trong xylanh động cơ; với động cơ xăng ε = 6 ÷ 12. II.4. Chu trình đẳng áp Chu trình đẳng áp cũng là trường hợp riêng của chu trình hỗn hợp trong đó không có cấp nhiệt đẳng tích mà chỉ có cấp nhiệt đẳng áp. Trong trường hợp này 1 P P c z ==λ . Chu trình đẳng áp là chu trình lý tưởng của động cơ Diesel phun nhiên liệu. Thay λ =1 vào các biểu thức (8.7) và (8.8) ta được các biểu thức tính η t và P t của chu trình đẳng áp. z c a b Q 1 V P Q 2 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 η t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ε k=1,2 k=1,25 k=1,3 k=1,35 k=1,4 Hình 8.4. Quan hệ giữa η t và ε của chu trình đẳng tích với các giá trò của k. Hình 8.3. Chu trình đẳng tích. Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 125 1k k t 1 . )1(k 1 1 − ε−ρ −ρ −=η (8.11) t o k t ).1(k. 1 k P . 1 P η−ρ −−ε ε = (8.12) Biểu thức (8.11) chỉ rằng η t của chu trình đẳng áp chẳng những phụ thuộc vào ε và k mà còn phụ thuộc vào tỷ số giãn nở sau khi cháy ρ. Ảnh hưởng của ε và k tới η t cũng tương tự như chu trình hỗn hợp và chu trình đẳng tích. Khi tăng ρ thì P t của chu trình sẽ tăng, còn η t thì có giảm chút ít. II.5. So sánh hiệu suất nhiệt η t của các chu trình Dùng đồ thò T-S để so sánh η t của các chu trình đẳng tích và đẳng áp trong hai trường hợp sau đây: - Có cùng các giá trò T 0 , ε và Q 1 - Có cùng các giá trò T 0 , P Z và Q 1 Trong các trường hợp trên do Q 1 như nhau, muốn biết η t của chu trình nào lớn hơn, cần xác đònh thêm Q 2 . Theo (8.1), chu trình nào có Q 2 lớn hơn, chu trình ấy sẽ có η t nhỏ hơn. II.5.1. Có cùng T 0 , ε và Q 1 Do T 0 và ε như nhau nên đường nén oc của hai chu trình trùng nhau. Từ c đường cấp nhiệt đẳng tích (V = const) sẽ dốc hơn đường cấp nhiệt đẳng áp (P = const). Để đảm bảo Q 1 như nhau, tức Smczn’ = Smcz’n’ thì đường z’n’ phải nằm bên phải đường zn. Nhiệt lượng của môi chất nhả cho nguồn lạnh tương ứng với các diện tích. S T V = const P = const V = const m O C Z b b’ n n’ Z’ Hình 8.7. Chu trình có cùng T 0 , ε và Q 1 . z c a b Q 1 V P Q 2 Hình 8.5. Chu trình đẳng áp. 0,4 0,45 0,5 0,55 0,60 0,66 η t 1,0 ρ 1,5 2,0 2,5 3,0 1,2 1,4 1,6 1,2 1,4 ε = 1,6 k = 1,41 k = 1,41 Hình 8.6. Quan hệ giữa η t và ρ của chu trình đẳng áp với các giá trò của k và ε. Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 126 Q 2P = Smob’n’ và Q 2V = Smobn Suy ra Q 2P > Q 2V và theo (8.1) thì η tP < η tv có nghóa là hiệu suất η tv của chu trình đẳng tích lớn hơn, còn hiệu suất η th của chu trình hỗn hợp nằm ở giữa hai hiệu suất trên (η tP < η th < η tv ). II.5.2. Có cùng T 0 , P Z và Q 1 Do đường cấp nhiệt đẳng tích dốc hơn đường cấp nhiệt đẳng áp nên để đạt được P t giống nhau, thì điểm c cuối quá trình nén của chu trình đẳng tích phải nằm thấp hơn điểm c’ (điểm cuối quá trình nén của chu trình đẳng áp). Để bảo đảm Q 1 như nhau thì điểm z phải nằm trên đường P = P Z = const và nằm bên phải điểm z’. Q 1P = Smc’z’n’ và Q 1V = Smczn Nhiệt do môi chất nhả ra nguồn lạnh: Q 2P = Smob’n’ và Q 2V = Smobn Suy ra: Q 2P < Q 2V dẫn đến η tP > η tv . Như vậy hiệu suất nhiệt η tP của chu trình đẳng áp lớn hơn so với chu trình đẳng tích η tv , còn chu trình hỗn hợp nằm ở vò trí trung gian (η tP > η th > η tv ). III. CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP III.1. Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp truyền động cơ khí. Chu trình gồm hai bộ phận: chu trình lý tưởng của bản thân động cơ kcyzb; chu trình lý tưởng của máy nén nokm. Đầu tiên trong máy nén môi chất được nén đoạn nhiệt từ áp suất P 0 lên P k , tiếp theo môi chất được nén tiếp tục theo quá trình đoạn nhiệt từ P k lên P c . Hiệu suất nhiệt toàn bộ thiết bò η tΣ d t td tN td 1 tN td 1 tNtd t . L L Q L Q LL η−η=−η= − =η Σ Trong đó: Ltd (J/chu trình) – công của chu trình động cơ. [ ] { } )1.()1(.k1.M.T.mC k1k kVtd −ρλ−−ρλ+−λε=η − LtN (J/chu trình) – công của chu trình máy nén. ( ) 1T.R.M. 1k k 1 P P T.R.M. 1k k 1k k0 k 1k 0 K 0td −ε − =           −         − =η − − Q 1 (J/chu trình) – nhiệt lượng cấp cho chu trình từ nguồn nóng. ηtd – hiệu suất nhiệt của bản thân động cơ (có chu trình cấp nhiệt hỗn hợp). S T V = const V = const P = const m O C’ Z b’ b n’ n C Z’ Hình 8.8. Chu trình có cùng T 0 , P Z và Q 1 z y c k b V P m n L td o Hình 8.9. Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp truyền động cơ khí Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 127 k 0 k V V =ε – tỷ số nén trong máy nén. C k V V =ε – tỷ số nén của động cơ. R = 8314 (J/kmol.độ) – hằng số khí. Thay các giá trò vào ta được: [ ] )1(.k1. P P 1k 1k k 1k K 0 tdt −ρλ+−λε                   − −η=η − − Σ (8.13) Như vậy hiệu suất nhiệt toàn bộ thiết bò của động cơ tăng áp cơ khí η tΣ nhỏ hơn hiệu suất nhiệt bản thân động cơ η td , vì động cơ phải tiêu thụ một lượng công để dẫn động máy nén. Áp suất tăng áp P K càng lớn thì công tiêu hao cho máy nén càng lớn, ngoài ra nếu tỷ số nén ε của động cơ càng nhỏ thì hiệu suất η tΣ càng nhỏ hơn η td . Áp suất trung bình P tΣ của chu trình lý tưởng động cơ tăng áp: [ ]                   η−ρλ+−λε                   − −= − − Σ td 1k k 1k k 0 tdt .)1(.k1. P P 1.k 1.PP (8.14) Trong đó Ptd được tính theo công thức (8.8): [ ] )1.(.k1 1 k P . 1 P t 1k k td −ρλ+−ληε −−ε ε = − 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 δ N 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 8 12 13 14 15 16 17 11 18 19 20 21 0,08 0,09 2 cm kG P tΣ 2 m MN 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,1 1,8 1,9 2,0 2,0 P K /p 0 2,2 2,1 0,58 0,59 0,60 0,61 0,62 0,63 0,64 η tΣ η tΣ p td p tΣ δ N P td Hình 8.10. Quan hệ giữa η tΣ , P tΣ , Ptd, và δ N của chu trình lý tưởng động cơ tăng áp truyền động cơ khí với tỷ số tăng áp P K /p 0 . Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 128 Khi tăng P k , mức độ tăng của P tΣ chậm hơn so với Ptd. Nên mặc dù đã tiêu hao một phần công của chu trình động cơ để dẫn động máy nén tăng áp, nhưng dùng biện pháp tăng áp vẫn làm tăng áp suất chu trình của toàn bộ thiết bò P tΣ lên nhiều, nhờ đó làm tăng công suất động cơ, nhưng lại không gây ảnh hưởng lớn đến hiệu suất có ích η tΣ của toàn bộ thiết bò động cơ tăng áp. III.2. Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp tua bin khí III.2.1. Tua bin đẳng áp Trong hệ thống tua bin đẳng áp trên đường ống thải, từ động cơ đến tua bin có một bình ổn áp, tác dụng của bình này nhằm giữ cho áp suất của khí thải từ động cơ ra ổn đònh trước khi tới tua bin. Nhằm nâng cao hiệu suất cho tua bin. Trong chu trình có các quá trình sau: ok – quá trình nén đoạn nhiệt trong máy nén. kc – nén đoạn nhiệt trong xylanh. cyz – cấp nhiệt hỗn hợp Q1. zb – giãn nở đoạn nhiệt trong xylanh. kr’ – cấp nhiệt đẳng áp QI. r’g – giãn nở đoạn nhiệt trong tua bin. go – nhả nhiệt từ tua bin cho môi trường Q2. Trong các quá trình trên có ràng buộc QI = QII Hiệu suất nhiệt η td của động cơ: 1 td Q Q 1 II −=η 1k k 1td1II 1 . )1.(.k1 1. .Q)1(QQ − ε−ρλ+−λ −ρλ =η−=⇒ Hiệu suất nhiệt η td của chu trình tua bin đẳng áp okrfo: I 2 1k k tT Q Q 1 1 1 −= ε −=η − 1k k 2 I Q Q − ε = Do Q II = Q I nên: 1k k k 12 ).( 1 . )1(.k1 1. .QQ − εε −ρλ+−λ −ρλ = Hiệu suất nhiệt của chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp dùng tua bin đẳng áp. )1(.k1 1. . ).( 1 1 Q Q 1 k 1k k 1 2 t −ρλ+−λ −ρλ εε −=−=η − Σ (8.15) Hình 8.11. Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp tua bin khí. z c o r V P f g r’ k b y [...]... loại động cơ ô tô - Động cơ xăng: 6 ÷ 12 - Động cơ Diesel, buồng cháy thống nhất: 13 ÷ 16 - Động cơ Diesel, buồng cháy ngăn cách: 17 ÷ 20 Độn g cơ Diesel tàu thuỷ và tónh tại - Động cơ có tốc độ thấp: 13 ÷ 14 - Động cơ có tốc độ trung bình: 14 ÷ 15 - Động cơ cao tốc: 14 ÷ 18 - Động cơ cao tốc, tăng áp: 12 ÷ 13 IV.3 Quá trình cháy IV.3 .1 Quá trình cháy trong động cơ xăng 1) Diễn biến của quá trình Trong. .. ) µ nl M 1 = αM o Thay (8. 58) vào (8. 60) sẽ được: 14 9 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 L ac = − thế g ct M 1 = và Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng 8 314 .g ct M1 (1 + γ r ) Ta (ε n1 1 − 1) n1 − 1 P V (1 + γ r ) Pk Vh η v (Ta − Tc ) vào (8. 60), ta được: L ac = − k h (n 1 − 1) Tk 8 314 .Tk L ac = − (8. 61) (8. 62) Pk Vh (1 + γ r ) η v Ta (ε n1 1 − 1) (n 1 − 1) Tk Áp dụng đònh luật 1 nhiệt động vào quá trình nén,... độ Tr Đối với động cơ xăng α 0 ,8 1, 0 1, 2 1, 4 γt 1, 13 1, 17 1, 17 1, 11 Đối với động cơ Diesel khi α = 1, 5 ÷ 1, 8 có thể lấy λ t = 1, 1 Sau khi thay mC thức cho M1 và thay ,, p , mC , p theo các giả thiết trên (8. 28) , giản lược mCp , chia hai vế của biểu Mr = γ r sẽ được: M1 Ta = Tk + ∆T + λ t γ r Tr 1+ γr (8. 30) 13 6 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng Nếu lấy λ t = 1 , sai số tính... n1 tiến sát tới k1 Như vậy tăng tốc độ động cơ sẽ làm tăng n1 Trên hình 8. 28a giới thiệu sự thay đổi của Pc và n1 của động cơ Diesel theo tốc độ động cơ n Hình 8. 28b là biến thiên của n1 theo n của động cơ xăng ở ba vò trí bướm ga khác nhau Đó là những quan hệ đường thẳng, khi tăng tốc độ nén sẽ làm tăng n1 và Pc Pc P c, MN/m2 a) n1 n1 1. 000 1. 200 1. 400 1. 600 1. 80 0 n, vg/ph n1 1, 4 b) 1, 3 1, 2 1, 1 3 1. 000... 1) η v Pk Tr (8. 51) Thay (8. 51) vào (8. 47) sẽ được : 14 0 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng ηv = (8. 52) ηv = hoặc: Tk P P m 1 λP 1 [ε 1 a − λ t λ 2 r ( a ) m ] Pk Pk Pr ε − 1 Tk + ∆T Tk P P 1 1 a [ε. 1 − λ t λ 2 ( a ) m ] Pr ε − 1 Tk + ∆T Pk (8. 53) Thay (8. 53) vào sẽ tìm được γ r của động cơ 4 kỳ: γr = λ 2 (Tk + ∆T) Pr Tr Pa 1 1 P ε.λ 1 − λ t λ 2 ( a ) m Pr (8. 54) Trong. .. tỷ số nén trong xylanh động cơ Áp suất trung bình của chu trình PtΣ = ε K Pk η tΣ [λ − 1 + k.λ(ρ − 1) (ε − 1) .( k − 1) ] (8 . 18 ) Từ biểu thức (8 . 18 ) ta thấy rằng, khi tăng Pk hoặc εk sẽ làm tăng áp suất trung bình của chu trình PtΣ Nếu là chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích của động cơ tăng áp dùng tua bin biến áp, thay ρ = 1 vào (8 .17 ) và (8 . 18 ) ta được: 12 9 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn:... Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng 1 k.(.λk − 1) 1 η tΣ = 1 − λ − 1 ε 0 k 1 PtΣ = ε k Pk η tΣ (λ − 1) (ε − 1) .(k − 1) Nếu là chu trình cấp nhiệt đẳng áp của động cơ tăng áp dùng tua bin đẳng áp, thay λ = 1 vào (8 .17 ) và (8 . 18 ) ta được: η tΣ = 1 − PtΣ = 1 ε0 k 1 ε k Pk η tΣ k (ρ − 1) (ε − 1) .(k − 1) Kết quả nghiên cứu cho thấy, đối với động cơ Diesel có tỷ số nén ε = 14 ÷ 18 , khi sử dụng tăng áp nhờ tua... Van1 V n1 Thay giá trò P vào biểu thức tính Lac, sẽ được: L ac = Pa Van1 Vc dV ∫V n1 Va = 1 (Pa Va − Pc Vc ) n1 − 1 (8. 59) Thay PaVa và PcVc bằng biểu thức của phương trình trạng thái và biết ma = mc, ta được: L ac = 8 314 m a (Ta − Tc ) , n1 − 1 m a = m c = g ct M1 (1 + γ r ) , nên : L ac = 8 314 .g ct M 1 (1 + γ r ) (Ta − Tc ) n1 − 1 Đối với động cơ xăng: M 1 = ( αM o + Đối với động cơ Diesel: (8. 60) 1. .. Trò số λ 1 đối với các động cơ nằm trong khoảng 1, 02 ÷ 1, 07 Thay (8. 37) vào (8. 38) , rồi nhân và chia hai vế cho M1 sẽ được: g ct M 1 (1 + γ r ) = λ 1 Pa Va 8 314 .Ta Thay (8. 36) vào (8. 39), sau đó thay: Va = Vh + Vc = Vh + rồi chỉnh lý sẽ được: ηv = 1 (8. 39) Vh ε = Vh ; sau khi giản lược Vh ε 1 ε 1 Tk ε Pa ε − 1 Pk Ta (1 + γ r ) (8. 40) Thay giá trò Ta (1 + γ r ) của biểu thức (8. 39) và (8. 40), sẽ... sẽ làm tăng hiệu suất của động cơ lên 5 ÷ 6% Với động cơ xăng và động cơ gas có tỷ số nén thấp ε = 5 ÷ 7, phương án tăng áp trên có thể làm hiệu suất tăng 10 ÷ 12 % IV CHU TRÌNH THỰC TẾ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG IV .1 Quá trình nạp IV .1. 1 Diễn biến quá trình nạp động cơ 4 kỳ tăng áp và không tăng áp Trong chu trình làm việc của động cơ đốt trong cần thải sạch sản vật cháy của chu trình trước ra khỏi xylanh . 1 k P . 1 P t 1k k td −ρλ+−ληε −−ε ε = − 0, 01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 δ N 1, 0 1, 2 1, 4 1, 6 1, 8 8 12 13 14 15 16 17 11 18 19 20 21 0, 08 0,09 2 cm kG P tΣ 2 m MN 1, 2 1, 3 1, 4 1, 5 1, 6 1, 7 1, 1 1, 8 1, 9 2,0 2,0 P K /p 0 2,2 2 ,1 0, 58 0,59 0,60 0, 61 0,62 0,63 0,64 η tΣ η tΣ p td p tΣ δ N P td Hình. T r . Đối với động cơ xăng α 0 ,8 1, 0 1, 2 1, 4 t γ 1, 13 1, 17 1, 17 1, 11 Đối với động cơ Diesel khi 8 ,15 ,1 ÷ = α có thể lấy 1, 1 t =λ Sau khi thay p ,, mC , p , mC theo các giả thiết trên (8. 28) , giản. Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 11 9 Chương 8 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG I. CÁC ĐỊNH NGHĨA I .1. Chu trình công tác Khi động cơ làm việc, trong