Tài Liệu Chu Trình Công Tác Và Tính Năng Kỹ Thuật Của động Cơ đốt ...

Tải bản đầy đủ (.pdf) (24 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Kỹ Thuật - Công Nghệ
>>
3. Kĩ thuật Viễn thông

Tài liệu Chu trình công tác và tính năng kỹ thuật của động cơ đốt trong pptx

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (209.88 KB, 24 trang )

Chương 2 chu trình công tác và tính năng kỹ thuật của động cơ đốt trong 2.1. chu trình công tác của động cơ đốt trong ở ĐCĐT, sự biến đổi hoá năng của nhiên liệu thành cơ năng được tiến hành thông qua hàng loạt quá trình lý - hoá diễn ra theo một trình tự nhất định và lặp lại có tính chu kỳ. Mỗi chu kỳ hoạt động của ĐCĐT được gọi là một chu trình công tác. Chu trình công tác (CTCT) của ĐCĐT là tổng cộng tất cả những sự thay đổi về nhiệt độ, áp suất, thể tích, thành phần hoá học,v.v. của MCCT tính từ thời điểm nó được nạp vào cho đến khi được xả ra khỏi không gian công tác của xylanh. Mỗi CTCT tương ứng với một lần sinh công trong một xylanh. 2.1.1. các chỉ tiêu chất lượng của chu trình công tác Để đánh giá chất lượng của CTCT về phương diện nhiệt động, người ta thường dùng hai đại lượng : hiệu suất nhiệt và áp suất trung bình. 1) Hiệu suất nhiệt của chu trình Hiệu suất nhiệt của chu trình () được xác định bằng tỷ số giữa phần nhiệt được biến đổi thành cơ năng (sau đây gọi tắt là công chu trình - Wct) và tổng số nhiệt lượng cấp cho MCCT trong một chu trình (Q1). = Wct / Q1 (2.1) Hiệu suất nhiệt là đại lượng đánh giá chu trình về phương diện hiệu quả kinh tế của. Với cùng một lượng nhiệt cấp cho môi chất công tác, chu trình nào có hiệu suất nhiệt cao hơn thì số cơ năng được sinh ra nhiều hơn. 2) áp suất trung bình của chu trình áp suất trung bình của chu trình (ptb) được xác định bằng tỷ số giữa công chu trình (Wct) và dung tích công tác của xylanh (VS). ptb = Wct / Vs (2.2) áp suất trung bình là đại lượng đánh giá chu trình về phương diện hiệu quả kỹ thuật. Với cùng một dung tích công tác, chu trình nào có áp suất trung bình cao hơn thì công được sinh ra trong một chu trình lớn hơn. Tuỳ thuộc vào cách xác định công chu trình (Wct) , chúng ta sẽ có các khái niệm hiệu suất nhiệt và áp suất trung bình khác nhau, như : hiệu suất lý thuyết, hiệu suất chỉ thị, áp suất lý thuyết trung bình, áp suất chỉ thị trung bình, áp suất có ích trung bình (xem mục 2.2). PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - Lý thuyết ĐCĐT - 52 2.1.2. chu trình lý thuyết của động cơ đốt trong Khái niệm chung Chu trình công tác ở ĐCĐT thực tế bao gồm hàng loạt quá trình nhiệt động, khí động, hoá học và cơ học rất phức tạp. Diễn biến của các quá trình này chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố, như : - Kết cấu của động cơ (hình dáng và kích thước của buồng đốt, tỷ số nén, kích thước của xylanh, v.v.). - Các thông số điều chỉnh của động cơ (góc phun sớm nhiên liệu, góc đánh lửa sớm, thành phần hỗn hợp cháy, v.v.). - Chế độ làm việc của động cơ (tốc độ, tải, nhiệt độ, v.v.). Để có thể thiết lập được đặc tính và mức độ ảnh hưởng của các thông số và của các quá trình nhiệt động đến các chỉ tiêu chất lượng của chu trình, qua đó có thể đề ra được phương hướng và biện pháp nâng cao công suất và hiệu suất của động cơ thực tế, người ta tìm cách thay thế các quá trình nhiệt động thực tế phức tạp bằng các quá trình đơn giản hơn. Chu trình lý thuyết của ĐCĐT là chu trình nhiệt động được xây dựng trên cơ sở những giả định đơn giản hoá các quá trình thực tế với mục đích nói trên. Mức độ đơn giản hoá được lựa chọn tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu. Ví dụ : có thể giả định MCCT là khí lý tưởng với nhiệt dung riêng là hằng số hoặc là không khí với nhiệt dung riêng phụ thuộc vào thành phần của sản phẩm cháy; quá trình cháy thực tế có thể được thay bằng quá trình cấp nhiệt từ một nguồn nóng bên ngoài động cơ hoặc thay bằng quá trình cháy được thực hiện trong những điều kiện lý tưởng hoá, v.v. Với định hướng nghiên cứu khai thác kỹ thuật ĐCĐT, chúng ta giả định như sau : 1) MCCT là không khí với nhiệt dung riêng là hằng số. Lượng MCCT không thay đổi trong thời gian thực hiện một chu trình nhiệt động. 2) Quá trình nén và dãn nở là những quá trình đoạn nhiệt, tức là trong quá trình nén và dãn nở không có sự trao đổi nhiệt giữa MCCT trong không gian công tác của xylanh với môi trường xung quanh. 3) Quá trình cháy được tổ chức thực hiện trong điều kiện không hạn chế về thời gian và hỗn hợp cháy là đồng nhất. 4) Quá trình xả diễn ra trong điều kiện đẳng tích. 5) Bỏ qua mọi dạng tổn thất do ma sát, lọt khí, bức xạ, v.v. Căn cứ vào điều kiện diễn ra quá trình cháy, có thể phân biệt 3 kiểu chu trình lí thuyết của ĐCĐT : - Chu trình cấp nhiệt đẳng tích - Chu trình cấp nhiệt đẳng áp - Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - Lý thuyết ĐCĐT - 53 H. 2-1. Chu trình lý thuyết của ĐCĐT a) Chu trình cấp nhiệt đẳng tích b) Chu trình cấp nhiệt đẳng áp c) Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp Ký hiệu : a - thời điểm đầu quá trình nén. c - thời điểm cuối quá trình nén. y - thời điểm áp suất cháy đạt đến trị số cực đại. z - thời điểm kết thúc quá trình cháy. b - thời điểm kết thúc quá trình dãn nở. pa , pc , py , pz , pb - áp suất trong không gian công tác của xylanh tại các điểm đặc trưng của chu trình , [N/m2]. Va , Vc , Vy , Vz , V b - thể tích của không gian công tác của xylanh tại các điểm đặc trưng của chu trình, [m3]. Q1 - lượng nhiệt chu trình (tổng số nhiệt năng cấp cho MCCT trong một chu trình) , [J]. Q1V - phần nhiệt năng cấp cho MCCT trong điều kiện đẳng tích , [J]. Q1P - phần nhiệt năng cấp cho MCCT trong điều kiện đẳng áp [J]. Q2 - phần nhiệt năng do MCCT truyền cho nguồn lạnh , [J]. caVV= - Tỷ số nén czpp= - Tỷ số tăng áp suất czVV= - Tỷ số dãn nở ban đầu. yzpc)bcbpb)bzcVĐCDĐCTVĐCDVsVsĐCTĐCDVsVĐCTaaaPDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - Lý thuyết ĐCĐT - 54 chu trình cấp nhiệt hỗn hợp Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp (còn được gọi là chu trình Sabathe' ) được cấu thành từ các quá trình nhiệt động sau đây : - Nén đoạn nhiệt (ac) - Cấp nhiệt đẳng tích (cy) - Cấp nhiệt đẳng áp (yz) - Dãn nở đoạn nhiệt (zb) - Nhả nhiệt đẳng tích (ba) 1) Hiệu suất và áp suất trung bình của chu trình cấp nhiệt hỗn hợp Với những giả định đặt ra ở trên, có thể xác định lượng nhiệt chu trình (Q1) , lượng nhiệt truyền cho nguồn lạnh (Q2) và công của chu trình lý thuyết (Wt) như sau : Q1 = Q1V + Q1P = M. cv. (Ty - Tc) + M. cp. (Tz - Ty) (2.3) Q2 = M. cV. (Tb - Ta ) (2.4) Wt = Q1 - Q2 = M. cv. [(Ty - Tc) - (Tb - Ta)] + M. cp. (Tz - Ty) (2.5) trong các công thức trên : M - lượng MCCT có trong không gian công tác của xylanh trong một chu trình, [kmol] cv , cp - nhiệt dung riêng đẳng áp và đẳng tích của MCCT, [J/kmol.K] Ta , Tc , Ty , Tz , Tb - nhiệt độ của MCCT tại các điểm đặc trưng của chu trình, [K]. Trên cơ sở phương trình của các quá trình nhiệt động cơ bản (quá trình đẳng tích, đẳng áp, đoạn nhiệt), có thể biểu diễn nhiệt độ của MCCT tại các điểm đặc trưng thông qua nhiệt độ tại điểm đầu quá trình nén như sau : 11==kakcaacTVVTT (2.6) ===1kaccycyTTppTT (2.7) ===1kayyzyzTTVVTT (2.8) kakzkbzzbTTVVTT ===11 (2.9) PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - Lý thuyết ĐCĐT - 55 Từ các phương trình trạng thái tại điểm a và điểm c : pa . Va = M. Rà . Ta ; pc . Vc = M . Rà . Tc ta có : ()111 === àaavcaacaacaSpTkcMppTTpTRMVVV (2.10) trong các công thức trên : k - chỉ số đoạn nhiệt, phụ thuộc vào tính chất của MCCT, k = cP / cV Rà - hằng số phổ biến của chất khí, [J/kmol.K] Rà = cp - cv = cv. (k - 1) Thay Tc , Ty , Tz và Tb từ các công thức (2.6) , (2.7) , (2.8), (2.9) vào các công thức (2.3) , (2.4) , (2.5) và sau khi rút gọn ta có : Q1 = M. cv . Ta . k - 1 . [ -1 + k. ( - 1) ] (2.11) Q2 = M. cv . Ta . (. k - 1) (2.12) Wt = M. cv . Ta . {[ - 1 + k . . ( - 1)] . k - 1 - ( . k - 1)} (2.13) Thay Q1 , Q2 , Wt và VS từ các công thức (2.11) , (2.12) , (2.13), (2.10) vào các công thức (2.1), (2.2) và sau khi rút gọn ta có : Hiệu suất lý thuyết của chu trình cấp nhiệt hỗn hợp (t.C) : ()111111+=kkkCt (2.14) áp suất lý thuyết trung bình của chu trình cấp nhiệt hỗn hợp (pt.C) : ()[]( ){ }111111.+= kkaCtkkpp (2.15a) hoặc ()[]CtakCtkkpp..1111+= (2.15b) Khi những đại lượng M, cv , Ta , , k và Q1 có giá trị không đổi, từ công thức (2.11) ta có : ()[]constAkTcMQkav==+=1111 (2.16) PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - Lý thuyết ĐCĐT - 56 Trong trường hợp này, các công thức (2.14a) và (2.15b) có thể viết như sau : 111=kkCtA (2.17) CtakCtAkpp..11= (2.18) 2) Những yếu tố ảnh hưởng đến tC và ptC Từ công thức (2.14), (2.15), (2.16), (2.17) và (2.18) chúng ta thấy rằng : hiệu suất lí thuyết của chu trình cấp nhiệt hỗn hợp phụ thuộc vào những yếu tố sau : - Tỷ số nén (). - Lượng nhiệt và phương pháp cấp nhiệt cho MCCT (A, , ). - Tính chất của MCCT (k). áp suất có ích trung bình của chu trình cấp nhiệt hỗn hợp phụ thuộc vào những yếu tố sau - Tỷ số nén (). - Lượng nhiệt và phương pháp cấp nhiệt cho MCCT (A , , ). - Tính chất của MCCT (k). - áp suất của MCCT ở đầu quá trình nén (pa). - Hiệu suất nhiệt của chu trình (t. C). Từ công thức (2.16), có thể xem A như là một đại lượng đặc trưng cho nhiệt lượng cấp cho MCCT. , đặc trưng cho phương pháp cấp nhiệt, trong đó đặc trưng cho lượng nhiệt cấp trong điều kiện đẳng tích, - cấp trong điều kiện đẳng áp. Mối quan hệ giữa và với các trị số khác nhau của A được thể hiện trên H. 2-2. Các hình 2-3 , 2-4, H. 2-5 và H. 2-6 biểu diẽn ảnh hưởng của tỷ số nén (), lượng nhiệt chu trình (A hoặc Q1) và phương pháp cấp nhiệt ( , ) đến hiệu suất nhiệt (t. C) và áp suất trung bình (pt. C) của chu trình cấp nhiệt hỗn hợp. H. 2-2. Mối quan hệ giữa và PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - Lý thuyết ĐCĐT - 57 H. 2-3. ảnh hưởng của , và A đến tC H. 2-4. ảnh hưởng của , và và A đến tC To = 293 K = 1,4k = 1,42,41,81,4tC1,04,02,03,00,520,560,600,644,02,7 = 2,0 = 1,0 tC = 1,0 = 1,6 =2,4 =1,8A = const0,540,580,620,661413 1512 = 2,6 =1,0PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - Lý thuyết ĐCĐT - 58 H. 2-5. ảnh hưởng của , và A đến ptC H. 2-6. ảnh hưởng của , và đến ptC - Khi nhiệt lượng chu trình không đổi (A = const), tC sẽ tăng khi tăng (tăng phần nhiệt cấp ở điều kiện đẳng tích đồng thời giảm phần nhiệt cấp ở điều kiện đẳng áp); tC = tC.max khi = max và = 1 ; tC = tC.min khi = 1 và = max . Tăng cũng làm cho pt. C tăng theo tỷ lệ thuận với t. C . Tuy nhiên, khi tăng sẽ làm cho áp suất cực đại (pz) tăng, gây nên phụ tải cơ học lớn ở động cơ thực tế. Với = const, nếu tăng (bằng cách tăng A) cũng làm cho tC tăng chút ít (H. 2-3). [bar] = 1,4po = 1 bark = 1,4A = 2,03A = 2,71A = 3,382,61,81,4p tC = 1,0A = 4,061814104,03,02,01,0A = const =12 =14 =161,41,8 = 1,0[bar]p tC12111093,01,01,52,02,5PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - Lý thuyết ĐCĐT - 59 - Tỷ số nén () có ảnh hưởng tích cực đến t. C và pt. C (H. 2-4 và H. 2-6). Cả t. C và pt. C đều tăng khi tăng, nhưng pt. C tăng chậm hơn so với t. C . Khi tăng từ 12 lên 16 thì t C tăng khoảng 6 % với = 1 ; khoảng 10 % với = 1. Mức độ tăng t. C giảm dần theo chiều tăng của . Trong thực tế, tỷ số nén của động cơ diesel được quyết định chủ yếu bởi yêu cầu đảm bảo sự tự bốc cháy của nhiên liệu ; còn của động cơ xăng-yêu cầu không bị kích nổ (xem mục 5.4.2). - Nếu tăng lượng nhiệt chu trình (tăng A) bằng cách giữ = const và tăng thì áp suất trung bình sẽ tăng nhanh, còn hiệu suất nhiệt sẽ giảm (H. 2-5). Chu trình cấp nhiệt đẳng tích Chu trình cấp nhiệt đẳng tích (còn được gọi là chu trình Otto) được cấu thành từ các quá trình nhiệt động sau đây (H. 2-1a) : - Nén đoạn nhiệt (ac). - Cấp nhiệt đẳng tích (cz). - Dãn nở đoạn nhiệt (zb). - Nhả nhiệt đẳng tích (ba). Bằng phương pháp đã trình bày ở trên đối với chu trình cấp nhiệt hỗn hợp hoặc bằng cách thay = 1 vào các công thức (2.14), (2.15) và (2.17) ta có được các công thức biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất lý thuyết (t.V) và áp suất lý thuyết trung bình (pt. V) của chu trình cấp nhiệt đẳng tích như sau : 111=kVt (2.19) ()( )11111.=kaVtkpp (2.20a) ()VtakVtkpp..111= (2.20b) Các công thức trên cho thấy rằng : hiệu suất của chu trình cấp nhiệt đẳng tích (t.V) chỉ phụ thuộc vào tỷ số nén () và tính chất của MCCT (k) ; còn áp suất trung bình (pt. V) phụ thuộc vào : - Tỷ số nén (). - Tính chất của MCCT (k). - Lượng nhiệt chu trình (). - áp suất đầu quá trình nén (pa). - Hiệu suất của chu trình (t. V). Sự ảnh hưởng của ,k , , pa đến t.. V và pt. V được thể hiện trên các H. 2-7, H. 2-8 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

Tài liệu liên quan

• Nghiên cứu khả năng sử dụng vật liệu xado để phục hồi tính năng kỹ thuật của động cơ Yanmar 70 cv
  • 86
  • 1
  • 1
• Chương 1 đIều kiện làm việc, đặc điểm và các tính chất khai thác của Động Cơ Đốt Trong Tàu quân sự
  • 33
  • 1
  • 1
• Tài liệu Chu trình công tác và tính năng kỹ thuật của động cơ đốt trong pptx
  • 24
  • 2
  • 25
• đồ án khai thác kết cấu, tính năng kỹ thuật của động cơ 6 xylanh m276 trên xe mercedes benz service
  • 77
  • 929
  • 0
• Khai thác kết cấu, tính năng kỹ thuật của động cơ 6 xylanh m276 trên xe mercedes benz service
  • 69
  • 720
  • 0
• Khai thác tính năng kỹ thuật của động cơ 6 xylanh m276 trên xe mercedes benz service
  • 44
  • 686
  • 5
• Tài liệu Nhiên liệu và môi chất công tác của động cơ đốt trong pptx
  • 29
  • 1
  • 14
• Phân tích cấu tạo, tính năng kỹ thuật họ động cơ Diesel tàu thủy hiệu S70MC-C22, Chương 22 ppt
  • 6
  • 954
  • 10
• Phân tích cấu tạo, tính năng kỹ thuật họ động cơ Diesel tàu thủy hiệu S70MC-C22, Chương 1 potx
  • 5
  • 930
  • 10
• Phân tích cấu tạo, tính năng kỹ thuật họ động cơ Diesel tàu thủy hiệu S70MC-C22, Chương 3 ppt
  • 6
  • 641
  • 3

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(209.88 KB - 24 trang) - Tài liệu Chu trình công tác và tính năng kỹ thuật của động cơ đốt trong pptx Tải bản đầy đủ ngay ×