Giáo trình động cơ đốt trong 1 - Chương 8 ppt

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
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
129
Trong đó: ε
0
= ε.ε
k
– tỷ số nén tổng hợp của chu trình.
Áp suất trung bình của chu trình tăng áp dùng tua bin đẳng áp:
[ ]
)1(.k1
)1k).(1(
P.
P
t
k
k
t

−ρλ+−λη
−−ε
ε
=
ΣΣ
(8.16)
Từ (8.16) ta thấy: tăng P
K
sẽ làm tăng P
tΣ
. Sử dụng tăng áp tua bin khí chẳng những làm tăng
tính hiệu quả mà còn tăng tính kinh tế của chu trình.
III.2.2. Tua bin biến áp
Trong hệ thống tua bin biến áp, trên
đường ống thải không có bình ổn áp, dòng
khí trong xylanh đi ra đường ống thải rồi đi
thẳng tới các lỗ phun vào cánh tua bin để
sinh công. Chu trình lý tưởng của động cơ
tăng áp dùng tua bin biến áp gồm các quá
trình sau:
ok – nén đoạn nhiệt của không khí
trong máy nén.
kc – nén đoạn nhiệt trong xylanh
động cơ.
cyz – cấp nhiệt hỗn hợp Q1.
zb – giãn nở đoạn nhiệt trong xylanh động cơ.
brf –giãn nở của khí thải trong xylanh và trong tua bin biến áp.
fo – nhả nhiệt đẳng áp.
Hiệu suất nhiệt của toàn bộ thiết bò.
1k

0
k
1
t
1
.
)1(.k1
)1 (
1
−
Σ
ε
−ρλ+−λ
−λρλ
−=η
(8.17)
Trong đó: ε
0
– tỷ số nén của chu trình,
εε===ε .
V
V
.
V
V
V
V
k
C
k

k
0
C
0
0
ε
k
– tỷ số nén trong máy nén.
ε – tỷ số nén trong xylanh động cơ.
Áp suất trung bình của chu trình
[ ]
)1(.k1
)1k).(1(
P.
P
t
k
K
t
−ρλ+−λη
−−ε
ε
=
ΣΣ
(8.18)
Từ biểu thức (8.18) ta thấy rằng, khi tăng P
k
hoặc ε
k
sẽ làm tăng áp suất trung bình của chu

trình P
tΣ
.
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:
z
c
o
r
V
P
f
g
k
b
y
Hình 8.12. Chu trình lý tưởng của động cơ
tăng áp tua bin khí.
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
130
1k
0
k
1
t
1
.
1
)1.(.k
1

−
Σ
ε
−λ
−λ
−=η
)1.(.
)1k).(1(
P.
P
t
k
k
t
−λη
−−ε
ε
=
ΣΣ
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:
1k
0
t
1
1
−
Σ
ε
−=η

)1(k
)1k).(1(
P.
P
t
k
k
t
−ρη
−−ε
ε
=
ΣΣ
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 bin đẳng áp 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 để nạp vào môi chất mới (không khí hoặc hòa khí). Hai quá trình thải và nạp liên quan
mật thiết với nhau, tùy theo số kỳ của động cơ và phương pháp nạp, có những thời điểm chúng xảy ra
cùng một lúc. Vì vậy khi phân tích quá trình nạp, cần lưu ý những thông số đặc trưng của quá trình
thải, tức là phải xét chung các hiện tượng của quá trình thay đổi môi chất.
Trong động cơ 4 kỳ, quá trình thay đổi môi
chất được thực hiện lúc bắt đầu mở supap thải (điểm
b’, hình 8.13). Từ b’ đến điểm chết dưới (ĐCD) (góc
mở sớm supap thải) nhờ chênh lệch áp suất, sản vật
cháy tự thoát ra đường thải, sau đó piston đi từ ĐCD
lên tới điểm chết trên (ĐCT) để tiếp tục đẩy cưỡng

bức sản vật cháy ra ngoài. Tại ĐCT (điểm r), sản
vật cháy chứa đầy thể tích buồng cháy V
c
với áp
suất P
r
> P
th
tạo ra chênh áp ∆P
r
( ∆P
r
= P
r
- P
th
);
trong đó p
th
là áp suất khí trong ống thải. Chênh áp
∆P
r
phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độ dòng khí qua
supap thải và vào trở lực của bản thân đường thải.
Supap thải thường được đóng sau ĐCT (đóng
muộn) nhằm tăng thêm giá trò “tiết diện – thời gian”
mở cửa thải, đồng thời để tận dụng chênh áp ∆P
r
và
quán tính của dòng khí để tiếp tục thải sạch khí sót ra ngoài.

Quá trình nạp môi chất mới vào xylanh được thực hiện khi piston đi từ ĐCT xuống ĐCD. Lúc
đầu (tại điểm r), do P
r
> P
k
(P
k
– áp suất môi chất mới ở trước supap nạp) và p
r
> P
th
– một phần sản
∆
P
k
ĐCT
r
a
Hình 8.13. Phần đồ thò công của quá trình
thay đổi môi chất trong động cơ 4 kỳ.
P
P
b
/
b
r
o
V
c
V

h
P
th
∆
P
r
P
k
V
a
ĐCD
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
131
vật cháy trong thể tích V
c
vẫn tiếp tục đi ra ống thải; bên trong xylanh, khí sót giãn nở đến điểm r
o
(bằng P
k
) rồi từ đó trở đi, môi chất mới có thể bắt đầu nạp vào xylanh.
Quá trình nạp lệ thuộc rất nhiều vào yếu tố, khiến cho môi chất mới nạp vào xylanh trong
mỗi chu trình nhỏ hơn lượng nạp lý thuyết, được tính bằng số môi chất mới chứa đầy thể tích công tác
V
h
có nhiệt độ T
k
và áp suất P
k
của môi chất mới ở phía trước supap nạp của động cơ Diesel hoặc
phía trước bộ chế hòa khí của động cơ xăng.

Giá trò áp suất P
k
của động cơ 4 kỳ không tăng áp thường nhỏ hơn p
o
, vì khi vào đường ống
nạp thường gặp cản của bình lọc khí. Trong các động cơ tăng áp thì P
k
> p
o
vì trước khi vào động cơ
không khí đã được nén trước trong máy nén tăng áp. Nhiệt độ T
k
cũng có thể khác với nhiệt độ khí
trời T
o
. Do đó đối với động cơ 4 kỳ không tăng áp (cả động cơ xăng và Diesel) đều có:
ook
ppP ∆−=
Trong đó:
o
p∆ – tổn thất áp suất do cản của bình lọc khí và đường ống nạp; và T
k
≈ T
o
Đối với động cơ 4 kỳ tăng áp, P
k
bằng áp suất tăng áp P
s
ở sau máy nén (nếu không có két
làm mát trung gian cho không khí nén). Trường hợp có két làm mát trung gian:

∆−=
ok
pP P
mát
Trong đó: ∆p
mát
– tổn thất áp suất khi qua két làm mát.
Nếu không có két làm mát trung gian, T
k
được xác đònh như sau:
m
1m
o
s
ok
)
p
P
(TT
−
= (8.19)
Nếu có két làm mát trung gian:
∆−=
−
m
1m
o
s
ok
)

p
P
(TT
T
mát
(8.20)
Trong đó: m chỉ số nén đa biến, phụ thuộc vào loại máy nén (
8,16,1m
÷
≈
).
∆T
mát
– chênh lệch nhiệt độ của không khí trước và sau két làm mát.
Lượng môi chất mới nạp vào xylanh trong mỗi chu trình động cơ 4 kỳ phụ thuộc nhiều nhất
vào chênh áp
akk
PPP −=∆
(
a
P - áp suất môi chất trong xylanh cuối quá trình nạp tại a) (hình 8.13).
Suốt quá trình nạp áp suất trong xylanh thấp hơm P
k
, chênh áp ấy tạo nên dòng chảy của môi chất
mới đi vào xylanh qua supap nạp, nó phản ánh trở lực của supap nạp đối với dòng chảy.
Chênh áp giữa đường nạp và môi chất trong xylanh còn được duy trì ở đầu quá trình nén cho
tới khi áp suất trên đường nén đạt tới P
k
do kết quả của việc nén khí. Dựa vào hiện tượng ấy người ta
đã tìm ra các biện pháp nạp thêm môi chất vào xylanh đầu quá trình nén.

IV.1.2. Giới thiệu các thông số của quá trình nạp
1) Áp suất cuối quá trình nạp P
a
Áp suất cuối quá trình nạp P
a
được xác đònh qua quan hệ: P
a
= P
k
– ∆P
k
, tuỳ theo động cơ là
tăng áp hay không tăng áp mà P
k
được xác đònh như đã trình bày ở phần trên.
Nếu dòng chảy của môi chất mới qua supap nạp vào xylanh là dòng chảy dừng không chòu nén
(do áp suất môi chất ít thay đổi trên đường nạp), phương trình Bernoullie viết cho dòng chảy có dạng:
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
132
2
W
.
2
WP
2
WP
2
a
o
2

a
k
'
a
2
k
k
k
ξ++
ρ
=+
ρ
(8.21)
Trong đó: P
k
– áp suất trên đường ống nạp.
ρ
k
– khối lượng riêng của môi chất.
'
a
P – áp suất trong xylanh động cơ tại supap nạp.
W
k
– tốc độ của dòng môi chất trên đường ống nạp (cửa vào của đường nạp).
W
a
– tốc độ dòng môi chất qua supap nạp.
o
ξ - hệ số cản của đường nạp quy dẫn về tốc độ W.

Tốc độ trung bình của môi chất mới đi qua supap nạp W
a
nằm trong phạm vi sau:
- Động cơ Diesel: W
a
= 30 ÷ 70, m/s.
- Động cơ xăng: W
a
= 50 ÷ 80, m/s.
Do W
k
<< W
a
nên có thể bỏ qua W
k
, từ (8.21) ta tìm được:
2
a
k
0
'
akk
W.
2
)1(PPP
ρ
ξ+=−=∆
, N/m
2
(8.22)

Biểu thức (8.22) chỉ rõ : tại mỗi thời điểm, tổn thất áp suất trên đường nạp ∆P
k
tỷ lệ thuận với
tốc độ dòng môi chất qua supap nạp(
2
a
W ) và hệ số cản (
o
ξ ) của hệ thống.
Nhờ phương trình liên tục của dòng chảy sẽ tính được:
kk
p
k
p
ma
f
n
.K
f
F
.
30
Sn
f
F
.CW === (8.23)
Trong đó: C
m
– tốc độ trung bình của piston (m/s);
n – tốc độ trục khuỷu (vòng/phút);

f
k
– tiết diện lưu thông qua supap nạp (m
2
);
S, F
p
– hành trình và diện tích đỉnh piston (m, m
2
).
Thay (8.23) vào (8.22) sẽ được:
2
k
2
1
2
k
2
2
k
ok
f
n
.K
f
n
.K.
2
)1(P =
ρ

ξ+=∆ (8.24)
Biểu thức (8.24) chỉ rằng:
k
P∆ tỷ lệ thuận với
2
o
n).1( ξ+ và tỷ lệ nghòch với f
2
k
.
Đối với động cơ khi đã cho các giá trò của
ko
,ρξ , K
1
, K, f
k
đều là hằng số thì qua (8.24) ta thấy
rõ rằng: n là thông số vận hành duy nhất gây ảnh hưởng chính tới
k
P∆ .
Muốn giảm tổn thất áp suất trên đường ống nạp (
k
P∆ ) phải:
- Giảm
o
ξ bằng cách tạo đường nạp có hình dạng khí động tốt, tiết diện lưu thông lớn và
phương hướng lưu động được thay đổi một cách từ từ, ít chỗ ngoặt.
- Tăng f
k
bằng cách dùng supap có đường kính lớn hoặc dùng nhiều supap cho một xylanh.

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
133
Nếu động cơ có V
h
= const, có thể tăng f
k
bằng cách giảm
D
S
, vì khi
constS.D
4
V
2
h
=
π
= , nếu
giảm
D
S
thì D sẽ tăng nhờ đó sẽ làm tăng f
k
(động cơ dùng supap treo), như vậy có thể dùng hai hoặc
4 supap (hai nạp, hai thải) có đường lớn hơn. Dùng 4 supap sẽ rất có lợi đối với động cơ cao tốc vì
chẳng những làm tăng f
k
mà còn giảm bớt khối lượng của supap, qua đó giảm lực quán tính và nâng
cao độ tin cậy của cơ cấu phân phối khí.
Tỷ số

k
p
f.i
F
(với i là số supap trên một xylanh) phụ thuộc tốc độ trung bình C
m
của piston và
nằm trong giới hạn sau:
Loại động cơ C
m
(m/s) F
p
/i.f
k
- Động cơ thấp tốc < 6 12 ÷ 8
- Động cơ tốc độ trung bình 6 ÷ 9 9÷ 6
- Động cơ cao tốc > 9 6 ÷ 4,5
Đối với động cơ xăng, người ta dùng bướm
ga thay đổi moment động cơ. Mỗi vò trí bướm ga
tương ứng với một giá trò
o
ξ . Khi chạy ở tải nhỏ,
bướm ga đóng kín làm tăng
o
ξ , do đó
k
P∆ cũng
tăng theo (hình 8.20).
Khi tính toán nhiệt, áp suất P
a

được xác đònh
nhờ số liệu thực nghiệm với động cơ 4 kỳ như sau:
-
Không tăng áp: P
a
= (0,8 ÷ 0,9).P
k
- Tăng áp: P
a
= (0,9 ÷ 0,96).P
k
2) Lượng khí sót
Cuối quá trình thải, trong xylanh còn lưu lại một ít sản vật cháy, được gọi là khí sót. Trong quá
trình nạp số khí sót trên sẽ giãn nở, chiếm chỗ trong xylanh và trộn với khí nạp mới làm giảm lượng
khí nạp mới.
Nếu gọi M
r
và M
1
là số lượng khí sót và số lượng môi chất khi đốt 1 kg nhiên liệu; m
r
và m
1
là
số lượng khí sót và số lượng môi chất mới của mỗi chu trình thì hệ số khí sót
r
γ là:
1ct
rct
1

r
r
M.g
M.g
m
m
==γ
Trong đó: g
ct
– lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình (kg/chu trình).
Ở động cơ 4 kỳ không tăng áp, góc trùng điệp thường không quá
o
4030÷ góc quay trục khuỷu
và thường không quét buồng cháy nên có thể cho rằng: tại điểm r (cuối kỳ thải) (hình 8.13) khí sót
chiếm toàn bộ thể tích V
c
với áp suất P
r
và nhiệt độ T
r
sẽ có:
r
cr
r
RT
VP
m = (8.25)
Trong đó: P
r
, T

r
– áp suất và nhiệt độ khí sót ở thể tích V
c
;
Hình 8.14. ẢÛnh hưởng của tiết lưu tới
đường nạp trên đồ thò công.
Đóng bướm tiết lưu
Mở bướm tiết lưu
P
V
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
134
R – hằng số một kmol khí;
1
V
V
h
c
−ε
= – thể tích buồng cháy;
V
h
– thể tích công tác của xylanh.
Áp suất khí sót P
r
được xác đònh bằng thực nghiệm theo áp suất của môi trường thải P
th
. Nếu
thải ra ngoài trời thì P
th

= p
o
. Nếu trên đường thải có bình tiêu âm hoặc lắp tua bin tăng áp thì P
th
> p
o
.
Tương tự áp suất cuối quá trình nạp P
a
, áp suất P
r
được xác đònh qua biểu thức sau :
rthr
PPP ∆+=
Trong đó:
2
th
2
2r
f
n
.KP =∆ (8.26)
f
th
– tiết diện lưu thông qua supap thải.
K
2
– hệ số phụ thuộc hệ số cản của đường thải và mật độ khí thải.
Nhiệt độ T
r

phụ thuộc thành phần của hòa khí, mức độ giãn nở của sản vật cháy, trao đổi nhiệt
của sản vật cháy và thành xylanh trong quá trình giãn nở và thải.
- Trong động cơ xăng thành phần hòa khí ít thay đổi nên giảm tải, T
r
giảm ít.
- Động cơ Diesel thay đổi tải được thực hiện trực tiếp qua thành phần hòa khí, vì vậy khi
giảm tải T
r
giảm nhiều, và do có
ε
rất lớn làm cho sản vật cháy được giãn nở tương đối
triệt để, nên T
r
của động cơ Diesel thấp hơn nhiều so với động cơ xăng (thấp hơn khoảng
200 ÷ 300
o
C).
Thể tích
1
V
V
h
c
−ε
= phụ thuộc tỷ số nén
ε
; V
c
sẽ giảm khi tăng
ε

, qua (8.25) ta thấy tăng
ε
sẽ
làm giảm m
r
.
Số kmol môi chất mới m
1
được xác đònh theo điều kiện nạp và phương pháp điều chỉnh tải của
động cơ. Ở động cơ xăng, giảm tải được thực hiện nhờ đóng nhỏ bướm ga, vì vậy sẽ làm giảm số
lượng môi chất mới vào trong xylanh mỗi chu trình m
1
, đối với động cơ Diesel sử dụng phương pháp
điều chỉnh công suất nhờ tăng hoặc giảm g
ct
vì vậy khi giảm tải, m
1
thường hơi tăng. Khi tăng áp đều
làm tăng m
1
của động cơ xăng và động cơ Diesel.
Từ kết quả phân tích trên, có thể rút ra một số nhận xét về hệ số khí sót:
-
r
γ của động cơ xăng lớn hơn động cơ Diesel (vì động cơ Diesel có
ε
lớn) ;
- Khi giảm tải,
r
γ của động cơ xăng tăng còn

r
γ của động cơ Diesel trên thực tế không đổi;
- Khi tăng áp,
r
γ của động cơ xăng và động cơ Diesel đều giảm.
Hệ số khí sót
r
γ
của động cơ 4 kỳ nằm trong phạm vi sau:
- Động cơ xăng và máy ga không tăng áp:
10,006,0
r
÷=γ
;
- Động cơ Diesel không tăng áp:
06,003,0
r
÷=γ
.
Để tính
r
γ
có thể chọn P
r
và T
r
theo các số liệu kinh nghiệm sau :
Ở động cơ 4 kỳ không tăng áp và trên đường thải không lắp bình tiêu âm, bình chứa khí thải,
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
135

thì P
r
phụ thuộc vào tốc độ quay n của trục khuỷu và nằm trong giới hạn sau (tại N
e
thiết kế):
- Động cơ có tốc độ thấp:
or
p)06,103,1(P ÷= ;
- Động cơ cao tốc:
or
p)1,105,1(P ÷= .
Trong trường hợp động cơ tăng áp tua bin khí hoặc động cơ không tăng áp có lắp bình tiêu âm
trên ống xả thải thay p
o
của hai công thức trên bằng P
th
. Động cơ tăng áp P
th
được xác đònh riêng, đối
với trường hợp lắp bình tiêu âm lấy
oth
p)04,102,1(P ÷= .
Nhiệt độ T
r
của từng loại động cơ, nằm trong phạm vi sau :
- Động cơ xăng: K1000900T
o
r
÷= ;
- Động cơ Diesel: K900700T

o
r
÷= ;
- Máy ga: K1000750T
o
r
÷= .
Người ta còn dùng biện pháp quét buồng cháy để giảm
r
γ của động cơ 4 kỳ bằng cách tăng
góc trùng điệp của các supap nạp và thải.
Hệ số khí sót
r
γ của động cơ 2 kỳ phụ thuộc vào chất lượng của các quá trình thải và quét khí
và thường thay đổi trong phạm vi rất rộng, tùy thuộc vào hệ thống quét thải cụ thể:
- Quét vòng :
25,008,0
r
÷=γ
;
- Quét thẳng :
15,006,0
r
÷=γ
;
- Quét buồng cháy bằng khí nén của cácte :
40,025,0
r
÷=γ
.

- Đối với động cơ 2 kỳ người ta còn dùng hệ số thải sạch
s
η để đánh giá chất lượng quét và
thải của động cơ:
rr1
1
r1
1
s
1
1
MM
M
mm
m
γ+
=
+
=
+
=η
3) Nhiệt độ sấy nóng môi chất mới ∆T
Đi trên đường nạp vào xylanh, môi chất mới tiếp xúc với các bề mặt nóng của động cơ, được
sấy nóng và tăng nhiệt độ lên một gia số ∆T.
Giá trò của ∆T phụ thuộc vào tốc độ lưu động, thời gian tiếp xúc với bề mặt nóng và chênh
lệch nhiệt độ của môi chất mới với vật nóng. Nếu nhiệt độ của môi chất mới tăng sẽ làm giảm mật
độ và làm giảm khối lượng môi chất mới nạp vào động cơ. Vì vậy trong động cơ xăng, số nhiệt lượng
cần thiết để sấy nóng môi chất mới chỉ nhằm làm cho xăng dễ bay hơi trên đường nạp, nếu quá mức
này sẽ làm giảm lượng môi chất mới nạp vào động cơ. Gia số ∆T của môi chất mới được tính như sau:
∆T = ∆T

t
– ∆T
b.h
(8.27)
Trong đó:
t
T∆ – mức tăng nhiệt độ môi chất mới do sự truyền nhiệt từ các bề mặt nóng;
h.b
T∆ – mức giảm nhiệt của môi chất mới do bay hơi của nhiên liệu, động cơ
Diesel
0T
h.b
=∆
.
Nhiệt độ sấy nóng môi chất mới ∆T được xác đònh theo số liệu thực nghiệm sau:
- Đối với động cơ Diesel: C4020T
o
÷=∆
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
136
- Đối với động cơ xăng: C200T
o
÷=∆
Động cơ Diesel và động cơ xăng tăng áp không làm mát trung gian cho khí nén,
T
∆
thường
rất nhỏ vì chênh lệch nhiệt ít. Nếu T
s
(nhiệt độ môi chất sau máy nén) lớn hơn nhiệt độ vách thì môi

chất mới được làm mát và
T
∆
< 0.
4) Nhiệt độ môi chất cuối quá trình nạp T
a
Nhiệt độ môi chất cuối quá trình nạp T
a
lớn hơn T
k
và nhỏ hơn T
r
là do kết quả của việc truyền
nhiệt từ các bề mặt nóng tới môi chất mới khi tiếp xúc và việc hòa trộn của môi chất mới với khí sót
có nhiệt độ hơn. Các quá trình xảy ra riêng lẻ trên đường nạp hoặc đồng thời trong xylanh động cơ.
Có thể xác đònh T
a
(tại điểm a, hình 8.13) nhờ phương trình cân bằng nhiệt của khí nạp mới và khí sót
trước và sau khi hòa trộn thực hiện ở điều kiện đẳng áp P
a
và khi khí sót giãn nở từ áp suất P
r
xuống
P
a
nhiệt độ khí sót T
r
không thay đổi. Ta có:
ar1
p

,
rr
p
,,
k1p
T)mm(mCT.m.mC)TT(m.mC +=+∆+ (8.28)
Thay m
1
= g
ct
.M
1
và m
r
= g
ct
.M
r
sau khi giản lược g
ct
được:
ar1
p
,
rr
p
,,
K1p
T)MM(mCT.M.mC)TT(M.mC +=+∆+ (8.29)
Trong đó:

p
mC ,
p
,,
mC ,
p
,
mC – tỷû nhiệt mol đẳng áp của môi chất mới, khí sót và môi chất
công tác tại điểm a.
T
k
– nhiệt độ môi chất mới phía trước supap nạp.
∆T – số gia về nhiệt độ môi chất do truyền nhiệt.
T
r
– nhiệt độ khí sót.
Các tỷ nhiệt đẳng áp là hàm của nhiệt độ và thành phần của mỗi loại khí. Giữa
p
mC và
p
,
mC
không khác nhau nhiều, vì nhiệt độ và thành phần của môi chất công tác gần giống nhiệt độ và thành
phần của môi chất mới, nên có thể giả thiết
p
mC =
p
,
mC . Nhưng
p

,,
mC khác xa
p
mC vì T
r
>> T
o
và
thành phần khí sót khác xa so với môi chất mới.
Gọi
p
p
,,
t
mC
mC
=λ
là hệ số hiệu đính tỷ nhiệt, ta được :
pt
p
,,
mC.mC λ=
t
λ phụ thuộc vào
α
và nhiệt độ 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 lược
p
mC , chia hai vế của biểu
thức cho M
1
và thay
r
1
r
M
M
γ= sẽ được:
r

rrtk
a
1
T TT
T
γ+
γλ+∆+
= (8.30)
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
137
Nếu lấy 1
t
=λ , sai số tính T
a
thường không lớn, ta có:
r
rrk
a
1
T.TT
T
γ+
γ+∆+
= (8.31)
Các công thức (8.30) và (8.31) đúng cho cả động cơ 2 kỳ và 4 kỳ. Biến động của T
a
trong
phạm vi sau:
Đối với động cơ 4 kỳ không tăng áp: K350310T
o

a
÷=
Đối với động cơ 4 kỳ tăng áp và động cơ 2 kỳ: K400320T
o
a
÷= .
Ảnh hưởng của
r
γ và
T
∆
tới nhiệt độ T
a
được thể hiện trên (hình 8.15 và 8.16). Qua hai đồ thò
trên thấy rõ, tăng
r
γ và
T
∆
đều làm tăng T
a
và do
đó làm giảm mật độ môi chất mới nạp vào xylanh.
5) Hệ số nạp η
v
Hệ số nạp η
v
là tỷ số giữa lượng môi chất mới thực tế nạp vào xylanh ở đầu quá trình nén khi
đã đóng các cửa nạp và cửa thải m
1

(kmol) hoặc G
k
(kg) so với lượng môi chất lý thuyết M
h
có thể
nạp đầy vào thể tích công tác của xylanh V
h
ở điều kiện áp suất và nhiệt độ môi chất phía trước
supap nạp (P
k
và T
k
). Môi chất mới của động cơ Diesel là không khí, của động cơ xăng là hòa khí do
không khí và hơi xăng tạo thành.
Với các loại động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng hình thành hòa khí bên ngoài, khi tính η
v
nếu
dùng không khí thay cho hòa khí thì kết quả tính không có sai số lớn. Vì vậy, các loại động cơ dùng
nhiên liệu lỏng hệ số nạp η
v
đều được xác đònh theo không khí. Từ đònh nghóa về hệ số nạp, ta có:
h
k
hk
k
h
1ct
v
V
V

V.
G
M
M.g
=
γ
==η (8.32)
Trong đó: g
ct
– lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình (kg/chu trình).
M
1
– lượng môi chất thực tế vào xylanh để đốt 1kg nhiên liệu
(kmol/kg nhiên liệu).
V
k
– thể tích khí nạp mới chứa trong xylanh, quy về điều kiện P
k
và T
k
(m
3
).
Hình 8.15. Ảnh hưởng của hệ số khí sót
γ
r
tới nhiệt độ T
a
1 – T
K

= 288
o
K; ∆T = 15
o
C và T
r
= 1000
o
K
2 – T
K
= 288
o
K; ∆T = 40
o
C và T
r
= 800
o
K
γ
r
0,2
0,1
300
340
380
T
a
(

o
K)
2
1
∆
T (
o
K)
0
10
20
30
40
320
340
360
T
a
(
o
K)
Hình 8.16.
Ảnh hưởng của ∆T tới nhiệt
độ T
a
,
khi T = 288
o
K,
γ

= 0,06 và T = 1.000
o
K.
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
138
G
k
– khối lượng không khí nạp vào xylanh mỗi chu trình (kg/chu trình).
Với động cơ 2 kỳ, ngoài hệ số nạp η
v
tính cho toàn bộ thể tích công tác V
h
, còn có hệ số nạp
η’
v
tính cho thể tích V
h
của hành trình có ích.
h
,
k
h
,
k
k
h
,
1ct
'
v

V
V
V.
G
M
M.g
=
γ
==η (8.33)
Trong động cơ 2 kỳ gọi η
v
là hệ số nạp lý thuyết còn η’
v
là hệ số nạp thực tế. Quan hệ giữa η
v
và η’
v
như sau:
)1()1(V
V
V
V
v
h
k
,
h
k
'
v

ψ−
η
=
ψ−
==η
Từ đó:
,
vv
).1( ηψ−=η (8.34)
Trong đó:
ψ
– phần tổn thất hành trình của piston dùng để thay đổi môi chất, phụ thuộc vào
sơ đồ quét – thải. Với hệ thống quét thẳng qua supap: 14,012,0
÷
=
ψ
; với hệ thống quét thẳng qua
cửa thải
25,0
≈
ψ
.
Động cơ tăng áp cũng giống như động cơ 2 kỳ luôn luôn có một phần môi chất mới tổn hao
cho quét khí không tham gia các quá trình nén và cháy – giãn nở. Người ta dùng hệ số quét khí
q
η để
đánh giá tổn thất trên :
1
q
k

q
q
M
M
G
G
==η (8.35)
Trong đó : G
q
và M
q
– lượng không khí quét đi qua cửa quét (kg hoặc mol) ;
G
k
và M
1
– lượng không khí quét còn lưu lại trong xylanh khi nén.
Động cơ 4 kỳ nếu góc trùng điệp không quá
o
5040÷ góc quay trục khuỷu thì
q
η = 1.
Phương trình tổng quát của hệ số nạp
Theo đònh nghóa về hệ số nạp ta có:
hv1ct
M.M.g η=
Nhờ phương trình trạng thái, xác đònh được lượng môi chất lý thuyết M
h
chứa đầy thể tích V
h

có áp suất và nhiệt độ là P
k
, T
k
:
k
hk
h
T8314
V.P
M =
Do đó :
v
k
hk
1ct
.
T8314
V.P
M.g η= (8.36)
Trong đó đơn vò của các thông số: P
k
(N/m
2
); V
h
(m
3
); T
k

(
o
K) và R = 8314 (kJ/kmol.độ).
Lượng môi chất mới g
ct
M
1
được chia làm hai phần:
- Phần thứ nhất g
ct
.M
1a
được nạp từ đầu cho đến khi piston tới ĐCD (điểm a).
- Phần thứ hai g
ct
(M
1
+ M
1a
) là phần nạp thêm tính từ điểm a đến khi đóng supap nạp (trên
động cơ 4 kỳ).
Phần thứ nhất g
ct
M
1
cùng với lượng khí sót của chu trình g
ct
M
r
tạo nên M

a
với áp suất và nhiệt
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
139
độ là P
a
, T
a
và thể tích V
a
:
a
aa
ra1cta
T.8314
V.P
)MM(gM =+=
(8.37)
Sau khi nạp thêm lượng môi chất trong xylanh sẽ là : )M.gM.g(
rct1ct
= .
Nếu gọi:
1
ra1ct
r1ct
)MM(g
)MM(g
λ=
+
+

là hệ số nạp thêm, ta sẽ có:
)MM(g)MM(g
ra1ct1r1ct
+λ=+
(8.38)
Trò số
1
λ đối với các động cơ nằm trong khoảng 07,102,1
÷
. Thay (8.37) vào (8.38), rồi nhân
và chia hai vế cho M
1
sẽ được:
a
aa
1r1ct
T.8314
V.P
)1(Mg λ=γ+ (8.39)
Thay (8.36) vào (8.39), sau đó thay:
1
V
1
V
VVVV
h
h
hcha
−ε
ε

=
−ε
+=+= ; sau khi giản lược V
h
rồi chỉnh lý sẽ được:
)1(T
T
.
P
P
.
1
ra
k
k
a
1v
γ+−ε
ε
λ=η (8.40)
Thay giá trò )1(T
ra
γ+ của biểu thức (8.39) và (8.40), sẽ được:
rrtk
k
k
a
1v
T TT
T

.
P
P
.
1 γλ+∆+−ε
ε
λ=η (8.41)
Các biểu thức (8.40) và (8.41) là phương trình tổng quát của hệ số nạp dùng chung cho các
loại động cơ 4 kỳ, 2 kỳ và cho cả động cơ xăng cũng như động cơ Diesel.
Đối với động cơ 2 kỳ hệ số nạp η’
v
tính cho hành trình có ích của piston sẽ có dạng:
)1(T
T
.
P
P
.
1
ra
k
k
a
,
,
1
'
v
γ+
−ε

ε
λ=η (8.42)
hoặc:
rrtk
k
k
a
,
,
1
.
v
T TT
T
.
P
P
.
1
γλ+∆+
−ε
ε
λ=η (8.43)
Trong đó:
c
c
h
,
,
V

VV +
=ε – tỷ số nén thực tế của động cơ 2 kỳ.
Phương trình hệ số nạp và hệ số khí sót của động cơ 4 kỳ
Muốn tính nhiệt độ T
a
của động cơ 4 kỳ cũng như 2 kỳ có thể dùng biểu thức (8.30), trong đó
nhiệt độ T
r
tương ứng với áp suất P
r
. Nhưng trong động cơ 4 kỳ việc hòa trộn giữa môi chất mới và
khí sót được thực hiện trong điều kiện đẳng áp, sau khi khí sót đã từ áp suất P
r
giãn nở tới P
a
. Như vậy
khi hòa trộn nhiệt độ khí sót là T
’
r
chứ không còn là T
r
nữa :
m
1m
r
a
r
'
r
)

P
P
(TT
−
= (trong đó : m – chỉ số
giãn nở đa biến của khí sót
5,145,1m
÷
≈
). Như vậy trong động cơ 4 kỳ để chính xác hơn khi tính ta
phải dùng T
’
r
thay cho T
r
, do đó ta có:
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
140
r
r
,
rtk
a
1
T TT
T
γ+
γλ+∆+
= (8.44)
Thay giá trò

,
r
T vào (8.44) sẽ được:
r
m
1m
r
a
rrtk
a
1
)
P
P
(T TT
T
γ+
γλ+∆+
=
−
(8.45)
Lấy giá trò )1(T
ra
γ+ của (8.44) và (8.45) thay vào (8.40), sẽ được :
r
,
rtk
k
k
a

1v
T TT
T
.
P
P
.
1
γλ+∆+
−ε
ε
λ=η (8.46)
hoặc:
m
1m
r
a
rrtk
k
k
a
1v
)
P
P
(T TT
T
.
P
P

.
1
−
γλ+∆+
−ε
ε
λ=η (8.47)
Trong động cơ 4 kỳ nếu không xét góc đóng muộn supap và cho rằng supap xả được đóng tại
ĐCT và supap nạp sẽ được mở tại thời điểm cân bằng giữa áp suất trong xylanh và áp suất P
k
, thì khí
sót của chu trình (g
ct
.M
r
) sẽ chứa đầy thể tích V
c
ở trạng thái áp suất P
r
và nhiệt độ T
r
, do đó:
)1(T8314
VP
T8314
VP
M.g
r
hr
r

cr
rct
−ε
== (8.48)
Chia (8.48) cho (8.36) sẽ được
r
γ :
r
k
k
r
v
r
T
T
.
P
P
.
)1(
1
η−ε
=γ (8.49)
Trên thực tế, động cơ 4 kỳ đều có góc trùng điệp nhằm sử dụng hiệu ứng động về dao động áp
suất trên đường nạp và đường thải để thực hiện quét buồng cháy. Nếu gọi g
ct
.M
’
r
là lượng khí sót thực

tế còn lại trong xylanh trong mỗi chu trình và
2
λ là hệ số quét buồng cháy thì:
rct
,
rct
2
M.g
M.g
=λ
Từ đó tìm được:
)1.(T.8314
V.P.
M.g.M.g
r
hr2
rct2
,
rct
−ε
λ
=λ= (8.50)
Trường hợp không quét buồng cháy thì
1
2
=λ
, trường hợp có quét buồng cháy thì
1
2
<λ

và
khi quét sạch buồng cháy 0
2
=λ . Động cơ tăng áp hầu hết đều thực hiện quét buồng cháy ở mức độ
nhất đònh.
Chia (8.50) cho (8.36) sẽ được
r
γ khi quét buồng cháy:
r
k
k
r
v
2
r
T
T
.
P
P
.
)1( η−ε
λ
=γ (8.51)
Thay (8.51) vào (8.47) sẽ được :
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
141
])
P
P

(
P
P
.
P
P
.[
TT
T
.
1
1
m
1m
r
a
k
r
2t
k
a1
k
k
v
−
λλ−
λ
ε
∆+−ε
=η

(8.52)
hoặc:
])
P
P
( [
P
P
.
TT
T
.
1
1
m
1
r
a
2t1
k
a
k
k
v
λλ−λε
∆+−ε
=η (8.53)
Thay (8.53) vào sẽ tìm được
r
γ của động cơ 4 kỳ:

m
1
r
a
2t1
a
r
r
k2
r
)
P
P
(
1
.
P
P
.
T
)TT(
λλ−λε
∆+λ
=γ
(8.54)
Trong trường hợp quét buồng cháy, không có nạp thêm, không để ý đến giãn nở của khí sót từ
P
c
xuống P
a

, và coi tỷ nhiệt của khí sót cũng bằng tỷ nhiệt của môi chất mới, lúc ấy:
1m
t12
==λ=λ=λ và các phương trình (8.53) và (8.54) trở thành:
)
P
P
P
P
.(
TT
T
.
1
1
k
r
k
a
k
k
v
−ε
∆+−ε
=η (8.55)
và
ra
r
r
k

r
PP
P
.
T
TT
−ε
∆+
=γ (8.56)
Các phương trình (8.55) và (8.56) là những công thức để xác đònh
v
η và
r
γ của động cơ 4 kỳ.
Hệ số khí sót của động cơ 2 kỳ
r
γ không thể xác đòng bằng phương pháp giải tích vì không có
cơ sở tính lượng khí sót còn lưu lại trong mỗi chu trình. Do đó người ta xác đònh
r
γ của động cơ 2 kỳ
bằng thực nghiệm.
IV.1.3. Phân tích những yếu tố ảnh hưởng của quá trình nạp, thải
Qua các công thức xác đònh hệ số nạp và đặc biệt là công thức (8.55) chỉ rằng, có rất nhiều
yếu tố làm ảnh hưởng đến hệ số nạp η
v
gồm có: tỷ số nén ε; áp suất cuối quá trình nạp P
a
và nhiệt độ
của môi chất cuối quá trình nạp T
a

; nhiệt độ sấy nóng môi chất mới ∆T; hệ số khí sót γ
r
; nhiệt độ T
r
và áp suất P
r
của khí sót,
Những thông số có mối quan hệ qua lại mật thiết với nhau và phụ thuộc vào các yếu tố khác
nhau. Vì vậy song song với việc phân tích ảnh hưởng của từng thông số riêng biệt cần phải thấy rõ
ảnh hưởng tổng hợp của chúng tới hệ số nạp η
v
theo từng chế độ làm việc và đặc điểm cụ thể của
động cơ.
1) Tỷ số nén ε
Ảnh hưởng của tỷ số nén ε tới hệ số nạp η
v
được thể hiện ở công thức ở (8.46) và (8.47) qua tỷ
số
1
−ε
ε
, theo quan hệ tỷ lệ thuận.
- Khi tăng
ε
sẽ làm giảm
1
−ε
ε
và qua đó làm giảm
v

η (trường hợp có quét buồng cháy).
Kết luận trên chỉ dựa vào mặt toán học thuần túy và chỉ đúng với trường hợp
r
γ = 0, tức là sử
dụng góc trùng điệp của các supap thải và nạp để quét sạch buồng cháy.
- Khi tăng
ε
sẽ làm cho
v
η có xu hướng tăng (trong trường hợp không quét buồng cháy).
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
142
Bởi vì, khi giảm
ε
sẽ làm tăng thể tích V
c
(thể tích chứa khí sót), vì vậy theo (8.48) lượng khí
sót (g
ct
.M
r
) sẽ tăng, qua đó tăng
r
γ và làm tăng tích số (
r
γ .T
r
). Thực tế chỉ ra rằng ảnh hưởng của
ε
tới (

r
γ .T
r
) còn mạnh hơn ảnh hưởng của
ε
tới
1
−ε
ε
, nên ta có trường hợp thứ hai.
- Ngoài ra, khi tăng
ε
sẽ làm sản vật cháy được giãn nở triệt để khiến nhiệt độ thành xylanh
thất hơn, kết quả sẽ làm giảm chút ít giá trò
T
∆
dẫn đến có lợi cho hệ số nạp
v
η .
2) Áp suất cuối quá trình nạp
Áp suất cuối quá trình nạp P
a
gây ảnh hưởng trực tiếp tới
v
η . Muốn tăng P
a
để tăng hệ số nạp
cần giảm tổn thất
k
P∆ nhờ giảm

k
p
f.i
F
và giảm cản cho đường nạp (bằng cách phân bố hợp lý các
supap, dùng đường ống nạp lớn, ít xảy ra tổn thất cục
bộ, ). Trong động cơ 4 kỳ
v
η tỷ lệ thuận với
)
P
P
P
P
(
r
k
k
a
−ε (8.55). Vì vậy, trong điều kiện bò hạn chế
về vò trí đặt các supap cần ưu tiên mở rộng tiết diện lưu
thông của supap nạp, mặc dù phải thu nhỏ tiết diện lưu
thông của supap xả. Trong trường hợp ấy cả hai tỷ số :
k
a
P
P
và
k
r

P
P
đều tăng nhưng
k
r
P
P
chỉ tăng 1 lần còn
k
a
P
P
tăng
ε
lần.
Vì vậy khi tăng )
P
P
P
P
.(
k
r
k
a
−ε , dẫn đến
v
η tăng.
Áp suất cuối quá trình nạp P
a

của động cơ 2 kỳ phụ thuộc vào áp suất trên đường ống nạp P
k
,
trở lực của hệ thống quét và thải, góc phối khí của hệ thống.
Hình 8.17 giới thiệu mối quan hệ giữa hệ số nạp η
v
và tốc độ dòng khí qua supap nạp W,
)W(f
v
=η . Khi tăng tốc độ dòng khí W qua supap nạp sẽ làm giảm
v
η , đường giới hạn phía trên của
động cơ Diesel còn đường dưới của động cơ xăng.
3) Nhiệt độ và áp suất trước supap nạp T
k
, P
k
Tăng T
k
làm giảm chênh lệch nhiệt độ giữa thành xylanh và môi chất qua đó làm giảm
T
∆
nên
v
η tăng.
Nếu tăng P
k
tức là làm cho khí sót bò nén bởi P
k
, đồng thời do môi chất mới vào nhiều nên

được sấy nóng ít hơn (
12
TT ∆<∆ ), kết quả là khi tăng P
k
thì
v
η sẽ tăng.
4) Áp suất khí sót P
r
Nếu T
r
không đổi, khi tăng P
r
sẽ làm tăng lượng khí sót chứa trong thể tích V
c
(g
ct
.M
r
), nên khi
piston đi từ ĐCT xuống một phần hành trình của piston sẽ dành cho giãn nở của khí sót, khiến môi
chất mới đi vào xylanh muộn hơn gây giảm hành trình hút và giảm lượng môi chất mới của chu trình
g
ct
.M
1
, do đó nó làm tăng hệ số khí sót
r
γ và giảm hệ số nạp
v

η .
Trong trường hợp tăng P
r
, do giảm bớt tiết diện lưu thông của supap xả để tăng cho supap nạp,
Hình 8.17. Ảnh hưởng của tốc độ dòng
khí W qua supap nạp tới hệ số nạp
η
v
η
v
0,8
0,7
0,6
70
90
110
130
W, m/s
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
143
trong trường hợp này cũng làm tăng P
a
do vậy
v
η tăng.
Nếu tăng P
r
do lắp bình tiêu âm hoặc một thiết bò cản nào đó trên đường thải (hình 8.18) và
không quét buồng cháy sẽ đưa đến:
- Làm tăng công tiêu hao để đẩy khí thải ra khỏi xylanh;

- Làm tăng hệ số khí sót
r
γ do
tăng lượng khí sót chứa trong
thể tích V
c
và làm giảm lượng
môi chất mới nạp vào xylanh
(do tăng hành trình giãn nở của
khí sót và tăng nhiệt độ T
a
).
- Làm giảm hệ số nạp
v
η .
- Mức ảnh hưởng của P
r
tới
v
η
còn phụ thuộc vào tỷ số nén
ε
.
Nếu tỷ số nén
ε
lớn, ảnh
hưởng của P
r
tới
v

η sẽ ít hơn.
5) Nhiệt độ khí sót
Từ phương trình (8.41) thấy rằng tích số
rrt
T γλ sẽ gây ảnh hưởng tới hệ số nạp
v
η . Nếu tăng
T
r
khi
α
không thay đổi thì const
t
=λ ,
r
γ giảm và làm T
a
tăng thì trong điều kiện này không gây
ảnh hưởng đến
v
η . Bởi vì khi trộn lẫn môi chất mới với khí sót sẽ làm giảm mạnh thể tích khí sót (do
nhiệt độ khí sót sẽ giảm nhiều khi trộn với môi chất mới), nhường thêm thể tích cho môi chất mới đi
vào. Phần tăng thể tích của môi chất mới đủ bù trừ phần giảm của nó do tăng nhiệt độ T
a
gây ra.
6) Nhiệt độ sấy nóng đối với môi chất mới ∆T
Ảnh hưởng của
T
∆
đối với

v
η được thể hiện
qua biểu thức (8.41) và đồ thò (hình 8.19). Đồ thò được
xây dựng với T
k
= 288
o
K và P
k
= 0,1 (MN/m
2
). Qua
đồ thò ta thấy
T
∆
tăng sẽ làm giảm
v
η . Vì vậy động
cơ Diesel đã hạn chế giá trò của
T
∆
bằng cách bố trí
đường nạp ở khu vực nhiệt độ thấp cách ly với hệ
thống đường thải và nước nóng. Riêng trường hợp
động cơ hoạt động ở những vùng lạnh, người ta trang
bò thêm thiết bò sấy nóng đường nạp nhằm mục đích
duy nhất là giúp động cơ dễ nổ khi khởi động, sau đó
tắt thiết bò sấy nóng.
Ở trường hợp động cơ xăng hình thành hòa khí
bên ngoài, cần sấy nóng đường nạp để xăng dễ bay

hơi, sau đó hòa trộn với không khí hình thành hòa khí
đi vào động cơ. Vì vậy đường thải hoặc đường nước
nóng thường cuốn lấy đường nạp để cấp nhiệt giúp
xăng dễ bay hơi. Nhưng nếu cấp nhiệt quá mức làm tăng
T
∆
sẽ gây ảnh hưởng xấu tới
v
η
.
Hình 8.18. Ảnh hưởng của bình tiêu âm trên ống thải
đến áp suất khí sót P
r
và áp suất trên đường thải P
th
V
c
V
P
r
/
r
P
th1
P
th2
P
k
Có lắp bộ tiêu âm
Hình 8.19. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy

nóng khí nạp mới
∆
T tới hệ số nạp
η
v
1 – Động cơ Diesel có
(
ε
= 17, p = 0,12 Mpa, P
a
= 0,08 MPa).
2 – Động cơ xăng có
(
ε
= 7, p = 0,125 Mpa, P
a
= 0,085 MPa)
η
v
0,8
0,7
0,6
0
20
40
∆
T (
o
K)