Bài thuyết trình trao đổi khí của động cơ diesel tàu thủy loại động cơ 4 thì

ĐẶT VẤN ĐỀ
Như chúng ta đả biết, hoạt động của ĐCĐT có tính chu kỳ, tức là có các chu trình công tác kế tiếp nhau. Để thực hiện được chu trình công tác tiếp
theo phải xả hết khí thải ra ngoài không gian công tác và nạp khí mới vào đó.
Quá trình nạp khí mới và thải khí thải có liên quan mật thiết với nhau và được gọi chung là quá trình nạp xả. Hay quá trình thay đổi khí hoặc quá trình
trao đổi khí .
Do sự thay đổi tiết diện khí lưu thông và vận tốc của piston cũng như ảnh hưởng của hàng loạt hiện tượng khí động khác nên áp suất của MCCT trong
xylanh biến đổi rất phức tạp
Sau đây nhóm VI sẽ trình bày vấn đề trao đổi khí của động cơ Diesel tàu thủy , loại động cơ 4 thì.


* Sơ đồ hệ thống nạp xả

Sơ đồ hệ thống nạp xả
K,X-ống góp khí nạp,thải
T-tuabin khí thải
N-máy nén khí
LM- thiết bị làm mát


Quá trình nạp xả ơ động cơ 4 kỳ không tăng áp và động cơ 4 kỳ tăng áp


Ảnh hưởng của các hiện tượng khí động bên ngoài


1. Áp suất khí nạp

Địnhnghĩa:
Ápsuấtkhínạp(pk)
làápsuấtđượcxácđịnhtạikhônggianchứakhínạptrướckhivàokhônggiancôngtáccủaxylanh(trướcxu
papnạpđốivớiđộngcơ 4 kỳ).

Côngthức :
pk= p0-p0Động cơ 4 kỳkhôngtăngáp
pk= ps-pmĐôngcơtăngápvà 2 kỳ


Áp suất khí nạp


Trongđó:p -ápsuấtkhíquyển
o

ps -ápsuấtnénkhínạp
tổn thấtápsuất do lựccảncủalọckhívàđườngốngnạp
tổnthấtápsuất do lựccảncủathiếtbịlàmmátkhítăngáp.

Trịsốpophụthuộcvàođặcđiểmcấutạo,chấtlượngchếtạo,tình
trạngkỹthuậtcủalọckhívàđườngốngáp.
Trịsốphụthuộcchủyếuvàođạcđiểmcấutạocủathiếtbịlàmmát
Ápsuấtpsđượcquyếtđịnhbởiphươngpháptăngápvàmứccườnghóađộngcơ.


2. Nhiệt độ khí nạp (Tk)
Định nghĩa :
Nhiệt độ khí nạp(Tk ) là nhiệt độ được xác định tại không gian chứa khí nạp trước khi vào
không gian công tác của xylanh
Công thức:


Áp suất khí nạp
Trong đó: p0 và T0 áp suất và nhiệt độ khí quyển:

ps áp suất khí nạp sau khi nén
m-chỉ số nén đa biến:
∆Tm -mức độ làm mát khí tăng áp.
Chỉ số đa biến trong máy tăng áp(m) phụ thuộc vào loại máy nén.mức hạ nhiệt độ khi qua thiết
bị làm mát khi tăng áp (∆Tm ) phụ thuộc vào mức độ tăng áp,thiết bị và phương pháp làm mát khi
tăng áp.


Chỉ số nén đa biến
0
0
∆Tm = 25 - 50
m =1.45-1.6 máy nén biston
m = 1.65-1.8 máy nén roto
m = 1.45-1.80 máy nén ly tâm


Áp suất cuối quá trình nạp
Trong đó: pk pa - áp suất của khí nạp trước cửa nạp vào áp suất trong xylanh
Hk ,Ha -độ cao của cửa nạp và độ cao của không gian công tác tại vị trí đang xét;
ρa -mật độ của khí nạp trong xylanh;
wk vận tốc của khí nap trước cửa nạp
wn -vận tốc trung bình của khí nạp tai cửa nạp;
βn -hệ số tính ảnh hưởng của tiết diện lưu thông của cửa nạp;
ξn-hệ số cản của đường ống nạp.


Trị số áp suất cuối quá trình nạp nằm trong khoảng
Trị số của áp suất cuối quá trình nạp nằm trong



pa = (0.80-0.90)pk động cơ 4 kỳ không tăng áp



pa = (0.90-0.96)pk động cơ 4 kỳ tăng áp



pa = (0.85-1.05)pk động cơ 2 kỳ

phạm vi như sau


5. Nhiệt độ cuối quá trình nạp
MCCT cuối quá trình nạp bao gồm khí mới và khí sót. Nhiệt độ của MCCT cuối quá trình nạp (Ta) lớn hơn nhiệt độ của khí nạp (Tk) do
nhận nhiệt từ các bề mặt nóng ( vách ống nạp, bề mặt xupap nạp, vách xylanh) và hòa trộn với khí sót có nhiệt độ cao hơn. Có thể xác định
(Ta) từ phương trình cân bằng nhiệt của khí mới và khí sót tại những thời điểm trước và sau khi hòa trộn, với giả định rằng quá trình hòa
trộn diễn ra trong điều kiện pa = const và nhiệt độ khí sót (Tr) không đổi khi khí sót dãn nở từ áp suất pr xuống pa, như sau:
m1.cp.( Tk + ∆Tk) + mr.c’’p . Tr = (m1 + mr). c’p . Ta

Trong đó: cp – tỷ nhiệt đẳng áp của khí mới ;
c’’p – tỷ nhiệt đẳng áp của khí sót ;
c’p – tỷ nhiệt đẳng áp của hỗn hợp khí công tác cuối quá trình
nạp ;
∆Tk – mức độ sấy nóng khí mới, [ K ].


6. Hệ số khí sót (γr)

 Hệ số khí sót (γr) là đại lượng được xác định bằng tỷ số giữa lượng khí sót
 (mr) và lượng khí mới được nạp vào không gian công tác của xylanh (m1):
mr

 γr = m1







Hệ số khí sót là đại lượng đánh giá lượng khí thải còn sót lại trong không gian công tác sau mỗi
chu trình, tức là đánh giá chất lượng quá trình xả.
Hệ số khí sót phụ thuộc chủ yếu vào phương pháp nạp – xả và có trị số nằm trong phạm vi sau [2] :
γr = 0,01 – 0,03
- Động cơ 4 kỳ
γr = 0,03 -- 0,06
γr = 0,06 -- 0,2
γr = 0,25 – 0,4

- Động cơ 2 kỳ quét thẳng.
- Động cơ 2 kỳ quét vong có máy nén riêng
- Động cơ 2 kỳ dùng hộp cacste làm máy nén


7. Hệ số nạp (ηv )
Hệ số nạp (ηv) được xác định bằng tỷ số giữa lượng khí mới thực tế được nạp vào xylanh trong một chu trình (m1) và
lượng khí mới so sánh chứa đầy dung tích công tác của xylanh ở đk áp suất và nhiệt độ trước cửa nạp (m s)
ηv =

m1
ms


Hệ số nạp
Lượngkhímới
so sánh (ms) cóthểxácđịnhtheophươngtrìnhtrạngtháitạicửanạp:

ms =
Lượngkhímớithựctế m1baogồm :

 Lượngkhímớicótrongxylanhtạithờiđiểmcuốihànhtrìnhnạp( m’a).
 Lượngkhímớiđượcnạpthêm.
 Lượnghỗnhợpkhícôngtáctạithờiđiểmcuốihànhtrìnhnạp (ma)

bằngtổnglượngkhímớicuốihànhtrìnhnạp ( m’a) vàvớilượngkhísót (mr).
Phươngtrìnhtrạngtháitạithờiđiểmcuốihànhtrìnhnạpcódạngnhưsau:


Phương trình trạng thái thời điểm cuối hành trình nạp
ma= m’a+ mr =

Lượnghỗnhợpkhícôngtáctạithờiđiểmcuốiquátrìnhnạp (m
ma1= m1 + mr = m1 (1+ γr)
trịsốηvnằmtrongphạm vi sau
ηv= 0.65-0.80 -độngcơxăng 4 kỳ
ηv = 0.75-0.90 - độngcơ Diesel 4 kỳ
ηv= 0.40-0.80 - độngcơ 2 kỳ

a1) bằngtổnglượngkhímới (m1) vàlượngkhísót (mr)


8. Hệ số quét (ηp)
Trongmộtsốtrườnghợp,
đặcbiệtđốivớiđộngcơ 2 kỳvàđộngcơtăngáp,

mộtlượngnhấtđịnhkhímớiđượcchủđộngchothoátrakhỏikhônggiancôngtáccủaxylanh qua
xupapxảhoặccửaxảcùngvớikhíthảinhằmmụcđíchgiảmlượngkhísótvàlàmmátbuồngđốt.
Đểđánhgiálượngkhímớinóitrên, người ta dùngdùngđạilượnggọilàHệsốquét(η q)
ηp =
TrongđóMplàlượngkhímớiđi qua cửanạphoặcxupapnạpvàokhônggiancôngtáccủaxylanh


II. Diễn Biến Quá Trình Nạp Xả
Quá trình nạp xả ở động cơ 4 kỳ kéo dài từ thời điểm xupap xả bắt đầu mở cho đến khi xupap nạp hoàn toàn đóng. Căn cứ vào đặc điểm làm
việc của cấu tạo nạp xả, có thể chia quá trình nạp xả ở động cơ 4 kỳ thành 5 giai đoạn: xả tự do, xả cưỡng bức, quét buồn đốt, nạp chính và nạp
thêm


1.Xả tự do
Giai đoạn xả tự do (còn gọi là giai đoạn xả sớm) kéo dài từ thời điểm xupap xả bắt đầu mở đến thời điểm piston tới ĐCD trong hành trình giãn nở. góc quay
của trục khuỷu tính từ điểm xupap xả bắt đầu mở đến ĐCD trong hành trình giãn nở được gọi là góc xả sớm ( ).
Trong giai đoạn xả tự do, MCCT trong không gian công tác của xylanh tự thoát ra ngoài qua xupap xả. ở những thời điểm đầu của giai đoạn xả tự do, khí
thải lưu động với tốc độ truyền âm do chênh lệch khá lớn giũa trong và ngoài xylanh. Chính do chênh lệch khá lớn về áp suất nên chỉ trong một thời gian ngắn
của giai đoạn xẩ tự do đã có khoảng 60 đến 70% khí thải thoát ra ngoài


2. Xả cưỡng bức
Giai đoạn xả cưỡng bức kéo dài từ thời điểm piston rời ĐCD trong hành trình xả đến thời điểm xupap nạp bắt đầu mở

( diểm d1). Góc quay của trục khuỷu tính từ thời điểm xupap nạp bắt đầu mở đến ĐCT trong hành trình xả được gọi là góc nạp
sớm ( ). Trong giai đoạn khí thải được piston đẩy ra khỏi không gian công tác qua xupap xả.


3. Quét buồng đốt
Giai đoạn quét buồng đốt kéo dài từ thời điểm xupap nạp bắt đầu mở đến thời điểm xupap xả đóng hoàn toàn (điểm r1). Góc quay trục
khuỷu tính từ ĐCT đến điểm xupap xả đóng hoàn toàn gọi là góc xả muộn ( ).
Trong giai đoạn quét buồng đốt, cả xupap nạp và xupap xả đều mở và có thể một lượng khí mới và khí thải thoát ra khỏi không gian công
tác qua xupap xả


4. Nạp chính
Giai đoạn nạp chính kéo dài từ thời điểm xuppap xả đóng hoàn toàn đến thời điểm piston đến
ĐCD trong hành trình nạp. phần lớn lượng khí mới được nạp vào không gian công tác của xylanh
trong giai nạp chính.


5.Nạp thêm
Nạp thêm:
Giai đoạn nạp thêm kéo dài từ thời điểm piston rời ĐCD trong hành trình nén đến
thời điểm xupap nạp đóng hoàn toàn (điểm a1). Góc quay trục khuỷu ứng với giai đoạn
nạp thêm đươc gọi là góc nạp muộn
. Trong giai đoạn nạp thêm sẽ có một lượng
nhất định khí mới được bổ sung vào không gian công tác của xylanh.
Từ những trình bày ở trên có thể rút ra những nhận xét như sau:
Quá trình nạp xả ở động cơ 4 kỳ được điều khiển bằng co cấu nạp xả kiểu xupap.
Thời điểm bắt đầu mở và đóng hoàn toàn của các xupap có thể không trùng với ĐCT
hoặc ĐCD.
Khí thải được piston đẩy ra khỏi không gian công tác cảu xy lanh qua xupap xả,
còn khí mới được piston hút vào không gian công gian công tác quá xupap nạp.

Quá trình nạp xả ở động cơ 4 kỳ diễn ra trong khoản thời gian lớn hơn góc quay
trục khuỷu. Trong khoảng tời gian trên, chỉ có 1 giai đoạn ngắn trong đó cả xupap nạp và
xả cũng mở.


II. Ảnh hưởng của góc phối khí đến chất lượng quá trình nạp xả của động cơ
4 kỳ



Ta cógócxảsớm ,xảmuộn
,nạpsớmvànạpmuộnđượcgọilàcácgócphốikhí.Cácvịtrícủatrụckhuỷutươngứngvớicácthờiđiểmbắtđầumởvàđónghoàntoàncácxupap (cácđiểm
b1,d1,r1 và a1) đượcgọilàcácThờiđiểmphốikhí.


1.Góc xả sớm
Xupap mở trước khi piston tới ĐCD trong hành trình giãn nở nhằm mục đích để tang một lượng đáng kể khí thải tự thoát ra khỏi công gian
công tác của xilanh,do đó giảm tiêu hao cho việc đẩy khí thải trong hành trình xả và giảm khí sót.Gỉa sử b1 là thời điểm bắt đầu mơ xupap xả
tối ưu và đường xả được thể hiện bằng đường liền trên