GIÁI TRÌNH NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Chương 1
Những khái niệm cơ bản và nguyên lý làm việc
của động cơ đốt trong
1.1. Khái niệm và phân loại động cơ
1.1.1. Khái niệm
Động cơ đốt trong là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay trên
các phương tiện vận tải như ôtô, tầu thuỷ, đầu máy xe lửa và trên các loại xe
- máy thi công như máy xúc, máy ủi, xe lu, cần cẩu tự hành, ...
Động cơ đốt trong là một dạng của động cơ nhiệt, nó chuyển hố nhiệt năng
sinh ra do q trình đốt cháy nhiên liệu trong xy lanh thành cơ năng đáp ứng
cho mọi hoạt động của các phương tiện giao thông cơ giới, như di chuyển,
đào ủi, san, nâng, ...
1.1.2. Phân loại động cơ đốt trong
Những chiếc động cơ đốt trong đầu tiên ra đời cách đây đã hơn 100
năm. Ngày nay động cơ đốt trong có rất nhiều dạng khác nhau, ta có thể
phân loại nó theo một số đặc điểm như sau:
Theo số kỳ làm việc:
Động cơ hai kỳ
Động cơ bốn kỳ;
Theo cách tạo hỗn hợp cháy (nhiên liệu-khơng khí):
Động cơ tạo hỗn hợp ngồi (chế hồ khí và phun xăng) và động
cơ tạo hỗn hợp trong (động cơ diezel);
Theo loại nhiên liệu sử dụng:77
Động cơ xăng, động cơ diezel, động cơ chạy khí ga, ...;
Theo số xi lanh:

1


Động cơ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8 và nhiều xi lanh;
Theo bố trí xi lanh:

Động cơ một dãy (bố trí thẳng hàng)
Động cơ hai dãy (bố trí chữ V, đối đỉnh).
Động cơ nhiều dãy kiểu sao,...
Theo phương pháp làm mát:
Động cơ làm mát bằng chất lỏng và động cơ làm mát bằng
khơng khí.
1.2. Ngun lý làm việc của động cơ đốt trong
1.2.1. Những khái niệm cơ bản
Dùa vào lợc đồ động cơ trên hình 1-3, chúng ta hÃy
đa ra một vài khái niệm và định nghĩa cơ bản làm cơ sở
để xét nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong.
Quá trình công tác là tổng hợp tất cả biến đổi của
môi chất công tác xảy ra trong xy lanh của động cơ và trong
các hệ thống gắn liền với xylanh nh hệ thống nạp - thải
Chu trình công tác là tập hợp những biến đổi của môi
chất công tác xảy
ra bên trong xy lanh của động cơ và diễn ra trong một chu kỳ
Điểm chết là điểm mà tại đó piston đổi chiều chuyển
động. Có hai điểm chết là điểm chết trên (ĐCT) và điểm
chết dới (ĐCD).
Hành trình piston S là khoảng cách giữa hai điểm
chết (m).
Kỳ là một phần của chu trình công tác xảy ra khi piston
dịch chuyển một hành trình.
Thể tích công tác Vh là thể tích xy lanh giới hạn bởi hai
tiết diện đi qua các điểm chết.
Vh = Vmax Vmin
(1-1)
Vmax và Vmin là thể tích xy lanh khi piston ở ĐCD và ĐCT.
Vmin còn đợc gọi là thể tích buồng cháy Vc

1.2.2. Nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ
2


Nh đ nêu ở phần phân loại, động cơ bốn kỳ có chu
trình công tác đợc thực hiện sau bốn h nh trình của piston
hay hai vòng quay của trục khuỷu. Sau đây sẽ khảo sát một
cách khái quát diễn biến các quá trình lý-hoá xảy ra trong
từng h nh tr×nh cđa piston, h×nh 1-4.
*H nh tr×nh thø nhÊt: h nh trình nạp
Piston đi từ ĐCT xuống ĐCD tạo nên độ chân không
trong xy lanh. Không khí (ở động cơ diesel) hay hỗn hợp (ở
động cơ xăng, gas...) từ đờng nạp gọi l khí nạp mới đợc
hút v o xy lanh qua xu páp (valve) nạp đang mở v ho trộn với
khí sót của chu trình trớc tạo th nh hỗn hợp công tác. Để tiết
diện lu thông của xu páp khá lớn khi khí nạp mới thực sự đi
v o xy lanh do đó nạp đầy hơn, xu páp nạp mở sớm một góc
l1 tại điểm d1.
*H nh trình thứ hai: h nh trình nén
Piston đi từ ĐCD lên ĐCT. Xu páp nạp đóng muộn một
góc2 tại điểm d2 nhằm tận dụng quán tính của dòng khí
để nạp thêm. Hỗn hợp công tác bị nén khi hai xu-páp cùng
đóng dẫn tới tăng áp suất v nhiệt độ trong xy lanh. Tại điểm
c gần ĐCT tơng ứng với gócs, bu-gi (động cơ xăng, gas)
bật tia lửa điện hay vòi phun (động cơ diesel) phun nhiên
liệu v o xy lanh. Gócs đợc gọi l góc đánh lửa sớm (động
cơ xăng, động cơ gas) hay góc phun sớm (động cơ diesel).
Sau một thời gian chuẩn bị rất ngắn, quá trình cháy thực sự
diễn ra l m cho áp suất v nhiệt độ trong xy lanh tăng lên rất
nhanh.

*H nh trình thứ ba: h nh trình cháy- gi n nở, h nh trình
công tác
Piston đi từ ĐCT xuống ĐCD. Sau ĐCT, quá trình cháy
tiếp tục diễn ra nên áp suất v nhiệt độ tiếp tục tăng, sau đó
giảm do thể tích xy lanh tăng nhanh. Khí cháy gi n nở sinh
công. Gần cuối h nh trình, xu páp thải mở sớm một góc3
3


tại điểm b để thải tự do một lợng đáng kể sản vật cháy ra
khỏi xy lanh v o đờng thải.
* H nh trình thứ t: h nh trình thải
Piston đi từ ĐCD lên ĐCT, sản vật cháy bị thải cỡng bức
do piston đẩy ra khỏi xy lanh. Để tận dụng quán tính của
dòng khí nhằm thải sạch thêm, xu páp thải đóng muộn sau
ĐCT một góc4 ở h nh trình nạp của chu trình tiếp theo.
Sau khi khảo sát, ta rót ra mét sè nhËn xÐt nh− sau:
- Trong bèn h nh tr×nh chØ cã mét h nh tr×nh sinh công. Các
h nh trình còn lại đều tiêu hao công từ động năng của các
chi tiết chuyển động quay nh bánh đ , trục khuỷu...
- Các xu páp đều có các góc mở sớm v đóng muộn nhằm thải
sạch v nạp đầy. Tập hợp các góc mở sớm đóng muộn của xu
páp đợc gọi l pha phối khí, hình 1-4, b. Giá trị tối u của
pha phối khí cùng các góc phun sớm v đánh lửa sớms rất
khó xác định bằng tính toán nên thờng đợc lựa chọn
bằng thực nghiệm.
- Trong khoảng góc1 +4 (cuối quá trình thải, đầu quá
trình nạp), hình 1-4, b, hai xu páp đều mở. Do đó1
+4 đợc gọi l góc trùng điệp của xu páp.
1.2.3. Nguyờn lý lm vic ca ng c 2 k

Động cơ hai kỳ, nh đ nêu trong phần phân loại (mục 1.3),
có chu trình công tác thực hiện sau hai h nh trình của
piston hay một vòng quay của trục khuỷu. Sau đây, ta xét
một dạng động cơ hai kỳ đơn giản nhất, hình 1-5, qua đó
khảo sát nguyên lý l m việc của động cơ hai kỳ.
* H nh trình thứ nhất
Piston đi chuyển từ ĐCT đến ĐCD, khí ® ch¸y v ®ang
ch¸y trong xy lanh gi n në sinh công. Khi piston mở cửa thải
A, khí cháy có áp suất cao đợc thải tự do ra đờng thải. Tõ
khi piston më cưa qt B cho ®Õn khi ®Õn điểm chết dới,
khí nạp mới có áp suet cao nạp v o xy lanh đồng thời quét
khí đ cháy ra cưa A.
Nh− vËy trong h nh tr×nh thø nhÊt gåm các quá trình: cháy
gi n nở, thải tự do, quét khÝ v n¹p khÝ míi.

4


* H nh trình thứ hai
Piston di chuyển từ ĐCD đến ĐCT, quá trình quét nạp
vẫn tiếp tục cho đến khi piston ®ãng cưa qt B. Tõ ®ã cho
®Õn khi piston đóng của thải A, môi chất trong xy lanh bị
đẩy qua cửa thải ra ngo i, vì vậy giai ®o¹n n y gäi l giai
®o¹n lät khÝ. TiÕp theo l quá trình nén bắt đầu từ khi
piston đóng cửa thải A cho tới khi nhiên liệu phun v o xy lanh
(động cơ diesel) hoặc bu gi (động cơ xăng) bật tia lửa
điện. Sau một thời gian cháy trễ rất ngắn quá trình cháy sẽ
xảy ra.
Nh vậy trong h nh trình thứ hai gồm có các quá trình:
quét v nạp khí, lọt khí, nén v cháy.

Đặc điểm của động cơ hai kỳ l khí nạp mới phải có áp suất
pk đủ lớn để quét khí đ cháy ra đờng thải có áp suất pth.
Thông thờng ngời ta thiết kế máy nén khí riêng lắp trên
động cơ hoặc tận dụng không gian bên dới piston - hộp
trục khuỷu để nén khí nạp nh ở một v i động cơ xăng cỡ
nhỏ, h×nh 1-6.
1.2.4. So sánh các loại động cơ
- NÕu cïng ®−êng kÝnh xy lanh D, h nh tr×nh piston S v tốc
độ vòng quay n thì về lý thuyết công suất của động cơ hai
kỳ gấp hai lần công suất của động cơ bốn kỳ. Trong thực tế
do có tổn thất h nh trình cho các quá trình nạp thải v tốn
công nén v quét thải khí nên công suất chỉ gấp 1,6 đến
1,8 lần.
- Cơ cấu phối khí của động cơ hai kỳ đơn giản hơn
- Mô men của động cơ hai kỳ đều hơn.
- Động cơ bốn kỳ dễ lựa chọn pha phối khí tối u hơn
- Quá trình quét thải ở động cơ bốn kỳ ho n hảo hơn vì
thực hiện trong hai h nh trình của piston, tức l lâu hơn
nhiều so với động cơ hai kỳ.
- Tăng áp động cơ bốn kỳ dễ d ng hơn vì ứng suất nhiệt thấp
v dễ bố trí hệ thống tăng áp. Vấn đề tăng áp động cơ sẽ đợc
khảo sát sau n y trong môn học Tăng áp ®éng c¬ ®èt trong.
5


Chương 2
Chu trình lý tưởng và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật
của động cơ đốt trong
2.1. Chu trình lý tưởng của DCĐT
2.1.1. Khái niệm cơ bản

Chu tr×nh thùc tÕ của động cơ bao gồm các quá trình
lý hoá rất phức tạp v chịu ảnh hởng của nhiều yếu tố khác
nhau. Về thực chất, chu trình thực tế của động cơ l chu
trình hở, không thuận nghịch v không thể tính toán ho n to
n chính xác đợc. Chu trình thực tế đợc đơn giản hoá
bằng một số giả thiết nhằm những mục đích cụ thể (sẽ xét
dới đây) đợc gọi l chu trình lý tởng.
Những đặc điểm của chu trình lý tởng v mục đích
nghiên cứu
- Lợng môi chất không thay đổi tức l không có quá trình
thay đổi khí (quá trìnhnạp thải).
- Nhiệt lợng cấp cho chu trình từ bên ngo i, nh vậy không
có quá trình cháy v toả nhiệt của nhiên liệu cũng nh tổn
thất cho các quá trình n y. Đồng thời, th nh phần môi chất
cũng không đổi.
- Quá trình nén v gi n nở l đoạn nhiệt v không có tổn thất
nhiệt do lät khÝ.
- Tû nhiƯt cđa m«i chÊt trong st chu trình không đổi v
không phụ thuộc v o nhiệt độ.

6


Với những đặc điểm nêu trên, chu trình lý tởng của động
cơ đốt trong sẽ l chu trình kín, thuận nghịch v không có
tổn thất n o khác ngo i tổn thất nhiệt cho nguồn lạnh theo
định luật nhiệt động II.
Nghiên cứu chu trình lý tởng của động cơ đốt trong nhằm
các mục đích sau:
- Thấy rõ ảnh hởng của những thông số chủ yếu đến sự ho

n thiện của việc biến đổi nhiệt th nh công.
- Tạo điều kiện so sánh các chu trình khác nhau một cách
dễ d ng.
- Xác định đợc giới hạn cao nhất của chu trình thực tế của
động cơ.
2.1.2. Cỏc loi chu trỡnh lý tng
Động cơ đốt trong kiểu piston có hai chu trình lý
tởng ứng với động cơ cháy cỡng bức v cháy do nén l chu
trình đẳng tích v chu trình hỗn hợp. Sau đây, ta sẽ tính
toán các thông số cơ bản l t v pt của mỗi chu trình v phân
tích các nhân tố ảnh hởng của chúng. Thực chất, chu
trình đẳng tích l một trờng hợp riêng của chu trình hỗn
hợp. Vì vậy để thuận tiện, trớc hết ta khảo sát chu trình
hỗn hợp, hình 2-2.
a. Chu trình hỗn
hợp
Trớc hÕt, ta gäi:

=> ε = ρ .δ

7


Với những đại lợng n y, sau đây ta sẽ xác định các thông
số cơ bản của chu trình.

* Hiệu st nhiƯt η t ,h
Ta

cã:

NhiƯt l−ỵng cÊp bëi ngn nãng Q1 l tổng nhiệt lợng của
quá trình đẳng tích Q1,v v của quá trình đẳng áp Q1,p:

Trong đó, m là khối lợng
và

là hệ số đoạn nhiệt của môi

chất
=>
Điểm a với các thông số nhiệt động pa, Ta, v Va đợc qui ớc
chọn l điểm xuất phát của chu trình. Từ đây, ta sẽ tính các
nhiệt độ các điểm khác của chu trình theo Ta.
Từ quá trình nén đoạn
nhiệt a-c:

8


Từ quá trình gia nhiệt

đẳng tích c-y:

Từ quá trình gia nhiệt

đẳng áp y-z:

Từ quá trình gi n nở đoạn
Thay Tc, Ty, Tz v Tb vào

nhiệt z-b:
công thức

và rút gọn, cuối cùng ta đợc:

* Ap suất trung bình pt,h
Ta có:
* Công của chu trình Lt,h có thể xác định nh sau:

Thay

với R l h»ng sè khÝ lý t−ëng, cuèi

cïng ta cã:

Tõ định nghĩa Vh và phơng trình trạng thái ta tìm đợc:

Thay vào các biểu thức rút gọn ta đợc:

b. Chu trình đẳng tích
Nh đ nói ở trên, chu trình đẳng tích l một trờng
hợp riêng của chu trình hỗn hợp cã ρ = 1. V× vËy, khi thay ρ
= 1 vào các công thức trên ta có thể dễ d ng tính đợc hiệu
suất nhiệt v áp suất trung bình của chu trình đẳng tích.

9


2.2. Các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của DCĐT

2.2.1. Hiệu sut nhit
Hiệu suất nhiệtt đặc trng cho tính kinh tế của việc
biến đổi nhiệt th nh công
của chu trình lý tởng.
Theo định nghĩa:

với Lt l công của chu trình,
Q1 l nhiƯt cÊp tõ ngn
nãng v Q2 l nhiƯt nh¶ cho
ngn lạnh. Lt có thể tính
theo công thức sau:
10


2.2.2. p sut trung bỡnh
Theo định nghĩa:
Về thực chất, pt l công riêng của chu trình tính cho một
đơn vị thể tích công tác của xy lanh. Do đó, pt đặc trng
cho tính hiệu quả sử dụng thể tích công tác của chu trình.
Cụ thể, pt c ng lớn tức l tÝnh hiƯu qu¶ c ng cao. Tõ (2-3) cã
thĨ dễ d ng tìm p đợc thứ nguyên của pt l thứ nguyên của
áp suất (N/m2
Về ý nghĩa vật lý, pt l áp suất giả định không đổi tác dụng
lên piston dịch
chuyển một h nh trình từ ĐCT v sinh ra một công bằng công
của chu trình Lt.
Còn về ý nghĩa hình học, pt chính l chiều cao của hình
chữ nhật có cạnh đáy l Vh v diện tích biểu thị công của chu
trình Lt

Chng 3
Chu trỡnh cụng tỏc ca ng c t trong

Khác với chu trình lý tởng, chu trình thực tế của động cơ
đốt trong cũng giống nh mọi chu trình thực tế của các
máy công tác khác l chu trình hở, không thuận nghịch. Cụ
thể, chu trình thực tế có quá trình trao đổi khí v do đó
có tổn thất khi nạp thải (ví dụ tổn thất áp suất); các quá
trình nén v gi n nở không phải đoạn nhiệt m có tổn thất
nhiệt cho môi trờng xung quanh; quá trình cháy có tổn
thất nh cháy không hết, phân giải sản vật cháy... Ngo i ra,
môi chất công tác thay đổi trong một chu trình nên tỷ nhiÖt
11


của môi chất cũng thay đổi.
Nghiên cứu chu trình thực tế nhằm những mục đích sau:
*Tìm qui luật diễn biến của các quá trình tạo nên chu
trình thực tế v xác định những nhân tố ảnh hởng. Qua
đó tìm ra phơng hớng nâng cao tính kinh tế v hiệu quả
của chu trình.
*Xác lập những phơng trình tính toán các thông số
của động cơ khi thiết kế v kiểm nghiệm động c¬.
3.1. Q trình nạp
3.1.1. Diễn biến và các thơng số c bn
3.1.1.1. Quá trình nạp và hệ số
Quá trình nạp l một bộ phận của quá trình trao đổi khí,
tiếp theo quá trình thải v có liên hệ mật thiết với quá trình n
y. Vì vậy khi nghiên cứu quá trình nạp không thể tách rời
khỏi mối liên hệ với quá trình thải. Đối với mỗi loại động cơ

khác nhau, quá trình nạp diễn ra với những nét đặc trng
riêng.
a. Động cơ 4 kỳ không tăng áp
Quá trình nạp bắt đầu ngay sau quá trình thải. Tại
điểm r, hình 3-1, p
trong xy lanh chứa đầy khí sót. Khi piston đi xuèng, khÝ sãt
gi n në, ¸p suÊt trong xy lanh giảm xuống. Xu páp thảI đóng
muộn tại điểm r . Từ thời điểm
điểm áp suất trong xy lanh
bằng áp suất ®−êng n¹p pk trë
®i, khÝ n¹p míi thùc sù ®i v o
trong xy lanh v ho trén víi khÝ
sãt t¹o th nh hỗn hợp công
tác. áp suất trong xy lanh
phụ thuộc v o tốc độ v của
piston, có giá trị nhỏ nhất tại
vmax. Tại điểm ĐCD (điểm
a), ta có thể viết:
b. Động cơ 4 kỳ tăng áp
Đặc điểm của động cơ
tăng áp là áp suất đờng nạp
lớn hơn áp suấtđờng thải
pk > pth > p0 , hình 3-2. Khi
xu páp nạp mới mở sớm tại
điểm d1 thì khí nạp mới ®i
12


ngay v o xy lanh quÐt khÝ ® l m việc qua xu páp thải ra
đờng thải. Từ điểm r, ứng với thời điểm xu páp thải đóng

muộn trở đi thì chỉ có quá trình nạp khí nạp mới v o xy lanh.
Cũng nh ở động cơ bốn kỳ không tăng áp, xu páp nạp đóng
muộn tại điểm d2. Từ hình 3-2 ta cũng có thể viết:

c. Động cơ 2 kỳ
Ta trở lại loại động cơ hai kỳ đơn giản nhất quét thải
qua cửa, xem hình 1-5. Từ khi piston mở cửa quét tại điểm d
cho đến khi đến ĐCD, hình 4-3, khí nạp mới có áp suất cao
nạp v o xy lanh đồng thời quét khí đ cháy ra cửa thải. Khi
piston đổi chiều chuyển động đi từ ĐCD đến ĐCT, quá
trình quét nạp vẫn tiếp tục cho đến khi piston đóng cửa
quét tại d. Từ đó cho đến khi piston đóng của p thải tại a,
môi chất trong xy lanh bị đẩy qua cửa thải ra đờng thải
(giai đoạn lọt khí). Nh vậy, quá trình quét (nạp) - thải
trong động cơ 2 kỳ so với động cơ 4 kỳ phức tạp hơn nhiều
do dùng khí quét khí
Từ hình 3-3 ta cũng có
thể viết:
Từ phân tích diễn biến quá
trình nạp trong các động
cơ khác nhau ta có thể rút
ra một v i nhận xét sau:
- Khí nạp mới đi v o trong
xy lanh phải khắc phục sức
cản lu động nên có tổn
thất áp suất p k
- Trong tất cả các loại động
cơ nêu trên không thể quét
hết sản vật cháy ra khỏi
xylanh. Hay trong xylanh

vẫn còn một lợng khí sãt ho trén víi khÝ n¹p míi.
- KhÝ n¹p míi ®i v o xy lanh tiÕp xóc víi c¸c chi tiÕt trong
bng ch¸y v ho trén víi khÝ sãt cã nhiệt độ cao nên đợc
sấy nóng.
Tất cả những điều đó l m cho lợng khí nạp mới trong xy
lanh khi kết thúc quá trình nạp thông thờng khác so với
lợng khÝ n¹p míi lý thut cã thĨ chøa trong thĨ tích xy
lanh Vh qui về điều kiện ở đờng nạp với nhiệt độ Tk v áp
13


suất pk. Vì vậy, để đánh giá chất lợng quá trình nạp,
ngời ta đa ra thông số hệ số nạpv đợc định nghĩa
nh sau:
G1 (kg/kgnl) v M1(kmol/kgnl) l lợng khí nạp mới thực tế trong
xy lanh khi kết thúc quá trình nạp v V1 l thể tích của lợng
khí nạp míi ®ã qui vỊ ®iỊu kiƯn nhiƯt ®é Tk v áp suất pk.
Gh (kg/kgnl) v Mh(kmol/kgnl) l lợng khí nạp míi lý thut
chøa trong thĨ tÝch Vh trong ®iỊu kiƯn nhiệt độ Tk v áp
suất pk.
Với:
Hệ số nạp l một thông số đặc trng cho chất lợng quá
trình nạp, thông thờng nhỏ hơn 1 v sẽ đợc khảo sát kỹ
lỡng ở các phần sau.
Đối với động cơ hai kỳ hệ số nạp tính theo (3-2) là hệ
số nạp lý thuyết vì trong động cơ hai kỳ có tổn thất hành
trình. Thể tích công
tác thực tế không phải là Vh
mà là ( 1 )Vh với
Hệ số nạp thực tế đợc tính

nh sau:
3.1.1.2. Những thông số cơ bản của quá trình nạp
a. áp suất cuối quá trình nạp pa

14


15


16


b. Hệ số khí sót r
Cuối quá trình thải, trong xi lanh còn lu lại một ít sản vật cháy
đợc gọi là khí sót. Trong quá trình nạp số khí sót trên sẽ giÃn nở,
chiếm chỗ trong xi lanh và trộn với khí nạp mới làm giảm lợng khí

nạp míi.
* TÝnh to¸n hƯ sè khÝ sãt:
Khi tÝnh to¸n co thể so sánh với các giá trị kinh nghiệm sau:
c. Nhiệt độ sấy nóng khí nạp

17


Còn đối với động cơ tăng áp không làm mát trung gian khí
tăng áp thì T nhỏ hơn một chút
d. Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta
Để tính toán ta coi khí mới và khí sót hòa trộn đẳng áp tại

áp suet pa , lợng khí nạp mới đi vào xylanh đợc sấy nóng và
lợng khí sót sẽ dÃn nở đến trạng tháI mới. Thực nghiệm đÃ

18


chứng minh đợc:
3.1.2. H s np v cỏc nhõn t nh hng
3.1.2.1. Hệ số nạp

Và sau khi tính toán ta thu đợc kết quả:

3.1.2.2. Những nhân tố ảnh hởng đến hệ số nạp
a. Tỷ số nén
tăng sẽ làm v tăng và ngợc lại. thực nghiêm đà chứng minh
ít ảnh hởng đến v
b. áp suất Pa
áp suất Pa ảnh hởng quyết định đến v , tõ quan hÖ
p a = p k − ∆p k ta thấy những nhân tố làm giảm p k sẽ làm tăng pa
và ngợc lại
Tới đây ta có thể suy ra rằng, so với động cơ xăng thì
động cơ diesel có tổn thất áp suất nạp nhỏ hơn (do cản cục
bộ đờng nạp v tốc độ vòng quay nhỏ hơn) nên có hệ số
nạp cao hơn: vdiezel vxang .

19


c.Trạng thái nạp (pk , Tk)
d. Trạng thái thải (pr ,Tr)

*Pr
Khi pr tăng, v giảm. Điều đó cũng có thể dễ d ng nhận
thấy qua suy
luận sau đây: khi pr tăng thì khí sót gi n nở nhiều hơn l m
giảm thể tích d nh cho khí nạpmới nên v giảm.
* Tr
Khi tăng Tr sẽ làm cho v giảm nên có thể coi nh
rTr const , tức là Tr hầu nh không ảnh hởng đến v
e. Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới T
Khi tăng T thì v giảm. Điều n y đ phân tích rõ ở trên.
Tuy nhiên, ảnh hởng của T tới v không lớn.
f. Pha phối khí
Khi động cơ l m việc tại chế độ ứng với pha phối khí tối u
thì hệ số nạp đạt cực đại (thải sạch v nạp đầy nhất). Pha
phối khí tối u thờng lựa chọn bằng thực nghiệm. Đối với
động cơ thông thờng thì pha phối tối u chỉ có tại một
chế ®é cơ thĨ ®−ỵc lùa chän bëi
ng−êi thiÕt kÕ t theo tính năng
sử dụng của động cơ (xem
chơng Đặc tính động cơ). Một
số động cơ ô-tô hiện đại (ví dụ
của h ng BMW) cã pha phèi khÝ
20


thay đổi sao cho đạt đợc giá trị tối u cho hầu hết chế
độ l m việc của động cơ. Tất nhiên, cấu tạo v điều khiển
cơ cấu phối khí khi đó sẽ rất phức tạp.
g. Tải trọng
* Động cơ diêzel

Khi tăng tải, nhiệt độ các chi tiết trong buồng cháy tăng nên
T tăng l m cho v giảm đôi chút. Theo kinh nghiệm, khi tải
tăng từ không tải đến to n tải thì v giảm khoảng 3 ữ 4% .
* Động cơ xăng
Khi tăng tải cũng l m cho T tăng nh trình b y ở trên. Tuy
nhiên, khi tăng tải ở hầu hết động cơ xăng phải mở rộng van
tiết lu, sức cản đờng nạp giảm đáng kể nên v tăng mạnh
lấn át ảnh hởng của T. Tổng hợp ảnh hởng của tải trọng
đến hệ số nạp đợc trình b y trên hình
h. Tốc độ vòng quay
Khi tăng n thì pk ; pt ,h cùng tăng l m giảm v . Đồng thời
do thời gian sấy nóng khí nạp mới giảm nên T giảm dẫn tới
tăng v nhng ảnh hởng cđa ∆ T nhá. V× vËy nãi chung η v giảm.
Tuy nhiên, nếu kể đến ảnh hởng của pha phối khí tối u thì ban
đầu v tăng cho tới khi đạt cực đại
tại tốc độ ứng với pha phối khí tối
u rồi mới giảm, hình.
3.2. Quỏ trỡnh nộn
Quá trình nén nhằm mục đích
mở rộng phạm vi nhiệt độ (giữa
nguồn nóng v nguồn lạnh trong
chutrình Các-nô tơng đơng)
để nâng cao hiƯu st cđa chu
tr×nh.
3.2.1. Diễn biến và các thơng số c bn
3.2.1.1. Diễn biến
Trong quá trình nén, nhiệt
độ, áp suất môi chất tăng dần,
diện tích trao đổi nhiệt giữa
môi chất v th nh vách các chi tiết

trong buồng cháy giảm... cho nªn

21


quá trình nén l quá trình trao đổi nhiệt phức tạp. Một cách
tổng quát có thể coi đây l quá trình nén đa biến với chỉ số
đa biến n thay đổi. Nhiệt lợng trao đổi không những thay đổi
trị số
m còn thay đổi về hớng.
Đầu quá trình nén, hình 3-8, nhiệt độ môi chất nhỏ
hơn nhiệt độ vách các chi tiết Tđờng nén khi đó dốc hơn đờng đoạn nhiệt, n > k trong
đó k l số mũ đoạn nhiệt của môi chất.
Trong quá trình nén, áp suất v nhiệt độ của môi chất tăng
dần, chênh lệch nhiệt độ T-TW giảm nên nhiệt lợng nhận
giảm dần dẫn tới n cũng giảm dần. Cho tới khi T = T w , nhiệt
lợng trao đổi bằng 0, lúc đó n= k.
Trong giai đoạn tiếp theo, do T> Tw nên môi chất mất nhiệt
cho vách các chi tiết nên n < k.
Để đơn giản khi tính toán, ta thay quá trình nén đa
biến với n thay đổi bằng quá trình nén với chỉ số nén đa
biến n1 = const với điều kiện cùng điểm đầu a v cùng công
nén. Chỉ số n1 đợc gọi là chỉ số nén đa biến trung bình,
theo kinh nghiệm nằm trong khoảng 1,32 ữ 1,39. Nếu coi gần
đúng môi chất l không khí với k = 1,41 thì n 1< k nên có thể
kết luận rằng tính cho to n bộ quá trình nén thì môi chất
mất nhiệt cho vách các chi tiết.
Nếu nh biết đợc n1 ta có thể dễ d ng tìm đợc
nhiệt độ v áp suất cuối quá trình nén (không cháy) tại điểm

c.

3.2.1.2. Các thông số cơ bản
Nh trên đ trình b y, tính trong to n bộ quá trình nén thì
môi chất mất nhiệt. Do đó những nhân tè n o l m gi¶m mÊt
nhiƯt sÏ l m cho n1 tăng v ngợc lại.
a. Tốc độ vòng quay n
Xét tổng quát, khi tăng tốc độ vòng quay n, thời gian
trao đổi nhiệt v lọt khí giảm nên môi chÊt mÊt nhiƯt Ýt h¬n
22


l m cho n1 tăng. Theo kinh nghiệm n1 tăng gần nh tỷ lệ với
n. Điều n y đúng cho cả động cơ xăng v diesel.
Riêng với động cơ xăng, còn phải kể đến lợng nhiệt môi
chất mất cho bay hơi xăng trong quá trình nén xét cho hai
trờng hợp.
* ở chế độ tải lớn: Van tiết lu mở to, sức cản nhỏ (hệ số cản
nhỏ). Khi tăng n, tổn thất áp suất tăng chậm nên áp suất sau
van tiết lu cũng giảm chậm.
Do đó điều kiện bay hơi của xăng tại đây không đợc cải
thiện l mấy trong khi thời gian bay hơi giảm. Điều đó l m cho
lợng xăng bay hơi trên đờng nạp giảm tức l lợng xăng còn
lại bay hơi trong xy lanh sẽ tăng lên. Môi chất khi đó sẽ mất
nhiệt nhiều hơn l m giảm n1. Tổng hợp lại với ảnh hởng
tổng quát, n1 const.
* ở chế độ tải nhỏ: Van tiết lu mở bé, sức cản lớn (hệ số
cản lớn). Khi tăng n, tổn thất áp suất tăng nhanh nên áp suất
sau van tiết lu cũng giảm nhanh.
Vì vậy, điều kiện bay hơi của xăng tại đây đợc cải thiện

đáng kể cho nên mặc dù thời gian bay hơi giảm nhng lợng
xăng bay hơi tại đây không bị ảnh hởng, do đó hầu nh
không l m thay đổi lợng xăng bay hơi trong xy lanh. Khi đó
chỉ còn ảnh hởng tổng quát l m tăng n1.
b. Tải trọng
Tổng quát, khi tăng tải, nhiệt độ trung bình các chi
tiết Tw tăng dẫn tới giảm mất nhiệt cho môi chất. Mặt khác
lọt khí tăng nên môi chất mất nhiệt nhiều hơn. Thực nghiệm
chứng tỏ ảnh hởng thứ nhất mạnh hơn nên n1 tăng nhng
không nhiều. Điều n y đúng cho cả động cơ xăng v diesel.
Riêng động cơ xăng, tơng tự nh xét ảnh hởng của tốc
độ vòng quay còn phải kể đến lợng nhiệt môi chất mất
cho bay hơi xăng trong quá trình nén.
* ở chế độ tốc độ n lớn: Khi tăng tải phải mở rộng thêm van
tiết lu, tổn thất áp suất giảm nhanh nên áp suất sau van
tiết lu tăng nhanh l m cho điều kiện bay hơi của xăng tại
đây kém đi. Điều đó l m cho lợng xăng bay hơi trong xy
lanh sẽ tăng lên. Môi chất khi đó sÏ mÊt nhiƯt nhiỊu h¬n l m
23


giảm n1. Tổng hợp lại với ảnh hởng tổng quát, n1 ≈ const.
* ë chÕ ®é tèc ®é n nhá: Khi tăng tải cũng phải mở rộng
thêm van tiết lu, tổn thất áp suất giảm chậm nên áp suất
sau van tiết lu tăng chậm ít ảnh hởng tới lợng xăng bay
hơi tại đây. Vì vậy, lợng xăng bay hơi trong xy lanh cũng
ít bị ảnh hởng. Do đó chỉ còn ảnh hởng tổng quát xét ở
trên, tức l n1 tăng.
c. Kích thớc xy lanh
Ta xét hai trờng hợp:

d. Tình trạng kỹ thuật
Nếu các chi tiết nh piston-xylanh, xéc măng, mòn nhiều, xu
páp đóng không kín khít thì lọt khí nhiều sẽ l m giảm n1.
Nếu trạng thái tản nhiệt từ buồng cháy không tốt nh đóng
cặn trong hệ thống l m m¸t, kÕt muéi than trong buång
ch¸y... sÏ l m giảm mất nhiệt nên n1 tăng.
3.2.2. Cụng v trao i nhiệt trong quá trình nén

3.2.3. Chỉ số nén đa biến và chọn tỷ số nén
VÊn ®Ị chän tû sè nÐn:
Tõ phân tích chu trình lý tởng ta đ thấy rằng, khi tăng tỷ
số nén thì hiệu suất t và áp suất trung bình pt đều tăng.
Tuy nhiên trong thực tế tỷ số nén thờng bị giới hạn bởi
những điều kiện cụ thể tuỳ thuộc vào loại động cơ.
* Động cơ ®èt ch¸y c−ìng bøc

24


3.3. Quỏ trỡnh chỏy
Quá trình cháy l quá trình ô-xy hoá nhiên liệu, giải phóng
hoá năng th nh nhiệt năng.
Yêu cầu đối với quá trình cháy l nhiên liệu cháy đúng lúc,
cháy kiệt để đạt tính hiệu quả v tính kinh tế cao, đồng thời tốc
độ tăng áp suet không quá lớn để động cơ l m việc ít rung

25