Bài thuyết trình Trao đổi khí của động cơ diesel tàu thủy

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(p_k)

làápsuấtđượcxácđịnhtạikhônggianchứakhínạptrướckhi

vàokhônggiancôngtáccủaxylanh(trướcxupapnạpđốivớiđ

ộngcơ 4 kỳ).

Côngthức :

p_k= p₀-∆p₀Động cơ 4 kỳkhôngtăngáp

p_k= p_s-∆p_mĐôngcơtăngápvà 2 kỳ

Áp suất khí nạp

Trongđó:p_o-ápsuấtkhíquyển

p_s-ápsuấtnénkhínạp

∆p_otổn thấtápsuất do lựccảncủalọckhívàđườngốngnạp

∆p_mtổnthấtápsuất do lựccảncủathiếtbịlàmmátkhítăngáp.

Trịsốp_ophụthuộcvàođặcđiểmcấutạo,chấtlượngchếtạo,tình

trạngkỹthuậtcủalọckhívàđườngốngáp.

Trịsố∆p_mphụthuộcchủyếuvàođạcđiểmcấutạocủathiếtbịlàmmát

Ápsuấtp_sđượcquyếtđịnhbởiphươngpháptăngápvàmứccườnghóađộngcơ.

2. Nhiệt độ khí nạp (T_k)

Định nghĩa :

Nhiệt độ khí nạp(T_k) 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: p₀và T₀áp suất và nhiệt độ khí quyển:

p_sáp suất khí nạp sau khi nén

m-chỉ số nén đa biến:

∆T_m-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 (∆T_m) phụ thuộc vào mức độ tăng áp,thiết

bị và phương pháp làm mát khi tăng áp.

Chỉ số nén đa biến

∆T_m= 25⁰- 50⁰

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: p_kp_a- áp suất của khí nạp trước cửa nạp vào

áp suất trong xylanh

H_k,H_a-độ cao của cửa nạp và độ cao của không

gian công tác tại vị trí đang xét;

ρ_a-mật độ của khí nạp trong xylanh;

w_kvận tốc của khí nap trước cửa nạp

w_n-vận tốc trung bình của khí nạp tai cửa nạp;

β_n-hệ số tính ảnh hưởng của tiết diện lưu thông

của cửa nạp;

ξ_n-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

phạm vi như sau

 p_a= (0.80-0.90)p_kđộng cơ 4 kỳ không tăng áp

 p_a= (0.90-0.96)p_kđộng cơ 4 kỳ tăng áp

 p_a= (0.85-1.05)p_kđộng cơ 2 kỳ

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 (T_a) lớn hơn nhiệt độ của khí nạp (T_k) 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 (T_a) 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 p_a= const và nhiệt độ khí sót (T_r)

không đổi khi khí sót dãn nở từ áp suất pr xuống p_a, như sau:

m₁.c_p.( T_k+ ∆T_k) + m_r.c’’_p. T_r= (m₁+ m_r). c’_p. T_a

Trong đó: c_p– 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 (γ_r)

 Hệ số khí sót (γ_r) là đại lượng được xác định bằng tỷ số giữa lượng khí sót

 (m_r) và lượng khí mới được nạp vào không gian công tác của xylanh (m₁):



 γ_r= ^mr

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] :

 γ_r= 0,01 – 0,03

 γ_r= 0,03 -- 0,06

 γ_r= 0,06 -- 0,2

 γ_r= 0,25 – 0,4

- Động cơ 4 kỳ

- 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 (η_v)

Hệ số nạp (η_v) 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}^sm⁾1

^{η =}ms

v

Hệ số nạp

Lượngkhímới so sánh (m_s)

cóthểxácđịnhtheophươngtrìnhtrạngtháitạicửanạp:

p_k.v_s

m_s=

R_k.T

Lượngkh^kímớithựctế m₁baogồm :

 Lượngkhímớicótrongxylanhtạithờiđiểmcuốihànhtrìnhnạp(

m’_a).

 Lượngkhímớiđượcnạpthêm.

 Lượnghỗnhợpkhícôngtáctạithờiđiểmcuốihànhtrìnhnạp (m_a)

bằngtổnglượngkhímớicuốihànhtrìnhnạp ( m’_a)

vàvớilượngkhísót (m_r).

Phươngtrìnhtrạngtháitạithờiđiểmcuốihànhtrìnhnạpcódạngnhư

sau:

Phương trình trạng thái thời điểm cuối hành trình nạp

p_a.v

푎

m_a= m’_a+ m_r=

R_a.Ta

Lượnghỗnhợpkhícôngtáctạithờiđiểmcuốiquátrìnhnạp (m_a1)

bằngtổnglượngkhímới (m₁) vàlượngkhísót (m_r)

m_a1= m₁+ m_r= m₁(1+ γ_r)

trịsốη_vnằmtrongphạm vi sau

η_v= 0.65-0.80 -độngcơxăng 4 kỳ

η_v= 0.75-0.90 - độngcơ Diesel 4 kỳ

η_v= 0.40-0.80 - độngcơ 2 kỳ

8. Hệ số quét (η_p)

Trongmộtsốtrườnghợp, đặcbiệtđốivớiđộngcơ 2

kỳvàđộngcơtăngáp,

mộtlượngnhấtđịnhkhímớiđượcchủđộngchothoátrakhỏikhô

nggiancôngtáccủaxylanh qua

xupapxảhoặccửaxảcùngvớikhíthảinhằmmụcđíchgiảmlượngk

hísótvàlàmmátbuồngđốt. Đểđánhgiálượngkhímớinóitrên,

người ta dùngdùngđạilượnggọilàHệsốquét(η_q)

푀푝

η_p=

M1

TrongđóM_plàlượngkhímớiđi 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.