Giáo trình Động cơ Diesel 2 - Nghề: Khai thác máy tàu thủy
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loạigiáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng
nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
2
LỜI GIỚI THIỆU
Công suất, tính kinh tế, độ tin cậy làm việc và tuổi thọ của động cơ phụ
thuộc vào mức độ hoàn thiện của chu trình công tác. Vì vậy việc nghiên cứu các
quá trình tạo nên chu trình công tác của động cơ là rất cần thiết để tìm ra những
quy luật diễn biến của chúng, phát hiện những yếu tố ánh hưởng đến các quá tình
ấy, trên cơ sở đó xác định được phương hướng khai thác nâng cao được hiệu quả
và tính kinh tế của động cơ.
Động cơ Diesel 2 là môn học chuyên môn nghề rất quan trọng thuộc các
môn học, mô đun đào tạo nghề. Môn học này cung cấp cho sinh viên các kiến thức
chuyên sâu về lý thuyết các quá trình công tác của động cơ, quá trình hình thành
khí hỗn hợp, phân tích các lực và mômen tác động lên cơ cấu biên - khuỷu,...
Trong quá trình thực hiện, nhóm biên soạn đã tham khảo nhiều tài liệu trong
và ngoài nước, kết hợp với kinh nghiệm trong thực tế. Mặc dù có nhiều cố gắng,
nhưng không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của
độc giả để giáo trình được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chia sẻ của tập thể giáo viên Khoa
Máy Khai thác và đặc biệt xin cảm ơn thầy Lê Anh Phong đã có những góp ý quý
báu để giáo trình được hoàn thiện.
Hải Phòng, ngày 27 tháng 09 năm 2017
Tham gia biên soạn
Chủ biên: Ths, Mtr.Vũ Văn Quang
3
DANH MỤC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT, THUẬT NGỮ
CHUYÊN NGÀNH
Ký hiệu, từ viết tắt
ĐCT
Giải thích
Điểm chết trên
Điểm chết dưới
Áp suất
ĐCD
P
Nhiệt độ
T
Hệ số không khí
Thể tích riêng
Khối lượng riêng
Nhiệt dung riêng
Nhiệt lượng
Công suất
R
C
Q
N
Công
L
Mômen
M
r
Hệ số khí sót
Hệ số khí nạp mới
H
S
Hệ số tổn thất hành trình động cơ 2 kỳ
Tỷ số nén
Tỷ số nén đa biến
n1
D
S
n
Đường kính xylanh
Hành trình piston
Vòng quay động cơ
Hệ số kỳ (m=1 với động cơ hai kỳ và m=2 với động cơ
bốn kỳ)
m
Mức độ tăng áp
Hiệu suất nhiệt
Hiệu suất chỉ thị
t
i
4
Suất tiêu hao nhiên liệu
g
Mômen tĩnh đối với trục Ox
Mômen quán tính đối với trục Ox
Mômen quán tính ly tâm đối với hệ trục Oxy
Đường kính xylanh
Sx
Jx
Jxy
D
S
Hành trình piston
Vòng quay động cơ
n
Hệ số kỳ (m=1 với động cơ hai kỳ và m=2 với động cơ
bốn kỳ)
m
Mức độ tăng áp
Hiệu suất nhiệt
t
Hiệu suất chỉ thị
i
G
Suất tiêu hao nhiên liệu
Mômen tĩnh đối với trục Ox
Mômen quán tính đối với trục Ox
Mômen quán tính ly tâm đối với hệ trục Oxy
Sx
Jx
Jxy
5
DANH MỤC BẢNG, BIỂU, HÌNH VẼ
Hình 1.3 – Đồ thị khai triển quá trình cháy động cơ diesel..............................................20
Hình 1.4 – Đồ thị công P-V của quá trình giãn nở ...........................................................28
Hình 2.1 – Đồ thị biến thiên áp suất Px trong xylanh động cơ 2 kỳ .................................35
Hình 2.2 – Sơ đồ trao đổi khí ở động cơ diesel 2 kỳ .........................................................37
Hình 3.1 – Các đường đặc tính phun nhiên liệu ...............................................................42
Hình 3.2 – Sơ đồ cấu tạo chùm tia nhiên liệu ...................................................................42
Hình 3.3 – Các dạng buồng cháy thống nhất....................................................................45
Hình 3.4 – Buồng cháy xoáy lốc........................................................................................47
Hình 3.5 – Buồng cháy dự bị.............................................................................................48
Hình 4.1 – Tăng áp bằng truyền động cơ giới ..................................................................54
Hình 4.2 - Tăng áp bằng Tuabin khí xả lai máy nén.........................................................54
Hình 5.1 – Đồ thị công chỉ thị và áp suất chỉ thị trung bình.............................................58
Hình 6.1- Vật thể chịu lực cân bằng..................................................................................67
Hình 6.2- Nội lực trên mặt cắt...........................................................................................67
Hình 6.3-Các thành phần ứng suất ...................................................................................68
Hình 6.4-Thanh chịu uốn...................................................................................................68
Hình 6.5-Hình phẳng F trong hệ tọa độ xOy ....................................................................69
Hình 6.6 - Hợp lực và momen tác dụng lên cơ cấu biên-khuỷu........................................71
Hình 6.7- Thanh chịu xoắn thuần túy................................................................................73
Hình 6.8- Biến dạng của thanh tròn khi chịu xoắn ...........................................................73
6
MỤC LỤC
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ...................................................................................... 1
LỜI GIỚI THIỆU...................................................................................................... 3
MỤC LỤC................................................................................................................. 7
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC........................................................................................ 9
1. Quá trình nạp......................................................................................... 10
3. Quá trình cháy....................................................................................... 19
4. Quá trình giãn nỡ .................................................................................. 27
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1............................................................................ 32
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2............................................................................ 39
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3............................................................................ 50
1. Khái nhiệm............................................................................................ 51
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 4............................................................................ 57
1. Đồ thị công chỉ thị................................................................................. 58
7
2. Áp suất chỉ thị trung bình...................................................................... 58
3. Áp suất có ích trung bình...................................................................... 59
4. Công suất của động cơ.......................................................................... 59
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 5............................................................................ 65
CHƯƠNG 6. ĐỘNG LỰC HỌC ............................................................................ 66
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 6............................................................................ 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 77
8
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC
Tên môn học/mô đun:ĐỘNG CƠ DIESEL 2
Mã môn học/mô đun:MH.6840111.15
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun:
- Vị trí: Môn học được thực hiện sau khi học xong các môn học: Vẽ kỹ thuật, Nhiệt
kỹ thuật, Động cơ Diesel 1
- Tính chất: Động cơ Diesel 2 là môn học chuyên môn nghề rất quan trọng thuộc
các môn học, mô đun đào tạo nghề. Môn học này cung cấp cho sinh viên các kiến
thức chuyên sâu về lý thuyết các quá trình công tác của động cơ, quá trình hình
thành khí hỗn hợp, phân tích các lực và mômen tác động lên cơ cấu biên - khuỷu,...
- Ý nghĩa và vai trò của môn học/môđun: Công suất, tính kinh tế, độ tin cậy làm
việc và tuổi thọ của động cơ phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện của chu trình công
tác. Vì vậy việc nghiên cứu các qúa trình tạo nên chu trình công tác của động cơ là
rất cần thiết để tìm ra những quy luật diễn biến của chúng, phát hiện những yếu tố
ánh hưởng đến các quá tình ấy, trên cơ sở đó xác định được phương hướng khai
thác nâng cao được hiệu quả và tính kinh tế của động cơ.
Mục tiêu của môn học/mô đun:
- Về kiến thức:
+ Trình bày được các quá trình công tác trong động cơ.
+ Mô tả được quá trình hình thành khí hỗn hợp trong động cơ Diesel 4 kỳ và 2 kỳ.
Trình bày được các thông số chỉ thị và có ích động cơ.
+ Nắm vững được ý nghĩa và nguyên tắc cân bằng động cơ.
- Về kỹ năng:
+ Phân tích được ảnh hưởng của các yếu tố khác đến từng quá trình công tác
trong động cơ.
+Tính toán, xác định được một vài thông số chỉ thị và có ích cơ bản của
động cơ.
+ Phân tích được các lực và mômen tác dụng lên cơ cấu biên - khuỷu và ảnh
hưởng của nó đối với động cơ.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Hình thành và rèn luyện ý thức tổ chức kỷ
luật, lòng yêu nghề và không ngừng học hỏi, cập nhật kiến thức mới.
9
CHƯƠNG 1. CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ
Mã chương: MH.6840111.15.01
Giới thiệu
Công suất, tính kinh tế, độ tin cậy làm việc và tuổi thọ của động cơ phụ
thuộc vào mức độ hoàn thiện của chu trình công tác. Vì vậy việc nghiên cứu các
qúa trình tạo nên chu trình công tác của động cơ là rất cần thiết để tìm ra những
quy luật diễn biến của chúng, phát hiện những yếu tố ánh hưởng đến các quá tình
ấy, trên cơ sở đó xác định được phương hướng khai thác nâng cao được hiệu quả
và tính kinh tế của động cơ.
Chu trình công tác của động cơ được đặc trưng bằng các thông số sau đây:
áp suất chỉ thị bình quân; hiệu suất chỉ thị; áp suất cực đại của môi chất công tác và
tốc độ tăng áp suất ở quá trình cháy; nhiệt độ cực đại của khí và nhiệt độ của khí
cuối quá trình giãn nở; áp suất và nhiệt độc của khí đầu quá trình thải.
Mục tiêu
- Trình bày được diễn biến thực tế của các quá trình công tác. Nhận trình bày được
các yếu tố ảnh hưởng tới từng quá trình công tác.
- Phân tích được diễn biến thực tế của các quá trình công tác. Hình thành khả năng
khắc phục các ảnh hưởng để đảm bảo chất lượng của các quá trình.
- Rèn luyện tính kiên trì, cẩn thận và tích cực sáng tạo trong học tập.
Nội dung chính
1. Quá trình nạp
1.1. Diến biến quá trình nạp thực tế
Diễn biến thực tế
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 đối với
động cơ diesel hoặc hòa khí đối với động cơ xăng). 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.
10
Trong động cơ 4 kỳ, quá trình thay đổi môi chất được thực hiện lúc bắt đầu
mở xupap thải (điểm b’). Từ b’ đến ĐCD (góc mở sớm của xupap thải) nhờ chênh
lệch áp suất, sản vật cháy tự thoát ra đường thải, sau đó piston đi từ ĐCD lên tới
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 VC với áp suát Pr>Pth tạo ra chênh áp suất Pr =
Pr – Pth trong đó Pth là áp suất khí trong đường thải. Độ chênh áp Pr phụ thuộc vào
hệ số cản, tốc độ dòng khí qua xupap thải và vào trở lực của bản thân đường thải.
Hình 1.1-Phần đồ thị công của quá trình thay đổi môi chất của động cơ 4 kỳ
Xupap thải thường được đóng sau ĐCT (đóng muộn) nhằm tăng thêm giá trị
“tiết diện-thời gian” mở cửa thải, đồng thời để tận dụng chênh áp Pr 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 Pr> Pk (Pk – áp suất môi chất mới ở trước
xupap nạp) và Pr> Pth, một phần sản vật cháy trong thể tích VC vẫn tiếp tục đi ra
đường thải, bên trong xylanh, khí sót giãn nở đến điểm ro (bằng Pk) rồi từ đó trở đi,
môi chất mới có thể bắt đầu nạp vào xylanh.
Các thông số đặc trưng
Các thông số sau đây gây ảnh hưởng chính tới quá trình nạp: áp suất cuối
quá trình nạp, lượng khí sót, nhiệt độ sấy nóng môi chất mới, nhiệt độ môi chất
cuối quá trình nạp và lượng khí nạp. Trong phạm vi chương trình ta chỉ xét hai
thông số là: hệ số khí sót (xác định lượng khí sót) và hệ số khí nạp (xác định lượng
khí nạp)
11
a. Hệ số khí sót
Trong thực tế, cuối quá trình xả chúng ta không thể làm sạch hoàn toàn
xylanh công tác. Có nghĩa là khi bắt đầu quá trình nạp, trong xylanh bao giờ cũng
còn sót lại một lượng khí cháy nhất định. Lượng khí cháy còn sót lại này sẽ chiếm
một phần thể tích xylanh công tác, làm giảm lượng không khí sạch nạp vào xylanh.
Lượng khí sót này được đánh giá bằng một đại lượng tương đối gọi là hệ số khí
sót, kí hiệu là r.
r Gr
1 G1
r
(1.1)
Trong đó:
휇푘; 휇푟 - số mol khí nạp mới và khí sót; kmol
퐺푘; 퐺푟 - khối lượng của khí nạp mới và khí sót; kg
Do lượng khí sót trong xylanh động cơ có nhiệt độ cao sẽ trao đổi nhiệt cho
không khí sạch mới nạp vào làm nhiệt độ của nó tăng lên. Kết quả là trọng lượng
riêng của không khí nạp giảm xuống, làm giảm lượng không khí thực tế nạp vào
xylanh động cơ. Ảnh hưởng của tất cả các yếu tố trên làm cho lượng không khí
thực tế nạp vào xylanh động cơ ở các giá trị Pa, Ta thực tế nhỏ hơn lượng không
khí lý thuyết tính toán theo các thông số Po, To hay Ps, Ts
Với động cơ Diesel 4 kỳ:r 0,04 0,1
Với động cơ Diesel 2 kỳ: r 0,05 0,15
b. Hệ số khí nạp mớiH
Là một thông số để đánh giá về chất lượng của quá trình nạp đo bằng tỷ số
giữa số mol khí nạp mới ở đầu quá trình nạp cho số mol khí nạp lý thuyết (là số
mol của khí nạp mà theo lý thuyết có thể nạp đầy vào trong xylanh động cơ)
1 Gk Vk
h Gh Vh
H
(1.2)
Trong đó:
휇푘; 휇ℎ - số mol khí nạp mới và lý thuyết; kmol
퐺푘; 퐺ℎ - khối lượng của khí nạp mới và lý thuyết; kg
푉 ; 푉 - thể tích của khí nạp mới và lý thuyết, m3
푘
ℎ
Gọi tổng số mol của khí nạp mới và số mol của khí sót có trong xylanh ở
đầu quá trình nén là:
12
a 1 r 1 (1 r )
(1.3)
(1.4)
Phương trình trạng thái:
paVa
paVa a RTa a
RTa
Phương trình khí nạp mới có thể viết như sau:
pkVk
pkVk k RTk k
RTk
(1.5)
(1.6)
paVa
RTa
pkVk
RTk
1 r
paVaTk
pkVkTa
Vk pkTa
1 r
1
paVaTk 1 r
Vk
Vh
Vk HVh
ta có:
(1.7)
H
Va
Vc
Va Vc
V V V
nên:
Tỷ số nén:
do
c
a
h
Va
Va 1
Vh
Va Vh
(1.8)
(1.9)
Vh
Va
1
Với động cơ Diesel 4 kỳ ta có:
HVh pkTa
H pkTa
1
1 r
paVh
Tk
pa
Tk
1
1
paTk
pkTa
1
H
1 1 r
-Với động cơ Diesel 2 kỳ người ta có kể đến hệ số tổn thất hành trình của
piston S , do đó hệ số nạp được tính như sau:
paTk
pkTa
1
H
1 S
(1.10)
1 1 r
13
Trong đó:
pa, Ta - Áp suất và nhiệt độ của hỗn hợp khí mới và khí sót ở trong xylanh
đầu quá trình nén.
pk, Tk - Áp suất và nhiệt độ của khí nạp mới ở thời điểm trước xupáp nạp
- tỷ số nén
S - hệ số tổn thất hành trình của piston động cơ Diesel 2 kỳ
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nạp
a.Ảnh hưởng của tỷ số nén
1
H nhưng
1
1
1
thì hệ số khí sót
. Sự ảnh hưởng của tỷ số tăng làm cho hệ số khí sót
r
H
giảm mạnh hơn so với khi
tăng
tăng do đó kết luận rằng khi thì hệ số khí nạp vẫn
b.Ảnh hưởng của áp suất của hỗn hợp khí ở đầu quá trình nén pa
pa pk pk
pk
tổn thất áp suất của khí trên đường ống
Ta có:
(1.11),
nạp
pk
nhỏ nhât có nghĩa là đường ống nạp phải
lưu thông tốt, thường xuyên được vệ sinh…
c. Ảnh hưởng của nhiệt độ hỗn hợp khí đầu quá trình nén Ta
pa
Nhưng ta
suất trên đường ống thải thì kết quả sẽ làm cho tỷ số
dẫn đến
H
Ta
không thể tăng Ta quá giới hạn cho phép vì khi đó mật độ của khí sẽ giảm (nói một
cách khác, hỗn hợp khí bị loãng đi và kết quả làm cho hệ số nạp giảm).
d.Ảnh hưởng của áp suất khí sót Pr
Khi áp suất khí sót tăng sẽ làm tăng sức cản trên đường xả kết quả là làm
cho hệ số khí sót tăng, hệ số khí nạp giảm, công tiêu hao cho quá trình đẩy khí xả
ra ngoài, công tiêu hao cho quá trình đẩy khí xả ra ngoài tăng kết quả là cộng suất
và hiệu quả giảm. Để hạn chế sự ảnh hưởn của phân áp trên đường xả đối với hệ số
nạp thì kết cấu của hệ thống xả phải hợp lý, tiết diện lưu thông đủ lớn, đường xả
phải vệ sinh loại bỏ muội bám.
14
e.Ảnh hưởng của nhiệt độ khí sót Tr
Khi tăng Tr làm cho nhiệt độ của khí nạp mới tăng và nhiệt độ của hỗn khí
đầu quá trình nén Ta tăng lên và kết quả làm cho
không đáng kể.
. Nhưng ảnh hưởng này
H
f. Ảnh hưởng của độ chênh nhiệt độ T
T H
T
Khi
phải giảm
để tăngH . Để giảm cần phải thiết kế
T
đường ống nạp và xả đối xứng nhau qua thân động cơ, cần làm mát cho khí nạp
đảm bảo làm kín tránh rò lọt và ngoài ống phải được bọc cách nhiệt, tất cả những
công việc đó sẽ làm cho T giảm và tăng được H
g.Ảnh hưởng của phụ tải động cơ
Khi phụ tải động cơ tăng thì nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt sẽ tăng, kết quả là
thì
T
làm cho
và
và ngược lại khi
T
H
H
h. Ảnh hưởng của vòng quay động cơ
Khi vòng quay động cơ tăng mà không kể đến ảnh hưởng của góc phối khí
và bỏ qua sự rò lọt của khí nạp qua khe hở của xec-măng và sơ mi thì kết quả sẽ
làm cho hệ số nạp giảm và ngược lại.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số nạp cũng là các yếu tố ảnh hưởng đến chất
lượng của quá trình nạp do đó khi đánh giá chất lượng của quá trình nạp người ta
thường đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số nạp vì hệ số nạp là thông số đặc
trưng cho quá trình nạp.
2. Quá trình nén
2.1. Diễn biến quá trình nén thực tế
Diễn biến thực tế
Quá trình nén của động cơ động cơ đốt trong có tác dụng sau:
-Mở rộng phạm vi nhiệt độ của quá trình làm việc (nén, cháy và giãn nở).
-Đảm bảo cho sản vật cháy được giãn nở sinh công triệt để hơn.
-Tạo điều kiện thuận lợi nhất cho hoà khí bốc cháy.
Tất cả các điều kiện trên nhằm đảm bảo cho quá trình chuyển biến từ hoá
năng của nhiên liệu thành nhiệt năng, rồi từ nhiệt năng chuyển thành công có ích
được thực hiện tốt nhất, làm tăng hiệu suất của chu trình
15
Khác với quá trình nén của chu trình lý tưởng, diễn biến quá trình nén của
chu trình thực tế rất phức tạp. Giữa môi chất công tác và thành xylanh luôn luôn
trao đổi nhiệt qua lại với nhau.
Hình 1.2-Đồ thị P-V phân tích các đường cong đặc trưng trạng thái quá trình nén
-Bắt đầu quá trình nén các xupáp (các cửa) đều đóng, piston đi từ ĐCD tới
ĐCT làm cho thể tích giảm dần và áp suất tăng dần. Lúc đầu quá trình nén nhiệt độ
của môi chất Tacòn nhỏ hơn so với nhiệt độ của thành vách xylanh nên diễn ra quá
trình trao đổi nhiệt, nhiệt từ thành vách truyền cho môi chất. Đường nén lý thuyết
là đường đoạn nhiệt và thoải hơn so với đường nén thực tế là đường đa biến (từ a
đến k là quá trình nén mà môi chất nhận nhiệt từ thành vách xylanh). Tại k nhiệt độ
của môi chất bằng nhiệt của thành vách xylanh nên không có sự trao đổi nhiệt
-Piston tiếp tục đi lên, nhiệt của môi chất lớn hơn nhiệt của thành vách
xylanh và môi chất nhả nhiệt cho thành vách xylanh lúc này đường nén thực tế
thoải hơn đường nén lý thuyết. Khi piston đến điểm c thì phun sớm nhiên liệu,
nhiên liệu được hoà trộn với môi chất có nhiệt độ và áp suất cao được nén đến
ĐCT thì thực hiện quá trình cháy.
-Như vậy, quá trình nén thực tế là một quá trình rất phức tạp. Trong suốt quá
trình liên tục diễn ra sự trao đổi nhiệt giữa môi chất và môi trường. Nén thực tế là
nén đa biến, chỉ số nén đa biến trung bình n1 liên tục thay đổi, khi tính toán người
ta thường lấy giá trình trung bình là 1,34 n1 1,45 . Phương trình đặc trưng của quá
trình nén sẽ là: 푃푉푛1 = 푐표푛푠푡
(1.12)
Các thông số đặc trưng
16
Áp suất và nhiệt độ cuối quá trình nén là hai thông số đặc trưng của quá
trình nén được có thể xác định trên cơ sở phương trình của quá trình đa biến:
paVan1 pcVcn1
(1.13)
và phương trình trạng thái:
paVa 8314M aTa
(1.14)
pcVc 8314McTc
Trong đó:
áp suất (N/m2), thể tích (m3) và nhiệt độ (0K) của môi chất công
pa, Va, Ta
tác ở đầu quá trình nén;
pc, Vc, T áp suất (N/m2), thể tích (m3) và nhiệt độ (0K) của môi chất công
c
tác ở cuối quá trình nén;
Ma, Mc số kmol của môi chất ở đầu và cuối quá trình nén;
n1
Va
Vc
(1.15)
(1.16)
pc pa
pa n1
Tc
Ta
pcVc
pc Vc
pa Va
Tc Ta
paVa
Ma Mc
Do trong quá trình nén khối lượng môi chất không thay đổi nên
0
c
Chọn tỷ số nén
Tỷ số nén là một trong những thông số nhiệt động học quan trong, nó ảnh
hưởng đến rất nhiều các chỉ tiêu kinh tế và công suất của động cơ.Về mặt lý thuyết
mà nói khi tăng tỷ số nén thì công suất và tính kinh tế của động cơ sẽ tăng. Nhưng
trong thực tế, do không thể tránh khỏi tổn thất cơ giới tăng, nên việc tăng tỷ số nén
chỉ có lợi trong một phạm vi nhất định
Trị số về tỷ số nén trong động cơ thực tế được xác định, trước tiên là căn cứ
vào kiểu loại động cơ.
- Đối với những động cơ đốt cháy cưỡng bức giới hạn trên của tỷ số nén bởi
hiện tượng kích nổ.
17
- Trong động cơ Diesel tỷ số nén được quyết định chủ yếu bởi phương pháp
hình thành khí hỗn hợp được chọn sao cho nhiên liệu tự bốc cháy đảm bảo khởi
động động cơ ở trạng thái máy nguội.
-Khi chọn tỷ số nén cho động cơ Diesel phải tính đến kích thước của xylanh,
vật liệu chế tạo piston, xylanh chế độ phụ tải và tốc độ của động cơ…
Đối với động cơ Diesel tàu thuỷ ta có tỷ số nén với các trị số sau đây:Động
13 14
14 15
14 18
Động cơ cao tốc:
cơ thấp tốc:
Động cơ trung tốc:
;
;
;
12 13
Động cơ cao tốc tăng áp:
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nén
a. Số vòng quay trục khuỷu
Khi tăng số vòng quay trục khuỷu thì số chu trình trong một đơn vị thời gian
tăng, trạng thái nhiệt của các chi tiết động cơ tăng thời gian tiếp xúc giữa môi chất
công tác với vách xylanh giảm và sự rò lọt khí nạp qua các khe hở xupáp-piston
cững giảm. ảnh hưởng cùng một lúc của những yếu tố trên sẽ đưa đến làm giảm
nhiệt lượng toả ra của môi chất công tác và quá trình nén gần giống như quá trình
đoạn nhiệt. Do đó có thể dự đoán được là khi tăng số vòng quay trục khuỷu thì n1sẽ
tăng.
b.Phụ tải của động cơ
Khi thay đỏi phụ tải của động cơ, trạng thái nhiệt và nhiệt độ trung bình của
bề mặt công tác xylanh cũng như các tổn thất khí nạp mới dò lọt qua những khe hở
giữa piston-xylanh cũng đều thay đổi. Khi tăng tải do nhiệt đô của các chi tiết quá
cao, nhiệt lượng xấp cho môi chất công tác ở đầu quá trình nén tăng và nhiệt lượng
toả ra từ môi chất ở cuối quá trình sẽ giảm. Đồng thời tổn thất khí nạp lại tăng. Khi
giảm tải, ta lại thấy có hiện tượng trái ngược.
Tác dụng tổng cộng của những thay đổi về trao đổi nhiệt và lọt khí sẽ đưa
đến làm tăng trị số n1 khi tăng tải và giảm khi tải giảm.
c. Tình trạng kỹ thuật
Khi nhóm piston-xylanh mòn thì hiện tượng lọt khí nạp (môi chất công tác)
sẽ tăng lên và chỉ số nén đa biến sẽ giảm. Có muội kết bám vào mặt dưới nắp
xyalnh và ở đỉnh piston, tồn tại trên bề mặt ngoài của xylanh một lớp cặn (chất
lượng nước làm mát) sẽ dẫn đến làm tăng nhiệt lượng cấp cho môi chất công tác và
trị số n1 tăng.Tất cả các biện pháp kết cấu nhằm giảm nhiệt độ trung bình của
xylanh ví dụ như tăng tốc độ tuần hoàn của nước, làm mát đỉnh piston đều làm
giảm chỉ số nén đa biến trung bình n1.
18
Khi tăng tỷ số nén , nhiệt độ và áp suất của môi chất công tác sẽ tăng do đó
nhiệt lượng từ môi chât toả ra sẽ tăng, việc lọt khí nạp qua các khe hở giữa piston-
xylanh cũng sẽ tăng. Vì vậy, tăng tỷ số nén thì chỉ số nén đa biến trung bình n1 sẽ
giảm.
d.Kích thước xylanh
Ở các động cơ có các kích thước chủ yếu như S, D mà lớn, thì bề mặt làm
mát tương đối quy cho một đơn vị thể tích môi chất công tác sẽ giảm do đó, sự toả
nhiệt sẽ ít đi và chỉ số trung bình n1 sẽ có tỷ số lớn. Khi không thay đổi thể tích
công tác, trị số n1 tăng khi ta giảm tỷ số giữa hành trình piston S với đường kính
S
S
xylanh D (tỷ số ) và ngược lại n1 giảm khi tăng tỷ số
.
D
D
e. Chế độ làm việc của động cơ
-Những chế độ làm việc không ổn định của động cơ mà có liên quan với
tăng phụ tải hoặc tăng số vòng quay trục khuỷu đều dẫn đến làm giảm trị số n1 so
với các trị số n1 tương ứng với chế độ làm việc ổn định.
3. Quá trình cháy
3.1. Diễn biến quá trình cháy trong động cơ
Trong động cơ diesel, nhiên liệu được phun vào trong xylanh động cơ vào
cuối kỳ nén, do lực cản của không khí nén trong buồng cháy, nhiên liệu được xé
tơi thành những hạt nhỏ không đều về kích thước và phân bố không đều trong
không gian buồng cháy. Các hạt nhiên liệu trong môi trường nhiệt độ cao được sấy
nóng nhanh, làm cho nhiệt độ của nó tăng cao. Nhiên liệu bắt đầu bay hơi từ bề
mặt hạt rồi hơi nhiên liệu khuếch tán nhanh vào khối không khí nóng xung quanh,
sau một khoảng thời gian, xung quanh hạt nhiên liệu tạo ra các lớp hỗn hợp của hơi
nhiên liệu và không khí được gọi là các lớp hòa khí. Lớp hòa khí nằm sát với bề
mặt hạt là hòa khí đậm, có nhiệt độ hơi thấp vì hạt nhiên liệu hút nhiệt của lớp này
để bay hơi, các lớp cách bề mặt hạt càng xa hòa khí càng nhạt với nhiệt độ càng
cao.
Thành phần hỗn hợp trong động cơ diesel có giới hạn trên và dưới, trong
phạm vi giới hạn ấy hòa khí có thể thực hiện các phản ứng oxy hóa để tự phát hỏa
và bốc cháy. Còn nếu thành phần hòa khí nằm bên ngoài giới hạn sẽ không thể tự
phát hỏa bốc cháy được.
19
Tải về để xem bản đầy đủ
78 trang
23305
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Động cơ Diesel 2 - Nghề: Khai thác máy tàu thủy", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_dong_co_diesel_2_nghe_khai_thac_may_tau_thuy.pdf
