Đại học GTVT TP.HCM/ Khoa Máy Tàu Thủy/ Hoàng Văn Sĩ - 2014 1
BÀI GIẢNG
DIESEL TÀU THUỶ II
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
Đại học GTVT TP.HCM/ Khoa Máy Tàu Thủy/ Hoàng Văn Sĩ - 2014 2
CHƯƠNG 1
CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1 Khái niệm cơ bản
Trong các động cơ đốt trong, việc nghiên cứu chu trình thực tế rất phức tạp. Có
rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới diễn biến của các quá trình trong chu trình công tác
như các thông số về kết cấu ( tỷ số nén, phương pháp quét khí và thải khí, phương
pháp hình thành khí hỗn hợp…), các thông số về điều chỉnh ( góc phân phối khí,
góc phun sớm, thành phần hỗn hợp), các thông số về khai thác (chế độ làm
việc của động cơ, điều kiện về môi trường). Vì vậy khi nghiên cứu cơ sở lý
thuyết của động cơ diesel, người ta phải xem xét sơ đồ đơn giản hoá các quá
trình công tác đó, hay còn được gọi là chu trình lý tưởng.
Chu trình lý tưởng động cơ đốt trong là chu trình công tác mà trong đó không
tính đến tổn thất nhiệt nào khác ngoài tổn thất nhiệt truyền cho nguồn lạnh được quy
định theo luật nhiệt động học 2.
Chu trình lý tưởng của động cơ diesel cho phép dễ dàng đánh giá tính hoàn
thiện và khả năng sử dụng nhiệt lượng của nhiên liệu để biến thành công.
1.1.1 Chu trình lý tưởng đốt trong
Chu trình lý tưởng động cơ đốt trong biểu diễn trên đồ thị P-V( đồ thị cong ) và T-S
Diesel (đồ thị nhiệt), bao gồm các quá trình nhiệt động cơ bản sau đây (hình 1.1):
Hình 1.1 Chu trình lý tưởng trên đồ thị P-V và T-S
Trong đó:
ac: quá trình nén đoạn nhiệt.
cz1: quá trình cấp nhiệt đẳng tích.
z1z: quá trình cấp nhiệt đẳng áp.
Đại học GTVT TP.HCM/ Khoa Máy Tàu Thủy/ Hoàng Văn Sĩ - 2014 3
21
3
21
321 1; QQ
Q
QQ
QQQ
tt +
−=
+
−
+
=
ηη
zb: quá trình dãn nở đoạn nhiệt
ba: quá trình thải nhiệt đẳng tích.
1.1.2 Các thông số đặc trưng của chu trình
Tỷ số nén: ε = Va/Vc
Tỷ số áp suất : λ = Pz/Pc
Tỷ số dãn nở sớm: ρ = Vz/Vc
Tỷ số dãn nở sau: δ = Vb/Vz
Hiệu suất nhiệt chu trình :
Trong đó :
Q1 : Nhiệt lượng cung cấp đẳng tích ;
Q2 ; Nhiệt lượng cung cấp đẳng áp ;
Q3 : Nhiệt lượng thải đẳng tính ;
1.1.3 Các giả thiết khi nghiên cứu chu trình lý tưởng:
Chu trình lý tưởng nêu trên khi nghiên cứu có kèm theo các giả thuyết sau đây :
- Chu trình diễn ra với một đơn vị khí lý tưởng ; các quá trình xảy ra chỉ làm
môi chất thay đổi về trạng thái vật lý và thành phần hoá học và khối lượng không
thay đổi.
- Không có các quá trình cháy trong xilanh động cơ, môi chất nhận nhiệt
là do tiếp xúc lý tưởng với nguồn nóng.
- Các quá trình nén và dãn nở là đoạn nhiệt, sự chuyển động là không có ma
sát.
- Quá trình thải nhiệt là do môi chất tiếp xúc lý tưởng với nguồn lạnh mà
không phải là quá trình trao đổi khí.
- Nhiệt dung riêng của môi chất là hằng số.
- Nguồn nóng và nguồn lạnh là vô cùng lớn để quá trình truyền nhiệt là ổn
định.
Chu trình lý tưởng với các giả thuyết treên dđaây được lấy làm cơ sở lý
thuyết nghiên cứu cho động cơ đốt trong. Các yếu tố về khai thác, kết cấu, kiểu loại
động cơ … không ảnh hưởng đến chu trình. Sự thay đổi thể tích khi thực hiện các
quá trình nén và dãn nở là do piston chuyển động trong xilanh thực hiện nhưng
thông số trên đồ thị là do thể tích (hoặc thể tích riêng) của môi chất.
1.2 Chu trình lý tưởng
Tuỳ theo lượng nhiệt cung cấp Q1, Q2 từ nguồn nóng, chu trình lý tưởng có thể
được chia thành chu trình cấp nhiệt đẳng tích, cấp nhiệt đẳng áp hay cấp nhiệt hỗn
hợp.
Đại học GTVT TP.HCM/ Khoa Máy Tàu Thủy/ Hoàng Văn Sĩ - 2014 4
1.2.1 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích
Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích (hình1.2), trong đó nhiệt lượng Q1 (hoặc
Qv) chỉ cấp theo chu trình trong quá trình đẳng tích c-z. Các động cơ đốt trong thực
hiện theo chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích có quá trình cháy diễn ra rất nhanh
(gần như tức thời tại điểm z). Các động cơ xăng, động cơ ga thường được thiết kế hoạt
động theo chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích.
Hình 1.2 thể hiện các quá trình công tác của chu trình lý tưởng cấp nhiệt
đẳng tích trên đồ thị P-V và T-S. Trong chu trình này nhiệt lượng cung cấp trong
quy trình đẳng áp Q2 = 0. Trong đó ta có thể thấy: ε = δ và ρ = 1.
Hình 1.2 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích trên đồ thị P-V và T-S
1.2.2 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp
Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp (hình 1.3), trong đó nhiệt lượng Q2
(hoặc Qp) chỉ cấp cho chu trình trong qúa trình đẳng áp c-z. Các động cơ đốt
trong thực hiện theo chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp có quá trình cháy diễn ra
chậm hơn nhiều (sau điểm z). các động cơ diesel cấp nhiên liệu bằng không khí
nén được thiết kế hoạt động theo chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp .
Đại học GTVT TP.HCM/ Khoa Máy Tàu Thủy/ Hoàng Văn Sĩ - 2014 5
Hình 1.3: Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp trên đồ thị P-V và T-S
Xem hình 1.3 trong chu trình này, nhiệt lượng cung cấp trong qúa trình đẳng
tích Q1 = 0, nhiệt lượng cung cấp cho chu trình chỉ còn lại là Q2, khi đó λ = 1.
1.2.3 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp
Trong chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp nhiệt lượng cung cấp trong các qúa
trình đẳng áp, đẳng tích đều tồn tại khác không: Q1K 0, Q2K 0. Chu trình lý tưởng
cấp nhiệt hỗn hợp (hình 1.4), trong đó nhiệt lượng Q1 (hoặc Qv) cấp cho công chất
trong qúa trình c-z1 còn nhiệt lượng Q2 (hoặc Qp) cấp cho công chất trong qúa trình
z1-z của chu trình. Động cơ diesel thông thường (cấp nhiên liệu bằng bơm cao áp và
vòi phun) được thiết kế hoạt động theo chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp.
Hình 1.4 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp trên đồ thị P-V và T-S