TS. LÊ VĂN VANG
BÀI GIẢNG
ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THUỶ II
ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
Động cơ diesel tàu thủy II – Đại học GTVT TP.HCM – 2017 1
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
P
Pz
Pc
z1z
c
b
a
VVa
VcSr s p
a
c
b
z
z1
T
Tz
Tc
Tz1
Q1
Q2
Q3
Hình 1.1 Chu trình lý tưởng trên đồ thị 𝑃−𝑉 và 𝑇−𝑆
Chu trình lý tưởng động cơ đốt trong biểu diễn trên đồ thị 𝑃−𝑉 (đồ thị công)
và 𝑇−𝑆 Diesel (đồ thị nhiệt), bao gồm các quá trình nhiệt động cơ bản sau đây
(hình 1.1):
- 𝑎𝑐: quá trình nén đoạn nhiệt.
- 𝑐𝑧1: quá trình cấp nhiệt đẳng tích.
Động cơ diesel tàu thủy II – Đại học GTVT TP.HCM – 2017 2
- 𝑧1𝑧: quá trình cấp nhiệt đẳng áp.
- 𝑧𝑏: quá trình giãn 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=𝑉𝑎𝑉𝑐
⁄
Tỷ số áp suất: 𝜆=𝑃𝑧𝑃𝑐
⁄
Tỷ số giãn nởsớm: 𝜌=𝑉𝑧𝑉𝑐
⁄
Tỷ số giãn nởsau: 𝛿=𝑉𝑏𝑉𝑧
⁄
Hiệu suất nhiệt chu trình:
𝜂𝑡=𝑄1+𝑄2−𝑄3
𝑄1+𝑄2=1− 𝑄3
𝑄1+𝑄2
Trong đó:
𝑄1: Nhiệt lượng cung cấp đẳng tích;
𝑄2: Nhiệt lượng cung cấp đẳng áp;
𝑄3: Nhiệt lượng thải đẳng tích;
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 giãn 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 trên đây 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
Động cơ diesel tàu thủy II – Đại học GTVT TP.HCM – 2017 3
nén và giãn 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
Tùy 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.
1.2.1 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích
P
Pz
Pc
z
c
b
a
VVa
VcSr p
a
c
b
z
T
Tz
Tc
Q1
Q3
Hình 1.2 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích trên đồ thị 𝑃−𝑉 và 𝑇−𝑆
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:
=
và
=1.