Bài thuyết trình: Thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh động cơ

Chia sẻ: Phan Minh Thuat | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

116
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài thuyết trình "Thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh động cơ" trình bày về quá trình thay đổi khí trong động cơ hai kỳ để đảm bảo được sự hoạt động tốt thì cần phải tìm hiểu cụ thể chức năng nhiệm vụ và cấu tạo của động cơ từ đó rút ra cánh hoạt động để làm cho động cơ chạy một cách tốt nhất. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài thuyết trình để nắm bắt đầy đủ nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài thuyết trình: Thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh động cơ

ĐẶT VẤN ĐỀ NHIỆM VỤ CỦA QUÁ TRÌNH :  Quá trình thay đổi khí có nhiệm vụ là làm cho quá trình công tác trong động cơ, “Thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh động cơ”. YÊU CẦU LÀM VIỆC: Hệ thống phải làm việc êm dịu, tin cậy, công chi phí thấp.  Đảm bảo thải sạch và nạp đầy  Các xupap phải kín khít, tránh để lọt khí trong quá trình nén và giản nở, độ mở phải lớn để dòng khí dễ lưu thông Các xupap phải đóng mở phải đúng thời điểm quy định .
ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC : Trong quá trình làm việc, mặt nấm xupap chịu phụ tải động và phụ tải nhiệt rất lớn. Lực khí thể tác dụng trên diện tích mặt nấm xupap có thể lên đến 10.000 đến20.000 N, trong động cơ cường hóa và tăng áp, lực này có thể tăng đến 30.000 N.Hơn nữa mặt nấm xupap luôn luôn va đập mạnh với đế xupap nên rất dễ biến dạng. Do xupap trực tiếp tiêp xúc với khí cháy nên xupap còn phải chịu nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ của xupap thải trong động cơ xăng thường đạt 800850 0C, trong động cơ diezel là 500600 0C. Nhất là trong kỳ thải, nấm và thân xupap phải tiếp xúc với dòng khí thải có nhiệt độ rất cao, vào khoảng 700900 0C đối với động cơ diezel còn ở động cơ xăng thì cao hơn 11001200 0C. hơn nữa tốc độ dòng khí thải rất lớn, mới bắt đầu thải cơ thể đạt được 400600 m/s nên khiến cho xupap nhất là xupap xả thường dễ bị quá nóng và bị dòng khí ăn mòn. Ngoài ra trong nhiên liệu có lưu huỳnh nên khi cháy tạo axit ăn mòn mặt nấm xupap. Vì vậy vật liệu dùng để chế tạo xupap phải có sức bền cơ học cao, chịu nhiệt tốt, chống được ăn mòn hóa học và hiện tượng xâm thực của dòng khí thải có nhiệt độ cao.
* ĐỊNH HƯỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRÊN  TÌM HIỂU CẤU TẠO HỆ THỐNG TRAO ĐỔI KHÍ .  TÌM HIỂU HẾ THỐNG QUÉT THẢI VÀ HỆ THỐNG ÁP DỤNG NHIỀU  TÌM HIỂU HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC CÁC CỬA QUÉT VÀ THẢI  TÌM HIỂU DIỄN BIẾN QUÁ TRÌNH  KẾT LUẬN
GIẢI QUYẾT VẦN ĐỀ TÌM HIỂU CẤU TẠO HỆ THỐNG TRAO ĐỔI KHÍ :  Trong động cơ hai kỳ, quá trình và nạp đầy môi chất mới vào xilanh chỉ chiếm khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu. Quá trình thải trong động cơ hai kỳ chủ yếu dùng không khí quét có áp suất lớn hơn áp suất khí trời để đẩy sản vật cháy ra ngoài. Ở quá trình này sẽ xảy ra sự hòa trộn giữa không khí quét với sản vật cháy, đồng thời cũng có các khu vực chết trong xilanh không có khí quét tới. Chất lượng các quá trình thải sạch sản vất cháy và nạp đầy môi chất mới trong động cơ hai kỳ chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm của hệ thống quét thải.  Theo hướng vận động của dòng khí quét trong động cơ hai kỳ phân thành hai loại:  + Hệ thống trao đổi khí quét vòng : Quét vòng: là hệ thống quét và thải vận hành theo nguyên lý dòng không khí quét đi đường vòng lúc đầu từ phía dưới men theo thành xilanh đi lên, tới nắp xilanh dòng khí quay đổi chiều 1800 và đi xuống ngược với chiều cũ. Các cửa thải và cửa quét của hệ thống quét vòng đều đặt ở phần dưới của xilanh và việc đóng, mở các cửa này đều do piston đảm nhiệm
GIẢI QUYẾT VẦN ĐỀ  Quét thẳng: dòng khí quét đi theo đường thẳng từ dưới lên, vì vậy hành trình của nó trong xilanh chỉ bằng một nửa so với quét vòng. Các cơ cấu quét và thải của hệ thống quét thẳng được đặt ở hai đầu xylanh. Điều khiển đóng mở cửa khí là do piston hoặc xupáp dùng trục cam. Ngoài ra hệ thống quét thải của động cơ hai kỳ còn được phân loại như Dựa vào các cửa khí quanh chu vi có: Quét vòng quét. đặt ngang: Các cửa thải của hệ thống này được đặt ngang đối diện với cửa
GIẢI QUYẾT VẦN ĐỀ  Quét vòng đặt hỗn hợp: Là dạng hỗn hợp của các hệ thống quét vòng đặt ngang, quét vòng đặt một bên, quét vòng đặt xung quanh.  Quét vòng đặt xung quanh: Các cửa thải và cửa quét đều được đặt khắp chu vi xylanh của động cơ
GIẢI QUYẾT VẦN ĐỀ  Quét vòng đặt hỗn hợp: Là dạng hỗn hợp của các hệ thống quét vòng đặt ngang, quét vòng đặt một bên, quét vòng đặt xung quanh.   Dựa vào chiều cao tương đối giữa cửa thải và cửa quét dọc theo đường tâm xylanh trong hệ thống quét có ba trường hợp sau :  Mép cửa thải cao hơn so với cửa quét :
GIẢI QUYẾT VẦN ĐỀ  Hướng tiếp tuyến : đường tâm của các cửa khí là những đường tiếp tuyến của một vòng tròn có đường kính nhỏ hơn đường xilanh, thường dungc cho cửa quét cảu phương án quét thẳng  Hướng lệch tâm :đường tâm của các cửa thải hoặc cửa quét tập trung vào tại một vài điểm lệch tâm so với tâm xilanh nằm bên trong hơặc bên ngoài xi lanh
*TÌM HIỂU CÁC HỆ THỐNG QUÉT THẢI THƯỜNG DÙNG  + Hệ thống trao đổi khí quét vòng :  Dựa vào dòng khí chuyển động trong xylanh, sơ đồ thay đổi khí được phân ra quét thẳng và quét vòng. Với phương án quét vòng, dòng khí chuyển động từ cửa quét lên nắp xylanh, sau đó theo hướng ngược lại từ nắp xylanh xuống cửa xả, các cửa quét và cửa xả người ta phân ra sơ đồ trao đổi khí quét vòng ngang và quét vòng về một phía.  + Sơ đồ trao đổi khí quét vòng ngang :  Phương án này dùng cho nhiều loại động cơ, các cửa quét a được bố trí đối diện với các cửa xả, được chế tạo có góc nghiêng với trục tâm và đường kính xylanh, chiều cao cửa xả lớn hơn chiều cao cửa quét.  Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 7.2:  Khi piston đi xuống, đến cuối hành trình giãn nở, các cửa xả mở, từ thời điểm này đến lúc mở cửa quét, sản vật cháy tự do xả ra khỏi xylanh. .
 Piston tiếp tục đi xuống, và khi đỉnh của nó đi qua mép của cửa quét, khí nạp mới đã được nén tới áp suất lớn hơn áp suất khí quyển tràn vào xylanh qua cửa quét, đẩy phần khí cháy còn lại ra khỏi xylanh động cơ, đồng thời nạp đầy không gian công tác của xylanh. Khi piston đến gần điểm chết dưới, một phần không khí thổi trực tiếp từ cửa quét sang cửa xả, vì thế chất lượng làm sạch xylanh kém.  Sơ đồ thay đổi khí kiểu này có nhược điểm là : từ lúc đóng cửa quét đến lúc đóng cửa xả thì một phần không khí bị rò lọt ra ngoài.  Do làm sạch xylanh không hoàn thiện và tổn thất khí nạp, nên đối với hệ thống thay đổi khí quét vòng ngang, lượng khí sót tăng lên.  Ở động cơ 2 kỳ, quá trình nén bắt đầu khi kết thúc quá trình thay đổi khí. Một phần hành trình không tham gia vào quá trình nén. Trong quá trình tính toán, phần hành trình tổn thất được đánh giá bằng tỷ số giữa chiều cao các cửa, sau khi đóng các cửa thì quá trình nén mới bắt đầu.  + Sơ đồ trao đổi khí quét vòng ngang có nạp thêm :  Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 7.3 :
 Các cửa quét và cửa xả được bố trí đối diện nhau, các cửa quét cao hơn các cửa xả. Trong bình chứa của cửa quét có đặt van lá một chiều. Khi piston dịch chuyển về phía dưới đến cuối hành trình giản nở, cửa quét mở sớm hơn cửa xả nhưng không có hiện tượng xả sản vật cháy vào bình chứa nhờ các van một chiều đóng cửa quét.  Khi piston mở cửa xả thì bắt đầu quá trình xả tự do, quá trình này diển ra cho đến lúc áp suất khí quyển xả thấp hơn áp suất khí trong bình nén. Tính theo góc quay trục khuỷu, thời gian của thời kỳ này khác nhau phụ thuộc vào tải, tải càng cao thì thời kỳ xả tự do càng dài.  Ap suất của sản vật cháy giảm đến giá trị PH, các lá van được mở ra và không khí bắt đầu nạp vào xylanh. Từ thời điểm này đến lúc đóng cửa xả, đồng thời diễn ra các quá trình quét và xả cưỡng bức.  Sơ đồ này có ưu điểm là :  +Không có thời kỳ tổn thất khí nạp.  +Trước thời điểm đóng cửa xả, áp suất trong xylanh gần bằng áp không khí tăng áp.  Tuy nhiên, bố trí các lá van trước cửa nạp làm kết cấu phức tạp, giảm tính tin
 Sơ đồ trao đổi khí quét vòng về một phía :  Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình:  Ở sơ đồ này, các cửa quét và cửa xả được bố trí về một phía, đường ống xả, bình chứa khí quét bố trí về một bên, làm giảm chiều rộng động cơ. Các cửa xả được bố cao hơn các cửa quét.  Khi piston dịch chuyển xuống phía dưới, các cửa xả được mở ra, lúc này diễn ra quá trình xả tự do. Piston tiếp tục dịch chuyển và mở cửa quét, lúc này diễn ra các quá trình quét và xả cưỡng bức cho đến khi đóng cửa quét. Độ nghiêng xuống của các cửa quét và độ lõm của đỉnh piston tạo nên hướng chuyển động của dòng khí về phía đỉnh, sau đó quét dọc lên nắp xylanh và quay trở lại về cửa xả.  Như vậy không khí nạp qua các cửa quét chuyển động còng theo xylanh. Phần lớn thời gian của thời kỳ này, không khí nạp vào xylanh đẩy sản vật cháy ra ngoài. Gần cuối thời kỳ diễn ra sự hòa trộn không khí với khí xả và tổn thất qua cửa xả. Trong các động cơ có sơ đồ thay đổi khí quét vòng về một phía, chất lượng làm  sạch xylanh tốt hơn ( r = 0,05 0,09 ). Nhưng suất tiêu hao không khí quét không lớn ( ϕa = 1,6 ).  Sau khi đóng các cửa quét, các cửa xả còn mở nên piston dịch chuyển đi lên sẽ gây ra tổn thất khí nạp. Để rút ngắn thời kỳ này, các cửa quét được chế tạo cao dần từ tâm ra ngoài, còn các cửa xả thì ngược lại. Phần tổn thất hành trình đối với  sơ đồ này là : s = 0,23 0,26.
 + Hệ thống trao đổi khí quét thẳng :  Dòng không khí chuyển động dọc theo tâm xylanh và đẩy sản vật cháy ra ngoài, không khí ít hòa trộn với khí cháy. Nhờ trao đổi khí tốt, các động cơ tàu thủy  2 kỳ quét thẳng có hệ số khí sót thấp ( r = 0,05 0,09 ). Dựa vào kết cấu của cơ cấu điều khiển xả, sơ đồ hệ thống thay đổi khí quét thẳng được phân ra : quét thẳng qua xupap và quét thẳng qua cửa.  Sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua xupap : .
Các cửa quét 2 trong tất cả các trường hợp đều nằm phía dưới lót xylanh và bố trí đều theo chu vi. Nhờ vậy đảm bảo tiết diện lưu thông khi chiều cao các cửa quét không lớn, đồng thời phân bố đều không khí theo tiết diện ngang của xylanh. Tất cả các cửa sổ được chế tạo đều nhau về hình dáng và chiều cao. Phân bố các cửa kiểu tiếp tuyến ( hình cắt AA ) đảm bảo xoáy dòng khí nạp vào xylanh và chuyển động hình vít từ cửa quét đến cửa xả 1. Vận động xoáy kiểu tiếp tuyến của không khí được giữ nguyên cho đến cuối hành trình nén sẽ tạo điều kiện hòa trộn môi chất công tác tốt. Sản vật cháy từ xylanh xả qua các xupap bố trí ở nắp xylanh. Đối với các đông cơ khác nhau, số xupap thay đổi từ 1 đến 4. Các xupap được đẫn động bằng trục phối khí thông qua cơ cấu cam hoặc dẫn động thủy lực. Khi piston dịch chuyển xuống điểm chết dưới, các xupap xả được mở ra trước, từ thời điểm này đến thời điểm mở cửa quét diễn ra xả tự do. Trong thời kỳ mở cửa, diễn ra đồng thời quét xylanh và xả cưỡng bức. Các xupap xả được đóng muộn hơn các cửa quét, nhưng tổn thất khí nạp không đáng kể, do đó có thể coi kết thúc quá trình trao đổi khí và bắt đầu quá trình nén tương ứng với thời điểm đóng các cửa quét. Các động cơ tàu thủy có sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua xupap có tổn thất hành trình là : s = 1,45 1,55.
 + Sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua cửa :  Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 1.8 :  Sơ đồ trao đổi khí kiểu này có cửa xả 1 và cửa quét 2 được bố trí ở 2 phía của xylanh. Một piston đóng mở cửa xả, một piston đóng mở cửa quét.  Để đảm bảo mở sớm các cửa xả và xả khí tự do thì cơ cấu trục khuỷuthanh truyềnpiston đóng mở cửa xả được đặt sớm hơn 6 12° góc quay trục khuỷu so với cửa quét, theo chiều quay của trục khuỷu. Nhờ vây lúc bắt đầu trao đổi khí, các cửa xả mở sớm hơn các cửa quét, đảm bảo xả tự do.  Cuối thời kỳ thay đổi khí, các cửa quét đóng muộn hơn các cửa xả nên có thể nạp thêm. Các cửa được bố trí đều xung quanh lót xy lanh, các cửa quét được bố trí theo hướng tiếp tuyến, đảm bảo vận tốc xoáy lốc dòng khí trong xylanh giống như ở sơ đồ thay đổi khí quét thẳng qua xupap. Hệ thống này có nhược điểm là kết cấu phức tạp, ứng suất nhiệt của piston đóng mở cửa xả cao, làm xấu quá trình thay đổi  khí đối với động cơ tự đảo chiều khi làm việc ở hành trình lùi.  Để hướng dòng khí theo hướng xác định khi nạp vào xylanh thì các cửa quét được chế tạo có góc nghiêng với trục và tâm của nó.
GIẢI QUYẾT VẦN ĐỀ  TÌM HIỂU HÌNH DẠNG, KÍCH THƯỚC CÁC CỬA QUÉT VÀ THẢI :  Các cửa quét cần có đủ tiết kiệm lưu thong để đưa không khí quét vào xi lanh.phương hướng của đường thong trong cửa quét phải giúp không khí quét gạt hết sản vật cháy ra ngoài và trong điều kiện có thể phải tạo được chuyển động xoáy tiếp tuyến của dòng khí trong xi lanh để hoàn thiện hình thành hòa khí và nâng cao chất lượng của động cơ. Một số cửa khí :  Thường dùng các cửa quét hình chữ nhật và hình chữ nhật lệch vì với chiều cao và chiều rộng như nhau thì tiết kiệm lưu thông của các cửa quét hình chữ nhật sữ lớn nhát.Cửa quét hình ôvan không có ưu điểm gì nổi bật nên ít dung. Hình tròn được dùng làm cửa quét của động ơ hai kỳ quét thẳng với đường kính không lớn nên được xếp thành nhiều hang ( 3 4 hàng) và bố trí khắp quanh chu vi xilanh.các cửa hình tròn thường đặt theo hướng tiếp tuyến (xem hình ), lệch với bán kính trung bình của xilanh một góc α, từ hang dưới đi lên α tăng dần. Cách làm trên đã tạo chuyển động xoáy tiếp tuyến của khí quýet, cải thiện chất lượng hình thành hòa khí và quá trình cháy của động cơ, mặt khác òcn tạo lớp đệm ngăn cách sản phẩm cháy với khí quét.Tuy nhiên khi dung các lỗ tròn nhỏ do tỉ số giữa các chu vi và diện tích tương đối lơn nên dễ kết keo, kết muội than hơn các loại khác.  Khi chọn kích thước và bố trí các cửa thải thì cần chú ý tăng tổng chiều rộng bằng cách tăng số lượng cửa khí và giảm chiều rộng phần thịt giữa các cửa.Cách làm trên làm cho khí quét được phân bố đều, đồng thời giảm được chiều cao, qua đó tránh khí thải lộn và bình chứa khí quét, tăng chất lượng khí quét.
Trên cơ sở nguyên cứu thực nghiệm sự biến thiên của áp suất trong xy lanh và diện tích lưu thông của cửa thải f1 và quét fq theo góc quay trục khuỷu b ( hình dưới), người ta chia quá trình thải quét khí trong động cơ hai kỳ thành ba thời kỳ sau : 1. Thời kỳ thải tự do, bắt đầu từ lúc mở của thải b ( áp suất trong xy lanh pb) tới lúc không khí quét đi vào xilanh thực hiện quét sản vật cháy N (áp suất trong xy lanh N bằng áp suất trung bình suốt thời kỳ quét và thải cưỡng bức). Trong thời kỳ thải tự do áp suất trong xylanh lớn hơn nhiều so với pth (áp suất trung bình trong ống thải) nên dòng khí thải thoát qua cửa thải với tốc độ lớn. Từ lúc cảu thải (điểm B ởb) tới lúc mở của quét (điểm H ở h ) với áp suất trong xylanh H được gọi là giai đoạn thải sớm ( BH hoặc bh). Trong động cơ cao qua cửa quét qua bình chứa khí quét gây tăng nhiệt độ và làm bẩn khí quét, ngoài ra còn gây ra tổn thất một phần trị số “ thời gian tiết diện” của cửa quét cho số sản vật chấy trên trowr lại xilanh giai đoạn đầu thời kỳ quét khí. Trên thực tế không thể tránh hiện tượng trên trong động cơ cao tốc vì muốn vậy phải mở của thải sớm hơn làm giảm hành trình có ích và gây mất một phần công suất động cơ. Trong động cơ hai kỳ tàu thủy và tĩnh tại cỡ lớn thường có van một chiều trong cửa quét, đảm bảo ph
Trong thời kỳ thải tự do (bN hoặc BN) có hai giai đoạn lưu động : trên giới hạn (BE) với tốc độ dòng khí bằng tốc độ truyền âm và dưới hạn (EN) với tốc độ dòng khí nhỏ hơn tốc độ truyền âm, phụ thuộc tỉ số (px áp suất trong xylanh, thay đổi theo ). Tại E : px = pE , nếu đường thải trực tiếp thông với khí trời thì pE ≈ 0,2 MPa. 2. Thời kỳ thứ hai – thải cưỡng bức và quét khí. Trong thời kỳ này các cơ cấu thải và quét đều mở và đồng thời xảy ra hai quá trình có quan hệ mật thiết với nhau : khí quét từ bình chứa đi vào xylanh và sản vật cháy bị không khí quét đẩy ra đường thải. Thời kỳ thải cưỡng bức và quét khí bắt đầu lúc khí quét đi vào xilanh ( giả thiết tại N – N, hình bên) và kết thúc tại điểm đóng kín cửa quét ( điểm D và d ,hình a và b) hoặc điểm đóng kín cơ cấu thải ( điểm A1 và a1 hình a và c) tùy theo cơ cấu nào đóng trước. Đầu thời kỳ này, mặc dầu khí quét đã bắt đầu vào xilanh nhưng do ảnh hưởng hút của dòng khí qua cửa thải, nên áp suất x vẫn tiếp tục giảm, với động cơ cao tốcx có thể xuống thấp hơn áp suất khí trời po (điểm K trên hình a). tiếp theo fq mở rộng hơn, làm tăng lưu lượng khí quét và tăng px tới pN rồi quá pN sau đó dao dộng quanh giá trị pN với biên độ ngày một giảm.
Trong thời kỳ hai có khoảng 3050% sản vật cháy bị đẩy ra ngoài. Nếu là hệ thống quét thẳng thì số khí quét đi vào đầu tiên sẽ tạo nên lớp điệm ngăn sản vật cháy với khí khối khí quét để sản vật cháy qua ống thải, nếu quét vòng thì khí quét và sản vật cháy thường hòa trộn với nhau và một phần lưư lại trong xilanh còn một phần đi qua đường thải. Trong thời kỳ hai có khoảng 3050% sản vật cháy bị đẩy ra ngoài. Nếu là hệ thống quét thẳng thì số khí quét đi vào đầu tiên sẽ tạo nên lớp điệm ngăn sản vật cháy với khí khối khí quét để sản vật cháy qua ống thải, nếu quét vòng thì khí quét và sản vật cháy thường hòa trộn với nhau và một phần lưư lại trong xilanh còn một phần đi qua đường thải.
BHH1 - trị số “ thời gian thiết diện hình học “ của giai đoạn thải sớm, NN2MD - trị số “ thời gian thiết diện hình học “ thời kỳ quét khí, BNN1 - trị số “ thời gian thiết diện hình học “ thời kỳ thải tự do, NN1CD1D và NN1CA1- trị số “ thời gian thiết diện hình học “ thời kỳ thải cưỡng bức, DA2D1 - trị số “ thời gian thiết diện hình học “ của thời kỳ lọt khí, A1DA3 - trị số “ thời gian thiết diện hình học “ của thời kỳ nạp thêm,