Đề cương môn học lý thuyết động cơ đốt trong - Chương I: Khái quát về động cơ đốt trong

Nội dung text: Đề cương môn học lý thuyết động cơ đốt trong - Chương I: Khái quát về động cơ đốt trong

1. Đề c−ơng môn học Lý thuyết động cơ đốt trong cho ngành Động cơ đốt trong với 6 ĐVHT (90 t lên lớp) Ch−ơng I. Khái quát về động cơ đốt trong 1.1 Động cơ động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt 1.2 So sánh động cơ đốt trong với các động cơ nhiệt khác 1.3 Phân loại động cơ đốt trong 1.4 Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong 1.4.1 Những khái niệm và định nghĩa cơ bản 1.4.2 Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ 1.4.3 So sánh động cơ 4 kỳ và động cơ 2 kỳ 1.5 Những thông số đặc tr−ng cơ bản của động cơ đốt trong (bổ sung thêm những thông số về ô nhiễm môi tr−ờng: các thành phần độc hại trong khí thải của động cơ diesel và xăng) Ch−ơng II. Chu trình lý t−ởng của động cơ đốt trong 2.1 Những khái niệm cơ bản 2.1.1 Những đặc điểm của chu trình lý t−ởng và ý nghĩa của việc nghiên cứu 2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chu trình lý t−ởng 2.2 Các chu trình lý t−ởng thông dụng 2.2.1 Chu trình hỗn hợp 2.2.2 Chu trình đẵng tích 2.3 Khảo sát ảnh h−ởng đến hiệu suất nhiệt và áp suất trung bình của chu trình lý t−ởng 2.3.1 Chu trình đẳng tích 2.3.2 Chu trình hỗn hợp Ch−ơng III. Môi chất công tác 3.1 Nhiên liệu 3.1.1 Các loại nhiên liệu dùng trong động cơ đốt trong 3.1.2 Tính chất của nhiên liệu lỏng 3.1.3 Đánh giá tính tự cháy của nhiên liệu diesel 3.1.4 Đánh giá tính chống kích nổ của động cơ đốt cháy c−ỡng bức 3.2 Phản ứng cháy và sản vật cháy 3.2.1 Nhiên liệu cháy hoàn toàn 3.2.1.1 L−ợng không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu 3.2.1.2 Hệ số d− l−ợng không khí 3.2.1.3 L−ợng khí nạp mới M 1 3.2.1.4 Sản vật cháy M 2 3.2.2 Nhiên liệu cháy không hoàn toàn 3.2.3 Thay đổi thể tích khi cháy 3.2.3.1 L−ợng thay đổi tuyệt đối 3.2.3.2 Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết β0 3.2.3.3 Hệ số biến đổi phân tử thực tế β và βx 3.3 Tỷ nhiệt của môi chất công tác 3.3.1 Tỷ nhiệt phụ thuộc nhiệt độ 3.3.2 Tỷ nhiệt của khí nạp mới 3.3.3 Tỷ nhiệt của sản vật cháy 3.3.4 Tỷ nhiệt của hỗn hợp công tác Ch−ơng IV. Chu trình thực tế của động cơ đốt trong 4.1 Quá trình nạp 1
2. 4.1.1 Khái quát 4.1.2 Những thông số cơ bản của quá trình nạp 4.1.2.1 áp suất cuối quá trình nạp 4.1.2.2 Hệ số khí sót 4.1.2.3 Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới 4.1.2.4 Nhiệt độ cuối quá trình nạp 4.1.2.5 Hệ số nạp 4.1.3 Những thông số ảnh h−ởng đến hệ số nạp 4.2 Quá trình nén 4.2.1 Diễn biến và các thông số cơ bản của quá trình nén 4.2.2 Những nhân tố ảnh h−ởng đến chỉ số nén đa biến 4.2.3 Cân bằng nhiệt trong quá trình nén 4.2.4 Vấn đề chọn tỷ số nén 4.3 Quá trình cháy 4.3.1 Khái niệm cơ bản 4.3.2 Cơ sở lý hoá của quá trình cháy 4.3.3 Quá trình cháy trong động cơ xăng 4.3.3.1 Diễn biến 4.3.3.2 Những nhân tố ảnh h−ởng 4.3.3.3 những hiện t−ợng cháy không bình th−ờng trong động cơ xăng 4.3.4 Quá trình cháy trong động cơ diesel 4.3.4.1 Diễn biến 4.3.4.2 Những nhân tố ảnh h−ởng 4.3.5 Tính toán nhiệt động quá trình cháy 4.3.5.1 Sơ đồ tính toán 4.3.5.2 Quan hệ giữa các thông số 4.3.5.3 Ph−ơng trình cháy 4.4 Quá trình gign nở 4.4.1 Diễn biến 4.4.2 Cân bằng nhiệt trong quá trình gign nở 4.4.3 Các nhân tố ảnh h−ởng đến chỉ số gign nở đa biến 4.5 Quá trình thải 4.5.1 Diễn biến 4.5.2 Vấn đề thải sạch Ch−ơng V. Những thông số chỉ thị, có ích và vấn đề cân bằng nhiệt của động cơ đốt trong 5.1 Những thông số chỉ thị 5.1.1 Công chỉ thị 5.1.2 Công suất chỉ thị 5.1.3 Hiệu suất chỉ thị 5.2 Những thông số có ích 5.2.1 Tổn thất cơ giới 5.2.2 Công suất có ích và hiệu suất cơ giới 5.2.3 Hiệu suất và suất tiêu thụ nhiên liệu 5.3 Cân bằng nhiệt của động cơ đốt trong Ch−ơng VI. Thay đổi môi chất trong động cơ 2 kỳ 6.1 Các hệ thống quét thải của động cơ 2 kỳ 6.2 Pha phối khí 6.2.1 Pha phối khí đối xứng 6.2.2 Pha phối khí không đối xứng 2
3. 6.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất l−ợng quá trình quét thải Ch−ơng VII. Hình thành khí hỗn hợp trong động cơ đốt trong 7.1 Hình thành khí hỗn hợp trong động cơ xăng 7.1.1 Hỗn hợp bên ngoài 7.1.1.1 Hỗn hợp dùng bộ chế hoà khí 7.1.1.2 Hệ thống phun xăng gián tiếp 7.1.2 Hỗn hợp bên trong: động cơ phun xăng trực tiếp (GDI) 7.2 Hình thành khí hỗn hợp trong động cơ diesel 7.2.1 Hình thành hỗn hợp trong buồng cháy thống nhất 7.2.1.1 Buồng cháy thống nhất không tận dụng xoáy lốc, hỗn hợp thể tích 7.2.1.2 Buồng cháy thống nhất tận dụng xoáy lốc, hỗn hợp thể tích-màng 7.2.1.3 Hỗn hợp màng 7.2.2 Hình thành hỗn hợp trong buồng cháy ngăn cách Ch−ơng VIII. Đặc tính động cơ 8.1 Khái niệm chung và cơ sở xây dựng đặc tính 8.1.1 Chế độ làm việc 8.1.2 Các loại đặc tính của động cơ 8.1.3 Cơ sở xây dựng đặc tính 8.2 Đặc tính tốc độ 8.2.1 Các loại đặc tính tốc độ 8.2.2 Đặc tính tốc độ động cơ xăng 8.2.2.1 Đặc tính ngoài 8.2.2.2 Đặc tính bộ phận 8.2.3 Đặc tính tốc độ động cơ diesel 8.2.3.1 Đặc tính ngoài 8.2.3.2 Đặc tính bộ phận 8.3 Đặc tính chân vịt 8.3.1 Đặc điểm của đặc tính chân vịt 8.3.2 Đặc tính chân vịt động cơ xăng 8.3.3 Đặc tính chân vịt động cơ diesel 8.4 Đặc tính tải 8.3.1 Đặc tính tải động cơ xăng 8.3.2 Đặc tính tải động cơ diesel 8.5 Đặc tính tổng hợp 8.6 Đặc tính điều chỉnh (kể cả đặc tính điều chỉnh các thành phần độc hại theo hệ số d− l−ợng không khí) 8.7 Đặc tính không tải và điều tốc 8.8 Cải thiện đặc tính (nêu cả các biện pháp hiện đại để cải thiện đặc tính để thậm chí M = const) Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Tất Tiến. Nguyên lý động cơ đốt trong, Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội, 2000 [2] Trần Văn Tế, Nguyễn Đức Phú. Thiết kế và tính toán động cơ đốt trong, Hà Nội, 1996 [3] Alfred Urlaub. Verbrennungsmotoren. Springer Verlag Berlin Heidelberg NewYork London Paris Tokyo Hongkong 1989 3
4. [4] F. Schọfer und R. van Basshuysen. Schadstoffreduzierung und Kraftstoffverbrauch von Pkw- Verbrennungsmotoren. Springer-Verlag Wien NewYork 1993 [5] F. Pischinger. Verbrennungsmotoren, Vorlesungsumdruck RWTH Aachen 1993 [6] Proceedings of the international conference on automotive technology. Hanoi, December 1996. [7] H.P. Lenz. Verbrennungskraftmaschinen, Skriptum zur Vorlesung, Grundzỹge und Vertiefung. TU Wien 1999 4
5. Ch−ơng I. Khái quát về động cơ đốt trong 1.1 Động cơ động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt Động cơ nhiệt là một loại máy biến đổi nhiệt năng của nhiên liệu thành cơ năng. Có thể phân quá trình công tác của động cơ nhiệt thành hai quá trình cơ bản nh− sau: - Đốt cháy nhiên liệu, giải phóng hoá năng thành nhiệt năng và gia nhiệt cho môi chất công tác. Trong giai đoạn này xảy ra các hiện t−ợng lý hoá rất phức tạp. - Biến đổi trạng thái của môi chất công tác, hay nói cách khác, môi chất công tác thực hiện chu trình nhiệt động để biến đổi một phần nhiệt năng thành cơ năng. Trên cơ sở đó có thể phân loại động cơ nhiệt thành hai loại chính là động cơ đốt ngoài và động cơ đốt trong . ở động cơ đốt ngoài , ví dụ máy hơi n−ớc cổ điển trên tàu hoả, hai giai đoạn trên xảy ra ở hai nơi khác nhau. Giai đoạn thứ nhất xảy ra tại buồng đốt và nồi xúp-de, kết quả đ−ợc hơi n−ớc có áp suất và nhiệt độ cao. Còn giai đoạn thứ hai là quá trình giEn nở của hơi n−ớc trong buồng công tác và sinh công làm quay bánh xe. Còn ở động cơ đốt trong , hai giai đoạn trên diễn ra tại cùng một vị trí, đó là bên trong buồng công tác của động cơ. Hai loại động cơ nói trên đều có hai kiểu kết cấu, đó là động cơ kiểu piston và kiểu tuốc-bin theo sơ đồ d−ới đây, hình 1-1. Động cơ nhiệt Động cơ đốt ngoài Động cơ đốt trong Kiểu piston Kiểu tuốc -bin Kiểu piston Kiểu tuốc -bin Hình 1-1. Động cơ đốt trong thuộc họ động cơ nhiệt Do giới hạn của giáo trình, chúng ta chỉ xét động cơ đốt trong kiểu piston và từ đây gọi vắn tắt là động cơ đốt trong. Trong thực tế, động cơ kiểu tuốc bin là đối t−ợng khảo sát của chuyên ngành máy tuốc-bin. 1.2 So sánh động cơ đốt trong với các động cơ nhiệt khác 1.2.1 Ưu điểm - Hiệu suất có ích ηe lớn nhất, có thể đạt tới 50% hoặc hơn nữa. Trong khi đó, máy hơi n−ớc cổ điển kiểu piston chỉ đạt khoảng 16%, tuốc bin hơi n−ớc từ 22 đến 28%, còn tuốc bin khí cũng chỉ tới 30%. Lý do chủ yếu là vì chu trình Các-nô t−ơng đ−ơng của động cơ đốt trong có chênh lệch nhiệt độ trung bình của nguồn nóng và nguồn lạnh lớn T 1 2 nhất (Theo định luật Các-nô hiệu suất nhiệt ηt = − , trong đó T 1 là nhiệt độ nguồn T1 3
6. nóng và T 2 là nhiệt độ nguồn lạnh). Cụ thể trong động cơ đốt trong, nhiệt độ quá trình cháy rất cao có thể đến 1800 đến 2700 K, trong khi nhiệt độ cuối quá trình giEn nở khá nhỏ, chỉ vào khoảng 900 đến 1500 K. - Kích th−ớc và trọng l−ợng nhỏ, công suất riêng lớn. Nguyên nhân chính là do quá trình cháy diễn ra trong xy lanh của động cơ nên không cần các thiết bị cồng kềnh nh− lò đốt, nồi hơi và do sử dụng nhiên liệu có nhiệt trị cao (ví dụ nh− xăng, nhiên liệu diesel so với than, củi, khí đốt dùng trong động cơ đốt ngoài). Do đó, động cơ đốt trong rất thích hợp cho các ph−ơng tiện vận tải với bán kính hoạt động rộng. - Khởi động, vận hành và chăm sóc động cơ thuận tiện, dễ dàng. 1.2.2 Nh−ợc điểm - Khả năng quá tải kém, cụ thể không quá 10% trong 1 giờ. - Tại chế độ tốc độ vòng quay nhỏ, mô men sinh ra không lớn. Do đó, động cơ không thể khởi động đ−ợc khi có tải và phải có hệ thống khởi động riêng. - Công suất cực đại không lớn. Ví dụ, một trong những động cơ lớn nhất thế giới là động cơ của hEng MAN B&W có công suất 68.520 kW (số liệu 1997), trong khi tuốc-bin hơi bình th−ờng cũng có công suất tới vài chục vạn kW. - Cấu tạo phức tạp, giá thành chế tạo cao. - Nhiên liệu cần có những yêu cầu khắt khe nh− hàm l−ợng tạp chất thấp, tính chống kích nổ cao, tính tự cháy cao nên giá thành cao. Mặt khác, nguồn nhiên liệu chính là dầu mỏ ngày một cạn dần. Theo dự đoán, trữ l−ợng dầu mỏ chỉ đủ dùng cho đến giữa thế kỷ 21. - Ô nhiễm môi tr−ờng do khí thải và ồn. Tuy nhiên, động cơ đốt trong hiện nay vẫn là máy động lực chủ yếu, đóng vai trò vô cùng quan trọng trong các lĩnh vực của đời sống con ng−ời nh− giao thông vận tải, xây dựng, khai thác mỏ, nông nghiệp, ng− nghiệp Theo các nhà khoa học, trong vòng nửa thế kỷ tới vẫn ch−a có động cơ nào có thể thay thế đ−ợc động cơ đốt trong. 1.3 Phân loại động cơ đốt trong • Theo cách thực hiện chu trình - Động cơ bốn kỳ: là động cơ có chu trình công tác thực hiện sau bốn hành trình của piston hay hai vòng quay của trục khuỷu. - Động cơ hai kỳ: là động có chu trình công tác thực hiện sau hai hành trình của piston hay một vòng quay của trục khuỷu. • Theo nhiên liệu - Động cơ nhiên liệu lỏng nh− xăng, diesel, cồn (methanol, ethanol), cồn pha xăng hoặc diesel, dầu thực vật - Đ ộng cơ nhiên liệu khí (còn gọi là động cơ gas). Nhiên liệu khí bao gồm: khí thiên nhiên (Compressed Natural Gas - CNG), khí hoá lỏng (Liquidfied Petroleum Gas - LPG), khí lò ga, khí sinh vật (Biogas) - Động cơ nhiên liệu kép (Dual Fuel) ví dụ nh− động cơ gas mồi bằng nhiên liệu lỏng nh− xăng hay diesel. 4
7. - Động cơ đa nhiên liệu (Multi Fuel) nh− động cơ có thể dùng đ−ợc cả nhiên liệu nặng nh− diesel và nhiên liệu nhẹ nh− xăng, hoặc động cơ dùng cả xăng và khí đốt. • Theo ph−ơng pháp hình thành khí hỗn hợp - Hỗn hợp bên ngoài nh− động cơ xăng, động cơ gas. Khi đó, động cơ khí dùng bộ chế hoà khí hay phun xăng vào đ−ờng nạp còn gọi là phun gián tiếp. - Hỗn hợp bên trong nh− động cơ diesel hay động cơ phun xăng trực tiếp (Gasoline Direct Injection - GDI) vào xy lanh. Đối với mỗi loại động cơ cụ thể, ví dụ nh− động cơ xăng hay diesel, lại có các loại hình thành thành khí hỗn hợp khác nhau sẽ xét sau ở ch−ơng VII. • Theo ph−ơng pháp đốt cháy hỗn hợp - Đốt cháy c−ỡng bức nh− động cơ xăng, động cơ gas dùng tia lửa điện. - Đốt bằng tự cháy do nén nh− động cơ diesel. • Theo dạng chu trình nhiệt động - Chu trình đẳng tích ở động cơ xăng, gas, cồn - Chu trình hỗn hợp ở động cơ diesel. • Theo ph−ơng pháp nạp - Động cơ không tăng áp: không khí hay hỗn hợp đ−ợc hút vào xy lanh. - Động cơ tăng áp: không khí hay hỗn hợp đ−ợc nén tr−ớc khi nạp vào xy lanh. • Theo tốc độ trung bình của piston n.S Gọi tốc độ trung bình của piston là c . Dễ dàng tính đ−ợc c = (m/s) với S là m m 30 hành trình piston (m) và n là tốc độ vòng quay của trục khuỷu (v/ph). Theo c m ng−ời ta phân loại động cơ nh− sau: - 3,5 m/s ≤ c m < 6,5 m/s: động cơ tốc độ thấp - 6,5 m/s ≤ cm < 9 m/s: động cơ tốc độ trung bình - c m ≥ 9 m/s: động cơ tốc độ cao hay còn gọi là động cơ cao tốc. • Theo dạng chuyển động của piston - Động cơ piston tịnh tiến th−ờng gọi ngắn gọn là động cơ piston. Đa số động cơ đốt trong là động cơ piston. - Động cơ piston quay hay động cơ rô-to do Wankel phát minh năm 1954 nên còn gọi là động cơ Wankel. • Theo số xy lanh Động cơ một xy lanh (Single Cylinder Engine) và động cơ nhiều xy lanh (Multi Cylinder Engine) • Theo cách bố trí hàng xy lanh 5
8. Động cơ một hàng (Line Engine), động cơ chữ V, động cơ hình sao , hình 1-2. a) b) Hình 1 -2. a) Động cơ chữ V, b) Động cơ hình sao • Theo môi chất làm mát Động cơ làm mát bằng n−ớc hay chất lỏng đặc biệt và động cơ làm mát bằng gió (không khí). • Theo công dụng Động cơ tĩnh tại nh− máy phát 6 5 4 điện, động cơ tàu thuỷ, động cơ ô tô và xe máy, động cơ máy kéo, động cơ tàu hoả, động cơ máy bay ĐCT D 1.4 Đại c−ơng về nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong S 1.4.1 Những khái niệm và định 3 ĐCD nghĩa cơ bản Dựa vào l−ợc đồ động cơ trên 2 hình 1-3, chúng ta hEy đ−a ra một vài khái niệm và định nghĩa cơ bản làm cơ sở để xét nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong. 1 • Quá trình công tác là tổng hợp tất cả biến đổi của môi chất công tác xảy ra trong xy lanh của động cơ và trong các hệ thống gắn liền với xy lanh nh− hệ thống nạp - thải. Hình 1 -3. L−ợc đồ động cơ bốn kỳ • Chu trình công tác là tập hợp những 1. Trục khuỷu, 2. Thanh truyền, 3. Piston, 4. biến đổi của môi chất công tác xảy Xu páp thải, 5. Vòi phun (động cơ diesel) hay ra bên trong xy lanh của động cơ và bu-gi (động cơ xăng), 6. Xu páp nạp, ĐCT. diễn ra trong một chu kỳ . Điểm chết trên, ĐCD. Điểm chết d−ới, S. Hành trình piston, D. Đ−ờng kính xy lanh 6
9. • Điểm chết là điểm mà tại đó piston đổi chiều chuyển động. Có hai điểm chết là điểm chết trên (ĐCT) và điểm chết d−ới (ĐCD). • Hành trình piston S là khoảng cách giữa hai điểm chết (m). • Kỳ là một phần của chu trình công tác xảy ra khi piston dịch chuyển một hành trình. • Thể tích công tác Vh là thể tích xy lanh giới hạn bởi hai tiết diện đi qua các điểm chết. Vh = V max - V min (1-1) trong đó: Vmax và V min là thể tích xy lanh khi piston ở ĐCD và ĐCT. V min còn đ−ợc gọi là thể tích buồng cháy V c. Dễ dàng có thể tính đ−ợc: πD2 V = S (1-2) h 4 với D là đ−ờng kính xy lanh và S là hành trình piston. • Tỷ số nén ε là tỷ số giữa thể tích lớn nhất và thể tích nhỏ nhất (thể tích buồng cháy): V V + V V ε = max = h c = 1 + h (1-3) Vmin Vc Vc 1.4.2 Nguyên lý làm việc của động cơ bốn kỳ không tăng áp Nh− đE nêu ở phần phân loại, động cơ bốn kỳ có chu trình công tác đ−ợc thực hiện sau bốn hành trình của piston hay hai vòng quay của trục khuỷu. Sau đây sẽ khảo sát một cách khái quát diễn biến các quá trình lý-hoá xảy ra trong từng hành trình của piston, hình 1-4. p z ĐCT Chiều quay ϕs trục khuỷu ϕ c' 1 ϕ 4 b' d r 1 b'' p Nén Nạp th p r' a k d2 V p T k k ĐCT ĐCD Thải Cháy - giEn nở ϕ 2 ϕ3 ĐCD p th a) b) Hình 1 -4. Đồ thị mô tả nguyên lý làm việc của động cơ bốn kỳ không tăng áp a. Đồ thị công; b. Đồ thị pha 7
10. • Hành trình thứ nhất: hành trình nạp Piston đi từ ĐCT xuống ĐCD tạo nên độ chân không trong xy lanh. Không khí (ở động cơ diesel) hay hỗn hợp (ở động cơ xăng, gas ) từ đ−ờng nạp gọi là khí nạp mới đ−ợc hút vào xy lanh qua xu páp (valve) nạp đang mở và hoà trộn với khí sót của chu trình tr−ớc tạo thành hỗn hợp công tác . Để tiết diện l−u thông của xu páp khá lớn khi khí nạp mới thực sự đi vào xy lanh do đó nạp đầy hơn, xu páp nạp mở sớm một góc là ϕ1 tại điểm d1. • Hành trình thứ hai: hành trình nén Piston đi từ ĐCD lên ĐCT. Xu páp nạp đóng muộn một góc ϕ2 tại điểm d 2 nhằm tận dụng quán tính của dòng khí để nạp thêm . Hỗn hợp công tác bị nén khi hai xu-páp cùng đóng dẫn tới tăng áp suất và nhiệt độ trong xy lanh. Tại điểm c’ gần ĐCT t−ơng ứng với góc ϕs, bu-gi (động cơ xăng, gas) bật tia lửa điện hay vòi phun (động cơ diesel) phun nhiên liệu vào xy lanh. Góc ϕs đ−ợc gọi là góc đánh lửa sớm (động cơ xăng, động cơ gas) hay góc phun sớm (động cơ diesel). Sau một thời gian chuẩn bị rất ngắn, quá trình cháy thực sự diễn ra làm cho áp suất và nhiệt độ trong xy lanh tăng lên rất nhanh. • Hành trình thứ ba: hành trình cháy- giYn nở, hành trình công tác Piston đi từ ĐCT xuống ĐCD. Sau ĐCT, quá trình cháy tiếp tục diễn ra nên áp suất và nhiệt độ tiếp tục tăng, sau đó giảm do thể tích xy lanh tăng nhanh. Khí cháy giEn nở sinh công. Gần cuối hành trình, xu páp thải mở sớm một góc ϕ3 tại điểm b’ để thải tự do một l−ợng đáng kể sản vật cháy ra khỏi xy lanh vào đ−ờng thải. • Hành trình thứ t−: hành trình thải Piston đi từ ĐCD lên ĐCT, sản vật cháy bị thải c−ỡng bức do piston đẩy ra khỏi xy lanh. Để tận dụng quán tính của dòng khí nhằm thải sạch thêm, xu páp thải đóng muộn sau ĐCT một góc ϕ4 ở hành trình nạp của chu trình tiếp theo. Sau khi khảo sát, ta rút ra một số nhận xét nh− sau: - Trong bốn hành trình chỉ có một hành trình sinh công. Các hành trình còn lại đều tiêu hao công từ động năng của các chi tiết chuyển động quay nh− bánh đà, trục khuỷu - Các xu páp đều có các góc mở sớm và đóng muộn nhằm thải sạch và nạp đầy . Tập hợp các góc mở sớm đóng muộn của xu páp đ−ợc gọi là pha phối khí, hình 1-4, b. Giá trị tối −u của pha phối khí cùng các góc phun sớm và đánh lửa sớm ϕs rất khó xác định bằng tính toán nên th−ờng đ−ợc lựa chọn bằng thực nghiệm. - Trong khoảng góc ϕ1 + ϕ4 (cuối quá trình thải, đầu quá trình nạp), hình 1-4, b, hai xu páp đều mở. Do đó ϕ1 + ϕ4 đ−ợc gọi là góc trùng điệp của xu páp. 1.4.3 Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ Động cơ hai kỳ, nh− đE nêu trong phần phân loại (mục 1.3), có chu trình công tác thực hiện sau hai hành trình của piston hay một vòng quay của trục khuỷu. Sau đây, ta xét một dạng động cơ hai kỳ đơn giản nhất, hình 1-5, qua đó khảo sát nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ. • Hành trình thứ nhất 8
11. P z ĐCT ϕ s c' c' b Cháy - giEn nở p k d a o p Nén th Thải V A Lọt khí tự do ĐCT ĐCD a d Nạp d b o Thải ĐCD B a) b) Hình 1 -5. Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ a) Đồ thị công, b) Đồ thị pha Piston đi chuyển từ ĐCT đến ĐCD, khí đE cháy và đang cháy trong xy lanh giEn nở sinh công. Khi piston mở cửa thải A, khí cháy có áp suất cao đ−ợc thải tự do ra đ−ờng thải. Từ khi piston mở cửa quét B cho đến khi đến điểm chết d−ới, khí nạp mới có áp suất cao nạp vào xy lanh đồng thời quét khí đE cháy ra cửa A. Nh− vậy trong hành trình thứ nhất gồm các quá trình: cháy giYn nở, thải tự do, quét khí và nạp khí mới. • Hành trình thứ hai Piston di chuyển từ ĐCD đến ĐCT, quá trình quét nạp vẫn tiếp tục cho đến khi piston đóng cửa quét B. Từ đó cho đến khi piston đóng của thải A, môi chất trong xy lanh bị đẩy qua cửa thải ra ngoài, vì vậy giai đoạn này gọi là giai đoạn lọt khí . Tiếp theo là quá trình nén bắt đầu từ khi piston đóng cửa thải A cho tới khi nhiên liệu phun vào xy lanh (động cơ diesel) hoặc bu gi (động cơ xăng) bật tia lửa điện. Sau một thời gian cháy trễ rất ngắn quá trình cháy sẽ xảy ra. Nh− vậy trong hành trình thứ hai gồm có các quá trình: quét và nạp khí, lọt khí, nén và cháy . Đặc điểm của động cơ hai kỳ là khí nạp mới phải có áp suất p k đủ lớn để quét khí đE cháy ra đ−ờng thải có áp suất p th. Thông th−ờng ng−ời ta thiết kế máy nén khí riêng lắp trên động cơ hoặc tận dụng không gian bên d−ới piston - hộp trục khuỷu để nén khí nạp nh− ở một vài động cơ xăng cỡ nhỏ, hình 1-6. 9
12. 1.4.4 So sánh động cơ bốn kỳ và động cơ hai kỳ - Nếu cùng đ−ờng kính xy lanh D, hành trình piston S và tốc độ vòng quay n thì về lý thuyết công suất của động cơ hai kỳ gấp hai lần công suất của động cơ bốn kỳ. Trong thực tế do có tổn thất hành trình cho các quá trình nạp thải và tốn công nén và quét thải khí nên công suất chỉ gấp 1,6 đến 1,8 lần. - Cơ cấu phối khí của động cơ hai kỳ đơn giản hơn. - Mô men của động cơ hai kỳ đều hơn. - Động cơ bốn kỳ dễ lựa chọn pha phối khí tối −u hơn. - Quá trình quét thải ở động cơ bốn kỳ hoàn hảo hơn vì thực hiện trong hai hành trình của piston, tức là lâu hơn nhiều so với động cơ hai kỳ. - Tăng áp động cơ bốn kỳ dễ dàng hơn vì ứng suất nhiệt thấp và dễ bố trí hệ thống tăng áp. Vấn đề Hình 1 -6. Nén khí quét bằng tăng áp động cơ sẽ đ−ợc khảo sát sau này trong môn hộp cácte- trục khuỷu học Tăng áp động cơ đốt trong. Ghi chú: có cần hình 1-6 không???, có lẽ không cần vì đ nói ở đại c−ơng hay là chuyển đến ch−ơng Trao đổi khí trong động cơ 2 kỳ. Nh−ng sẽ v−ớng khi khảo sát hệ số nạp, hệ số khí sót, khi đó nói đến quét vòng qua hộp trục khuỷu. 10