Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Cấu trúc luận văn

Cấu trúc luận văn

Tải bản đầy đủ - 0trang

PHẦN 2: NỘI DUNG

CHƯƠNG 1:

CHU TRÌNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1. Chu trình lý thuyết của động cơ đốt trong

1.1.1. Các giả thiết

- Môi chất công tác trong chu trình là khí lý tưởng, nhiệt dung riêng là

hằng số, không phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ mơi chất.

- Chu trình diễn biến với số lượng mơi chất làm việc khơng thay đổi, do

đó khơng để ý tới những tổn thất khí nạp và khí thải, cũng như sự hao hụt

trong xilanh. Như vậy, ta có thể coi nó là chu trình kín, thuận nghịch, trong đó

khơng có sự tổn thất năng lượng phụ nào ngồi tổn thất do nhả nhiệt cho

nguồn lạnh.

- Quá trình cháy của nhiên liệu được thay bằng quá trình cấp nhiệt

lượng Q1 từ nguồn nóng trong điều kiện đẳng tích (V = const), đẳng áp (P =

const) hoặc hỗn hợp (một phần đẳng tích, một phần đẳng áp), do đó khơng xét

đến quá trình tổn thất nhiệt khi nhiên liệu cháy. Quá trình thải được thay thế

bằng quá trình truyền nhiệt cho nguồn lạnh trong điều kiện đẳng tích hoặc

đẳng áp.

- Quá trình nén và quá trình cháy - giãn nở được coi là hai q trình đoạn

nhiệt, do đó khơng tính đến tổn thất nhiệt trong 2 quá trình này.

Từ những giả thiết trên có thể tính được hiệu suất nhiệt và mối quan hệ

giữa các thống số đặc trưng. Từ những quan hệ sau khi làm thực nghiệm đã

có phép hiệu chỉnh, ta có thể áp dụng chúng cho những chu trình thực tế của

động cơ đốt trong. Giữa chu trình thực tế và chu trình lý thuyết có sự chênh

lệch hiệu suất của chu trình.



Các dạng chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong:

- Chu trình lý tưởng tổng qt.

- Chu trình cấp nhiệt đẳng tích, V = const.

- Chu trình cấp nhiệt đẳng áp, P = const.

- Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp.

Chu trình cấp nhiệt đẳng tích và chu trình cấp nhiệt đẳng áp là hai trường

hợp riêng của chu trình cấp nhiệt hỗn hợp. Chu trình cấp nhiệt đẳng tích là

chu trình lý tưởng cho các loại động cơ xăng, máy ga, đốt cháy cưỡng bức

bằng tia lửa điện.

1.1.2. Chu trình cấp nhiệt đẳng tích (V = const)

P

z

Q1

c



Q  0

b

Q2



Q  0

a



V

Hình 1.1. Chu trình cấp nhiệt đẳng tích

Chu trình cấp nhiệt đẳng tích được đặc trưng bởi sự cấp nhiệt ban đầu Q1

với thể tích khơng đổi, tương ứng với đường thẳng cz.

- Tại thời điểm a: mơi chất có các thơng số đặc trưng là Va, Ta, Pa.

- Tiếp theo môi chất thực hiện quá trình nén đoạn nhiệt theo đường ac và

tại c có các thơng số Vc, Tc, Pc.

- Tiếp theo mơi chất nhận nhiệt lượng Q1 trong q trình đẳng tích theo

đường cz, tại z các thơng số là Vz = Vc, Tz, Pz.



Kho¸ ln tèt nghiƯp

-



Tiếp theo mơi chất thực hiện quá trình giãn đoạn nhiệt theo đường zb



và tại b các thông số đặc trưng là Vb, Tb, Pb.

-



Môi chất thực hiện truyền nhiệt cho nguồn lạnh một nhiệt lượng Q2



trong điều kiện đẳng tích rồi trở về trạng thái ban đầu.

1.1.3. Hiệu suất nhiệt của chu trình cấp nhiệt đẳng tích

Q2

QQ

  1Q 2  1 

1

Q



1



Đối với chất khí lý tưởng thì nhiệt dung riêng của nó khơng thay đổi,

ta có:

Q1 = Cv(Tz − Tc)

Q2 = Cv(Tb − Ta)

Trong đó Q2 lấy giá trị tuyệt đối

C T

Vậy ta có:   1  v b – T a

C T – T 

v







- Do ac là quá trình đoạn nhiệt nên: Tc   Va 





Ta  Vc 



z



c



k1



 k1



→ Tc   k1Ta

- Do cz là q trình đẳng tích nên: Vc = Vz,



TZ

Tc







Pz

Pc







→ Tz  Tc   k1Ta



 k1

- Do zb là quá trình đoạn nhiệt nên: Tb   Vz 





Tz  Vb 

 V  k

1

→ Tb  



z



k



V 1

z 

 Tz 

 







k1



Ta



Kho¸ ln tèt nghiƯp



 Vb 



- Do ba là q trình đẳng tích nên Va = Vb



 Vb 



→ T b  



 V  k  V 

1



k1



a





 

V

V



 b  c

z



T a Ta



Vậy ta có hiệu suất nhiệt của chu trình:

Ta  Ta



1



Trong đó:  



Va







k1Ta 

k1T



1



1



k1

a



là tỷ số nén



Vc

Pz



là tỷ số tăng áp



Pc

k



C p là chỉ số đoạn nhiệt (tỷ số nhiệt dung)

Cv



Nhận xét: Như vậy hiệu suất nhiệt của chu trình đẳng tích chỉ phụ thuộc

vào tỷ số nén  và chỉ số đoạn nhiệt k của mơi chất.

1.2. Chu trình thực tế của động cơ đốt trong

Theo lý thuyết, chu trình cơng tác của động cơ khơng có sự thất thốt

về nhiệt, cơ giới... Trong thực tế, chu trình cơng tác của động cơ được thực

hiện ngay trong xilanh của động cơ và chu trình thực tế có tổn thất về nhiệt,

cơ giới..., nhưng cái đó chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất.

Chu trình thực tế của động cơ đốt trong là tổng hợp của các quá trình

nối tiếp nhau. Một động cơ đốt trong bao gồm 4 quá trình: nạp, nén, cháy giãn nở, xả. Tuỳ theo loại động cơ mà 4 quá trình ấy được hình thành sau mấy

hành trình của pittơng. Với động cơ 4 kỳ: 4 hành trình, với động cơ 2 kỳ: 2

hành trình. Sau đây chúng ta chỉ xét quá trình cháy – giãn nở.

1.2.1. Quá trình cháy của động cơ đốt cháy cưỡng bức



Diễn biến bình thường của quá trình cháy trong động cơ xăng đều bắt

đầu từ cực bugi, tạo nên màng lửa rồi lan truyền với tốc độ tăng dần theo mọi

hướng tới khi đốt hết hồ khí.



5



p (10 Pa)



III



42



3



35

28



II



21



I



14

1



7



2







100



80



60



40



20



0



20



40



60



80



0



Hình 1.2. Q trình cháy của động cơ xăng đốt cháy cưỡng bức

I - cháy trễ, II - cháy nhanh, III - cháy rớt

1- đánh lửa, 2 - đường áp suất tách khỏi đường nén, 3 - áp suất cực đại

1.2.1.1. Giai đoạn 1: thời kì cháy trễ I (từ điểm 1 đến điểm 2)

Thời kì cháy trễ tính từ lúc bắt đầu đánh lửa đến khi áp suất p tăng đột

ngột. Sau khi bugi bật tia lửa điện, hồ khí trong xilanh chưa cháy ngay mà

phải thực hiện một số phản ứng sơ bộ tạo nên các sản phẩm trung gian. Thời

kì này nhiệt lượng nhả ra của các phản ứng là rất nhỏ. Sau một thời gian ngắn

xảy ra các phản ứng hoá học, nguồn lửa xuất hiện và được gọi là màng lửa

trung tâm. Màng lửa là một loại phản ứng hoá học mãnh liệt, toả ra một lượng

nhiệt lượng rất lớn. Vì vậy, sau khi xuất hiện màng lửa trung tâm thì áp suất p

trong xilanh tăng đột ngột.

Thời kì cháy trễ dài hay ngắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính chất,

trạng thái (áp suất, nhiệt độ) của hồ khí trước khi đánh lửa, năng lượng của

tia lửa điện . . .



1.2.1.2. Giai đoạn 2: thời kì cháy nhanh II (từ điểm 2 đến điểm 3)

Thời kì này tương ứng vời thời kì lan truyền màng lửa tính từ lúc xuất

hiện màng lửa trung tâm tới khi màng lửa lan khắp buồng cháy. Trong thời kỳ

này, màng lửa được lan truyền với tốc độ tăng dần, hồ khí trong xilanh có

phản ứng oxy hoá ngày càng mãnh liệt và nhả ra một số nhiệt lượng lớn trong

khi dung tích xilanh thay đổi ít, do đó làm cho áp suất và nhiệt độ mơi chất

tăng nhanh.

Thời kỳ cháy nhanh là giai đoạn chính trong q trình cháy hồ khí

của động cơ đốt cháy cưỡng bức, phần lớn nhiệt lượng được nhả ra trong giai

đoạn này. Quy luật nhả nhiệt quyết định việc tăng áp suất, tức là quyết định

khả năng đẩy pittông sinh cơng, vì vậy thời kì này có ảnh hưởng quyết định

tới tính năng của động cơ.

Thời gian cháy càng nhanh thì hiệu suất nhiệt của chu trình càng cao.

Muốn rút ngắn thời gian cháy phải nâng cao tốc độ cháy, làm cho áp suất cực

đại và nhiệt độ cực đại xuất hiện tại vị trí gần sát ĐCT, khiến số nhiệt lượng

nhả ra được lợi dụng đầy đủ, làm tăng công suất và hiệu suất của động cơ.

Sr: tốc độ lan truyền màng lửa (m/s), thể hiện tốc độ chuyển dịch của

mảng lửa theo hướng pháp tuyến.

2



U: tốc độ cháy (kg/m s), thể hiện khối lượng hồ khí được một đơn vị

diện tích màng lửa đốt cháy trong một đơn vị thời gian.

U  .Sr

3



Với  là khối lượng riêng của hồ khí (kg/m ).

Nhiệt lượng Q nhả ra trong một đơn vị thời gian:

Q  U.FT .Hm  .Sr .FT .Hm (kJ/s)

2



Trong đó: FT là diện tích màng lửa (m )

Hm là nhiệt trị của hồ khí (kJ/kg)



Như vậy, nhiệt lượng nhả ra phụ thuộc vào tốc độ lan truyền màng lửa

Sr, diện tích màng lửa FT và mật độ môi chất  . Màng lửa lan càng rộng thì 

càng lớn vì lúc đó số hồ khí chưa cháy phải chịu sự chèn ép của phần đã

cháy gây ra.

Tốc độ lan truyền và diện tích màng lửa càng lớn sẽ làm cho tốc độ

cháy, tốc độ nhả nhiệt, áp suất và nhiệt độ môi chất trong xilanh trong thời kì

cháy nhanh tăng lên càng nhiều làm cho cơng suất và hiệu suất của động cơ

đều được cải thiện tốt hơn. Tuy vậy, tốc độ cháy không thể quá lớn, nếu

không sẽ làm tăng nhanh tốc độ tăng áp suất, gây va đập cơ khí, tăng tiếng ồn

làm cho động cơ bị rung khi hoạt động, gây tăng mài mòn chi tiết, giảm tuổi

thọ sử dụng động cơ. Thơng thường phải hạn chế tốc độ tăng áp suất trung

5



bình của thời kì cháy nhanh trong giới hạn từ (1,75  2,5) x 10 Pa/độ góc

quay của trục khuỷu; mặt khác phải điều khiển để áp suất cực đại xuất hiện

0



sau điểm chết trên khoảng từ 10  15 góc quay trục khuỷu, lúc ấy động cơ sẽ

chạy êm, nhẹ nhàng và có tính năng động lực tốt.

1.2.1.3. Giai đoạn 3: thời kì cháy rớt III (tính từ điểm 3 trở đi)

Cuối thời kì II màng lửa đã lan truyền khắp buồng cháy nhưng do hồ

khí phân bố khơng thật đều, điều kiện áp suất và nhiệt độ ở mọi khu vực trong

buồng cháy khơng hồn tồn giống nhau nên có những khu vực hồ khí chưa

cháy hết. Trong q trình giãn nở, số hồ khí đó được bốc cháy tiếp tạo nên

thời kì cháy rớt. Trong thời kì này nhiệt lượng nhả ra rất nhỏ, dung tích xilanh

tăng nhanh nên áp suất trong xilanh giảm dần. Thời kì cháy rớt dài hay ngắn

phụ thuộc vào số lượng hồ khí cháy rớt, giai đoạn này khơng có lợi cho động cơ.

1.2.2. Hiện tượng cháy kích nổ

Q trình cháy của động cơ đốt cháy cưỡng bức bắt đầu từ lúc bugi

bật tia lửa điện, màng lửa lan tràn từ bugi ra khắp buồng cháy để đốt cháy hỗn

hợp. Trong trường hợp cháy bình thường, tốc độ lan của màng lửa vào



Kho¸ ln tèt nghiƯp

khoảng từ 20  30m/s. Có trường hợp số hồ khí ở xa bugi bị màng lửa dồn ép

tới một lúc nào đó nhiệt độ và áp suất của chúng đạt tới độ tự cháy khi màng

lửa chưa lan tới, đó là hiện tượng cháy kích nổ. Tốc độ của màng lửa kích nổ

rất lớn, có thể tới 1500  2000m/s khiến áp suất tăng quá nhanh tạo ra sóng áp

suất truyền đi theo mọi phương đập vào thành xilanh và sinh ra sóng phản

hồi. Kích nổ gây phá hoại bề mặt thành xilanh nhiệt độ và áp suất cao khiến

nhiên liệu bị phân huỷ, động cơ rung, cơng suất giảm . . .

1.2.3. Đánh giá tính chống kích nổ của nhiên liệu dùng cho động cơ đốt

cháy cưỡng bức

Tính chống kích nổ có liên hệ trực tiếp với tính tự cháy của nhiên liệu.

Nhiên liệu khó tự cháy sẽ khó sinh ra kích nổ và ngược lại. Nhiên liệu có cấu

trúc phân tử càng bền vững thì tính tự cháy càng khó. Isơơctan C8H18 có kết

cấu phân tử mạch vòng nên rất bền vững, có tính chống kích nổ cao. Nhiên

liệu có tỉ lệ isơơctan càng cao thì có tính chống kích nổ càng lớn.

Để đánh giá tính chống kích nổ của nhiên liệu dùng cho động cơ đốt

cháy cưỡng bức người ta dùng thông số ốctan (O). Nhiên liệu có trị số ốctan

càng cao thì tính chống kích nổ càng lớn.



CHƯƠNG 2:

KHÍ XẢ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ SỰ Ô NHIỄM

MÔI TRƯỜNG

2.1. Xăng

2.1.1 Thành phần chính của xăng

Xăng là sản phẩm được chưng cất từ dầu mỏ, trong thành phần của

xăng có 85%C, 15%H. Xăng là hỗn hợp của nhiều hydrocacbon, xăng là loại

3



nhiên liệu nhẹ, ρ=0,65÷0,8g/cm , dễ bay hơi và có tính chất tự cháy kém.

Thành phần chính của xăng gồm hydrocacbon no nhưng có dạng mạch nhánh

và hydrocacbon thơm nhân benzen là các kết cấu rất bền vững. Ví dụ như

isơơctan C8H18 và metylbenzen C6H5CH3.



H



H



CH3



H



CH3



H



C



C



C



C



C



H



CH3



H



H



H



H



a. isơơctan

H

H



C



C

C

H



H

C

C



H



C



C

H

H



b. metylbenzen

Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo phân tử



H



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Cấu trúc luận văn

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×