BÀI GIẢNG ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THUỶ - PHẦN 2 LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC - CHƯƠNG 5

QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI KHÍ Ở ĐỘNG CƠ HAI KỲ 5.1 Các đặc điểm của quá trình Mục đích của quá trình trao đồi khí trong động cơ diesel nói chung và hai kỳ nói riêng là thải hết khí cháy trong xy lanh và thay thế bằng không khí sạch. Động cơ diesel hai kỳ không có các hành trình thải và hút cưỡng bức; do đó, không khí nạp phải được nén bằng thiết bị phụ để đạt được áp suất lớn hơn áp suất khí cháy ở giai đoạn quét khí trong xy lanh động cơ. Để...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
BÀI GIẢNG ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THUỶ - PHẦN 2 LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC - CHƯƠNG 5 CHƯƠNG 5 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI KHÍ Ở ĐỘNG CƠ HAI KỲ 5.1 Các đặc điểm của quá trình Mục đích của quá trình trao đồi khí trong động cơ diesel nói chung và hai kỳ nói riêng là thải hết khí cháy trong xy lanh và thay thế bằng không khí sạch. Động cơ diesel hai kỳ không có các hành trình thải và hút cưỡng bức; do đó, không khí nạp phải được nén bằng thiết bị phụ để đạt được áp suất lớn hơn áp suất khí cháy ở giai đoạn quét khí trong xy lanh động cơ. Để đảm bảo tốt nhất quá trình trao đổi khí, động cơ hai kỳ cần phải được đảm bảo các yêu cầu sau đây: - Đóng mở hợp lý các cửa nạp và cửa xả. - Các cửa nạp và cửa xả phải có hình dạng hợp lý đối với dòng chảy khí động học. - Các thiết bị cung cấp khí xả và tận dụng nhiệt khí xả phải đảm bảo đủ khả năng lưu lượng với yêu cầu cần thiết. 5.2 Các giai đoạn của quá trình trao đổi khí Toàn bộ diễn biến quá trình trao đổi khí được chia thành ba giai đoạn (hình 5.1) Hình 5.1 Các giai đoạn của quá trình trao đổi khí - Giai đoạn 1: bg được gọi là giai đoạn xả tự do, trong đó b là thời điểm mở cơ cấu xả, còn g là thời điểm áp suất khí cháy trong xy lanh động cơ đạt giá trị thấp nhất. Trong giai đoạn này, khí xả tự thoát ra khỏi xy lanh nhờ năng lượng ban đầu và quán tính của dòng chảy với tốc độ khoảng 1000 m/s. Giai đoạn này diễn ra rất thuận lợi và được chia làm hai pha: pha xả trên tới hạn bk và pha xả dưới tới hạn kg. Điểm phân biệt giữa hai pha là k mà tại đó áp suất trong xy lanh đạt tới giá trị tới hạn: http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 76 βk = pk/pb Trong đó: βk = 0,528 với khí hai nguyên tử, βk = 0,546 với khí ba nguyên tử, Còn tốc độ tức thời của dòng khí tại điểm k là tốc độ âm thanh. - Giai đoạn 2: g-e-f được gọi là giai đoạn quét khí trong đó f là thời điểm đóng cơ cấu nạp. Trong giai đoạn này, không khí nạp với áp suất pk lớn hơn áp suất khí cháy trong xy lanh bắt đầu tràn vào để nạp và quét khí cháy còn chưa thoát ra khỏi xy lanh trong giai đoạn 1. Vào cuối giai đoạn 2, khi mà cửa quét đóng gần hết, cửa xả vẫn còn mở, áp suất (của hỗn hợp không khí và khí cháy) trong xy lanh giảm. - Giai đoạn 3: f-i được gọi là giai đoạn tổn thất nạp trong đó i là thời điểm đóng cửa xả. Trong giai đoạn này, không khí nạp không còn cấp vào xy lanh nhưng cửa xả vẫn mở, nên không khí nạp thoát ra ngoài qua cửa xả. Các pha trao đổi khí liên quan chặt chẽ với nhau và phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Chất lượng của toàn bộ các quá trình trao đổi khí sẽ quyết định các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động cơ. 5.3 Thời gian tiết diện trao đổi khí 5.3.1 Khái niệm đồ thị thời gian tiết diện Đồ thị về sự thay đổi tiết diện cửa quét và cửa xả theo vị trí của piston hoặc góc quay trục khuỷu hoặc thời gian gọi là đồ thị thời gian tiết diện. Về trị số, thời gian tiết diện được tính theo công thức: F = ∫ f (t )d (t ) [m .s] 2 (5.1) Đồ thị được biểu diễn trên hệ tọa độ Đê-các với trục tung là trị số tiết diện cửa quét hoặc cửa xả f(m2), trục hoành là thời gian τ (s) hoặc góc quay trục khuỷu φ. 5.3.2 Xây dựng đồ thị thời gian tiết diện Đồ thị thời gian tiết diện được xây dựng theo phương pháp Brica, hình 5.2 Giả sử động cơ có bán kính khuỷu là R, chiều dài tay biên là L, chiều cao cửa xả là h1 và cửa nạp là h2: Vẽ đường tròn bán kính R, tâm O theo tỷ lệ xích đã chọn. Từ điểm O lấy OO’ với độ dài OO’ = R2/(2L) để hiệu chỉnh ảnh hưởng của chiều dài tay biên đến mối quan hệ giữa vị trí piston và góc quay trục khuỷu. Vẽ bán kính OA5 theo phương thẳng đứng trong đó A5 được xem như điểm chết dưới. Từ A5 lấy về phía O một đoạn có độ dài hi (hi = h1 hoặc h2), qua đó kẻ đường nằm ngang song song với tiếp tuyến của đường tròn tại A5 cắt nửa đường tròn tại A1 và A1’ (hình 5.2 a). Nối các điểm A1 và A1’ với điểm O’ rồi từ O kẻ các đường OA0 và OA0’ song song với O’A1 và O’A1’. Góc φ = A0OA0’ = A1O’A1’ chính là góc mở toàn bộ cơ cấu nạp hoặc xả, điểm A0 tương ứng với vị trí piston bắt đầu đóng cửa xả (nếu hi =h1). Tiếp tục chia góc φ thành các giá trị trung gian φi rồi từ các giá trị này, kẻ các đường song song với A1A1’. Khoàng cách hx chính là chiều cao cửa xả tương ứng với góc quay trục khuỷu http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 77 φi, từ giá trị này ta tính được diện tích tiết diện cửa xả tương ứng với góc quay trục khuỷu φi. Đặt các giá trị này lên trục toạ độ có trục tung là diện tích (m2), trục hoành là góc quay tr ...