Chuong 3 diesel

Chương 3
CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG KIỂU PISTON
Khái niệm và sự khác nhau chủ yếu của các chu trình lý tưởng được trình bày trong môn học “Nhiệt kỹ thuật”, trong chương này chủ yếu chỉ trình bày và phân tích chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong kiểu piston có tăng áp tua bin khí xả, vì hầu như các động cơ đốt trong hiện đại đều tăng áp bằng tua bin khí xả. Nếu không khí được nén trước bằng máy nén ly tâm rồi nạp vào xi lanh động cơ, còn năng lượng khí xả được sử dụng trong một hay nhiều tua bin khí, động cơ liên hợp như vậy được gọi là động cơ tăng áp tua bin khí xả. Chu trình lý tưởng của nó đặc biệt hơn so với động cơ không tăng áp.
3.1. CÁC GIẢ THIẾT VÀ CÁC DẠNG CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Chu trình lý tưởng là sơ đồ chu trình nhiệt đơn giản hoá không có tổn thất nhiệt nào ngoài nguồn nhiệt cấp cho nguồn lạnh (phù hợp với định luật hai nhiệt động).
Các chu trình lý tưởng không xét các tổn thất nhiệt, đó là chu trình lý tưởng chung của động cơ hai kỳ, bốn kỳ, vì thế phân tích các chu trình thực tế của động cơ đốt trong đơn giản hơn.
Để phân tích chu trình lý thuyết cần phải giả thiết:
- Trong chu trình lý tưởng khối lượng khí, thành phần hoá học và nhiệt dung riêng không thay đổi.
- Quá trình nén và giản nở khí lý tưởng diễn ra không có sự trao đổi nhiệt (đoạn nhiệt).
- Các quá trình cháy nhiên liệu và thải sản vật cháy trong chu trình lý thuyết được thay thế bằng quá trình cấp nhiệt và nhả nhiệt khi thể tích và áp suất không đổi.
Chu trình lý thuyết là chu trình có hiệu suất nhiệt lớn nhất, không kể chu trình Kacnô là chu trình có hiệu suất nhiệt: (t = 1 -T2/T1. (3.1)
Chu trình lý tưởng động cơ đốt trong được phân thành các dạng chủ yếu:
- Chu trình lý tưởng tổng quát;
- Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích V= const;
- Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp p = const;
- Chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp; đây là chu trình lý tưởng cho tất cả động cơ đốt trong hiện đại đốt cháy nhiên liệu do nén (các chu trình này được trình bày trong môn học “Nhiệt kỹ thuật”).
Từ phần nhiệt kỹ thuật đã biết, để nâng cao tính kinh tế và hiệu quả chu trình cần phải tăng giới hạn thay đổi các thông số của môi chất công tác trong chu trình. Tăng hiệu số các thông số của khí (T=Tmax-Tmin, (p=pmax-pmin, (V=Vmax-Vmin (xem hình1.1) tính kinh tế và tính hiệu quả của chu trình tăng lên. Tuy nhiên tăng các thông số trên sẽ gặp khó khăn về mặt kỹ thuật, vì các trị số (T, (p bị hạn chế do tăng ứng suất nhiệt, ứng suất cơ, còn (V hạn chế do tăng kích thước và khối lượng thiết bị.
3.2. CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG TỔNG QUÁT
3.2.1. Các quá trình trong chu trình lý tưởng tổng quát
Động cơ chính và động cơ lai máy phát sử dụng trên đội tàu thuỷ thường làm việc theo chu trình nén không khí trước trong máy nén tăng áp và giản nở tiếp tục sản phẩm cháy trong tua bin khí xả và nhả nhiệt đẳng áp. Ngoài ra trong chu trình có làm mát không khí trước khi nạp vào xi lanh. Chu trình này được thực hiện trong động cơ diesel tàu thuỷ tăng áp bằng tua bin khí xả gồm động cơ piston, hệ thống tua bin máy nén và làm mát không khí trung gian. Động cơ như vậy được gọi là động cơ liên hợp, không khí được nén trước trong máy nén, sau đó nạp vào xi lanh.
Chu trình lý tưởng được giới thiệu trên hình 3.1 đặc trưng cho các chu trình công tác động cơ tàu thuỷ có tăng áp bằng tua bin khí xả và làm mát không khí tăng áp trung gian. Trên đồ thị biểu diễn các đường sau: (trong ngoặc tương ứng với quá trình trong chu trình thực tế).
A-B: nén đoạn nhiệt khí lý tưởng phía ngoài xi lanh (nén đa biến trong máy nén từ không khí môi trường).
B-a: nhả nhiệt đẳng áp q2’’ từ khí lý tưởng (làm mát không khí tăng áp trung gian trong bầu làm mát không khí khi p=const, nhả nhiệt q2’’ cho nước làm mát ngoài tàu).
a-c: nén đoạn nhiệt khí lý tưởng (nén đa biến không khí nạp trong xi lanh đến áp suất pc, pc áp suất nén tương ứng với thể tích công