http://www.ebook.edu.vn
11
Chơng II. Chu trình lý tởng của động cơ đốt trong

2.1 Những khái niệm cơ bản
Chu trình thực tế của động cơ bao gồm các quá trình lý hoá rất phức tạp và chịu ảnh
hởng của nhiều yếu tố khác nhau. Về thực chất, chu trình thực tế của động cơ là chu
trình hở, không thuận nghịch và không thể tính toán hoàn toàn chính xác đợc. Chu trình
thực tế đợc đơn giản hoá bằng một số giả thiết nhằm những mục đích cụ thể (sẽ xét dới
đây) đợc gọi là chu trình lý tởng.
2.1.1 Những đặc điểm của chu trình lý tởng và mục đích nghiên cứu
- Lợng môi chất không thay đổi tức là không có quá trình thay đổi khí (quá trình
nạp thải).
- Nhiệt lợng cấp cho chu trình từ bên ngoài, nh vậy không có quá trình cháy và
toả nhiệt của nhiên liệu cũng nh tổn thất cho các quá trình này. Đồng thời, thành phần
môi chất cũng không đổi.
- Quá trình nén và gin nở là đoạn nhiệt và không có tổn thất nhiệt do lọt khí.
- Tỷ nhiệt của môi chất trong suốt chu trình không đổi và không phụ thuộc vào
nhiệt độ.
Với những đặc điểm nêu trên, chu trình lý tởng của động cơ đốt trong sẽ là chu
trình kín, thuận nghịch và không có tổn thất nào khác ngoài tổn thất nhiệt cho nguồn lạnh
theo định luật nhiệt động II.
Nghiên cứu chu trình lý tởng của động cơ đốt trong nhằm các mục đích sau:
- Thấy rõ ảnh hởng của những thông số chủ yếu đến sự hoàn thiện của việc biến
đổi nhiệt thành công.
- Tạo điều kiện so sánh các chu trình khác nhau một cách dễ dàng.
- Xác định đợc giới hạn cao nhất của chu trình thực tế của động cơ.
2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chu trình lý tởng
2.1.2.1 Hiệu suất nhiệt
Hiệu suất nhiệt
t


= pdVL
t
(2-2)
2.1.2.2 áp suất trung bình p
t

Theo định nghĩa:
http://www.ebook.edu.vn
12
h
t
t
V
L
p =
(2-3)
Về thực chất, p
t
là công riêng của chu trình tính cho một đơn vị thể tích công tác
của xy lanh. Do đó, p
t
đặc trng cho tính hiệu quả sử dụng thể tích công tác của chu trình.
Cụ thể, p
t
càng lớn tức là tính hiệu quả
càng cao. Từ (2-3) có thể dễ dàng tìm
đợc thứ nguyên của p
t
là thứ nguyên của

t
của mỗi chu trình và phân tích các
nhân tố ảnh hởng của chúng. Thực chất, chu trình đẳng tích là một trờng hợp riêng của
chu trình hỗn hợp. Vì vậy để thuận tiện, trớc hết ta khảo sát chu trình hỗn hợp, hình 2-2.
2.2.1 Chu trình hỗn hợp
Trớc hết, ta gọi:
c
a
V
V
=
là tỷ số nén (2-4)
c
z
c
y
p
p
p
p
==
là tỷ số tăng áp suất (2-5)
c
z
V
V
=
là tỷ số gin nở sớm (2-6)
z
b

1
2
t
Q
Q
1 =
(2-9)
Nhiệt lợng cấp bởi nguồn nóng Q
1
là tổng nhiệt lợng của quá trình đẳng tích Q
1,v

và của quá trình đẳng áp Q
1,p
:
Q
1
= Q
1,v
+ Q
1,p
= mC
v
(T
y
- T
c
) + mC
p
(T

và (2-11) vào (2-9) ta đợc:

)TT(kTT
TT
1
yzcy
ab
h,t
+

=
(2-12)
Điểm a với các thông số nhiệt động p
a
, T
a
, và V
a
đợc qui ớc chọn là điểm xuất
phát của chu trình. Từ đây, ta sẽ tính các nhiệt độ các điểm khác của chu trình theo T
a
.
Từ quá trình nén đoạn nhiệt a-c:
1k
ac
TT

=
(2-13)
Từ quá trình gia nhiệt đẳng tích c-y:


=

0
a
c
y
z
b
p

=

c
t
v

=

c
t
v

=

c
t
Q = 0
Q = 0
http://www.ebook.edu.vn

=


(2-16)
Thay T
c
, T
y
, T
z
và T
b
vào (2-12) và rút gọn, cuối cùng ta đợc:
)1(k1
11
1
k
1k
h,t
+


=

(2-17)
2.2.1.2 áp suất trung bình p
t,h

Từ (2-3), ta có:
h

= mC
v

k - 1
T
a
[

- 1 + k

(

- 1)]

t,h

thay
1k
R
C
v

=
với R là hằng số khí lý tởng,
cuối cùng ta có:
[ ]
h,ta
1k
h,t
)1(k1T

=








==

1
p
T
mR
pp
1
mRT
p
T
p
T
mRVVV
a
a
k
a
1k
a
a

(2-22)
http://www.ebook.edu.vn
15
av,t
k
v,t
p
)1k)(1(
1
p


=
(2-23)
2.3 Khảo sát ảnh hởng đến hiệu suất nhiệt và áp suất trung bình của chu trình lý
tởng
Để thuận lợi, ta xét chu trình đẳng tích là chu trình đơn giản trớc.
2.3.1 Chu trình đẳng tích
2.3.1.1


t,v

Từ (2-22), ta thấy
t,v
chỉ phụ thuộc
chỉ số đoạn nhiệt k của môi chất công tác
và tỷ số nén của động cơ.
Rõ ràng là, khi tăng k thì
t,v

=

0
L
p
v

=

c
t
V
a
a
S
b
Q
2
Q = 0
c
T
Q = 0
v

=

c
t
b
z