Kev Kawm Txog Thermodynamic ntawm Cov Cav Diesel thiab Cov Cav Roj Av
Pendahuluuan
Lub cav sib xyaw sab hauv yog ib qho thev naus laus zis tseem ceeb uas hloov lub zog tshuaj lom neeg ntawm cov roj mus rau hauv lub zog tshuab los ntawm kev sib xyaw hauv lub tog raj kheej. Ob hom feem ntau siv hauv tsheb thiab ntau yam kev siv hauv kev lag luam yog lub cav roj av (spark ignition/SI) thiab lub cav diesel (compression ignition/CI). Txawm hais tias ob qho tib si vam khom lub voj voog plaub-stroke (hauv ntau tus qauv tsim) thiab cov ntsiab cai thermodynamic yooj yim, muaj qhov sib txawv tseem ceeb hauv kev tsim cov khoom sib xyaw, txoj kev sib xyaw, cov yam ntxwv ntawm kev sib xyaw, thiab yog li ntawd, kev ua haujlwm zoo. Kev kawm txog thermodynamics pab peb nkag siab tias vim li cas cov cav diesel feem ntau ua haujlwm tau zoo dua, vim li cas cov cav roj av muaj cov lus teb sib txawv thiab cov yam ntxwv rev, thiab cov yam ntxwv xws li qhov sib piv compression, kub, siab, thiab kev poob txiav txim siab li cas kev ua tau zoo.
Kev Kawm Txog Thermodynamics Yooj Yim Lub Cav Sib Tsoo Sab Hauv
Qhov zoo tshaj plaws, feem ntau qhov kev ua haujlwm ntawm lub cav raug tshuaj xyuas los ntawm lub voj voog thermodynamic zoo tagnrho uas ua rau cov txheej txheem hauv ntiaj teb yooj yim dua. Lub hom phiaj tsis yog kom ua raws li cov ntsiab lus ntawm kev sib xyaw ua ke, tab sis yog los muab lub moj khaum rau kev ntsuam xyuas nws. kev cuam tshuam ntawm cov qauv tsim qauv rau kev ua haujlwm zooCov nqi tseem ceeb hauv kev tshawb fawb no suav nrog:
1. Qhov sib piv ntawm qhov sib zog (r): qhov sib piv ntawm qhov ntim ntawm lub tog raj kheej thaum lub piston nyob hauv qab qhov chaw tuag rau qhov ntim ntawm qhov chaw tuag saum toj kawg nkaus. Qhov sib piv ntawm qhov sib zog cuam tshuam rau kub thiab siab qhov kawg ntawm kev nias, yog li nws yeej txiav txim siab qhov ua tau zoo.
2. Kev nkag cua sov (Q_in) thiab kev tso tawm cua sov (Q_out): hauv lub tswv yim zoo tagnrho, kev nkag cua sov tshwm sim thaum lub sijhawm hlawv (lossis ntxiv cua sov) thiab kev tso tawm cua sov tshwm sim thaum lub sijhawm tsis lees txais cua sov.
3. Kev ua haujlwm hauv Net (W_net): qhov sib txawv ntawm kev nthuav dav thiab kev ua haujlwm nias.
4. Kev ua haujlwm thermal zoo (η_th): qhov sib piv ntawm kev ua haujlwm hauv net rau kev nkag cua sov, uas yog η_th = W_net / Q_in.
5. Txoj Cai Thawj Zaug ntawm Thermodynamics: kev hloov pauv ntawm lub zog hauv ib lub cev muaj feem cuam tshuam nrog cua sov thiab kev ua haujlwm. Hauv lub voj voog kaw zoo tagnrho, kev ua haujlwm hauv lub cev yog sib npaug rau qhov sib txawv ntawm cov cua sov nkag thiab cov cua sov tso tawm.
Hauv kev xyaum ua, qhov ua tau zoo tiag tiag yeej ib txwm qis dua qhov zoo tagnrho vim yog kev sib txhuam, kev hloov cua sov mus rau phab ntsa ntawm lub tog raj kheej, kev kub hnyiab tsis tiav, kev poob ntawm cov twj tso kua mis, nrog rau cov pa tawm thiab cov yam ntxwv ntawm lub tshuab cua txias.
Lub voj voog zoo tagnrho ntawm lub cav roj av: Otto Cycle
Lub cav roj av zoo tagnrho yog sawv cev los ntawm lub voj voog Otto, xav tias qhov ntxiv cua sov tshwm sim ntawm qhov ntim tas li. Cov theem tseem ceeb ntawm lub voj voog Otto zoo tagnrho yog:
1. Isentropic compression: cov pa roj sib xyaw ua ke raug nias yam tsis muaj cua sov hloov pauv (zoo tagnrho).
2. Ntxiv cua sov tas li: kev hlawv yuav tshwm sim sai sai kom qhov ntim tseem ruaj khov.
3. Isentropic nthuav dav: cov pa roj combustion nthuav dav, thawb lub piston thiab tsim cov haujlwm.
4. Kev tsis lees txais cua sov tas li: cua sov raug tsis lees txais thiab lub voj voog rov qab mus rau nws lub xeev pib.
Qhov ua tau zoo ntawm lub voj voog Otto zoo tagnrho tuaj yeem sau ua haujlwm ntawm qhov sib piv ntawm kev sib hloov:
\[
\eta_{Otto} = 1 – \frac{1}{r^{\gamma – 1}}
\]
qhov twg γ yog qhov sib piv cua sov tshwj xeeb (Cp/Cv). Los ntawm kab zauv no nws tuaj yeem pom tias kev nce qhov sib piv compression ua kom muaj txiaj ntsig zoo duaTxawm li cas los xij, cov cav roj av raug txwv los ntawm kev khob (detonation), uas yog kev sib xyaw tsis tuaj yeem tswj tau vim yog kub thiab siab Qhov no ua rau qee qhov sib tov ua rau hluav taws kub ua ntej lub qhov hluav taws xob tsim cov nplaim taws ruaj khov. Yog li ntawd, qhov sib piv ntawm cov cav roj av feem ntau qis dua li cov cav diesel.
Lub voj voog zoo tshaj plaws ntawm lub cav diesel: Lub voj voog diesel
Lub cav diesel zoo tagnrho yog sawv cev los ntawm lub voj voog Diesel, nrog rau qhov sib txawv tseem ceeb uas qhov ntxiv cua sov yog xav tias yuav tshwm sim ntawm qhov siab tas li (lossis ze li tas li) vim yog kev txhaj roj Thaum lub sijhawm pib nthuav dav. Cov theem zoo tshaj plaws ntawm lub voj voog Diesel yog:
1. Isentropic compression: cua ib leeg xwb raug nias kom kub heev.
2. Kev ntxiv cua sov tas li: roj raug txhaj thiab hlawv, tswj qhov siab tas li thaum lub sijhawm ua haujlwm.
3. Isentropic nthuav dav: cov pa roj kub nthuav dav thiab tsim cov haujlwm.
4. Kev tso cua sov tas li: cua sov raug tsis lees txais kom rov qab mus rau qhov xwm txheej pib.
Qhov ua tau zoo ntawm lub voj voog Diesel zoo tagnrho nyob ntawm qhov sib piv ntawm kev sib xyaw thiab qhov sib piv txiav (ρ), uas yog qhov sib piv ntawm qhov ntim ntxiv cua sov kawg rau qhov ntim ntxiv cua sov pib. Feem ntau, rau tib qhov sib piv ntawm kev sib xyaw, Otto kev ua haujlwm zoo li siab dua li ntawm Diesel zoo tagnrho. Txawm li cas los xij, qhov tseeb yog qhov sib txawv: cov cav diesel feem ntau ua haujlwm tau zoo dua vim tias lawv tuaj yeem siv cov piv sib piv siab dua thiab ua haujlwm nrog qhov poob me dua.
Kev Sib Piv Thermodynamic: Vim Li Cas Diesel Thiaj Ua Haujlwm Tau Zoo Dua?
Los ntawm qhov pom ntawm thermodynamics, muaj ntau qhov laj thawj tseem ceeb:
1. Qhov sib piv ntawm kev sib txhuam siab dua hauv diesel
Cov cav diesel tsuas yog nias cua xwb, yog li ntawd, qhov ntaus tsis yog qhov txwv loj npaum li nws yog nrog cov cav roj av. Qhov piv ntawm kev nias diesel tuaj yeem siab dua, ua rau qhov kub ntawm qhov kawg ntawm kev nias siab dua, kev sib xyaw yooj yim dua, thiab kev ua haujlwm zoo dua.
2. Ua haujlwm yam tsis muaj throttle ntawm ib feem ntawm load
Muaj ntau lub cav roj av uas tswj lub zog nrog lub qhov (throttle) uas txwv tsis pub cua nkag mus rau hauv. Qhov no ua rau lub twj tso kua mis poob, tshwj xeeb tshaj yog thaum thauj khoom me me. Feem ntau cov cav diesel tswj lub zog los ntawm qhov ntau ntawm cov roj uas tau txhaj, thaum khaws cov cua ntau dhau, ua rau lub twj tso kua mis poob qis dua thiab ua haujlwm tau zoo dua.
3. Cov yam ntxwv ntawm kev sib xyaw ua ke thiab qhov sib piv ntawm huab cua thiab roj
Feem ntau cov cav diesel ua haujlwm ntawm qhov sib xyaw ua ke uas tsis muaj roj ntau, ua rau qhov kub siab tshaj plaws qis dua nyob rau hauv qee qhov xwm txheej, txo qhov poob cua sov. Txawm li cas los xij, diesel kuj muaj teeb meem nrog cov khoom me me (soot) thiab NOx emissions uas xav tau kev tswj hwm.
4. Tus nqi calorific thiab lub zog ceev ntawm roj
Roj diesel muaj zog ntau dua li roj av. Txawm hais tias kev ua haujlwm thermal tseem yog ib lub tswv yim sib cais, qhov no cuam tshuam rau kev siv roj ib mais thiab ib liv, feem ntau ua rau diesel zoo li "ua haujlwm tau zoo dua."
Cov Txheej Txheem Tiag Tiag: Los ntawm Lub Voj Voog Zoo Tshaj Plaws mus rau Lub Voj Voog Tiag Tiag
Lub voj voog Otto thiab Diesel Qhov zoo tagnrho xav tias muaj cov txheej txheem isentropic thiab ntxiv cua sov "zoo nkauj". Cov cav tiag tiag muaj kev hloov pauv loj, suav nrog:
- Kev hloov cua sov mus rau phab ntsa lub tog raj kheej txo qhov kub ntawm cov roj ua haujlwm kom txo qhov ua haujlwm nthuav dav.
- Kev sib txhuam ntawm cov piston rings, bearings, thiab cov khoom siv valvetrain txo qis lub zog ua haujlwm.
– Lub sijhawm hlawv roj: kev hlawv roj tsis yog tam sim ntawd. Hauv cov cav roj av, kev hlawv roj xav tau ntau qib ntawm lub kaum sab xis ntawm lub crankshaft; hauv cov cav diesel, muaj kev hlawv qeeb thiab kev hlawv roj sib kis.
- Cov pa roj seem los ntawm lub voj voog dhau los hloov cov khoom sib xyaw thiab qhov kub ntawm cov khoom sib xyaw tom ntej.
- Kev ua haujlwm ntawm lub tshuab nqus pa tawm yog cuam tshuam los ntawm kev tsim qauv nqus pa / pa tawm thiab lub sijhawm valve, txiav txim siab qhov hnyav ntawm huab cua nkag mus, yog li cuam tshuam rau lub zog thiab kev siv.
Hauv kev tshuaj xyuas engineering , kev ua tau zoo feem ntau ntsuas los ntawm qhov nruab nrab ntawm lub zog ua haujlwm (IMEP) thiab lub zog ua haujlwm ntawm lub nres (BMEP). IMEP qhia txog kev ua haujlwm thermodynamic ua tiav hauv lub tog raj kheej, thaum BMEP yog txoj haujlwm muaj nyob rau ntawm lub qhov tom qab rho tawm cov kev poob ntawm lub cev. Qhov sib txawv ntawm ob qho no cuam tshuam nrog kev ua haujlwm zoo ntawm lub cev.
Kev Cuam Tshuam Thermodynamic rau Cov Pa Hluav Taws Xob
Kev tshawb fawb txog thermodynamic tsis tuaj yeem sib cais ntawm qhov tsim ntawm cov pa phem vim tias qhov kub, siab, thiab cov khoom sib xyaw txiav txim siab qhov tshuaj lom neeg.
- Cov cav roj av feem ntau tsim CO thiab HC yog tias kev sib xyaw tsis tiav, tab sis cov tshuaj catalysts peb txoj kev ua haujlwm zoo thaum cov khoom sib xyaw ze rau stoichiometric.
– Cov cav diesel feem ntau tsim cov NOx (vim yog qhov kub thiab txias ntau dhau) thiab cov khoom me me/cov pa phem (vim yog cov cheeb tsam nplua nuj hauv kev sib xyaw ua ke). Cov tswv yim xws li EGR (kev rov ua dua ntawm cov pa tawm), turbocharging, thiab kev kho tom qab (SCR/DPF) yog siv los sib npaug kev ua haujlwm zoo thiab cov pa phem.
Kev Txhim Kho Niaj Hnub: Turbocharging, Direct Injection, thiab Mixed Cycle
Kev nce qib ntawm thev naus laus zis ua rau cov kab ntawm "cov yam ntxwv ntawm roj av" thiab "cov yam ntxwv ntawm diesel" tsis meej. Cov cav roj av niaj hnub no feem ntau siv kev txhaj tshuaj ncaj qha thiab turbocharging los txhim kho kev ua haujlwm thiab txo kev siv roj, txawm hais tias qhov no tuaj yeem ua rau cov khoom me me nce ntxiv thiab xav tau cov lim dej. Lub caij no, cov cav diesel niaj hnub no siv kev tswj hwm kev txhaj tshuaj ntau theem thiab kev hloov pauv turbocharging los ua kom muaj kev sib xyaw ua ke zoo tshaj plaws.
Hauv kev tshawb fawb txog thermodynamic, cov cav niaj hnub no feem ntau raug tshuaj xyuas ua ob lub voj voog: qhov ntxiv cua sov tshwm sim ib feem ntawm qhov ntim tas li thiab ib feem ntawm qhov siab tas li. Tus qauv no muaj tseeb dua rau kev piav qhia txog qhov kev sib xyaw ua ke tiag tiag uas tsis ua raws li Otto lossis Diesel cov kev xav.
Xaus
Kev tshawb fawb txog thermodynamic ntawm cov cav diesel thiab roj av qhia tau hais tias cov txheej txheem sib txawv ntawm kev sib xyaw thiab kev sib xyaw ua rau muaj ntau lub voj voog zoo tagnrho: Otto (qhov ntim tas li) rau roj av thiab Diesel (qhov siab tas li) rau diesel. Txawm hais tias lub voj voog Otto zoo tagnrho tuaj yeem ua haujlwm tau zoo dua ntawm tib qho kev sib piv compression, cov cav diesel hauv kev xyaum feem ntau ua tau zoo dua vim lawv muaj peev xwm siv cov piv compression siab dua thiab txo qhov poob ntawm cov twj tso kua mis ntawm qee qhov thauj khoom. Txawm li cas los xij, kev ua haujlwm tau zoo tsis yog ib txoj hauv kev sawv ntsug: cov pa phem, cov yam ntxwv torque, cov nqi system, thiab cov kev cai txij nkawm yog txhua yam txiav txim siab rau kev siv. Nrog rau cov thev naus laus zis niaj hnub xws li kev txhaj tshuaj ncaj qha, turbocharging, EGR, thiab aftertreatment, ob hom cav tam sim no muaj. Lub cav txuas ntxiv mus rau qhov zoo tshaj plaws tshiab - nce kev ua haujlwm thermal. thaum txo cov pa phem - yog li ntawd kev nkag siab txog thermodynamics tseem yog lub hauv paus tseem ceeb hauv kev tsim thiab kev ntsuam xyuas kev ua tau zoo ntawm cov cav combustion sab hauv.
