Mục lục

• Biểu đồ động cơ xăng (động cơ Otto)
• Biểu đồ động cơ Diesel
• Chẩn đoán lỗi qua biểu đồ PV

Biểu đồ động cơ xăng (động cơ Otto)

Trong một chu trình làm việc của động cơ Otto bốn thì, tương quan giữa áp suất, thể tích và nhiệt độ được thể hiện qua biểu đồ Áp Suất/Thể Tích (biểu đồ PV). Theo Boyle-Maroitte và Gay-Lussac, sẽ có một biểu đồ lý tưởng trong đó thể tích không thay đổi, nghĩa là cố định, ở mỗi điểm đổi chiều của piston tương ứng với ĐCT hay ĐCD trong suốt quá trình cháy hay quá trình thải khí.

Cháy đẳng tích: đột ngột phát cháy với thể tích không đổi

Để có một quá trình cháy đẳng tích lý tưởng, như thể hiện trong hình dưới, cần có những điều kiện tiên quyết sau đây:

Mô tả diễn tiến quá trình

1→2   Nén: Hỗn hợp nhiên liệu-không khí, áp suất tăng, không thêm nhiệt lượng vào.

2→3   Cháy: Hỗn hợp nhiên liệu-không khí, áp suất tăng trong khi thể tích cố định, nghĩa là piston đứng yên trong thời gian ngắn lúc đốt ở ĐCT, nhiệt lượng được thêm vào.

3→4   Sinh công (giãn nở): Dưới áp suất cao, khí nở ra và đẩy piston xuống ĐCD, đạt được thể tích ban đầu. Không thải nhiệt lượng.

4→1   Nguội: Quá trình xảy ra trong khi thể tích không thay đổi. Do nhiệt lượng được thải ra nên áp suất giảm xuống cho đến khi điểm 1 đạt được mức áp suất ban đầu.

Năng lượng đạt được / Năng lượng thất thoát

Diện tích được tạo ra bởi những góc 1-2-3-4 trong biểu đồ trên thể hiện công đạt được trong một chu trình làm việc (diện tích +).

Công đạt được có thể lớn hơn nếu xu-páp thải không mở ở điểm 4, mà chỉ mở sau khi không khí đã giãn nở đến áp suất ban đầu ở điểm 5.

Thật ra trong thực tế, ta không có được điều này vì việc kéo dài sự giãn nở liên quan đến việc mở rộng hành trình piston (động cơ hành trình piston dài). Do đó diện tích 1-4-5 thể hiện công bị thất thoát (diện tích -).

Việc nâng cao tỷ số nén khiến công đạt được lớn hơn.

Biểu đồ Động cơ Diesel

Ngược lại với động cơ Otto, ở động cơ Diesel, áp suất lý thuyết không thay đổi trong quá trình cháy, vì thế ta gọi là chảy đẳng áp. Trong thực tế, không chỉ quá trình đẳng tích mà cả quá trình đẳng áp đều không diễn ra theo điều kiện lý tưởng vì không thể giữ đúng được những điều kiện cần thiết.

Cháy đẳng áp: đột ngột phát cháy với áp suất khổng đổi

Biểu đồ Áp Suất/Thể tích thực tế

Do áp suất cháy ở động cơ diesel thực sự cao hơn nhiều và qua sự giãn nở tiếp theo sau đó của khí đã đốt, áp suất khí giảm xuống còn 4 bar đến 6 bar, nên nhiệt độ khí thải giảm đi nhiều hơn so với ở động cơ Otto. Điều này khiến sự thất thoát năng lượng qua khí thải ít đi, dẫn đến công đạt được và qua đó hiệu suất cao hơn. Tác động nhiệt lên xu-páp ít hơn. Tuy nhiên khi nhiệt độ bên ngoài thấp, những động cơ diesel hiện đại không thể cung cấp đủ nhiệt cho lò sưởi xe nên xe cần có những lò sưởi phụ.

Từ biểu đồ PV, công hữu dụng W_eff của một động cơ được xác định khi lấy công đạt được (diện tích +) trừ đi công thất thoát (diện tích -)

Chẩn đoán lỗi qua biểu đồ PV

Những chênh lệch lớn hơn so với đường biểu diễn áp suất thông thường cho thấy có lỗi trong việc điều chỉnh động cơ (chế hòa khí, chỉnh đánh lửa, nén) và nhất là hiện tượng kích nổ.

Thời điểm đánh lửa quá sớm

Có thể đạt được áp suất tối đa trước khi piston đến ĐCT. Áp suất và nhiệt độ quá cao dẫn đến hiện tượng cháy kích nổ, trị số của khí thải quá xấu và mất công suất. Hiện tượng này được thể hiện qua những khu vực diện tích nhỏ trên biểu đồ.

Thời điểm đánh lửa quá trễ

Đường biểu diễn thì nén tăng bình thường đến ĐCT. Sau khi hạ xuống đôi chút sau ĐCT, áp suất lại tăng lên, nhưng không thể đạt đến áp suất cháy tối đa vì do thời điểm đánh lửa trễ, piston đã di chuyển quá xa xuống ĐCD trước khi hỗn hợp nhiên liệu-không khí được đốt cháy hoàn toàn.

Hậu quả là mất công suất, tiêu thụ nhiên liệu cao hơn và nguy cơ quá nhiệt.

Xú páp hay xéc măng hở

Không thể thực hiện được việc tăng áp một cách bình thường, độ dốc của đường biểu diễn thì nén nhỏ hơn. Dù cho thời điểm đánh lửa đúng lúc thì cũng không thể đạt được áp suất chảy tối đa. Hậu quả là mất công suất và thông số khí thải xấu hơn.