ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC -*** - ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG SV thực hiện: DƯ ĐẠI HÙNG Lớp: CĐ ÔTÔ 20E GV hướng dẫn: Tp Hồ Chí Minh, tháng năm Đồ án tính tốn ĐCĐT TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC …………… CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc …………… NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG HỌ VÀ TÊN: DƯ ĐẠI HÙNG NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ MSSV: 0302191480 LỚP: CĐ ÔTÔ 20E 1.Nhiệm vụ đồ án: TÍNH TỐN CHU TRÌNH NHIỆT CỦA ĐỘNG CƠ 2.Số liệu ban đầu:  i 4 n D 5500 89,6 S 91 Ne  143.5hp 9,2 L 235 đls tms tđm Loại 13 Xăng 2295 30 40 Nội dung thuyết minh: 1/ Các thông số ban đầu 2/ Tính tốn chu trình nhiệt 3/ Các thông số 4/ Xây dựng đồ thị công Nội dung vẽ: vẽ đồ thị p-V đồ thị p-𝜑 Ngày giao nhiệm vụ: Ngày hoàn thành: Nội dung yêu cầu BTL Đã thông qua môn Ngày tháng năm 2022 Bộ môn ôtô Ngày tháng năm 2022 Giáo viên hướng dẫn Vh Đồ án tính tốn ĐCĐT PHẦN THUYẾT MINH: Tính tốn theo trình tự sau: A- CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU: 1.1 Tốc độ trung bình pít tơng: 1.2 Nhiệt độ sấy nóng mơi chất mới: 1.3 Áp suất nhiệt độ mối chất mới: 1.4 Áp suất khí sót: 1.5 Nhiệt độ khí sót: 1.6 Áp suất cuối trình nạp: TÍNH TỐN CHU TRÌNH NHIỆT: 2.1 QUÁ TRÌNH NẠP: 2.1.1 Hệ số khí sót γr: 2.1.2 Nhiệt độ cuối trình nạp: 2.1.3 Hệ số nạp: 2.1.4 Lượng khơng khí cần thiết để đốt cháy 1kgnl: 2.1.5 Lượng nhiên liệu nap vào chu trình: 2.1.6 Lượng môi chất mới: 2.1.7 Lượng khí sót: 2.1.8 Hệ số lượng dư khơng khí: 2.1.9 Lượng sản vật cháy: 2.1.10 Lượng thay đổi thể tích khí cháy: 2.1.11 Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết: 2.2 QUÁ TRÌNH NÉN: 2.2.1 Chỉ số nén đa biến trung bình: 2.2.2 Nhiệt độ cuối trình nén: Đồ án tính tốn ĐCĐT 2.2.3 Áp suất cuối trình nén: 2.3 QUÁ TRÌNH CHÁY: 2.3.1 Hệ số thay đổi phân tử thực tế z: 2.3.2 Nhiệt độ cuối trình cháy: 2.3.3 Áp suất thể tích cuối q trình cháy: 2.4 QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ: 2.4.1 Chỉ số giãn nỡ đa biến trung bình: 2.4.2 Áp suất cuối trình gian nở: 2.4.3 Nhiệt độ cuối trình gian nở: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG: 3.1 TÍNH TỐN ĐƯỜNG NÉN VÀ ĐƯỜNG GIÃN NỞ: 3.1.1 Đường nén: 3.1.2 Đường giãn nở: 3.2 XÂY DỰNG VÀ GỌT ĐỒ THỊ CÔNG: 3.2.1 Đồ thị p-V: 3.2.2 Đồ thị p- φ: 3.3 LẬP BẢNG: 10 BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG A- PHẦN THUYẾT MINH: Tính tốn theo trình tự sau: CÁC THƠNG SỐ BAN ĐẦU: 1.1 Tốc độ trung bình pít tơng: Được tính theo cơng thức: 𝐶𝑚 = 𝑆.𝑛 30 = 91×10−3 ×5500 30 = 16,6833 m/s Với: s: hành trình pít tơng (m) n: số vịng quay trục khuỷu (v/p) ❖ Động tốc độ thấp có: 𝐶𝑚 < 𝑚/𝑠 ❖ Động tốc độ cao có: 𝐶𝑚 > m/s Kết luận: tốc độ trung bình pít tơng 𝐶𝑚 = 16,6833 m/s nên động có tốc độ cao 1.2 Nhiệt độ sấy nóng mơi chất mới: Đối với động xăng: ∆T= 15 - 200 Chọn ∆T= 150 1.3 Áp suất nhiệt độ mối chất mới: Đối với động không tăng áp: pk= p0= 0,1 MPa Tk= T0=2970K Với p0, T0: áp suất nhiệt độ khí trời 1.4 Áp suất khí sót: Đối với động tốc độ cao: pr= (1,05 - 1,10)p0 MPa Chọn: pr= 1,05.p0 = 1,05×0,1 =0,105 MPa 1.5 Nhiệt độ khí sót: Đối với động xăng: Tr= 850 - 9500K Chọn Tr=9000k 1.6 Áp suất cuối trình nạp: BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Đối với động không tăng áp: pa= (0,8 - 0,9)pk MPa Chọn pa= 0,8.pk= 0,8×0,1=0,08 MPa 2.TÍNH TỐN CHU TRÌNH NHIỆT: 2.1 Q TRÌNH NẠP: 2.1.1 Hệ số khí sót 𝛾𝑟 : Tính theo công thức: 𝛾𝑟 = 𝑇𝑘 +𝛥𝑇 𝑇𝑟 𝑝𝑟 𝜀𝑝𝑎 −𝑝𝑟 = 297+15 900 × 0,105 9,2×0,08−0,105 = 0,0577 Đối với động xăng: 𝛾𝑟 = 0,049 − 0,06 2.1.2 Nhiệt độ cuối trình nạp: 𝑇𝑎 = 𝑇𝑘 + 𝛥𝑇 + 𝛾𝑟 𝑇𝑟 297 + 15 + 0,0577.900 = = 344,07680 𝐾 + 𝛾𝑟 + 0,0577 Đối với động khơng tăng áp Ta= 310 - 3500K 2.1.3 Hệ số nạp: 𝜂𝑣 = 𝜆1 𝜀 𝑝𝑎 𝑇𝑘 𝜀 − 𝑝𝑘 𝑇𝑎 (1 + 𝛾𝑟 ) 9,2 0,08 297 = 1,02 × × × = 0,7472 9,2 − 0,1 344,0768 × (1 + 0,0577) Đối với động λ nằm khoảng 1,02 - 1,07, chọn 𝜆1 = 1,02 Đối với động xăng nv= (0,65 - 0,8) 2.1.4 Lượng khơng khí cần thiết để đốt cháy 1kgnl: 𝑀0 = 𝑂0 𝑐 ℎ 𝑜𝑛𝑙 0,855 0,145 = ( + − )= ×( + − ) 0,21 0,21 12 32 0,21 12 32 = 0,5119 kmol/kgnl 2.1.5 Lượng nhiên liệu nap vào chu trình: 𝑔𝑐𝑡 = 𝑔𝑒 𝑁𝑒 𝜏 185 × 143.5 × 10−3 = × 10−3 = 1,6322 × 10−4 kg/ct 120𝑛 120 × 5500 Ở động xăng: ge= 185 - 280 g/ml giờ, chọn ge= 185 g/mlgiờ Với ge: suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/mã lực giờ) Ne: cơng suất có ích (mã lực, 1hp = 0,735 kw) BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG n: số vòng quay trục khuỷu (v/p) τ: số động 2.1.6 Lượng mơi chất mới: 𝑀1 = 𝑝𝑘 𝑉ℎ 𝜂𝑣 𝑖 0,1 × 2295 × 0,7472 = = 0,4255 kmol/kgnl 𝑅 𝑇𝑘 𝑔𝑐𝑡 8314 × 297 × 1,6322 × 10−4 Trong đó: pk:(Pa), Vh: (cm3), Tk: (0K), R=8314 (J/kmolđộ) 2.1.7 Lượng khí sót: 𝑀𝑟 = 𝛾𝑟 𝑀1 = 0,0577 × 0,4255 = 0,0245 kmol/kgnl 2.1.8 Hệ số dư lượng khơng khí: Đối với động xăng: 𝛼 = 𝑀1 − 𝜇𝑛𝑙 𝑀0 = 0,4255− 114 0,5119 = 0,814 Với μnl=114: trọng lượng phân tử xăng 2.1.9 Lượng sản vật cháy: Khi đốt cháy khơng hồn toàn (α Tb= 1583,90930K - Thay Tb= 1583,9093 vào (1) => n2=1,2351 Vậy n2= 1,2351 nghiệm cần tìm 2.4.2 Áp suất cuối trình gian nở: 𝑝𝑏 = 𝑝𝑧 6,2911 = = 0,4058Mpa 𝛿 𝑛2 9,21,2351 2.4.3 : Nhiệt độ cuối trình giãn nở 𝑇𝑏 = 𝑇𝑧 𝑛 𝛿 2−1 = 2668,8049 = 1583,90930 𝐾 9,21,2351−1 Động xăng: pb= 0,35 - 0,5 MPa Tb= 1500 - 1700 0K CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN: Các thông số thị: Động xăng: công thức lý thuyết 𝑝′𝑖 = 𝑝𝑎 = 0,08 𝜀 𝑛1 𝜀−1 [ 9,21,3678 9,2−1 𝜆 𝑛2 −1 [ (1 − 3,7789 1,2351−1 𝜀𝑛2 −1 (1 − )− 𝑛1 −1 9,21,2351−1 (1 − )− 𝜀𝑛1 −1 1,3678−1 )] (1 − 9,21,3678−1 )] = 1,0186 𝑀𝑃𝑎 BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 𝜑đ = 0,92 − 0,97: hệ số điền đầy đồ thị công Động xăng chọn 𝜑đ = 0,97 𝑝𝑖 =đ 𝑝′𝑖 =0,97 1,0186 = 0,988042 Mpa Công suất thị: 𝑝𝑖 𝑉ℎ 𝑖 𝑛 0,98842.2295 10−3 5500 𝑁𝒊 = = = 103,9694 KW 30  30.4 𝑣 Với Vh : (𝑙í𝑡 ), 𝑝𝑖 : (𝑀𝑃𝑎), 𝑛: ( ) 𝑝 Suất tiêu hao nhiên liệu thị: 𝑔𝑖 = 432 𝑝𝑘.𝑣 𝑀1 𝑝𝑖 𝑇𝑘 = 432 0,1.0,7472 = 0,2585 kg/kwh 0,4255.0,988042.297 Động xăng: 𝑔𝑖 = 0,21 − 0,34 kg/kwh Hiệu suất thị: ɳ𝑖 = 3,6 1 = 3,6 100% = 31,65% 𝑔𝑖 𝑄𝐻 0,2585.44 Với 𝑔𝑖 : (kg/kwh ), 𝑄𝐻 : (MJ/Kg) Động xăng: ɳ𝑖 = 25 − 44% Các thơng số có ích Áp suất tổn thất giới trung bình Động xăng i1; 𝑝𝑚 =0,05+0,0155 𝐶𝑚 = 0,05 + 0,0155.16,6833=0,3086 MPa Áp suất trung bình 𝑃𝑒 = 𝑃𝑖 − 𝑃𝑚 = 0,988042 − 0,3086 = 0,6794 𝑀𝑃𝑎 Cơng suất có ích 𝑁𝑒 = 𝑃𝑒 𝑛.𝑉ℎ 𝑖 30. = 0,6794.5500.2295.10−3 30.4 = 71,4644 𝐾𝑊 Hiệu suất giới BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 𝜂𝑚 = 𝑝𝑒 0,6794 = 100% = 68,76% 𝑝𝑖 0,988042 𝜂𝑚 = 63 − 93% Hiệu suất có ích: 𝜂𝑒 = 𝜂𝑖 𝜂𝑚 = 0,3165.0,6876.100% = 21,76% Động xăng: 𝜂𝑒 = 22 − 33% Suất tiêu hao nhiên liệu có ích 𝑔𝑒 = 𝑔𝑖 0,2586 = = 0,3761 kg/kWh 𝜂𝑚 0,6876 Lượng tiêu hao nhiên liệu có ích Gnl = g e Ne = 0,3761.71,4644 = 26,8778 kg/h Kiểm tra kích thước động Thể tích xylanh 𝑉ℎ = 30.Ne 𝜏 𝑝𝑒 𝑖.𝑛 = 30.71,4644.4.1000 0,6794.1.5500 = 2295,0004 ( sai số khơng q 5% ) Đường kính xylanh 𝐷=√ 4𝑉ℎ 𝜋𝑆 =√ 4.2295 𝜋.91 = 5,6666 ( sai số không 5% ) = 91,0013 (sai số không 5% ) Hành trình pít tơng 𝑆= 4𝑉ℎ 𝜋𝐷 = 4.2295 𝜋.(5,6666)2 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CƠNG: TÍNH TỐN ĐƯỜNG NÉN VÀ ĐƯỜNG GIÃN NỞ: Đường nén: Ta Có: 𝑛1 𝑝𝑐 𝑉𝑐 𝑛 = 𝑝𝑛𝑥 𝑉𝑛𝑥1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ⇒ 𝑝𝑛𝑥 = 𝑝𝑐 ( 𝑖= 𝑉𝑐 𝑛 𝑝𝑐 ) 1= 𝑛 𝑉𝑛𝑥 𝑖 𝑉𝑛𝑥 𝑉𝑐 Với: Khi Vnx biến đổi từ Vc đến Va i biến đổi đến ε pnx biến đổi từ pc đến pa Đường giãn nở : Ta có: 𝑛2 𝑝𝑧 𝑉𝑧 𝑛 = 𝑝𝑔𝑛𝑥 𝑉𝑔𝑛𝑥 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 ⇒ 𝑝𝑔𝑛𝑥 = 𝑝𝑧 ( 𝑉𝑧 𝑛 𝑝𝑧 ) = 𝑉𝑔𝑛𝑥 𝑉𝑔𝑛𝑥 ( )𝑛2 𝑉𝑧 Biết rằng: ⇒ 𝑝𝑔𝑛𝑥 = 𝑝𝑧 𝜌𝑛2 𝑖 𝑛2 𝑉𝑔𝑛𝑥 𝑛1 𝑉𝑔𝑛𝑥 ( ) =( ) 𝑉𝑍 𝜌 𝑉𝑐 Với: 𝑖 = 𝑉𝑔𝑛𝑥 𝑉𝑐 𝑝 Đối với động xăng: Vz=Vc, 𝜌 =1 nên 𝑝𝑔𝑛𝑥 = 𝑛𝑧2 Khi Vgnx biến đổi từ Vz 𝑖 đến Va i biến đổi từ đến 𝜀và pgnx biến đổi từ pz đến pb XÂY DỰNG VÀ GỌT ĐỒ THỊ CÔNG: Đồ thị p-V: - Pzt= 0,85×6,2911=5,3474 - cc’= cz - Pc ′ − Pc = (Pz − Pc ) 1 3 - Pc′ = (Pz − Pc ) + Pc = × (6,2911 − 1,6648) + 1,6648 = 3,2069 - Điểm x’nằm m n - Điểm x nằm b b’ 10 BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG - 𝜙đ𝑙𝑠 = 15°: góc đánh lửa sớm - 𝜙𝑡𝑚𝑠 = 31°: góc mở sớm xúp páp thải - 𝜙𝑡đ𝑚 = 36°: góc đóng muộn xúp páp thải Đồ thị p- 𝜑: Vẽ đường trịn tâm O bán kính R, AD=2R, điểm A ứng với góc quay 𝜙 = 00 (ĐCT) điểm D ứng với góc quay 𝜙 = 1800 (ĐCD) Từ O lấy đoạn OO’ dịch phía ĐCD đoạn 𝑂𝑂 = 𝑅2 2.𝑙 (mm) Với: R: bán kính quay trục khủy (mm) l: chiều dài truyền (mm) Lưu ý: - Chọn tỉ lệ xích OO’ S phải đồng với - Khoảng chạy pít tơng S=AD=2R Ở góc quay 𝜙của trục khuỷu (thường chia khoảng cách 150), từ O’ kẻ đoạn thẳng hợp với AD góc tương ứng 𝜙, cắt đường điểm C Hạ CC1 vng góc với AD , C1 giá trị áp suất p ứng với góc quay trục khuỷu 𝜙 Thực góc quay 𝜑 = 0° − 720°, ta vẽ đồ thị P-𝜑 biểu diễn áp suất xi lanh P theo góc quay trục khuỷu 𝜑 LẬP BẢNG: Vnx,Vgnx (lít) i Pnx (MPA) Pgnx (MPA) 0,2755 1.6648 6.2911 0,3031 1,1 1.4613 5.5925 0,3306 1,2 1.2974 5.0226 0,3582 1,3 1.1628 4.5498 0,3857 1,4 1.0507 4.1519 0,4133 1,5 0.9561 3.8127 11 BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 0,4408 1,6 0.8753 3.5206 0,4684 1,7 0.8057 3.2666 0,4959 1,8 0.7451 3.0440 0,5235 1,9 0.6921 2.8473 0,5510 0.6451 2.6725 0,5786 2,1 0.6034 2.5162 0,6061 2,2 0.5662 2.3757 0,6337 2,3 0.5328 2.2488 0,6612 2,4 0.5027 2.337 0,6888 2,5 0.4754 2.0288 0,7163 2,6 0.4506 1.9328 0,41.6 2,7 0.4297 1.8448 0,7714 2,8 0.4071 1.7638 0,7990 2,9 0.3881 1.6890 0,8265 0.3705 1.6197 0,8541 3,1 0.3542 1.5554 0,8816 3,2 0.3392 1.4956 0,9092 3,3 0.3252 1.4398 0,9367 3,4 0.3122 1.3877 0,9643 3,5 0.3000 1.3389 0,9918 3,6 0.2887 1.2931 1,0194 3,7 0.2781 1.2501 1,0469 3,8 0.2681 1.2096 12 BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1,0745 3,9 0.2588 1.1714 1,1020 0.2500 1.1353 1,1296 4,1 0.2417 1.1012 1,1571 4,2 0.2338 1.0689 1,1847 4,3 0.2264 1.0383 1,2122 4,4 0.2194 1.0092 1,2398 4,5 0.2128 0.9816 1,2673 4,6 0.2065 0.9553 1,2949 4,7 0.2005 0.9303 1,3224 4,8 0.1948 0.9064 1,3500 4,9 0.1894 0.8836 1,3775 0.1842 0.8618 1,4051 5,1 0.1793 0.8410 1,4326 5,2 0.1746 0.8211 1,4602 5,3 0.1701 0.8020 1,4877 5,4 0.1658 0.7837 1,5153 5,5 0.1617 0.7661 1,5428 5,6 0.1578 0.7493 1,5704 5,7 0.1540 0.7331 1,5979 5,8 0.1504 0.7175 1,6255 5,9 0.1469 0.7025 1,6530 0.1436 0.6881 1,6806 6,1 0.0403 0.6742 13 BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1,7081 6,2 0.1373 0.6608 1,7357 6,3 0.1343 0.6478 1,7632 6,4 0.1314 0.6354 1,7908 6,5 0.1287 0.6233 1,8183 6,6 0.1260 0.6117 1,8459 6,7 0.1234 0.6004 1,8734 6,8 0.1210 0.5895 1,9010 6,9 0.1186 0.5790 1,9285 0.1163 0.5688 1,9561 7,1 0.1140 0.5589 1,9836 7,2 0.1119 0.5493 2,0112 7,3 0.1098 0.5401 2,0387 7,4 0.1078 0.5311 2,0663 7,5 0.1058 0.5223 2,0387 7,6 0.1039 0.5138 2,1214 7,7 0.1021 0.5056 2,1489 7,8 0.1003 0.4976 2,1765 7,9 0.0985 0.4899 2,2040 0.0969 0.4823 2,2316 8,1 0.0952 0.4750 2,2591 8,2 0.0936 0.4678 2,2867 8,3 0.0921 0.4609 2,3142 8,4 0.0906 0.4541 14 BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2,3418 8,5 0.0891 0.4475 2,3693 8,6 0.0877 0.4411 2,3969 8,7 0.0864 0.3448 2,4244 8,8 0.0850 0.4287 2,4520 8,9 0.0837 0.4228 2,4795 0.0824 0.4170 2,5071 9,1 0.0812 0.4114 2,5346 9,2 0.0800 0.4058 15 BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 16