Bài tập lớn nguyên lý động cơ đốt trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Cao Văn Sinh viên thực : Mã sinh viên : Lưu văn Hồng 151300660 Lớp : Cơ khí giao thơng cơng 1-K56 Đề số : 09 – Động xăng 1RZ HÀ NỘI - 2017 BÀI TẬP LỚN MÔN NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Cao Văn Đề số : 09 - Động xăng 1RZ Họ Tên sinh viên : Lưu văn Hoàng Mã sinh viên : 151300660 Lớp : Cơ khí giao thơng cơng 1- K56 STT Phân loại Thông số Loại động Xăng Kiểu động 1RZ Đường kính xy lanh 86 (mm) Hành trình piston 86 (mm) Lắp xe Dung tích xylanh Tỷ số nén 09 Số kỳ 09 Nemax/ne 100,6/5400 10 Nemax/nm 16,5/2600 Toyota Hiace 1,998 (lít) Chương I : Nhiệm vụ tính tốn 1, Nhiệm vụ + Tính tốn thiết kế động + Tính tốn kiểm nghiệm động ( bơi trơn, làm mát ) hệ thống phối khí 2, Lựa chọn chế độ tính tốn - Nhận xét : Để xây dựng đặc tính ngồi động chế độ “ Tồn tải ” người ta tính tốn nhiệt động chế độ : nmin = 0,2.5400 = 1080 (v/ph) nM = 0,6.5400 = 3240 (v/ph) ne = 5400 (v/ph) CHƯƠNG II : Tính nhiên liệu hỗn hợp sản phẩm cháy 1, Chọn nhiên liệu thành phần nhiên liệu Xăng C 85 (%) H 15(%) O Hu 10400 ( kcal/kg) 2,Chọn hệ số dư không khí α - Với động xăng : α = 0.9 3, Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu xăng 8 L0 = 0.23 ( gc + 8gh ) = 0.23 ( 0,85 + 8.0,15 ) =15 (kg) 4,Lượng khơng khí thục tế đốt cháy 1kg nhiên liệu L = αL0 = 0,9.15=13,5 (kg) 5,Thành phần sản phẩm cháy động xăng 11 11 Gco2 = [gc (2α-1 ) + 6gh (α -1 )] = [0,85 (1,8 -1 ) + 6.0,15( 0,91) = 2,15 (kg) 7 Gco = [ 2(1- α)(gc +3gh)] = [2(1-0,9)(0,85 +3.0,15)] = 0,6 (kg) Gh2O = 9gh =9.0,15 =1,35 (kg) GN2 =0,77.αL0 =0,77.0,9.0,15 = 10,4 (kg) Kiểm tra lại : ∑ G=¿ ¿αL0 +1 =13,5 + = 14,5(kg) =Gspc Gspc =Gco2 + Gco + Gh2O + GN2 = 2,15 + 0,6 + 1,35 + 10,4 =14,5 (kg) 6, Phần tram khối lượng sản phẩm cháy Gi 2,15 1,35 gi = Gspc Ta có : gco2 = 14,5 = 0,148 , gh2O = 14,5 = 0,093 0,6 10,4 gco = 14,5 =0,041 , gN2 = 14,5 =0,78 ∑ g i = gco2 + gco + gh2o + gN2 =0,148 + 0,041 + 0,093 + 0,78 =1 7, Hằng số khí nạp trước lúc cháy Rhht =gkk.Rkk – gxăng.Rxăng α Lo 13,5 Ta có : gkk = Lo+1 = 14,5 ; Rkk =29,27 kGm/kg.độ ; 13,7 gxăng = Lo+1 = 14,5 ; Rxăng =8,5 kGm/kg.độ  Rhht = 14,5 29,27+ 14,5 8,5=27,838 kGm/kg.độ 8, Hằng số khí sản phẩm cháy Rspc : Rspc =∑ (gi , Ri) ; Rco2 =19,3 kGm/kg.độ ; Rco =30,3 kGm/kg.độ Rh2o =47,1 kGm/kg.độ ; RN2 =30,3 kGm/kg.độ ; Ro2 =26,5 kGm/kg.độ Ta có : R spc = 0,148.19,3 +0,041.30,3 + 0,093.47,1 + 0,718.30,3 = 30,23 kGm/kg.độ 9, Hệ số biến đổi phần tử lý thuyết Rspc 30,2 β = Rhht = 27,8 =1,084 10, Nhiệt dung riêng sản phẩm cháy a, Trước lúc cháy Cvhht =gkk Cvkk + gxăng.Cvxăng Ta có : Cvkk = 0,165 + 0,000017Tc (kcal/kg.độ ) ; Cvxăng = 0,35(kcal/kg.độ) ; 13,5 Cvhht = 14,5 ¿c) + 14,5 0,35 0,35 = 0,93.(0,165 + 0,000017Tc ) + 14,5 = 0,178 + 0,000017Tc b, Sau lúc cháy : Cvspc =∑ ( gi ,Cv ) Cvco2 = 0,186 + 0,000028 Tz Cvco = 0,171 + 0,000018 Tz Cvo2 = 0,15 + 0,000016 Tz Cvh2o = 0,317 + 0,000067 Tz Cvh2 = 0,169 + 0,0000017 Tz Tính : Cvspc = ∑ ( gi, Cv) =0,148(0,186+0,000028Tz)+ 0,041(0,171+0,000018Tz ) +0,093(0,317 + 0,000067Tz) + 0,718( 0,169 + 0,000017Tz ) = 0,185 + 23.10-5 Tz CHƯƠNG III: QUÁ TRÌNH NẠP 1, Xác định áp suất trung bình cuối q trình nạp Cơng thức gần của giáo sư Leenin J.M : [ ( Pa =P0 1− V 'h2 )( ) ( )] n ε −δ 520 10 f tb ξ ε−1 3,5 Trong : n : Là tốc độ quay chế độ tính tốn ( đơn vị vịng/phút ) Vh : Là thể tích công tác xylanh ( đơn vị m3 ) P0 : Là áp suất khí ( đơn vị kg/m2 ) ftb : Là tiết diện lưu thông cần thiết Nó đc tính cơng thức ftb = fe.(ne /1000) đơn vị [cm2/lít] + Với động xăng : fe =2,5 ÷ 3,0 (cm2/lít.1000v/phút)  : Là hệ số tổn thất đường ống nạp ( =0,65 ÷ 0,85 )  Đối với động xăng ta chọn sau : fe =2,5.10-4.m2/lít.1000v/phút ; δ =0,5 ;  = 0,65 => Ta có : ftb = fe ne 5400 = 2,5.10-4 1000 =1,35.10-3 (m3/lít ) 1000  Với n=nmin =1080 (v/ph ) : 10802 Pa= 1− 520.106 [ ( )( 0,0012 9−0,5 −3 ( 1,35.10 ) 0,65 9−1 ) ( 3,5 )] =¿0,988(kg/cm2)  Với n=nM=3240 (v/ph) : [ ( 3240 Pa=1 1− 520.10 )( 0.001 9−0,5 −3 1,35.10 0,65 9−1 ) ( 3,5 )] =0,901 ¿ kg/cm2)  Với n=ne = 5400 (v/ph) : [ ( 1080 Pa =1 1− 520.10 )( 0,001 9−0,5 −3 1,35.10 0,65 9−1 ) ( 3,5 )] =¿ 0,740(kg/cm2) Tóm lại :  n = nmin = 1080 (v/ph)  Pa = 0,988 (kg/cm2)  n = nM = 3240 (v/ph)  Pa = 0,901 (kg/cm2)  n = ne = 5400(v/ph)  Pa = 0,740 (kg/cm2) 2, Hệ số khí sót γr = Pr T ΄ ( εP a−Pr ) β T r Trong :  T’o = To + ∆ t = to + ∆ t + 273 M R spc spc  β : hệ số biến nhiệt ( β = M = R =1,084 ) hht hht  Pr Tr : áp suất ,nhiệt độ đầu cuối trình nạp nêu bảng sau : Pr (kg/cm2) Tr(° K ¿ ∆ t (° K) T΄o(° K ¿ n = nmin = 1080 (v/ph) 1,06 1000 30 327 n = nM = 3240 (v/ph) 1,18 1100 25 322 n = ne = 5400 (v/ph) 1,29 1200 20 317 o Giá trị Pr tính công thức : Pr = 0,55 n 10000 +1 (kg/cm ) Giá trị Tr ∆ t cho bảng quy ước từ đầu Từ giá trị bảng ta tìm hệ số khí sót ứng với giá trị tương ứng sau :  Với n = nmin =1080 (v/ph) : γr = Pr T ΄ ( εP a−Pr ) β T r = 1,06.327 ( 9.0,988−1,06 ) 1,084 1000 = 0,0408  Với n = nM = 3240 (v/ph) : γr = Pr T ΄ ( εP a−Pr ) β T r = 1,18.322 ( 9.0,901−1,18 ) 1,084 1100 = 0,0459  Với n = ne = 5400 (v/ph) : γr Pr T ΄ = ( εP a−Pr ) β T r 1,29.317 ( 9.0,740−1,29 ) 1,084 1200 = = 0,0585 3, Nhiệt độ cuối kỳ nạp Đối với động kỳ không tăng áp T '0 + γ r ᴪ T '0 Ta = 1+ γ ᴪ r Trong : T '0 =t0 + ∆ t + 273( ° K) ᴪ :là tỉ lệ nhiệt dung khí trước sau khí cháy Ở động xăng ᴪ =1,2 Pa T = Tr Pr ' r ( ) m−1 m (° K) với : m số dãn nở đa biến t khí sót từ r đến r’  Khi n =nmin = 1080 (v/ph) : T’r =1000 0,988 1,06 ( Suy : Ta = ) 1,38−1 1,38 ¿ ¿ = 980,81 ° K 327+1,2.0,0405 980,81 = 357,30 ° K 1+ 0,0405.1,2  Khi n =nM =3240 (v/ph) : 0,865 ηck = 1- 9,453 = 0,908 ; Pe = 9,453.0,908 = 8,588(kg/cm2)  Khi n = nM = 3240(v/ph) Wp = 0,078.3240 = 8,424 (m/s) 30 Pck = 0,5 + 0,13.8,424 =1,595 (kg/cm2) 1,595 ηck = 1- 10,560 = 0,849 Pe = 10,560 0,849 = 8,965 (kg/cm2)  Khi n =ne =5400(v/ph) Wp = 0,078.5400 = 14,04(m/s) 30 Pck = 0,5 + 0,13.14,04 = 2,325 (kg/cm2) 2,325 ηck = 1- 9,497 = 0,755 Pe = 9,497 0,755 = 7,170 (kg/cm2)  Suất nhiên liệu tiêu hao thị P0 ηv gi = 270000 P R (α l +1) ; i hht  Khi n=nmin =1080(v/ph) gi ge = η ; ck 0,817.10 gi = 270000 9,453.27,838 ( 24 +273 ) 14,5 = 194,649 → ge = 194,649 = 214,372 0,908  Khi n= nM =3240(v/ph) 1.0,826 10 gi =270000 10,56.27,838 ( 24+273 ) 14,5 = 176,164 → ge = 176,164 = 207,486 0,849  Khi n =ne =5400(v/ph) gi =270000 1.0,735 10 = 174,302 9,497.27,828 ( 24+273 ) 14,5 174,302 suy : ge = 0,755 = 230,863 4,Mức tiêu thụ nhiên liệu 1h (Gnl) Gnl = ge Ne Trong : Ne = P e V h i n 450T (kg/h) Đây công suất động Pe : áp suất trung bình (kg/cm2) PeN : áp suất trung bình thực tế (kg/cm2) Vh : Thể tích cơng tác xylanh (lít) i : Số xylanh n : tốc độ vòng quay động (v/ph) : số kỳ động Do chưa xác định Vh xylanh nên tốc độ quay nmin ,nM ta phải xách định Ne dựa tỷ lệ : Ne Pe n = N emax P eN ne P emin n emin Suy : Nemin =Nemax P n en e  Khi n=nmin =1080(v/ph) 8,588.1080 Nemin = 100,6 7,17.5400 = 24,099  Khi n =nM =3240(v/ph) 8,965.3240 Nemin =100,6 7,17.5400 = 75,471  Khi n =ne =5400(v/ph) Nemin = Nemax = 100,6 5, Momen có ích động Me =716,2 Ne (kg.m) n Trong : Ne : cơng suất thục tế (hay gọi mã lực ) n : tốc độ quay (v/ph)  Khi n =nmin =1080(v/ph) Suy : 24,099 Me = 716,2 1080 = 15,98 (kgm)  Khi n=nM =3240 (v/ph) Suy : 75,471 Me =716,2 3240 = 16,68 (kgm)  Khi n =ne =5400(v/ph) Suy : 100,6 Me = 716,2 5400 = 13,34 (kgm) 6, Mức tiêu thụ nhiên liệu 1h (Gnl) Gnl =ge.Ne  Khi n=nmin =1080(v/ph) Gnl = 214,372 24,099 = 5166,15  Khi n=nM =3240(v/ph) Gnl =207,486 75,471 =15659,17  Khi n = ne =5400(v/ph) Gnl = 230,863 100,6 = 23224,82 7, Hiệu suất nhiệt ηt = 1trong : e −1 k ηt : hiệu suất nhiệt trình k : trị số đoạn nhiệt quy ước xác định sau : k = 0,39.α + 0,887 = 0,39 0,9 + 0,887 = 1,238 Suy : ηt =1- 1,238 −1 = 0,407 8, Hiệu suất thị 632 ηi = g h e u Trong đó: gi : Suất hao nhiên liệu thị tính kg/mlh hu : Nhiệt trị thấp nhiên liệu (Kcal/kg )  Khi n=nmin =1080(v/ph) Suy : ηi = 632 103 = 0,312 194,649.10400  Khi n =nM =3240(v/ph) Suy : 632 10 ηi = 176,164 10400 = 0,345  Khi n =ne =5400(v/ph) Suy : ηi = 632 103 = 0,348 174,302.10400 9, Hiệu suất thục tế (tính đến mức hồn thiện q trình phối khí ,cháy công học ) 632 ηe =ni – nch = g h e u  Khi n =nmin =1080(v/ph) ηe = 632 10 = 0,283 214,372.10400  Khi n =nM = 3240(v/ph) ηe = 632 10 = 0,293 207,486.10400  Khi n =ne =5400(v/ph) ηe = 632 103 = 0,263 230,863.10400 T.số T.độ Wp (m/s) Pck ηck Pe(kg/cm2) nmin 2,808 0,865 0,908 8,588 nM 8,424 1,595 0,849 8,965 ne 14,04 2,325 0,775 7,170 Gnl ge Bảng 1: Bảng : T.số T.độ Ne Me nmin 24,099 15,98 5166,15 214,372 nM 75,471 16,68 15659,17 207,486 ne 100,6 13,34 23224,82 230,863 Bảng 3: T.số ηe ηt nmin 0,283 0,407 0,312 nM 0,293 0,407 0,345 ne 0,263 0,407 0,348 T.độ ηi Chương IX : Cân nhiệt động *Trong phần cân nhiệt tính xem toàn lượng nhiệt hỗn hợp cháy phát Q1 (ở chu trình lý thuyết lượng nhiệt cấp vào ) phân bố cho phần nhiệt sinh cơng có ích thực (Ne) tức Qe Phần nhiệt ( Qlm + x ) theo nước làm mát khí xả ngồi (ở chu trình lý thuyết Q2 đưa nguồn lạnh, theo định luật nhiệt động học ) + Phần Qch cho công học + Phần Qlhlt tổn thất cháy khơng hồn tồn tốc độ tính tốn phần nhiệt tính sau : Q1 =100% ; Qe =ηe.100% Qch =( ηi – ηe).100% ; Qlmlt =(ηt –ηi ).100% Qlm + x =(1- ηt).100%  Khi n= nmin =1080(v/ph) Qe = 0,283.100 = 28,3 Qlm +x = (1- 0,407).100 =59,3 Qch = ( 0,312- 0,283) 100 = 2,9 Qlmlt = ( 0,407 -0,312).100 = 9,5  Khi n = nM =3240(v/ph) Qe = 0,293.100 = 29,3 Qlm+x = (1- 0,407).100 =59,3 Qch = ( 0,345- 0,293) 100 =5,2 Qlmlt = (0,407 – 0,345) 100 = 6,2  Khi n = ne =5400 (v/ph) Qe = 0,263 100 =26,3 Qlm+x =(1- 0,407) 100 = 59,3 Qch = (0,348 – 0,263).100 = 8,5 Qlmlt = (0,407- 0,348 ).100 = 5,9 *Bảng tổng kết tính tốn chương : Thông số nmin nM ne Qe 28,3 29,3 26,3 Qlm+x 59,3 59,3 59,3 Qch 2,9 5,2 8,5 Qlmlt 9,5 6,2 5,9 Tổng 100% 100% 100% Chương X : Cách dựng đồ thị tính nhiệt Bài : Dựng đường đặc tính ngồi : Ne Me Ge Bài : Cách xây dựng đồ thị công Pv *Xây dựng đồ thị công ứng với chế độ ne : 1, Đường kính xy lanh D (mm) 86 2, Hành trình piston S (mm) 86 3, Tỷ số nén 4, Áp suất cuối kỳ nạp Pa (kg/ cm2) 0,740 5, Áp suất cuối kỳ nén Pc (kg/cm2) 15,25 6, Áp suất cuối kỳ cháy Pz (kg/cm2) 56,86 7, Áp suất cuối trình giãn nở Pb (kg/cm2) 3,81 8, Áp suất trình thải Pr ( kg/cm2) 1,29 Thể tích làm việc xy-lanh : Vh = π D2 (cm3) s Suy : 3,14.8,6 Vh = 8,6 =499,30 (cm3) Vh 499,30 = 9−1 = 62,41 (cm3) ε−1 Thể tích buồng cháy : Vc = Thể tích xy-lanh : Va =Vh + Vc =499,30 + 62,41 = 561,71 (cm3) Vẽ trục P0V có tung độ 0P biểu diễn giá trị áp suất Chọn tỷ lệ xích 0P : μp = Pa (mm) 3,26 Pz 56,86 = 250 = 0,227 250 Pc (mm) 67,18 Pr (mm) 5,68 [ kg cm mm ] Pz (mm) 250,48 Pb (mm) 16,78 Hồnh độ biểu diễn thể tích xy-lanh vị trí ,chọn : μv = (sao cho 0P = 1,2 OV ) lh (mm) 166,43 lc (mm) 20,80 *Dựng đường nén giãn nở : la (mm) 187,24 Đối với động xăng ρ =1 : Pc n1 = Pa = 1,37 lnε ln Pb Pz n2 = = 1,23 ρ ln ε ln Các giá trị tìm cho bảng bên ↓ : Bảng áp suất xy-lanh : Quá trình nén i, Vc i n1 Px = Quá trình giãn nở Pc i n1 i n2 n2 ρ Px = n Pz i 1,00 1,00 67,18 1,00 250,48 2,00 2,585 25,99 2,35 106,59 3,00 4,5 14,93 3,86 64,89 4,00 6,68 10,05 5,50 45,54 5,00 9,07 7,40 7,24 34,59 6,00 11,64 5,77 9,06 27,65 7,00 14,38 4,67 10,95 22,87 8,00 17,27 3,89 12,90 19,41 9,00 20,29 3,31 14,92 16,79