Nhiệt độ không khí nạp mới T 0
Nhiệt độ không khí nạp mới chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của môi trường sử dụng xe Điều này gây khó khăn cho những xe được thiết kế để hoạt động ở những khu vực có sự biến thiên nhiệt độ lớn trong ngày.
Miền Nam nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là t kk ) 0 C cho khu vực miền Nam, do đó:
Áp suất khí nạp trước xupap nạp P k
Động cơ bốn kỳ tăng áp P k : là áp suất khí nạp đã được nén sơ cấp trước trong máy nén tăng áp hoặc trong bơm quét khí P k >P 0
Nhiệt độ không khí nạp trước xupap nạp T k
Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp nếu có két làm mát trung gian Tk được xác định bằng công thức:
Trong đó: m - chỉ số nén đa biến trung bình của khí nén, phụ thuộc vào loại máy nén (m = 1,5÷1,65) , chọn m=1,5
Áp suất cuối quá trình nạp P a
Đối với động cơ tăng áp: P a = 0,9 P k = 0,126 MPa𝑃𝑘: áp suất của không khí sau khi nén
Áp suất khí xót P r
Là một thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xilanh động cơ Đối với động cơ Diesel: P r = 0,11 MPa
Nhiệt độ khí xót T r
Trong quá trình tính toán, giá trị 𝑇 r thường được xác định ở giai đoạn cuối của quá trình thải cưỡng bức Giá trị này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tỷ số nén 𝜀, thành phần hỗn hợp α, tốc độ quay n, cũng như góc đánh lửa sớm ở động cơ xăng và góc phun sớm nhiên liệu ở động cơ diesel.
Giá trị ε cao hơn dẫn đến khí cháy dãn nở nhiều hơn, làm giảm nhiệt độ 𝑇 r Khi thành phần trong xilanh hỗn hợp được điều chỉnh phù hợp, quá trình cháy diễn ra nhanh chóng và giảm thiểu tình trạng cháy rớt.
Nếu góc phun sớm nhiên liệu hoặc đánh lửa sớm quá nhỏ thì quá trình cháy rớt tăng nên 𝑇 r cao.
Giá trị của 𝑇 r có thể chọn trong phạm vi sau:
Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới ∆ T
Khí nạp mới khi di chuyển qua đường ống vào xylanh của động cơ sẽ tiếp xúc với vách nóng, dẫn đến việc nhiệt độ của khí tăng lên một giá trị ΔT.
Khi tiến hành tính toán nhiệt của động cơ người ta thường chọn trị số ΔT căn cứ vào số liệu thực nghiệm. Đông cơ diesel: ΔT = 20÷ 40 độ
Hệ số nạp thêm λ 1
Hệ số nạp thêm λ1 cho thấy mối quan hệ giữa lượng tăng tương đối của hỗn hợp khí công tác sau khi nạp thêm và lượng khí công tác đã chiếm chỗ trong thể tích Va.
Hệ số nạp thêm chọn trong giới hạn λ1 = 1,02 ÷ 1,07.
Hệ số quét buồng cháy λ 2
Đối với động cơ Diesel tăng áp:
Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt λ t
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp α và nhiệt độ khí sót T t Động cơ Diesel có α=1,5÷1,8; chọn λ t =1,11
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ z
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξ Z ) là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξ Z ) phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ. ξ z =0,8
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξ b ) phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốc độ động cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến ξ b nhỏ. ξ b = 0,85
Hệ số dư lượng không khí α
Hệ số α đóng vai trò quan trọng trong quá trình cháy của động cơ đốt trong Để tính toán nhiệt, thường phải xem xét ở chế độ công suất cực đại Hệ số dư lượng không khí nên được chọn trong khoảng giá trị được quy định trong bảng, với α = 1,7 là giá trị suy ra từ bảng.
Hệ số điền đầy đồ thị công φd
Hệ số điền đầy đồ thị công φ d đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực tế so với đồ thị công tính toán. φ d = 0,92
Chỉ số nén đa biến m
Tỷ số tăng áp
Tỷ số λ được xác định là tỷ lệ giữa áp suất của hỗn hợp khí trong xilanh ở cuối quá trình cháy và quá trình nén, với công thức λ = 𝑃 Z / 𝑃 c Giá trị λ thường nằm trong khoảng từ 1,35 đến 2,40 cho động cơ diesel, và trong trường hợp này, chúng ta chọn λ = 2.
TÍNH TOÁN NHIỆT
Quá trình nạp
800 =0,00238 c Nhiệt độ cuối quá trình nạp (T a )
Quá trình nén
a Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới: mc v =a v + b
( a v ,806 ; b 2 = 0,00419 2 ¿ b Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Khi α > 1 tính cho động cơ diesel theo công thức sau mc v '' = ( 19,867+ 1,634 α ) + 1 2 ( 427,38+ 184,36 α ) 10 −5 T
( a v '' ,828 ; b 2 ' ' = 0,00268¿ c Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén: mc v '=mc v +γ r mc v }} over {1+ {γ} rsub {r} ¿¿ ¿ 19,806+ 0,0049
2 T +0,00238 ( 20,828+0,00268 T ) 1+ 0,00238 ¿ 19,808+0,0021 T (a v ' ,808 ; b 2 ' =0,0021) d Tỷ số nén đa biến trung bình (n 1 ):
Chỉ số nén đa biến trung bình chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, bao gồm tỷ lệ hóa khí, loại buồng cháy, các thông số kết cấu động cơ, cùng với các thông số vận hành như tải trọng, vòng quay và trạng thái nhiệt.
Tính gần đúng theo phương trình cân bằng nhiệt của quà trình nén với giả thiết cho vế trái của phương trình bằng 0 và thay k 1 =n 1 n 1 −1= 8,314 a ' v + b '
→n 1 =1,366 e Áp suất quá trình nén 𝑷 C
P c = P a ε n 1 = 0,126.16 1,366 =5,562 MN/m 2 f Nhiệt độ cuối quá trình nén T C
3 Tính toán quá trình cháy a Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M O
Đối với động cơ diesel, các thành phần cấu tạo bao gồm C=0,87; H=0,126; O=0,004, từ đó tính được M0 = 0,4357 (kmol kk) Lượng khí nạp mới thực tế vào xylanh được ký hiệu là M1.
M 1 =α M o =1,7.0,4357=0,741 (kmolkk/kg nl) c Lượng sản vật cháy M 2
Với α > 1 M 2 được tính theo công thức sau:
4 +1,7.0,4357=0,772 (kmolkk /kgnl) d Hệ số thay đổi phân tử khí lý thuyết β O β O = M 2
0,741 =1,042 e Hệ số thay đổi phân tử khí thực tế β
Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β, chịu ảnh hưởng của khí sót còn lại trong xilanh từ chu trình trước, được xác định theo công thức: β = 1 + β O - 1 / (1 + γ r) = 1 + 1,042 - 1.
1+0,00238 =1,042 f Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z (β Z ) β Z =1+ β O −1
0,85 =1,039 (với x z = ξ z ξ b ¿ g Tổn thất nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn ∆ Q H
In the context of thermodynamics, when the heat transfer is zero and the specific heat ratio exceeds one, the average molar heat capacity at point Z can be expressed using a formula that incorporates the mass fractions and specific heat capacities of the components involved The equation simplifies to a relationship that combines the contributions of two substances, represented by their respective molar masses and specific heat capacities, leading to a calculated value dependent on temperature T This relationship highlights the interplay between the mass fractions and the specific heat capacities, providing a crucial insight into the thermal behavior of the mixture at equilibrium.
2 =0,0021 j Nhiệt độ cuối quá trình cháy 𝑻 z Đối với động cơ diesel được tính theo công thức: ξ z Q H
Nhiệt độ tại điểm Z là 2460 °K, với tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm C của hỗn hợp khí nén được ký hiệu là mc vc' Tương tự, tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm Z của sản phẩm cháy được ký hiệu là mc'' vz Áp suất cuối của quá trình cháy tại điểm Z được tính theo công thức Pz = λ Pc, với λ = 2.5 và Pc = 562,124 (MN/m²).
Tính toán quá trình giãn nở
a Tỉ số giãn nở đầu Đối với động cơ diesel: ρ= B λ Z T T Z
1018 =1,255 b Tỉ số giãn nở sau Đối với động cơ diesel: δ = ε ρ = 16
1,255 ,749 c Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình (n 2 ) n 2 −1=
Mà T b = T z δ n 2 −1 tính được n 2 =1,28 d Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b
12,749 1,28−1 06 (K) e Áp suất cuối quá trình giãn nở P b
12,749 1,28 =0,428 (MN/m 2 ) f Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót T r
Ta có sai số khí sót:
Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình
Áp suất chỉ thị trung bình tính toán ( pi' )
Áp suất chỉ thị trung bình thực tế Pi
Áp suất tổn thất cơ khí Pm
30 ( m s ) Vận tốctrung bình của pistonvà cáchằng số a,b chọn theo bảng 2.17 (a=0,089 và b=0,0118)
Áp suất trung bình có ích Pe
Hiệu suất cơ giới
Hệ số chỉ thị ηi
Tỷ số hiệu suất (η i) được xác định là tỷ lệ giữa nhiệt lượng chuyển đổi thành công mà chúng ta thu được và nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy 1kg nhiên liệu lỏng hoặc 1m³ nhiên liệu khí Công thức tính hiệu suất là η i = 8,314 M 1 P e T k.
Hiệu suất có ích ηe
Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi
Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị ¿
Tính toán thông số kết cấu của động cơ
a Thể tích công tác một xylanh động cơ
Từ momen xoắn yêucầu,tatính được công suất thiết kế N e :
Trong bài viết này, các thông số kỹ thuật của động cơ được đề cập bao gồm: τ - số chu kỳ động cơ, i - số xilanh động cơ, n e - số vòng quay động cơ ở công suất thiết kế, N e - công suất thiết kế tính bằng kW, p e - áp suất có ích trung bình tính bằng MN/m², và thể tích buồng cháy V c.
16−1 =0,041 (dm 3 ) c Thể tích toàn bộ V a
Bảng kết quả tính toán nhiệt động cơ
STT Thông số Đơn vị Giá trị
STT Tên Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú
1 Góc phun nhiên liệu sớm θ s 15 Độ Trước ĐCT
2 Góc mở sớm xupap nạp φ 1 10 Độ Trước ĐCT
3 Góc đóng muộn xupap nạp φ 2 29 Độ Sau ĐCD
4 Góc mở sớm xupap thải φ 3 40 Độ Trước ĐCD
5 Góc đóng muộn xupap thải φ 4 32 Độ Sau ĐCT
Vẽ đồ thị
*Xác định các điểm đặc biệt đồ thị công P-V:
- Điểm a: điểm cuối hành trình hút: Áp suất P a = 0,126( MPa) Thể tích V a
- Điểm c: điểm cuối hành trình nén có: Áp suất P c = 5,562 (MPa) Thể tích V c = 0,041 (lít) Nhiệt độ T c 18 K
- Điểm z: điểm cuối quá trình cháy: Áp suất P z ,124 (MPa) Thể tích V z = ρ V c =1,255 0041=0,051455 (lít) Nhiệt độ T z $60 K
- Điểm b: điểm cuối hành trình dãn nở: Áp suất P b =0,428 (MPa) Thể tích V b =V a = 0,615(lít) Nhiệt độ T b 06 K
- Điểm r: điểm cuối hành trình thải có: Áp suất P r = 0,11 (MPa) Thể tích V r =V c =0,041(lít)
*Dựng các đường quá trình:
Từ điểm a lên điểm c: là quá trình nén khí trong xilanh bị nén với chỉ số đa biến n 1, từ phương trình: p a V a n1 =p xn V n1 xn =const ⟹ p xn = p a ( V V xn a ) n 1 =0,126 ( 0,656 V xn ) 1,366
Trong đó: p a , V a – áp suất và thể tích khí tại điểm a p xn ,V x – áp suất và thể tích khí tại một điểm bất kỳ trên đường cong nén
Bằng cách cho các giá trị V x đi từ V a đến V c ta lần lượt xác định được các giá trị p xn
Từ điểm c lên điểm z’’: xây dựng đường thẳng: có điểm đầu c (V c ; P c ) và điểm cuối z'' ( V Z '' ;P Z '' ) Đường thẳng này sẽ phải đi qua điểm c’’.
Mà điểm z’’ chính là trung điểm đoạn z’z: z ' ( V c ; p z ) = z ' ( 0,041 ;11,124 ) z ( V z ; p z ) = z (0,051455 ;11,124 )
Từ điểm z’’ xuống điểm b’: là quá trình dãn nở khí cháy trong xilanh theo chỉ số dãn nở đa biến n 2, từ phương trình: p z V n2 z = p xg V xg n2 =const
Trong đó: p xg ,V xg – áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường cong dỡn nở
Ta cho giá trị V xg thay đổi từ V z tăng đến V b = V a
Từ điểm b’ về điểm b’’: Điểm đầu là b’ và điểm cuối là b '' ( V a ; P b '' ) Điểm b’’ chính là trung điểm đoạn ab : b ( V b ; P b ) =b ( 0,615 ;0,428 ) a ( V a ; P a ) =a ( 0,656 ;0,126 )
Từ điểm r quay về a: đi qua điểm uốn r ' ( 0,041 ;0,11 )
*Hiệu chỉnh đường cong quá trình nén và cháy trên đồ thị công:
*Ta thu được bảng số liệu: a (độ) V (cm3) P (MN/m2)
Động học của piston
Sơ đồ Động học cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền của cơ cấu giao tâm Chú thích trên hình 1.21:
X: chuyển vị của piston tính từ ĐCT theo góc quay trục khuỷu l: chiều dài của thanh truyền
Bán kính quay trục khuỷu α và góc quay của trục khuỷu β là các thông số quan trọng trong cơ cấu giao tâm Góc lệch giữa đường tâm thanh truyền và đường tâm xy lanh được ký hiệu là λ, với λ = R và l = 0.24 Áp dụng công thức gần đúng, chúng ta có thể tính toán các thông số kết cấu một cách chính xác hơn.
Khi trục khuỷu quay một góc α, piston sẽ di chuyển một khoảng X so với vị trí ban đầu (ĐCT) Chuyển vị của piston trong xilanh động cơ được tính theo công thức cụ thể.
Vi phân biểu thức chuyển vị theo thời gian sẽ được phương trình tốc độ chuyển động của piston: dx dt =v P dα dt =ω v= R ω.¿ (m/s) v=0,04855.314,16 ¿ (m/s) Vận tốc max của piston: v max =± R ω= ±0,04855.314,16 ,25 (m/s)
3 Gia tốc của piston o hàm bi u th c v n t c theo th i gian, ta có công th c gia t c c a piston Đạ ể ứ ậ ố ờ ứ ố ủ
J p = dv dt = dv dα dα dt = dv dα ω
Gia tốc lớnnhất của Piston:
Động lực học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền
Để phân tích lực tác dụng lên cơ cấu, trước tiên cần xem xét lực tác động lên piston, bao gồm lực khí thể trong xi lanh (P kt) và lực quán tính do chuyển động tịnh tiến (P j).
Lực khí thể: : P kt = ( p kt −p 0 ) ⋅ F p = ( p kt − p 0 ) ⋅ π D 2
4 p 0 = 0,1013 (MPa): áp suất khí quyển p kt (MPa): áp suất trong xilanh động cơ
D: đường kính xilanh động cơ Tuy nhiên trong quá trình tính toán thì p kt thường được tính theo đơn vị diện tích
2 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động
Lực quán tính được xác định theo công thức sau:
𝑚 𝑗 = 𝑚 𝑝 + 𝑚 𝐴 [g/cm 2 ] là khối lượng chuyển động tinh tiến bao gồm khối lượng nhóm piston và thành phần khối lượng quy về đầu nhỏ thanh truyền
J – gia tốc chuyển động của các chi tiết đó (m/s 2 )
R là bán kính quay của trục khuỷu (m ) a Khối lượng của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
Nhóm chi tiết Động cơ xăng D=
Giá trị lớn hơn đối với động cơ có D lớn
Thanh truyền, m tt (g/cm 2 ) 10÷20 25÷40 Giá trị nhỏ sử dụng cho động cơ có tỷ số S/D