Vì bước đầu làm quen với cơng việc tínhtốn , thiết kế ôtô nên không tránh khỏi những bỡ ngỡ và vướng mắc.Nhưngvới sự quan tâm , động viên , giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáohướng
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ 3DN88
Mục tiêu của bài tập lớn lý thuyết động cơ
BTL lý thuyết động cơ là một phần quan trọng trong học phần NLĐC ĐT, có tính tổng hợp các kiến thức của chuyên ngành lý thuyết động cơ BTL nhằm cũng cố và vận dụng những kiến thức của các môn học sau đây :
- Củng cố lại kiến thức về tính toán trong nhiệt kỹ thuật
- Biết vận dụng kiến thức môn nguyên lý lý thuyết động cơ trong việc tính các thông số nhiệt động của chu trình công tác động cơ
- Biết cách xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản của động cơ.
- Biết cách xây dựng đổ thị công lý thuyết của độ ng cơ dựa trên kết quả tính toán nhiệt.
- Biết cách biểu diễn động học động cơ
Lựa chọn các thông số trong quá trình tính nhiệt
- Thứ tự làm việc cuả xilanh 1- 3 - 2
- Góc mở sớm xupáp nạp: α 1 = 14 0
- Góc đóng muộn của xupáp nạp: α 2 = 52 0
- Góc mở sớm xupáp xả: β 1 = 58 0
- Góc đóng muộn xupáp xả: β 2 = 16 0
- Chiều dài thanh truyền: ltt = 155 (mm)
- Công suất định mức: Ne = 34 (mã lực)
- Số vòng quay định mức: n = 2680 (vòng/phút)
- Suất tiêu hao nhiên liệu: ge !5 (g/ml.h)
Thông số kết cấu của động cơ
Loại động cơ:3DN88- Động cơ Diesel thẳng hang không tăng áp.
Các số liệu của phần tính toán nhiệt
Tên thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú
1 Kiểu động cơ 3DN88 Thẳng hàng
3DN88 Đ/cơ diesel không tăng áp
7 Góc mở sớm xupáp nạp 1 độ 14
8 Góc đóng muộn xupáp nạp
9 Góc mở sớm xupáp xả 1 độ 58
10 Góc đóng muộn xupáp xả
12 Chiều dài thanh truyền ltt mm 155
13 Công suất động cơ Ne mã lực 34
14 Số vòng quay động cơ n v/ph 2680
15 Suất tiêu hao nhiên liệu ge g/ml.h 215
17 Khối lượng thanh truyền mtt kg 1.34
18 Khối lượng nhóm piston mpt kg 0.84
Lập kế hoạch và tổ chức các hoạt động nhóm để làm bài tập lớn về tính toán nhiệt của động cơ đốt trong kiểu piston
STT Mã sinh viên Họ và tên
1 Biên bản thành lập nhóm
BIÊN BẢN THÀNH LẬP NHÓM Đề tài: Nghiên cứu tính toán nhiệt động động cơ 3DN88
STT Mã sinh viên Họ và tên
Các nguyên tắc làm việc nhóm
Kế hoạch giao 琀椀ếp của nhóm
Các 琀椀êu chí thành viên cuối môn học
1 Các nguyên tắc làm việc của nhóm:
- Thông qua quá trình họp mặt và quyết định bỏ phiếu bầu cử nhóm trưởng: 1.Nguyễn Tiến Cường: 3 phiếu
-Từ kết quả bỏ phiếu =>Nguyễn Tiến Cường làm nhóm trưởng.
- Các nguyên tắc làm việc nhóm:
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ
VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
+ Tham gia họp nhóm đúng giờ
+ Nghiêm túc trong lúc hoạt động nhóm
+ Có tinh thần trách nhiệm với nhóm, tập thể
+ Lắng nghe và cho ý kiến
+ Sáng tạo đưa những công cụ hỗ trợ vào làm bài tập lớn
+ Nộp đúng hạn nhóm đã đề ra
- Những điều thành viên nhóm không được vi phạm
+ Nghỉ họp không có lí do, không báo trước
+ Chửi tục nói năng thiếu tôn trọng các thành viên khác
+ Gây mất đoàn kết nhóm
+ Không bỏ dở công việc
- Những điều thành viên nhóm nên thực hiện được:
+ Tham gia các hoạt động nhóm khi lên lớp và khi hoạt động nhóm
+ Nên có các ý kiến riêng, suy nghĩ riêng của bản thân trong lúc hoạt động nhóm
+ Tôn trọng các thành viên
+ Có tinh thần học hỏi và lắng nghe ý kiến người khác
2 Kế hoạch giao tiếp của nhóm
- Tần suất gặp mặt hàng tuần: 1 lần/tuần
- Thời gian: linh động trong 2 ngày cuối tuần
- Địa điểm: thư viện trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội và qua trang web google meet.
- Thời gian thông báo: trước ngày họp khoảng 2-3 ngày
- Thành viên nhân được thông báo phải hồi đáp để chứng tỏ đã nhận được thông báo
3 Tiêu chí đánh giá các thành viên cuối môn học:
- Các thành viên sẽ lần lượt đánh giá lẫn nhau qua phiếu đánh giá thành viên, ghi điểm đánh giá trên thang điểm 4 và ghi rõ lý do.
- Thang điểm đánh giá được đề nghị như sau:
• 4: Làm tốt công việc được giao, đúng hạn, chất lượng, tích cực, chủ động trong công việc.
• 3: Làm tốt các công việc được giao, đúng hạn, có chất lượng.
• 2: hoàn thành công việc được giao, chất lượng tạm chấp nhận được, vi phạm qui định nhóm dưới 2 lần.
• 1: Chưa hoàn thành được công việc, ít hợp tác, đóng góp.
• 0: Không thực hiện công việc được giao, vi phạm nhiều qui định của nhóm.
KẾ HOẠCH LÀM VIỆC NHÓM Nhóm 2: Nghiên cứu tính toán nhiệt động động cơ 3DN88
- Ngày bắt đầu: 22/10/2022- Ngày kết thúc: 10/12/2022
Trạng thái Người thực hiện Ghi chú
1 - Nghiên cứu các thông số ban đầu và chọn các thông số cần chọn
- Tìm kiếm và lựa chọn tài liệu tham khảo
22/10 Hoàn thành Tất cả các thành viên
- Tính toán quá trình thay đổi môi chất,
- Tính toán quá trình nén
3 - Tính toán quá trình cháy
- Tính toán quá trình giãn nở
11/11 Hoàn thành Nguyễn Tiến Cường
4 - Tính toán các thông số chu trình công tác
18/11 Hoàn thành Nguyễn Đình Chiến
5 - Vẽ và hiệu đính đồ thị công
-Nhóm trưởng kiểm tra lại bản vẽ của các thành viên
Tất cả các thành viên
6 - Tính toán động học, động lưc học
02/12 Hoàn thành Vũ Bá Hồng Ánh
Bùi Sinh Cường Phạm Đức Chương
7 - Tính toán động học, động lưc học
-Hoàn thiện quyển thuyết minh
Hoàn thành Vũ Bá Hồng Ánh
Bùi Sinh CườngNguyễn Tiến Cường
Kết luận chương 1
Như vậy, Khi tiến hành tính toán cho động cơ bào đó, cần xác định ngay những thông số kỹ thuật của động cơ dùng làm cơ sở cho việc lựa chọn các thông số tính toán các quá trình nhiệt động Nói chung khi lựa chọn những thông số để tính toán nhiệt (ví dụ nhiệt độ áp suất, môi trường, áp suất khí sót, áp suất cuối quá trình nạp, hệ số hiệu đính đồ thị công ) cần phải căn cứ vào tính năng tốc độ và công suất của động cơ, chủng loại động cơ để lựa chọn cho hợp lý.
Ví dụ : động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí, sức cản trên đường ống nạp thường lớn hơn động cơ phun xăng, động cơ tốc độ càng cao hệ số cản trên đường ống nạp càng lớn Do đó cần căn cứ vào đặc điểm, chủng loại động cơ mà lựa chọn công thức để tính áp suất cuối quá trình nạp pa cho hợp lý.
Nếu lựa chọn thông số không hợp lý, kết quả của phần tính toán nhiệt thường sai với chuẩn đã cho ( áp suất có ích bình quân pe và đường kính xilanh D), khiến sinh viên phải làm đi làm lại nhiều lần, tốn thời gian, ảnh hưởng đến tiến độ của BTL môn học
TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ.13 2.1.Trình tự tính toán
Số liệu ban đầu
Số liệu ban đầu cần thiết cho quá trình tính toán nhiệt bao gồm:
1- Kiểu động cơ: 3DN88 Động cơ Diesel Thẳng hàng, không tăng áp. 2- Số kỳ: τ = 4 (kỳ)
4- Thứ tự làm việc cuả xilanh 1- 3 - 2
7- Góc mở sớm xupáp nạp: α 1 = 14 0
8- Góc đóng muộn của xupáp nạp: α 2 = 52 0
9- Góc mở sớm xupáp xả: β 1 = 58 0
10- Góc đóng muộn xupáp xả: β 2 = 16 0
12- Chiều dài thanh truyền: ltt = 155 (mm)
13- Công suất định mức: Ne = 34 (mã lực)
14- Số vòng quay định mức: n = 2680 (vòng/phút)
15- Suất tiêu hao nhiên liệu: ge !5 (g/ml.h)
17- Khối lượng thanh truyền: mtt =1,34 (kg)
18- Khối lượng nhóm piston: mpt = 0,84 (kg)
Các thông số cần chọn
1) Áp suất môi trường: p o Áp suất môi trường p, là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ po Thay đổi theo độ Ở nước ta có thể chọn : po = 0,1 (Mpa)
Lựa chọn nhiệt độ môi trường theo nhiệt độ bình quân của cả năm. Ở nước ta to = 24°C (297°K)
3) Áp suất khí nạp trước khi nạp: p k Động cơ không tăng áp : pk= po Động cơ tăng áp: pk=(1.2÷1.35)po
Vì là động cơ không tăng áp ta chọn : pk=po
3) Áp suất cuối quá trình nap: p a ( đối với động cơ không tăng áp ) Áp suất phụ thuộc vào rất nhiều thông số như củng loại động cơ, tính năng tăng tốc độ n, hệ thông số trên đường nạp, tiết diện lưu thông v.v Vì vậy cần xem xét động cơ đang tính thuộc nào để lựa chọn Pa Nói chung, Pa biến thiên trong phạm vi sau: Đối với động cơ không tăng áp: pa= (0,8 ÷ 0,9) pk Đối với động cơ tăng áp: pa= (0.9 ÷ 0.96) pk
Vì là động cơ không tăng áp ta chọn : pa=0,09
4) Áp suất khí thải: p r Áp suất này cũng phụ thuộc các thông số như pa Có thể chọn pr nằm trong phạm vi: pr = (1.10 ÷ 1.15)pk Áp suất khí thải ta chọn : pr=0,11
5) Mức độ sấy nóng môi chất: ΔT
Chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành khí hỗn hợp ở bên ngoài hay bên trong xi lanh. Đối với động cơ xăng ΔT= 0° ÷ 20°K Đối với động cơ diezel ΔT= 20° ÷ 40°K
Vì đây là động cơ diesel nên ta chọn : ∆ T 5°K
6) Nhiệt độ khí sót (khí thải): T r
Nhiệt độ Tr nằm trong phạm vi sau:
- Động cơ khí ga: Tr = 750÷1000 o K
Vì là động cơ diesel ta chọn Tru0 o K
7) Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt: λ t
Tỷ nhiệt của môi chất thay đổi rất phức tạp nên thường phải căn cưa vào hệ số dư lượng không khí a để hiệu đính Thông thường có thể chọn λt theo thông số bảng sau:
8) Hệ số quét buồng cháy: λ 2
Vì là động cơ không tăng áp nên ta chọn λ2 =1
Phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí Thông thường có thể chọn:
10 Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm ξz
Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nội năng ở điểm ξz với lượng nhiệt phát khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu Do đó , phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ. Đối với động cơ xăng ξz= 0,85÷0,92 Đối với động cơ diezel ξz= 0.70 ÷ 0.85
Vì là động cơ diesel nên ta chọn: ξz=0,76
11 Hệ số lợi dung nhiệt tai điểm b bao giờ cũng lớn hơn zo Thông thường Đối với động cơ dieden ξb = 0.8 ÷ 0.90
12) Hệ số hiệu đính đồ thi cộng: ξ d
Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu trình công tác thực tế do không xét đến pha phối khí, tổn thấ lưu động của dòng khí, thời gian cháy và tốc độ tăng áp suất Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính toán của động cơ xăng ít hơn động cơ dieden vì vậy hệ số qa của động cơ xăng thường chọn trị số lớn Nói chung có thể chọn trong phạm vi: ξd = 0,92÷ 0,97Chọn ξd= 0,922
Tính toán các quá trình công tác
2.2.1.Tính toán các quá trình thay đổi môi chất
Trong đó m là chỉ số giản nở đa biến trung bình của khí sót có thể chon: m =1,45÷1,5, chọn m =1,5
2 ) Nhiệt độ cuối quá trình nap T a
Nhiêt độ cuối quá trình nạp Ta được tính theo công thức:
Hệ số nạp η v được xác định theo công thức: η v = 1 ε −1 T k
Lượng khí nạp mới M1 được xác định theo công thức :
M1 432 10 3 p k η v g e p e T k (kmol/kg nhiên liệu) Trong đó: p e là áp suất có ích trung bình được xác định theo công thức : p e = 30 N e τ
V h là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức:
5) Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu :
Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0 được tính theo công thức:
32 ) (kmol/kg nhiên liệu) Đối với nhiên liệu của động cơ diesel ta có:
C=0.87; H=0,126 ;O=0,004 Thay các giá trị vào ta có:
6) Hệ số dư lượng không khí α Đối với động cơ diesel: α = M 1
Thay các giá trị vào ta có: : α = 0,9418 0,4946 =1,9041
2.2.2.Tính toán đến quá trình nén
1 Tỷ nhiệt mol đắng tích trung bình của không khí m c v ,806+0.00209 T (kJ/mol.độ)
2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy
Khi hệ số dư lượng không khí α >1 ,tính theo công thức sau: mc v
} = left (19,876+ {1,634} over {α} right ) + {1} over {2} left (427,86+ {187,36} over {α} right ) {10} ^ {-5} T ¿
Thay số vào công thức trên ta có: m c v ″ =(19,876 + 1,634
3 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén tính theo công thức sau: m c v ' mc v + γ r mc v ″
(kJ/kmol độ) Thay các giá trị vào ta có: m c v ' ,8330 +0,0021.T (kJ/kmol độ)
4 Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 :
Chỉ số nén đa biến phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu và thông số vận hành như kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải, trạng thái nhiệt của động cơ v.v Tuy nhiên n1 tăng giảm theo quy luật sau: Tất cả những nhân tổ làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n1 giảm Giả thiết quá trình nén là đoạn nhiệt ta có thể xác định n1 bằng phương pháp sau: n 1 −1= 8 314 a ' v +b v '
Chú ý: thông thường để xác định n1 ta phải chọn n1 trong khoảng 1,340 ÷ 1,390 Chọn n1=1,367 Ta có:
Vế phải =0,36785 Thoả mãn điều kiện
5 Áp suất và nhiệt độ cuối quá trình nén p c Áp suất cuối quá trình nén pc được xác định theo công thức sau: p c = p a ε n 1 (MPa) p c =0,09 18 1,367 = 4,6795 (MPa)
6 Nhiệt độ cuối quá trình nén: Được xác định theo công thức:
7 Lượng môi chất công tác của quá trình nén:
Lượng môi chất công tác của quá trìng nén Mc được xác định theo công thức:
Thay các giá trị vào ta có: Mc =0,9418 (1+0,03)=0,97 (kmol/kgn.l)
2.2.3.Tính toán quá trình cháy:
1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β 0 :
Ta có hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β 0 được xác định theo công thức: β 0 M 2
Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức: ΔM = 0.21(1- α )M0 + (
32− 1 μ nl ) Đối với động cơ diesel : ΔM=H
4 + 0 32 Thay số vào ta có: β 0 =1 +
2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế β
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác định theo công thức: β=β 0 +γ r 1+γ r
Thay số vào ta có: β= 1,0335 +0,03 1+0,03 =1,0325
3 Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β z =1+ β 0 −1
Thay số vào ta có: β z =1+ 1,0335−1
Ta có lượng sản vật cháy M2 được xác định theo công thức: Μ 2 =Μ 1 +ΔΜ=β 0 Μ 1 (kmol/kg.nl)
5 Nhiệt độ tại điểm z (T z ): Đối với động diesel, nhiệt độ tại điểm z (Tz ) bằng cách giải phương trình cháy sau: ξ z Q H
,, + 8,314 λ ) T c = β z mc , , pz T z (1) Đối với động cơ diesel hệ số tăng áp : λ = (1,5 ÷ 2)
Q H : Nhiệt trị của dầu diesel Q H B,5.10 3 (kJ/kg n.l) mc ,, pz − Tỉ nhiệt mol đăng tích trung binh của sản vật cháy tại z m c ,, pz =8,314+ mc vz , ,
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại z được xác định theo công thức: m c vz ″ = β 0 ( χ z − γ β r 0 ) m c v ″ + ( 1− χ z ) m c v ″ β 0 ( χ z + β γ r 0 ) + ( 1− χ z ) = a v
Thay số vào ta có: m c vz
Thay (2),(3) và (4) vào (1) ta có phương trình bậc 2 với Tz :
Giải phương trình ta được Tz 97,2 o K
Ta có áp suất tại điểm Z( pz) được xác định theo công thức: p z = λ p c =2,0623.4,6795=9,6505 (MPa)
Trong đó hệ số tăng áp khi cháy : λ= β z T z
Chú ý: Hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông số chọn ,sau khi tính toán hệ số giản nở ρ (ở quá trình giản nở) phải bảo đảm ρ < λ , λ được chọn sơ bộ trong khoảng 1,5÷2
2.2.4.Tính toán quá trình giãn nở:
1 Hệ số giản nở sớm ρ : ρ = β z T z λ T c
Như vậy với động cơ Điêzen đã đảm bảo điệu kiện ρ< λ
2 Hệ số giản nở sau δ :
Ta có hệ số giản nở sau được xác định theo công thức : δ = ε ρ = 18 1,2059 ,9
3 Chỉ số giản nở đa biến trung bình n 2 :
Ta có chỉ số giản nở đa biến trung bình n 2 được xác định từ phương trình cân bằng sau : n 2 −1= 8,314
T b : Là nhiệt trị tại điểm b và xác định theo công thức:
Q H ¿ : Nhiệt trị tính toán ở đây ta xét với động cơ diesel nên:
Q H ¿ =Q H = 42500 (kJ/kgnl) Thay vào công thức (5) các giá tri tương ứng ta có:
Thay n2=1,223 vào vế phải phương trình ta tính được
VP−VT= 0,0007