Đồ án môn học động cơ đốt trong

Số liệu ban đầu Loại động cơ: Xăng Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giá trị po phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển.. Càng lên cao thì P càng giảm0 do không k

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS TS LÝ VĨNH ĐẠTSV THỰC HIỆN: Trần An Huy

MSSV 21145398

TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG 3, NĂM 2024

NHIỆM VỤ 1: TÍNH TOÁN NHIỆT

1 Số liệu ban đầu

Loại động cơ: Xăng

Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giá trị po phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển Càng lên cao thì P càng giảm0 do không khí càng loãng, tại độ cao so với mực nước biển:

P0 = 0,1013M N/m2

Nhiệt độ không khí nạp mới (T0)

Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung

với xe thiết kế để sử dụng ở những vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ trong ngày lớn.

Miền Nam nước ta thuộc khi vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là t = 29 C cho khu vực miền Nam, do đó:kk o

T0 = t + 273 = 29 + 273 = 302 Kkk

1.1.2 Áp suất khí nạp trước xupap nạp (Pk)

Động cơ 4 kỳ không tăng áp : pk= po - Chọn Pk=0,1013MN

1.1.3 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (Tk)

Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp: Tk = To=302 Ko

1.1.4 Áp suất cuối quá trình nạp (𝑷𝒂)

Đối với động cơ tăng áp:

Là một thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xilanh động cơ Tương tự như áp suất cuối quá trình nạp 𝑃𝑎, áp suất khí sót được xác định bằng quan hệ sau: 𝑃𝑟

Pr=Pth+ ΔPr

ΔPr: tổn thất trong quá trình thải, chủ yếu phụ thuộc vào trở lực trên đường ống thải (động cơ có lắp bình tiêu âm, thiết bị xử lý khí thải, bình chứa khí thải hay không), tốc độ quay của động cơ và tiết diện lưu thông của họng xupap thải

Δ Pr=k n

fth2

Giá trị áp suất khí sót phụ thuộc vào các yếu tố sau: 𝑃𝑟 - Diện tích tiết diện thông qua của xupap xả;

- Biên độ, độ cao, góc mở sớm, đóng muộn của xupap xả;

- Động cơ có lắp hệ thống tăng áp bằng khí xả hay không; - Độ cản của bình tiêu âm, bộ xúc tác khí xả…

Đối với động cơ xăng chọn: = (0,11 ÷ 0,12) MPa 𝑃𝑟

Thông thường, giới hạn thấp chọn cho động cơ có tốc độ thấp, động cơ cao tốc chọn vùng giới hạn cao.

- Chọn Pr=0,11 MPa

1.1.6 Nhiệt độ khí sót (𝑻𝒓)

Khi tính toán, người ta thường lấy giá trị T¿r

¿ ở cuối quá trình thải cưỡng bức

Giá trị của T¿r

¿ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như tỷ số nén 𝜀, thành phần hỗn hợp α, tốc độ quay n, góc đánh lửa sớm (ở động cơ xăng) hoặc góc phun sớm nhiên liệu (ở động cơ diesel)

Giá trị ε càng cao thì khí cháy càng dãn nở nhiều nên T¿r

¿ càng thấp Xilanh hỗn hợp thành phần càng phù hợp thì quá trình cháy xảy ra càng nhanh, ít cháy rớt nên T¿r

¿ càng giảm

Nếu góc phun sớm nhiên liệu hoặc đánh lửa sớm quá nhỏ thì quá trình cháy rớt tăng nên T¿r

Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xylanh của động cơ do tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ là ΔT

Khi tiến hành tính toán nhiệt của động cơ người ta thường chọn trị số ΔT căn cứ vào số liệu thực nghiệm

Động cơ xăng: ΔT = 0÷ 20 ❑0C Động cơ diesel: ΔT = 20÷ 40 ❑0C Ta chọn ΔT = 15 ❑0C

1.1.8 Chọn hệ số nạp thêm (𝝀𝟏)

Hệ số nạp thêm λ1 biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp khí công tác sau khi nạp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ ở thể tích Va

Hệ số nạp thêm chọn trong giới hạn λ1 = 1,02 ÷ 1,07 Ta chọn λ1=1,05

1.1.9 Chọn hệ số quét buồng cháy (𝝀𝟐)

Đối với những động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy thì chọn λ2 = 1 Động cơ được quét sạch hoàn toàn buồng cháy λ2 = 0, chỉ xảy ra khi thể tích buồng cháy Vc = 0.

Ta chọn λ2= 1

1.1.10 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (𝝀𝒕)

Hệ số hiệu chỉnh nhiệt dung λt phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp α và nhiệt độ khí sót Tr Theo thực nghiệm thống kê đối với động cơ xăng λt

Ta chọn λt=1,15

1.1.11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z ( )𝝃𝒛

- Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξz) là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξz) phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ - Bảng hệ số lợi dụng nhiệt tại Z:

- Với động cơ xăng, ta chọn ξz= 0.8

1.1.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (𝝃𝒃)

- Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξb) phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốc độ động cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến ξb nhỏ

- Bảng hệ số lợi dụng nhiệt tại b: - Với động cơ xăng, ta chọn ξb= 0.9

1.1.13 Hệ số dư lượng không khí ( )𝜶

Hệ số α ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy: Đối với động cơ đốt trong, tính toán nhiệt thường phải tính ở chế độ công suất cực đại, hệ số dư lượng không khí chọn trong pham vi cho trong bảng sau:

Với động cơ xăng, ta chọn α= 0.9

1.1.14 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (𝝋𝒅)

- Hệ số điền đầy đồ thị công φd đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực tế so với đồ thị công tính toán

- Hệ số điền đầy đủ đồ thị φd chọn theo số liệu kinh nghiệm theo bảng sau:

Trị số λ thường nằm trong phạm vi sau:

1.2.2.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:

Khi 0,7 < 𝛼 = 0,9 < 1, tính cho động cơ xăng theo công thức sau:

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: tỷ lệ hóa khí, loại buồng cháy, các thông số kết cấu động cơ, các thông số vận hành gồm phần tải, vòng quay, trạng thái nhiệt…

Chỉ số nén đa biến trung bình xác định gần đúng theo phương trình cân bằng nhiệt của quá trình nén, với giả thiết quá trình nén là quá trình đoạn nhiệt nên cho vế trái của phương trình này bằng 0 và thay k1=n1ta có:

1kg nhiên liệu lỏng tham khảo bảng 2.10 Thay các số liệu vào công thức trên ta tính được:

M0=0,516 kmol kk/kg.nl

1.2.3.2 Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M1

Đối với động cơ diesel: M1=α M0+ 1

μn.l=¿ 0,9 0,516+ 1

114 = 0,4732 kmol kk/kg.nl

1.2.3.5 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β

Trong thực tế do ảnh hưởng khí sót còn lại trong xilanh từ chu trình trước

sự phụ thuộc ấy như sau:

1.2.3.6 Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm

Đối với động cơ xăng vì <1, thiếu ô xy nên nhiên liệu cháy không hoàn𝛼

1.2.3.9 Nhiệt độ cuối quá trình cháy 𝐓𝐳𝐓𝐳 - Đối với động cơ diesel được tính theo công thức:

Trong phương trình này hai trị số chưa biết là Tz và λ, chọn tỷ số tăng áp (mục

2.5.16 trang 12) để xác định được nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz.

1.2.3.10 Áp suất cuối quá trình cháy 𝐏𝐳𝐏𝐳

Các giá trị tỷ nhiệt mcvb'' 𝑣à mcvz'' xác định theo hàm tuyến tính của nhiệt độ Tb và Tz tính bằng công thức tương ứng với động cơ xăng 2.15 hoặc động cơ diesel (2.16) mục 2.6.2

Ở nhiệt độ từ 1200÷2600K, sai khác của tỷ nhiệt không lớn lắm, do đó ta

1.2.4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb

- Đối với động cơ diesel: Tb= Tz

101,241−1=1595,12 K❑0

1.2.4.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb

Đối với động cơ diesel: Pb=z

ΔTr: chênh lệch độ khí sót tính toán và chọn ban đầu.

1.3 Tính toán các thông số đặc trưng cho chu trình

1.3.1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán

Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công

- Điểm a: điểm cuối hành trình hút, có áp suất Pa và thể tích: V Va=h+Vc,vớiVc=Vh

ε−1 - Điểm c (𝑉𝑐, 𝑃𝑐 ): điểm cuối hành trình nén - Điểm z (𝑉𝑧, 𝑃𝑧): điểm cuối hành trình cháy

Trong đó: 𝑉𝑧 = (Động cơ xăng)𝑉𝑐

- Điểm b (𝑉𝑏 𝑃𝑏, ): điểm cuối hành trình dỡn nỡ với Vb = Va

- Điểm r (𝑉𝑟, 𝑃𝑟): điểm cuối hành trình thải

Trong đó: 𝑃𝑎 𝑉𝑎, – áp suất và thể tích tại đểm a

𝑃𝑥 𝑉𝑥, – áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường cong nén - Bằng cách cho các giá trị 𝑉𝑥 đi từ 𝑉𝑎 đến 𝑉𝑐 ta lần lượt xác định

- Nối liền các điểm đã xác định ở trên ta có đồ thị công tính toán của động cơ - Xác định các điểm đánh lửa sớm hoặc phun nhiên liệu sớm (c’) và các điểm

phối khí trên đồ thị công.

Hiệu đính phần đường cong của quá trình cháy trên đồ thị:

- Ở động cơ xăng, áp suất cực đại tại điểm z’ có tung độ: 𝑃𝑧 ′ = 0,85𝑃𝑧 - Điểm z” là trung điểm đoạn thẳng qua z’ song song với trục hoành và cắt

đường cong dãn nở

- Điểm c’’ lấy trên đoạn cz’ với cc’’ = cz’/3 - Điểm b’’ là trung điểm của đoạn ab.

Hiệu chỉnh để có được đường cong đi qua những điểm trên ở các quá trình nén, cháy dãn nở và thải.

n1 = 1.372; %Chi so nen da bien trung binh

n2 = 1.241; %Chi so dan no da bien trung binh

Vr1 = max (V1hc)

Prr1 = linspace (Pr,Pa,100) % khoang ap suat trong doan hieu chinh

Vrr1 = linspace (Vc,Vr1,100) % khoang the tich trong doan hieu chinh

% qua trinh chay - gian no% hieu chinh doan c'-c"

plot (Vtong,Ptong,'b' 'linewidth',,1.5)title('DO THI CONG CHI THI P-V')

22

ylabel('Ap suat P (MN/m^2)')grid on

23