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 MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS TS LÝ VĨNH ĐẠT

SV 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

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 độtrong ngày lớn.

Miền Nam nước ta thuộc khi vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trongngày 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 P k =0,1013MN

m2

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:

Δ P r =k n

2

f th 2

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 P r =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 thảicưỡng 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 càngnhanh, ít cháy rớt nên T ¿ r

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

Hệ số nạp thêm chọn trong giới hạn λ 1 = 1,02 ÷ 1,07

Ta chọn λ 1 =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 thìchọn λ 2 = 1 Động cơ được quét sạch hoàn toàn buồng cháy λ 2 = 0, chỉ xảy

ra khi thể tích buồng cháy V c = 0

Ta chọn λ2= 1

1.1.10 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (𝝀𝒕)

Hệ số hiệu chỉnh nhiệt dung λ t 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 λ t

Ta chọn λ t=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 dụngnhiệt 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 ξ z= 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 độđộng cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến ξb nhỏ

- Bảng hệ số lợi dụng nhiệt tại b:

< 0.92

- Với động cơ xăng, ta chọn ξ b= 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 lượngkhông khí chọn trong pham vi cho trong bảng sau:

1,35 ÷ 1.45 1,70 ÷ 2,20Với 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 φ d đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thịcông 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:

- Với động cơ xăng, ta chọn φd=0.95

1.1.15 Tỷ số tăng áp

Là tỷ số giữa áp suất của hỗn hợp khí trong xilanh ở cuối quá trình cháy vàquá trình nén:

λ=Pz.Pc

Trị số λ thường nằm trong phạm vi sau:

TÍNH TOÁN NHIỆT

1.2.1 Quá trình nạp

1.2.1.1 Hệ số nạp (𝜼𝒗)

η v = 1ε−1.

0,091)1 1,5]

302

980=0,0424

1.2.1.3 Nhiệt độ cuối quá trình nạp (𝑇𝑎)

T a =(T k + ΔT)+λ t γ r T r (P a

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:

2Tc

⇒ a '

v =19,8653 ;b

' v

2=2,13 10

−3

1.2.2.4 Tỷ số nén đa biến trung bình n1:

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 vậnhành gồm phần tải, vòng quay, trạng thái nhiệt…

Chỉ số nén đa biến trung bình xác định gần đúng theo phương trìnhcân bằng nhiệt của quá trình nén, với giả thiết quá trình nén là quá trìnhđoạn nhiệt nên cho vế trái của phương trình này bằng 0 và thay k 1 =n 1ta có:

n1−1= 8,314

a '

v +b

' v

có trong

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 M 1

Đối với động cơ diesel:

M 1 =α M 0 + 1

μn.l=¿ 0,9 0,516+ 1

114 = 0,4732 kmol kk/kg.nl

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 trướcnên hệ

số biến đổi phân tử khí thực tế β được xác định theo công thức sau:

β=1+β0 −1 1+γ r

¿ 1+1,079 1−

1+0,0424=1,0756

Giá trị của β phụ thuộc chủ yếu vào α mà ít phụ thuộc vào thành phầnnhiên liệu

sự phụ thuộc ấy như sau:

1.2.3.6 Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm

β Z =1+β0 −1 1+γ r

1.2.3.7 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn

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

đó gây tổn thất một lượng nhiệt, ký hiệu là ∆QH và được tính theo côngthức sau:

ΔQ H =120.1 0 3 (1−α ) M 0 =120.1 0 3 (1−0,9 )0,516 =6192(KJ/kg.nl)

1.2.3.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tính trung bình của môi chất tại điểm Z

mc VZ '' =

T z)+0,4732.(1−0,8

0,9).(19,806+0,00419

2 Tz)

0,5106 (0,8 0,9+

0,0424 1,079)+0,4732(1−0,8

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

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

có thể xem a vb

'

=a vz '; bb=bz và β=βzta có:

(ξb−ξz).QH

M1.(1+γr).β.(TZ−Tb)+avz

'' +bz ''

2.(TZ+Tb)

(0,9 0,8 − ).43960 0,4732.( 1+0,0424) 1,0672 (2778,4−2778,4

10 n 2 −1 )+19,855+ 2,128.10

−3 ( (2778,4+2778,4

10 n 2 −1 ) )

⇒ n =1,241

1.2.4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b

- Đối với động cơ diesel: T b = Tz

δ(n2 −1 ) =2778,4

10 1,241−1 =1595,12 K ❑0

1.2.4.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb

Đối với động cơ diesel: P b = z

ΔT r: 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

Tỷ số tăng áp 𝜆=Pz/Pc=7,79/2,147 =3.63

Áp suất chỉ thị trung bình tính toán:

P’i =

pcε−1[ λ

- Thể tích công tác một xylanh:

Vh=30 τNe

p e n e i

30 4 52 0,808 6000 4=0,32dm

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 V a = h +V c ,vớiV c =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 được các giá trị 𝑃𝑥

- 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 điểmphối 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 cắtđường 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