bài tập lớn nguyên lý động cơ đốt trong

Chương 5 : Tính toán quá trình cháy1,Tính nhiệt độ cuối quá trình cháy hu.. l0 : lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nguyên liệu - Hệ số sử dụng nhiệt có tính mất nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA CƠ KHÍBỘ MÔN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

BÀI TẬP LỚNNGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Giáo viên hướng dẫn :Sinh viên thực hiện : Vũ Thành Thái

Mã sinh viên:201301229Lớp : KSTN ô tô-K61Đề số: 28-Động cơ diesel D301

STTPhân loạiThông số

Nhận xét : Để xây dựng đặc tính ngoài của động cơ ở chế độ “ Toàn tải ” người ta tính toán nhiệt động cơ ở 3 chế độ :

nmin = 0,25.2900 = 725(v/ph)nM = 0,55.2900 = 1595 (v/ph)nhd = 2900 (v/ph)

Chương 2 : Tính nhiên liệu và hỗn hợp sản phẩm chá y

1, Chọn nhiên liệu và thành phần nhiên liệu.

Diesel86 (%)12,6 (%)0,4%10200 ( kcal/kg)2,Chọn hệ số dư không khí α

Với động cơ diesel : α = 1,83,

Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu dieselL0 =(

83g c+8 g h−go)

0,23

= (

83.0,86+ 8.0,13 –0,01)

GN2 =0,77.αL =0,77.1,8 14,45= 20,0277 (kg)0Kiểm tra lại:

Gspc = G + G + G + G =27,01co2 coh2ON2Gspc – (αL +1) =27,01-(1,8.14,45+ 1) = 0 (thỏa mãn)06, Phần trăm khối lượng sản phẩm cháy

gi%= Gi

∑Gi =Gi

G spc

Hằng số khí nạp trước lúc cháy Rhht =Rkk =29,27 kGm/kg.độ

8,Hằng số khí của sản phẩm cháy R : spcRco2 =19,3 kGm/kg.độ ;Rco =30,3 kGm/kg.độ Rh2o =47,1 kGm/kg.độ ;R =30,3 kGm/kg.độ ; N2Ro2 =26,5 kGm/kg.độ

Ta có : R = 0,116.19,3 +0,098.26,5 + 0,043.47,1 + 0,741.30,3spc

= 29,3134 kGm/kg.độ

9, Hệ số biến đổi phần tử lý thuyếtβ =Rspc

Rhht=29,313429,27 =1,001

10, Nhiệt dung riêng của sản phẩm cháy a, Trước lúc cháy

C=Vvkk=29,27

b, Sau lúc cháy :Cvco2 = 0,186 + 0,000028 TzCvo2 = 0,15 + 0,000016 TzCvh2o = 0,317 + 0,000067 TzCvh2 = 0,169 + 0,000017 TzTính : Cv =spc

Cvspc =0,116(0,186+0,000028T )+ 0,098(0,15+0,000016T ) +0,043(0,317zz+ 0,000067T ) + 0,741( 0,169 + 0,000017T ) = 0,175 + 2,0294.10 Tzz5z

C hương 3 : Quá Trình Nạp

1, Xác định áp suất trung bình cuối quá trình nạp Công thức gần đúng của của giáo sư Leenin J.M :

ε−1)2

)]

3,5

Trong đó :n : Là tốc độ quay tại chế độ tính toán ( đơn vị vòng/phút )

Vh'

: Là thể tích công tác của một xylanh P0 : Là áp suất khí quyển ( đơn vị kg/m3) ftb : Là tiết diện lưu thông cần thiết Nó đc tính bằng côngftb = fe.(nhd /1000) đơn vị là [cm /lít]

Động cơ Diesel: fe = 45 (cm2 /lít.1000v/phút): Tỷ số nén của động cơ

: Là hệ số tổn thất đường ống nạp (0,65 ÷ 0,85 ).Đối với động cơ diesel ta chọn như sau :

- f =4.104.m2/lít.1000v/phút ;

- Chọn = 0,65-Po=1 KG/cm3

-δ=Pr.TaPa.Tr

=0,5-Vh

' =0,001m3

- Với động cơ diesel chọn : fe =4.10−4 (cm2

/lít.1000v/phút)=> Ta có : f = ftbe.(nhd

1000) = 4.10 42900

1000 =1,16.10−3 (m /lít ).3Với n=n =725(v/ph ) : min

Pa=1.[1-( 7252

520.106).( 0,0012(1,16.10−3)2). 1

0,652.(16,8−0,516,8−1 )

0,652.(16,8−0,516,8−1 )

(1,16.10−3)2). 1

0,652.(16,8−0,516,8−1 )

2

¿¿3,5

= 0,897(kg/cm )22, Hệ số khí sót

Ta=T0

'

+γrTr'

1+γrTrong đó :

T’o = t + o∆t + 273to=15oC:Nhiệt độ khí quyển ở điều kiện bình thường theo tiêu chuẩn quốc tế

t : Nhiệt độ do các chi tiết nóng truyền cho hỗn hợp (hoặc không khí ở động cơDiesel) ta chọn theo bảng sau:

γγ : Hệ số khí sót được tính theo công thức sau:

Tr'

=Tr.(Pa

Pr

)

m−1m

° K

m = 1,28: Chỉ số dãn nở đa biếnPr ,T và r ∆t : là áp suất ,nhiệt độ đầu cuối quá trình nạp nêu trong bảng sau:

Pr =1,02Tr =900To =323=1,1=1,001

1,02)

1,28−11,28 =894,7

Ta=T0

'

+γrTr'

1+γr=323 0,0233.1,1.894,7+1+0,0233.1,1 =337,286

B, Với n =n =1595 (v/ph) :MPr =1,06

Tr =950To =318=1,1=1,001

1,06)

1,28−11,28 =931,31

Ta=T0

'

+γrTr'

1+γ =318 0,0233.1,1.931,31+1+0,0233.1,1 =333,32

C,Với n = nhd=2900(v/ph) :Pr =1,12

Tr =1000To =313=1,1=1,001

= 1000.(0,8971,12)

1,28−11,28 =952,6

Ta=T0

'

+γr Tr'

1+γr.=313 0,0251.1,1.952,6+1 0,0251.1,1+ =330,18

3, Khối lượng hỗn hợp (Diesel + không khí) nạp vào xylanh động cơ trong một chu trình

Gck =G 180γd (mg/ck lít) Trong đó :

G180 : là khối lượng hỗn hợp tươi (hay không khí ) nạpchính trong piston đi từ điểm chết trên đến điểm chết dướiG =180Pa Vh

'

.(ε−0,5)Ra Ta.(ε −1) 10 (mg/ckl)10Với : P là áp suất cuối quá trình nạp a

V’ = 0,001(m )h T : là nhiệt độ trung bình cuối kỳ nạp (K) R = R =29,27 KG.m/kg.aahht

29,27.337,286.(16,8−1) 10

10

=1037,67

Gck =G 180γd =1037,67B, với n= n =1595 (v/ph)min

γd=1,05Pa = 0,968

Ta=333,32

Vh'

29,27.333,32 16,8.(−1) 10

10

=1023,58

Gck =G 180γd = 1074,759C, với n= n =2900 (v/ph)min

γd=1,07Pa = 0,897

Ta=330,18

G =180

Pa Vh'

.(ε−0,5)Ra Ta.(ε −1) 10 =10 0,897.0,001 16,8.(−0,5)

Bảng tổng kết chương 3 (Số liệu đã tính toán được ở trên ).Thông

nmin= 725 0,993 894,79000,0233 1,02337,2

861037,670,894nM = 1595 0,96

8931,31 9500,0233 1,06333,3

21074,76

Pc =P aεn1 (kg/cm )2Trong đó :n1 – là chỉ số nén đa biến được tính theo công thức sau :

n1= 1,38 0,03.nhd

ntt

ne : Tốc độ tính toán lúc đạt nemax (hoặc nhd khi đạt nhdmax)

ntt: Tốc độ tính toán (ntmin, ntmax, ne )

Khi n = n =725(v/ph)ttminn1= 1,38 0,03.nhd

ntt=1,38 0,03.2900725=1,26

Pc =P aεn1=34,74Khi n = n =1595(v/ph)ttmax

n1= 1,38 0,03.nhd

ntt=1,38 0,03.29001595=1,325Pc =P aεn1=40,68

Khi n = n =2900(v/ph)tthd

n1= 1,38 0,03.nhd

ntt=1,38 0,03.29002900=1,35

Pc =P aεn1=40,452,

Nhiệt độ cuối quá trình nén T : cTc =T aεn1−1

Khi n = n =725(v/ph) ttminTc =T aεn1−1=702,4Khi n =n =1595(v/ph)ttM

Tc =T aεn1−1=833,85

Chương 5 : Tính toán quá trình cháy

1,Tính nhiệt độ cuối quá trình cháy

hu GnlcklGckl.(1+γr)+(Cvkk+0,07) Tc=(Cvspv+0,07 β) Tz

Trong đó :Gnlckl : là mức nhiên liệu trong một chu trình sống với V’ =1 líthG : là mức nhiên liệu trong một chu trình sống với V’ =1 lít

l0 : lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nguyên liệu - Hệ số sử dụng nhiệt có tính mất nhiệt vì phân ly các phần tử khí chọn theo tốc độ

=Pz

Pc : Độ tăng áp suất khi cháy, chọn trước theo loại buồng cháy, vì chưa tính

Bảng thông số ξ cho động cơ diesel :

hu Gnlckl

Gckl.(1+γr)+(Cvkk+0,07) Tc=(Cvspv+0,07 β) Tz

Khi n=n =725(v/ph)min

0,75.10200.471037,67 1 0,0233( +)+¿+0,07.2).702,4=(0,175 + 2,0294.10 T5

Tz=1969Khi n=n =1595(v/ph)max

0,8.10200.471074,76 1 0,0233( +)+¿+0,07.2) 833.85=(0,175 + 2,0294.10 T5

z+0,07.1,001) Tz

z+0,07.1,001) Tz

2,0294 10−5Tz

2

+¿0,24507 Tz- 671,68=0

Tz=2301,961Xác định áp suất cuối quá trình cháy : P z

P =z.PcKhi n =nmin =725 (v/ph) Pz =2.34,74 =69,48 (kg/cm )2

Khi n =n =1595(v/ph)M P =2.40,68 =81,36 (kg/cm )z2

Khi n =nhd = 2900(v/ph) P =2.40,45 = 80,9(kg/cm )z2

Bảng tổng kết chương V Thông số

T.độPz(kg/cm2)Tz(kg/cm2)

Chương 6 : Quá trình giãn nở

1,Các thông số của quá trình giãn nởChỉ số giãn nở đa biến n :2

n2 =1,2 + 0,03.nhd

n

Khi n =n =725(v/ph) ttminn2 = 1,2 + 0,03.2900725 =1,32Khi n = n =1595(v/ph) ttMn2 =1,2 + 0,03.29001595 = 1,25

Khi n =nhd =2900(v/ph) tt

n2 =1,2 + 0,03.29002900 = 1,232,Áp suất cuối quá trình giãn nở (P )b

Đối với động cơ diesel : P =bPz.¿

Với:: Tỷ số dãn nở sớm: = ❑❑.Tz

TcKhi n = n =725(v/ph) ttmin

 = ❑❑.TzTc

=1,0012 .1969

702,4=1,4Pb =69,48.(1,4

833,85=1,28Pb =81,36.(1,28

=889,01Khi ntt = nM = 1595(v/ph) Tb = 2132,38 (1,2816,8¿¿1,25−1

=1120,3 Khi n =nhd =2900(v/ph)tt

Tb = 2301,961.(1,1816,8¿¿1,23−1

=1249,7

Bảng tổng kết chương VI : T.sốT.độ

n2Pb(kg/cm2)Tb(K)

Chương 7 : Các thông số cơ bản của chu trình

Bài 1: Tính Áp suất trung bình thực tế Pe

1, Tính áp suất trung bình lý thuyết ở điều kiện nén va dãn nở đa biến P ( ở chu t’trình lý thuyết nén và giãn nở đoạn nhiệt P )t

+ Đối với động cơ diesel

Trong đó :Pt’ = 1

n2 : là Chỉ số nén giãn nở đa biếnTa sử dụng công thức:

μ= 0,92÷ 0,97Pi : Tính mất nhiệt cho công bơm ở động cơ không tăng áp (công nạp và khí thải ):

ΔPi = Pa – PrKhi n=n =725(v/ph)min

ΔPi = 0,993 – 1,02 = 0,027Suy ra : P = 0,95.8,8– ( 0,027) = 8,387iKhi n =n =1595 (v/ph)M

ΔPi = 0,968 – 1.06 = 0,092 Suy ra :P =0,95.10,028– (0,092) = 9,6186iKhi n =nhd =2900(v/ph)

ΔPi = 0,897– 1,12 = 0,223 Suy ra :P = 0,95.8,87 – (0,223) =8,6495i3,Tính hiệu suất cơ học của động cơ ηchηch=1−Pch

Pipch: Áp suất tổn hao vì nhiệt mất cho công cơ học (khắc phục ma sát và chuyển

động các cơ cấu phụ).pi : Áp suất chỉ thị trung bình ứng với đồ thị công của chu trình Pch tính theo côngthức thực nghiệm sau đây:

Động cơ diesel P =0,8+0,17Vchp(KG/cm )2 V =p

S n

30(m/s)Vp: Vận tốc trung bình của pittông ở tốc độ tính toán n.S: Hành trình của pittong.

n: Số vòng quay của động cơ ở chế độ tính toán.Dựa trên Vtb đã chọn theo số vòng quay ở chế độ tính toán ta xác định Vtb ở cácchế độ này để tính ηch

Khi n =nhd =2900(v/ph)Vp = 0,11.290030 = 10,63(m/s)Pch = 0,8 + 0,17.10,63 = 2,607(kg/cm )2η = 0,7

4, Áp suất trung bình thực tế Pe Khi n =n =725(v/ph)minPe = 8,387.0,85 = 7,13(kg/cm )2Khi n = nM = 1595(v/ph) Pe = 9,6186.0,814 = 7,83(kg/cm )2Khi n =nhd =2900(v/ph)

Pe = 8,6495.0,7 = 6,05 (kg/cm )2

5 Tính suất hao nhiên liệu tiêu thực tế ge

ge =gi

ηch gam/ml.h (gam/mã lực.giờ)Trong đó

ηch: Hiệu suất cơ học g -suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thịi Với động cơ diesel

tính lại hệ số dư kk : α '= Gckl

Gnlckllo

g =270000.i

P0 ηvPi Rkk TO α ' l0(gam/mã lực , giờ)Khi n =n =725(v/ph)min

α'=¿1,53gi =270000 1.0,894 =137,7

ge = 162

Khi n = nM = 1595(v/ph)

α'=¿1,58gi =115,92ge =142,4

Khi n =nhd =2900(v/ph)

α'

=¿1,51gi =127,7ge =182,46 Mức tiêu thụ nhiên liệu trong 1 giờ Gnl: Gnl=g Nee (KG/h)a) Với n =725 (vòng/phút): G = 162.29,5=4779 (KG/h)minnlb) Với n =1595 (vòng/phút): G = 142,4.71,18=10136,032(KG/h)Mnlc) Với n =2900 (vòng/phút): G = 182,4.100=18240(KG/h)enl

7 Công suất thực tế N ở các tốc độ :e N =hdPeVh.i n

450.τ (ml)Nhưng đến đây ta chưa xác định Vh của 1 xi lanh nên tại các tốc độ n , n phảiminmaxxác định n dựa vào tỷ lệ:hd

 Công suất thực tế N ở chế độ N

Nemin =Nemax.eminmin

PeN.ne =100.6,05.29007,13.725=29,5(ml)

 Công suất thực tế N ở chế độ NeM

N =NeMemax.

PeM.nMPeN ne =100.7,83.15956,05.2900=71,18(ml)

 Công suất thực tế N ở chế độ N :Nehd e=Nemax=100(ml

8: Mô men có ích của động cơ Me:

M =716,2.e

Nen(KGm)Ne: Công suất thực tế (mã lực).n: Tốc độ vòng quay(vòng/phút)a) Với n =725 (vòng/phút): Mmine=716,2.29,5725=29,14 (KGm)

b) Với n =1595 (vòng/phút): MMe=716,2.71,181595=31,96 (KGm)

c) Với n =2900 (vòng/phút): Mee=716,2.2900100=24,7 (KGm)

9 Các hiệu suất của động cơ:I/ Hiệu suất nhiệt t (ứng với chu trình lý thuyết) Động cơ diesel:

εk−1.λ ρk

−1

λ−1+kλ (ρ−1)

k: Trị số đoạn nhiệt quy ước ở đây xác định như sau:Với n =725 (vòng/phút):min

Tuỳ thuộc : do α=1,53>1 nên k = 0,07. + 1,207=1,3141

 ηt=1− 1

16,81,3141−1. 2 1,4

1,3141

−12−1+1,3141.2 (1,4−1)=0,575Với n =1595 (vòng/phút):min

Tuỳ thuộc : do α=1,58>1 nên k = 0,07. + 1,207=1,3176

 ηt=1− 1

16,81,3176−1. 2 1,28

1,3176

−12−1+1,3176.2 (1,28− )1=0,584Với n =2900 (vòng/phút):min

Tuỳ thuộc : do α=1,51>1 nên k = 0,07. + 1,207=1,3127

 ηt=1− 1

16,81,3127−1. 2 1,18

1,3127

−12−1+1,3127.2 (1,18− )1=0,582II/ Hiệu suất chỉ thị (ứng với đồ thị công) i:(mới tính đến mức hoàn thiện quá trình phối khí và cháy)

(Tính đến mức hoàn thiện quá trình phối khí, cháy và công cơ học).

c) Với n =2900 (vòng/phút): eηe=182,4.10200 10=0,34

Bảng 1:

T.sốT.độ

Bảng 3:

T.sốT.độ

Xác Định Các Kích Thước Cơ Bản Của Động Cơ

Việc xác định các kích thước cơ bản của động cơ xuất phát từ các thông số:

Nemax: Công suất lớn nhất tại số vòng quay ne.Nehd: Công suất lớn nhất tại số vòng quay nhd.PeN: Áp suất trung bình thực tế tại số vòng quay đạt Nemax, Nehd.

Chương 9 : Cân bằng nhiệt của động cơ

*Trong phần cân bằng nhiệt này sẽ tính xem toàn bộ lượngnhiệt do hỗn hợp cháy phát ra Q (ở chu trình lý thuyết lượng nhiệt cấp vào ) phân 1bố như thế nào cho phần nhiệt sinh công có ích thực sự (Nhd) tức là Q e

Phần nhiệt ( Q ) theo nước làm mát và khí xả ra ngoài (ở chu trình lý thuyết lm + xđây là Q đưa ra nguồn lạnh, mất theo định luật 2 của nhiệt động học ).2

+ Phần Q mất cho công cơ họcch

+ Phần Q các tổn thất do cháy không hoàn toàn lhltTại mỗi tốc độ tính toán các phần nhiệt trên tính như sau:

20%40%60%80%100%

0725nmin

2900nhd1595

M=a M =1,07.24,7 26,429=

nM=b nN=0,65.2900 1885=

Nex=Nemax.[c (nx

ne)+ d (nxne)2

−(nxne)3

]Các giá trị của các hệ số a,b,c,d,e,f ghi ở bảng sau:

]=20,31 mlMemin=24,7.[0,5 1,5.+ (725

2900)−(7252900)2

]=20,07 kG mgemin=182,4.[1,55−1,55.(725

2900)+1.(7252900)2

]=68,4 mlMeM=24,7.[0,5 1,5.+ (1885

2900)−(18852900)2

]=26 kG mgeM=182,4.[1,55 1,55.− (1885

2900)+1.(18852900)2

]=100 mlMe=24,7.[0,5 1,5.+ (2900

2900)−(29002900)2

]=24,7 kG mge=182,4.[1,55 1,55.− (2900

2900)+1.(29002900)2

mã lực giờ)

Trong đó: MeN, nN: Mô men, tốc độ động cơ khi đạt công suất cực đại Nemax

nx, nex, gex, Mex: tốc độ , công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và mô men ở chế độ tính toán

t.sốt.độ(v/p)

Ne(ml)

Me(kG.m)

ge(g/ml.h)

200

100

725nmin

1885nmax

2900nhdMe

Ne

ge

n(v/p)Ne (ml)

100

90

8070

ge(g/ml.h)

10.2 Cách xây dựng đồ thị công p-V:Bước 1: chọn tỷ xích cho bản vẽ và chế độ xây dựng:

Trong khi tính toán nhiệt thường tính ở 3 chế độ , xây dựng đồ thị công được biểu thị ở chế độ vòng quay công suất cực đại nN ( tại đây đạt công suất lớn nhất Nemax).Kết quả tinh nhiệt của động cơ tại n là:

Đường kính của xilanh D, (mm) 80

Áp suất cuối kỳ nạp p , (kG/cm ) a 2 0,897Áp suất cuối kỳ nén p , (kG/cm ) c 2 40,45Áp suất cuối kỳ cháy p , (kG/cm ) z 2 80,9Áp suất cuối kỳ giãn nở p , (kG/cm ) b 2 3,08Áp suất cuối kỳ thải p , (kG/cm ) r 2 1,12Chọn tỷ lệ xích áp suất:

1 kG/cm tương đương 5mm trên bản đồ Vậy áp suất các kỳ được thể 2hiện trên bản đồ:L

 R = 58,8 3,52− = 27,65 mmLấy về phía điểm chết dưới một đoạn : OO’= R8 =27,658 = 3,45 mm+ Hiệu chỉnh điểm bắt đầu quá trình nạp

Từ tâm O’ của đường tròn Brick xác định góc đóng muộn xupap thải và kẻ bán kính tương ứng, bán kính này cắt vòng tròn 𝜑4Brick, từ giao điểm này gióng song song với tung độ cắt đường nạp ở d Nối rd ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp

+ Hiệu chỉnh áp suất cuối quá trình nén (điểm c) Do có sự đánh lửa sớm (động cơ xăng) nên áp suất p lớn hơn cáp suất lý thuyết, ta xác định điểm c”:

𝑝𝑐′′ = (1,2 ÷ 1,25)𝑝𝑐 Chọn Pc ''=1,25 Pc=1,25.202,25=252,8(mm)

Điểm c’ (điểm đường nén thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết) xác định theo gócđánh lửa sớm.Trên đường tròn Brick xác định góc đánh sớm θ Từ O’ kẻ góc θ cắt đường tròn Brick, từ giao điểm đó kéo xuống cắt đồ thị công trên đường nén tại điểm c’ Dùng một cung thích hợp nối c’c”

+ Hiệu chỉnh điểm đạt pzmax thực tế Đối với động cơ xăng: p = 0,85p =0,85.261,45 = 222,23 (mm)z’z + Hiệu chính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế (điểm b’) Áp suất cuối quá trình dãn nở thực tế p thường thấp hơn áp b1suất cuối quá trình dãn nở lý thuyết do xupap thải mở sớm Xác định pb1 thì theo công thức kinh nghiệm sau:

𝑝𝑏1 = 0,5(𝑝𝑏 - 𝑝𝑎) = 0,5(15,4-4,485)=5,4575(mm)Trên đường tròn Brick xác định góc mở sớm xupap thải Từ 𝜑3O’ kẻ bán kính ứng với góc tính từ điểm chết dưới cắt đường tròn 𝜑3Brick, từ giao điểm này kẻ song song với trục tung p cắt đường dãn nởlý thuyết tại điểm b’ Dùng cũng thích hợp nối b’b và tiếp tuyến với 1đường thải p r

p0

OO'c''

b1ac'

b'z'