Bài tập lớn lý thuyết Động cơ Đốt trong chọn các thông số cơ bản – và chọn chế Độ tính toán

t: Nhiệt độ do các chi tiết nóng truyền cho hỗn hợp hoặc không khí ở động cơ Diesel ta chọn theo bảng sau: : Hệ số khí sót được tính theo công thức sau:... Chương 5 TÍNH QUÁ TRìNH CHÁ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Lớp : KỸ THUẬT Ô TÔ – K62

Đề số : 6

nmin là tốc độ tối thiểu mà động cơ làm việc được ở chế độ toàn tải nếu thấp hơn một chút động cơ sẽ chết máy

nM: Tốc độ lúc đạt mômen có ích cực đại ở chế độ toàn tải (Memax)

ne: Tốc độ đạt công suất cực đại ở chế độ toàn tải (Nemax)

Đa số trong động cơ Diezel và một số ít động cơ xăng của xe tải có bộ hạn chế tốc độ, thay ne bằng nhd

Chương 2 TÍNH NHIÊN LIỆU VÀ HỖN HỢP CÁC SẢN PHẨM CHÁY 2.1 Chọn nhiên liệu và thành phần của nhiên liệu:

2.1.2 Cho động cơ Diesel

Nhiên liệu Diesel có trị số Xetan 4055 chọn Xetan =49

hu=1000010400 Kcal/kg Chọn hu= 10400 (Kcal/kg) Thành phần gồm có Cacbon (gC) Hidro (gH) và Oxy (gO)

gC = 0,86

gH = 0,126

gO = 0,004

2.2 Chọn hệ số dư không khí :

Vì tính nhiệt độ ở chế độ toàn tải nên phải chọn  công suất:

- Đối với động cơ Diesel, ở chương này ta tạm chọn  tuỳ theo loại động cơ, sau này tính suất hao nhiên liệu gi ta phải tính lại :

8 3

8

0

g g

3 11

3 11

3 8

3 8

Cho phép tính sai  0,05 đối với gi

2.7 Hằng số của khí nạp trước lúc cháy

2.7.2 Đối với động cơ Diesel

Vì chỉ nạp không khí sau đến cuối quá trình nén mới phun nhiên liệu nên ở đây là hằng số khí của không khí

2.9 Hệ số biến đổi phân tử :

 = R spc /R kk với động cơ diesel

= 29,304/29,27 =1,001

2.10 Nhiệt dung của chất khí

2.10.1 Hỗn hợp tươi

b Đối với động cơ Diesel

Cvspc = gi.Cvi= gCO2.CVCO2 + gO2.CVO2 + gH2O.CH2O + gN2.CN2

Cvspc = 0,1401.(0,186 + 0,000028.Tz) + 0,0732.(0,150 + 0,000016.Tz) + 0,0503.(0,317 + 0,000067.Tz) + 0,7357.(0,169 + 0,000017.Tz)

Cvspc = 0,177317 + 2,0971.10-5Tz Kcal/kg.độ

Chương 3 QUÁ TRÌNH NẠP 3.1 Xác định áp suất trung bình của quá trình nạp Pa

Tính theo nhiều tốc độ (nmin, nM, ne) ở chế độ toàn tải dùng công thức gần đúng sau đây của Giáo sư tiến sĩ Lenin J.M

Pa =

Ở đây n: Tốc độ vòng quay tại chế độ tính toán (tính toán tại 3 giá trị tốc độ nmin,

nM, ne)

Vh ’: Tính bằng m3 - Thể tích công tác của 1 xi lanh qui ước

Vh ’ = 1 lít = 0,001m3 Vì chưa xác định được Vh thể tích công tác của 1 xi lanh

ftb = fe.(ne/1000) m2/lít - Tiết diện lưu thông cần để phát huy Nemax ở tốc độ

ne (hay Nehd ở nhd) ứng với thể tích công tác là 1 lít

2 2

2 '

6 2

0

1

1 10 520

P

: Tỷ số nén của động cơ

: Hệ số tổn thất ở đường ống nạp = 0,650,85 chọn = 0,65 +Th1: với nmin= 808(vòng/phút)

3.2 Xác định nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:

Động cơ 4 kỳ không tăng áp:

To’ = to + t + 273

to = 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

cơ Diesel) ta chọn theo bảng sau:

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

.



=

r a

a r

T P

T P

. '

' 0

r

r r

+

 +

. 0'





( ) ( )c vhht

z vspc

C

C





m m

r

a r

. 0'





m m

r

a r

. '

' 0

r

r r

+

 +



. 0'





m m

r

a r

. '

' 0

r

r r

+

 +

. 0'





m m

r

a r

. '

'

+

 +



Ta= 313+0,027.1,1.945,94

1+0,027.1,1 = 331,256oK

3.3 Khối lượng nạp được trong 1 chu kỳ cho V h = 1 lít G ckl

Ở động cơ có 5000 vòng/ phút sẽ có 2500 chu kỳ với loại động cơ 4 kỳ Ở đây tính cho Vh’ = 1 lít vì ta chưa xác định Vh của 1 xi lanh

Ta: Nhiệt độ trung bình cuối kỳ nạp (K)

Ra = Rth = 29,27 (hay Rkk ở động cơ Diesel) kG.m/kg.độ

d - Hệ số điền đầy xi lanh do tính góc đóng muộn 2 của xupap nạp chọn như sau:

0 0

h k

R

V





r a

 +

0

1

 +

0

1

 +

0

1

 +

0

1

.





α’ = 1045,71

50.14,336 = 1,458

=> Chọn α’ = 1,41

Chương 4 QUÁ TRÌNH NÉN 4.1 Áp suất cuối quá trình nén P c :

Pc = Pa kG/cm2

n1: Chỉ số nén đa biến tính theo công thức thực nghiệm sau đây:

n1 = 1,38 – 0,03

ne: Tốc độ tính toán lúc đạt Nemax (hoặc nhd khi đạt Nhdmax)

ntt: Tốc độ tính toán (nmin, nmax, ne )

Chương 5 TÍNH QUÁ TRìNH CHÁY 5.1 Xác định nhiệt độ cuối quá trình cháy (Nhiệt độ cao nhất của chu trình) T z

5.1.2 Đối với động cơ Diesel phương trình sẽ như sau

Gnlckl: Mức nhiên liệu trong một chu kỳ sống với Vh’ = 1 lít

Gckl: Khối lượng nạp được trong một chu kỳ cho Vh’ = 1 lít

α : Hệ số dư không khí

l0: Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu

ξ- Hệ số sử dụng nhiệt có tính mất nhiệt vì phân ly các phần tử khí chọn theo tốc độ (bảng 5)

hu = 10400 Kcal/kg

Gnlckl = 50

=> Chọn  = 1,9 với loại buồng cháy liền

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

2 +B +C =

r ckl

nlckl u

C C

G

G h

 +

=

 +

+ + 0,07 . 0,07. .1

nlckl u

C C

G

G h

 +

=

 +

+

1

.





Chọn Gnlckl = 50

5.2 Xác định áp suất cuối quá trình cháy (cực đại của chu trình) P z

5.2.2 Đối với động cơ Diesel

Pz = .Pc kG/cm2

với n=n min = 808 (vg/ph)

r ckl

nlckl u

C C

G

G h

 +

=

 +

+

1

.

nlckl u

C C

G

G h

 +

=

 +

+

1

.







'

z z c

z

V

V V

V =



'

z z c

z

V

V V

7.1.1 Tính áp suất trung bình lý thuyết ở điều kiện nén và dãn nở đa biến Pt’

(ở chu trình lý thuyết nén và dãn nở đoạn nhiệt là Pt)

−

=

1

.

1

.

) (

1

1 2

' '

n

V V

n

V V

V V P V

c z z h t

'

1 2

1 1 1

1 1

1 1

1

c t

n n

7.1.2 Tính áp suất chỉ thị trung bình ứng với đồ thị của chu trình P i

Đối với động cơ 4 kỳ: Pi = .Pt’ - Pi kG/cm2

 = 0,920,97 (Lấy 0,93) Tổn hao nhiệt do vê tròn đồ thị

Pi: Tính mất nhiệt cho công bơm ở động cơ không tăng áp (công nạp và thải khí)

Pi : Áp suất chỉ thị trung bình ứng với đồ thị công của chu trình

Với động cơ không tăng áp hoặc tăng áp bằng tuốc bin khí Pch tính theo công thức thực nghiệm sau đây:

Dựa trên Vtb đã chọn theo số vòng quay ở chế độ tính toán ta xác định Vtb ở các chế

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 các chế độ này để tính ch

gi: Suất hao nhiên liệu chỉ thị

a Động cơ Diesel 4 kỳ không tăng áp

Phải tính lại hệ số dư không khí:

o kk

i

v

l T

.

.

Nemin = Nemax ; NeM = Nemax

Pemin , PeM, PeN: áp suất có ích lần lượt tại các chế độ tốc độ tính toán nmin , nM, ne

Nemax: dựa vào động cơ mẫu đã cho

.V h i n

e



e eN

M eM

7.6 Các hiệu suất của động cơ:

7.6.1 Hiệu suất nhiệt  t (ứng với chu trình lý thuyết) Động cơ Diesel

t = k: Trị số đoạn nhiệt quy ước ở đây xác định như sau: Tuỳ thuộc :

1



7.6.2 Hiệu suất chỉ thị (ứng với đồ thị công)  i

(mới tính đến mức hoàn thiện quá trình phối khí và cháy)

Trong tính toán chính xác: t > i > e

Chương 8 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)

S



Vh: mm3; S: mm Khi thiết kế động cơ mới ta chưa biết hành trình S nên ta không tính được vận tốc trung bình piston Vp, nên ta phải chọn Vp Sau khi tính được Vh ta tính được đường kính xilanh D và S thông qua tỷ số S/D

Khi tính được S cần kiểm tra lại vận tốc trung bình piston Vp so với vận tốc trung bình Vp đã chọn khi tính toán Nếu sai số 0,05 m/s không phải chọn lại S/D, nếu sai số lớn hơn phải chọn lại S/D

Trong trường hợp đã có động cơ mẫu thì đã có bán kính quay trục khuỷu R,

ta tính được hành trình S=2R, nên ta không phải chọn Vp Vp được tính toán theo công thức Vp =

Chương 9 CÂN BẰNG NHIỆT CỦA ĐỘNG CƠ

Trong phần cân bằng nhiệt này sẽ tính xem toàn bộ lượng nhiệt do hỗn hợp cháy phát ra q1 (ở chu trình lý thuyết là lượng nhiệt cấp vào) phân bố như thế nào cho phần nhiệt sinh công có ích thực sự (Ne) tức là qe

Phần nhiệt qlm+x theo nước làm mát và khí xả ra ngoài (ở chu trình lý thuyết đây là q2 đưa ra nguồn lạnh, mất theo định luật 2 của nhiệt động học)

Phần qch mất cho công cơ học

Phần qlhlt: các tổn thất do cháy không hoàn toàn

Tại mỗi tốc độ tính toán các phần nhiệt trên tính như sau:

q1 = 100%; qe = e.100%; qlm+x = (1-t).100%

qlh.lt = (t - i).100%; qch = (i - e).100%;

Trong phần nhiệt mất vì lý do lý hoá:

Nếu tính ở 3 chế độ ta có thể lập bảng sau đây để xác định các q thành phần cần cho

dựng đồ thị cân bằng nhiệt (các giá trị cho trong bảng mang tính tham khảo, giá trị

này cần được tính toán theo các động cơ khác nhau)

CHƯƠNG 10 CÁCH DỰNG CÁC ĐỒ THỊ KHI TÍNH NHIỆT

10.1 Dựng đường đặc tính ngoài: N e , M e , G e

Nếu tính ở 3 chế độ tốc độ ta có 3 điểm cho mỗi đường cong trên và vẽ

chúng theo dạng các đồ thị mẫu qua 3 điểm đó (chú ý: Nemax tại ne, Memax tại nM,

và gemin tại nmin trong khoảng nm-ne)

Nếu chỉ tính 1 tốc độ ne hay nhd mà muốn dựng đường đặc tính ngoài ta sẽ dùng các phương pháp thực nghiệm sau đây:

Theo giáo sư Lay đec man:

Me = a MeN; nM = b nN

Nex = Nemax

Mex = MeN

gex = ge1 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

e x e

x e

x

n

n n

n d n

n c

2

e x e

x

n

n n

n d c

−

2

e x e

x

n

n k n

n f e

10.2 Cách xây dựng đồ thị công P v

Bước 1: Chọn tỷ lệ 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

Tỷ lệ này thường phụ thuộc vào khổ giấy mà ta cần biểu thị

Trục tung thể hiện cột áp suất

Trục hoành biểu thị thể tích được chia thành các đoạn

lc = Vc: Thể tích buồng cháy (buồng nén)

la = Va: Thể tích toàn bộ xi lanh

lvh = Vh : Thể tích làm việc của xi lanh

Việc chọn các độ dài này thoả mãn tỷ số nén  đã cho đầu bài - có nghĩa là

Áp suất cuối quá trình giãn nở 𝑃𝑏 (𝑘𝑔 𝑐𝑚⁄ 2) 2,711

Áp suất cuối quá trình thải 𝑃𝑟 (𝑘𝑔 𝑐𝑚⁄ 2) 1,15

Bước 2: Tìm các điểm trung gian:

Để xây dựng đường nén đa biến a-c cũng như đường dãn nở đa biến z-b ta phải tìm, xác định các điểm trung gian tuân theo quy luật nén đa biến n1 và dãn nở

đa biến n2.Ta làm như sau:

- Chia đoạn thẳng biểu thị thể tích làm việc Vh’ thành các đoạn đều nhau:

Các chiều dài la, lb, li = l1, l2, l3 đo thực tế trên bản vẽ

Nối nét mảnh mờ các điểm a- Pc1, Pc2, Pc3 - c ta sẽ được đường nén đa biến a

1

n



1 1

.

n

c

a a n

c

a

l

l V

.

n

c

i a n

c

i

l

l V

n

a

c z n

c a

z n

z

l l

c i

z

l l

đường cong a-c điểm đó chính là C’ (Đường dóng lên phải song song với trục tung) Sau khi….đường áp suất tách khỏi C’-c và ….C’-C1.

Cách xác định C1; Pc1 = (1,21,25).Pc

Đến C1 pittong đến DC1 và xuống ngay nên áp suất Pz tính toán hụt 15% và chỉ còn Pz1

Cách xác định điểm b’ trên đường dãn nở z-b

Điểm mở sớm của xupap thải cũng tiến hành như tìm điểm C’ bằng phương pháp Brick

Giả thiết ta muốn xác định điểm b’ ở một góc mở sớm của xupap thải là 600

(Theo góc quay của trục khuỷu)

Từ điểm O ta đặt 1 góc 600 có cạnh cắt vòng tròn tại điểm P Từ O’ kẻ 1 đường song song với OP cắt vòng tròn tại Q Từ Q dóng song song với trục tung cắt đường zb tại điểm Điểm đó chính là b’ cần tìm

Sau khi mở sớm xupap thải tại điểm b’ áp suất sẽ tách khỏi đường b’b’ và theo đường b’-b1

Cách xác định b1: Pb1 = (1/2),(Pb - Pa) điểm giữa của Pb và Pa

Bước 4: Nối các điểm của đồ thị

Sau khi đã xác định các điểm c’, c1, z1, b’, b1

Việc hoàn chỉnh đồ thị bằng cách nối các điểm và tô đậm theo cách vẽ kỹ thuật các đường liền từ a-c’-c1 Từ c1 - z1 Từ z1 đếm b’, b1 Từ b1 đến r và từ r đến

a

Lưu ý điểm uốn tròn từ b’-b 1 và đường b 1 - r Từ r - a)

Những điểm đồ thị không đi qua sẽ được biểu thị bằng nét to đứt mảnh như c’=c, z, z1, b’-b

Các diện tích bao quanh bởi c’cc1, c1zz1, b’bb1 được gạch mặt cắt biểu thị sự tổn thất công

Lưu ý ở động cơ xăng và động cơ Diesel :

Pc1 = (1,21,25).Pc Theo thực nghiệm (SGK G.S Khovac) Đối với giáo sư Oclin

Phân tích cách xây dựng trên chủ yếu cho động cơ xăng (các bua ra tơ) 4 kỳ

và động cơ Diesel 4 kỳ không tăng áp

Các bước tiến hành xây dựng hoàn toàn giống các bước như cách xây dựng đối với động cơ xăng

Đặc điểm có một số phần khác nhau cơ bản như sau:

1/ Đối với động cơ Diesel không có sự hao hụt 15%P z

Sau khi tính Pz lấy Pz’ = Pz

3/ Xây dựng đường nén đa biến a-c và dãn nở đa biến z-b:

a/ Xây dựng đường nén a-c (tương tự như động cơ xăng)

Áp dụng công thức sau:

Pci = Pa

1 1

.

n

c

a a n

c

a

l

l V

b/ Việc xây dựng đường dãn nở z-b:

Qua sự phân tích trên ta áp dụng công thức sau:

Pb = Pz

2 2

2

.

.

n

a

c z n

a

c z n

l

l V

.

n

ai

a z n

a

c

l

l V

4/ Cách hiệu chỉnh đồ thị và hoàn thiện như cách làm đối với động cơ xăng

(Phương pháp brick., xác định s, b’, vv ) Ngoài ra trong lý thuyết có nêu cháy đẳng áp theo z’.z Nhưng trong thực tế đường áp suất trong xi lanh chuyển tiếp êm hơn một chút tức theo đường c’=c1, z1, b’

Điểm z1 nằm giữa z’ và z

* Chú ý: Từ P0 trở lên phải tuân theo tỷ lệ xích đã chọn cho áp suất còn từ P0 trở xuống điểm O ta có thể cho lớn ra và lưu ý theo cách chọn này để dễ dàng trình bày

và hợp lý với tỷ lệ xích