Bài tập lớn nguyên lý động cơ đốt trong

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠMục đích phần tính toán nhiệt động cơ là :Tính toán các quá trình nhiệt trong động cơ (nạp nén, cháy giãn nở và thải), xác định được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và kiểm nghiệm (xác định) các kích thước cơ bản của động cơ. Xây dựng được đồ thị công lý thuyết của động cơ. Kết quả tính toán trong phần tính toán nhiệt động cơ sẽ là nền tảng trong quá trình tính toán thiết kế động cơ đốt trong. TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC TÍNH TOÁNTừ các số liệu về kết cấu và chỉ tiêu kỹ thuật của động cơ cho trước, sinh viên lựa chọn các thông số khác đặc trưng cho điều kiện vận hành để xác định các thông số nhiệt động của từng quá trình. Các thông số chọn dựa trên cơ sở loại động cơ, đặc điểm kết cấu.

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ

Mục đích phần tính toán nhiệt động cơ là :

-Tính toán các quá trình nhiệt trong động cơ (nạp nén, cháy giãn nở và thải), - xác định được các chỉ tiêu kinh tế

kỹ thuật và kiểm nghiệm (xác định) các kích thước cơ bản của động cơ

- Xây dựng được đồ thị công lý thuyết của động cơ Kết quả tính toán trong phần tính toán nhiệt động cơ sẽ là nền tảng trong quá trình tính toán thiết kế động cơ đốt trong

TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN

Từ các số liệu về kết cấu và chỉ tiêu kỹ thuật của động

cơ cho trước, sinh viên lựa chọn các thông số khác đặc trưng cho điều kiện vận hành để xác định các thông số nhiệt động của từng quá trình Các thông số chọn dựa trên cơ sở loại động cơ, đặc điểm kết cấu

1 Thông số cho trước của động cơ:

nguyên Giá trị

Góc mở sớm xupáp

Góc đóng muộn 2 Độ

xupáp nạp

Góc mở sớm xupáp

Góc đóng muộn

Loại buồng cháy

Kiểu xu páp

2 Chọn các thông số cần thiết trong quá trình tính:

nguyên Giá trị

Áp suất khí nạp Pk MN/m2 0.098

Hệ số dư lượng

không khí

Áp suất cuối kỳ

2 0.088

Áp suất khí sót Pr MN/m2 0.105

Độ sấy nóng khí

Hệ số lợi dụng

Hệ số lợi dụng

Hệ số quét buồng

Hệ số hiệu đính tỷ

Các số liệu tham khảo để chọn:

Loại động cơ lượng khôngHệ số dư

khí 

Tỷ số tăng

áp 

Động cơ xăng 0,85 - 1,15

Động cơ Diesel

- Tốc độ thấp

- Cao tốc buồng cháy

thống nhất

- Cao tốc buồng cháy

ngăn cách

- Tăng áp

1,6 -2,0 1,5 - 1,9 1,2 - 1,7 1,7 - 2,2

1,7 - 2,2 1,5 - 1,8

Loại động

cơ b z [MN/mpr 2

]

Tr [K] T

Động cơ

Diesel 0,80 -0,90 0,65 -0,85 0,104 -0,118 700 -900 20 -40 Động cơ

Xăng 0,85 -0,95 0,85 -0,92 0,101 -0,118 1000 0 -

900-20

Động cơ

Chọn t theo bảng

Tính toán các thông số của chu trình:

3.Tính quá trình nạp

1 Tính hệ số khí sót r:

2 Tính hệ số nạp v:

(1-2)

3 Tính nhiệt độ cuối quá trình nạp T a (K):

(1-3) Loại động cơ v r Ta [K]

Động cơ xăng

- Xupáp đặt

- Xupáp treo 0,7 - 0,750,75

-0,85

0,07 -0,12

340 -400

340 -400 Động cơ Diesel 0,75

-0,95 0,03 -0,06 310 -340

4 Tính số mol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu M 0

(kmolKK/kgnl):

Nhiên

liêu

Thành phần trong 1 kg nhiên liệu [kg] lượngKhối

phân tử

nl

[kg/kmol ]

Nhiệt trị thấp

QH

[kj/kg]

-120 43.995 Diesel 0,87 0,126 0,0

04 180 -200 42.530

(1-4)

5 Tính số mol khí nạp mới M 1: (1-5)

(động cơ Diesel, động cơ phun xăng)

(động cơ xăng dùng bộ chế hoà khí)

4 Tính quá trình nén

6 Tỷ nhiệt của không khí (kJ/kmol.K):

(1-6)

7 Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy (kJ/kmol.K):

(1-7) Nếu 0,71 thì:

Nếu 1 thì:

8 Tỷ nhiệt của hỗn hợp cháy (kJ/kmol.K):

(1-8)

Có thể viết dưới dạng:

Trong đó:

;

9 Tính chỉ số nén đa biến trung bình n 1:

Chọn trước n1, thế vào phương trình sau, giải bằng phương pháp mò nghiệm

(1-9) Khi sai số hai vế nhỏ hơn 0,001 thì lấy giá trị n1 đã chọn

10 Tính nhiệt độ cuối kỳ nén T c (K):

(1-10)

11 Tính áp suất cuối kỳ nén p c (MN/m2):

(1-11)

[MN/m2] Tc [K]

Xăng 1,34 - 1,38 0,9 - 1,5 600 - 750 Diesel

- Buồng cháy ngăn

cách

- Buồng cháy thống

nhất

1,34 - 1,38 1,34 - 1,42 3,5 - 6,03,5 - 6,0 700 - 1050

5 Tính quá trình cháy

12 Tính M:

Động cơ xăng khi  1 thì (1-13)

khi 0,7< 1 thì

13 Tính số mol sản phẩm cháy M 2 (kmol/kgnl):

(1-14)

14 Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết

(1-15)

15 Hệ số biến đổi phân tử thực tế

(1-16)

16 Hệ số biến đổi phân tử tại z.

(1-17)

17 Tính hệ số toả nhiệt x z tại z:

(1-18)

18 Tổn thất nhiệt do cháy không hòan toàn:

(1-19)

1 thì  QH = 0(động cơ Diesel)

 <1 thì  QH = 120000(1-)M0 (động cơ đánh lửa cưỡng bức)

19 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z

(1-20)

20 Nhiệt độ cực đại của chu trình T z (K):

Nhiệt độ cực đại tính theo phương trình cháy:

(1-21)

(động cơ đánh lửa cưỡng bức)

(động cơ Diesel) Đưa về dạng phương trình bậc hai:

Động cơ

đánh lửa

cưỡng bức

Động cơ

Diesel

21 Aïp suất cực đại chu trình p z

(1-22) Loại động cơ pz [MN/m2] Tz [K]

Xăng 2,8 - 6,0 2500 -2800 Diesel 4,8 - 9,6 1900 -2200

6 Tính quá trình giản nở:

(1-23)

 = 1 (động cơ đánh lửa cưỡng bức)

(động cơ Diesel)

23 Tỷ số giãn nở sau: (1-24)

 =  (động cơ đánh lửa cưỡng bức)

(động cơ Diesel)

24 Kiểm nghiệm lại trị số n 2:

Chọn trước n2, tính lặp n2 theo cơng thức:

(1-25)

Trong đĩ:

25 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b (K):

(1-26)

26 Aïp suất cuối quá trình giãn nở p b (MN/m2):

(1-27)

27 Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sĩt:

(1-28) Sai số

Loại động cơ n2 pb [MN/m2] Tb [K]

Động cơ

xăng 1,23 - 1,34 0,34 - 0,49 1200 - 1500 Động cơ

Diesel 1,15 - 1,28 0,2 - 0,6 1000 - 1200

7.Tính tốn các thơng số chỉ thị:

28 Aïp suất chỉ thị trung bình lý thuyết (MN/m2):

Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức:

(1-29)

Trường hợp động cơ Diesel:

29 Aïp suất chỉ thị trung bình (MN/m2):

30 Hiệu suất chỉ thị động cơ i:

(1-31)

31 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i (g/kw.h):

(1-35) Loại động

cơ [MN/mpi 2] gi [g/kw.h] i Động cơ

xăng 0,68 - 1,18 210 - 340 0,25 -0,44 Động cơ

Diesel 0,64 - 0,96 150 - 20 0,43 -0,56

8.Tính toán các thông số có ích:

32 Tổn thất cơ giới p m (MN/m2 ):

Theo công thức kinh nghiệm:

(1-36) Trong đó: (m/s)

Tuỳ theo động cơ và tỷ số S/D, loại buồng cháy (động cơ Diesel) tra các giá trị a, b theo bảng sau:

Động cơ xăng S/D  1S/D  1 0,050,04 0,01550,0135 Động cơ Diesel

buồng cháy thống

nhất

i >6 0,03 0,012

Động cơ Diesel

buồng cháy xoáy

lốc

0,09 0,0138 Động cơ Diesel

33 Aïp suất cĩ ích trung bình (MN/m2):

(1-37)

34 Hiệu suất cơ giới (%):

(1-38)

35 Suất tiêu hao nhiên liệu cĩ ích (g/kw.h):

(1-39)

36 Hiêu suất cĩ ích (%):

(1-40)

[MN/m 2 ] [g/kw.h] g e e

-0,85 0,6 - 1,0 260 - 380 0,22 -0,33 Diesel 0,7 - 0,9 0,55

-0,85 200 - 285 0,3 - 0,43

37 Thể tích cơng tác của động cơ (dm3):

(1-41)

38 Kiểm nghiệm đường kính xi lanh (dm):

(1-42) Nếu sai lệch thì đạt nếu khơng thì phải tính lại

9.Vẽ đồ thị cơng

Để vẽ được đồ thị cơng cần phải thực hiện những bước sau:

39 Xác định các điểm trên đường nén với chỉ số nén đa biến n1

Phương trình đường nén: , do đĩ nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì:

Rút ra:

Đặt ta có

- n1 là chỉ số nén đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt

40 Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở:

Phương trình của đường giãn nở đa biến: , do

đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì:

Rút ra:

Chú ý rằng , đặt do đó

- n2 là chỉ số giãn nở đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt

41 Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở:

Vc 

42 Xác định các điểm đặc biệt:

Chọn các tỷ lệ xích v và p sau đó vẽ hệ trục toạ độ

(V,p)

Các điểm đặc biệt đó là:

r(Vc,pr); a(Va,pa); b(Va,pb);

c(Vc,pc); y(Vc,pz); z(Vz,pz)

Chú ý các quan hệ thể tích: Va = Vc + Vh;

43 Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết

44 Dùng đồ thị Brick xác định các điểm:

 Phun sớm (c’ - động cơ Diesel), Đánh lửa sớm (c’ - động

cơ xăng)

 Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupáp thải

 Mở sớm (r’), đóng muộn (a’) xupáp nạp

44 Hiệu chỉnh đồ thị công:

Ở động cơ xăng lấy áp suất cực đại bằng (0,85 - 0,9) pz

Xác định các điểm trung gian:

 Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3cy

 Trên đoạn yz lấy điểm z’’ với yz’’ = 1/2 yz

 Trên đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2ba

Nối các điểm c’c’’z’’ và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại ĐCT và ĐCD và tiếp xúc với đường thải

Ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh

Hình 1.1 Đồ thị công

động cơ xăng Hình 1.2 Đồ thị công động cơ Diesel