BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Mục đích, ý nghĩa Muốn thiết kế động cơ mới, hoặc sau đại tu phải tính nhiệt để nghiên cứu chu trìnhtheo yêu cầu đề ra cho động cơ mới tỷ số nén, công suất cực đại, mômen có ích lớnnhất

BÀI TẬP LỚN NGUYấN Lí ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Loại động cơ Lắp trờn xe S/D V h (lớt)  Nemax/ne

(ml/v/ph)

Memax/nm (KG.m/v/ph)  i 2.4L 14

Honda Accord EX 99/87 2,354 10,5 190/7000 22/4400 4 4L

I Mục đích, ý nghĩa

Muốn thiết kế động cơ mới, hoặc sau đại tu phải tính nhiệt để nghiên cứu chu trìnhtheo yêu cầu đề ra cho động cơ mới (tỷ số nén, công suất cực đại, mômen có ích lớnnhất) qua các thông số: tổn thất nhiệt, chỉ tiêu công suất, về hiệu suất, Qua đồ thịcông, đờng đặc tính ngoài và đồ thị cân bằng nhiệt để xác định các kích thớc cơ bảncủa động cơ đủ đảm bảo chỉ tiêu công suất (và có khi đảm bảo điều kiện sử dụng chotrớc)

II Nhiệm vụ

Bài tập lớn ĐCĐT bao gồm: Thuyết minh và 01 bản vẽ

Thuyết minh: Khoảng 20 trang, viết tay hoặc đánh máy, gồm 10 chơng với nộidung tính nhiệt cho một loại động cơ cụ thể

Bản vẽ: Dùng giấy ôly A0, gồm 3 đồ thị:

Đồ thị cân bằng nhiệtXây dựng đờng đặc tính ngoài

Đồ thị công

Vẽ tay, có khung tên

III Nội dung tính toán cụ thể (Phần thuyết minh)

Phân tích các dữ liệu có trong đề:

- Loại động cơ: Xăng hay Diesel

- Tỷ số nén  của động cơ xăng và động cơ Diesel khác nhau

- Chú ý đơn vị trong quá trình tính toán

Chơng 1 Chọn các thông số cơ bản - và chọn chế độ tính toán

Từ dữ liệu đề cho đã biết Nemax/ne ta tiến hành chọn các thông số cơ bản và chế độtính toán nh sau:

nmin là tốc độ tối thiểu mà động cơ làm việc đợc ở chế độ toàn tải nếu thấp hơnmột 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)

Động cơ xăng không có hạn chế tốc độ:

nmin = (15 20)% ne = 20%.7000 = 1400 (vòng /phút)

nM = 4400  50% ne (vòng/ phút )

Chơng 2 Tính nhiên liệu và hỗn hợp các sản phẩm cháy

1 Chọn nhiên liệu và thành phần của nhiên liệu

Chọn nhiên liệu cho động cơ xăng

hu= 14.740 (1- ) = 14740.(1 – 0,9) = 1474 (Kcal/Kg)

3 Lợng không khí lý thuyết l 0 cần để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

957 , 14 23

, 0

145 , 0 8 855 , 0 3 8 23

, 0

8 3 8

3

11 [ gC(2 - 1) + 6gH( - 1) ]=

= 3

= 3

7.2.(1 – 0,9)(0,855 + 3.0,145) = 0,602 (Kg)



461 , 14 461 ,

Cvkk = 0,165 + 0,000017.Tc Kcal/kg.độNhiệt dung của hơi xăng:

35 , 0 069 , 0 c 0,000017.T 0,165

931 , 0



Chơng 3 Quá trình nạp

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 s tiến sĩ Lenin J.M

Pa =

5 , 3 2 2

2

2 ' 6

2 0

1

1 10 520

P

Trong đó:

n - Tốc độ vòng quay tại chế độ tính toán;

Vh’ - Thể tích công tác của 1 xi lanh qui ớc, tính bằng m3 ;

Vh’ = 1 lít = 0,001m3 Vì cha xác định đợc Vh thể tích công tác của 1 xi lanh;

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

7000 10 3 ) 1000

.





r a

a r

T P

T P

2 2 6

2

1 5 , 10

5 , 0 5 , 10 7 , 0

1 0021 , 0

001 , 0 10 520 1

1 5 , 10

5 , 0 5 , 10 7 , 0

1 0021 , 0

001 , 0 10 520

1400 1

2

5 , 3 2 2

2 2 6

2 min

Cm KG

1 5 , 10

5 , 0 5 , 10 7 , 0

1 0021 , 0

001 , 0 10 520

4400 1

2

5 , 3 2 2

2 2 6

2

Cm KG

1 5 , 10

5 , 0 5 , 10 7 , 0

1 0021 , 0

001 , 0 10 520

7000 1

2

5 , 3 2 2

2 2 6

2

Cm KG

' 0

r

r r

+) To’ = to + t + 273

to = 15oC - Nhiệt độ khí quyển ở điều kiện bình thờng theo tiêu chuẩn quốc tế;

t- Nhiệt độ do các chi tiết nóng truyền cho hỗn hợp

' 0

C

C





Thứnguyên

To’ = to + t + 273 = 15 + 30 + 237 = 318 oK

r =

318 01 , 1

.

99325 ,

0 1000

1 38 , 1 1

r

a r

0K

673 , 342 2

, 1 0315 , 0 1

406 , 995 2 , 1 0315 , 0 318

.

93476 , 0 1100

1 38 , 1 1

r

a r

0K

7 , 340 2

, 1 0321 , 0 1

82 , 1059 2 , 1 0321 , 0 313

r =

308 15 , 1

.

84086 , 0 1200

1 38 , 1 1

r

a r

0K

4 , 340 2

, 1 0355 , 0 1

88 , 1100 2 , 1 0355 , 0 308

3 Khối lợng nạp đợc trong 1 chu kỳ cho Vh = 1 lít G nl

ở động cơ có 5000 vòng/ phút sẽ có 2500 chu kỳ n loại động cơ 4 kỳ ở đây tínhcho Vh’ = 1 lít vì ta cha xác định Vh của 1 xi lanh

1

5 , 0

h a

10 ) 1 5 , 10 (

673 , 342 8337 , 27

) 5 , 0 5 , 10 (

001 , 0 99325 ,

0 10 1

5 , 0

180

ckl mg R

V G

a a

h a

10 ) 1 5 , 10 (

7 , 340 8337 , 27

) 5 , 0 5 , 10 (

001 , 0 93476 ,

0 10 1

15 , 0

180

ckl mg R

V G

a a

h a

10 ) 1 5 , 10 (

4 , 340 8337 , 27

) 5 , 0 5 , 10 (

001 , 0 84086 ,

0 10 1

15 , 0

180

mkl mg R

V G

a a

h a

1

318

273 5

, 9

01 , 1 99325 , 0 5 , 10 288 5 , 9

5 , 10

/ 0

273 5

, 9

07 , 1 93476 , 0 5 , 10 273 5 , 9

5 , 10

/ 0

308

273 5

, 9

15 , 1 84086 , 0 5 , 10 273 5 , 9

5 , 10

/ 0

Gnlckl = 68 , 223

461 , 14

571 , 986 1

Gnlckl = 71 , 752

461 , 14

61 , 1037 1

Gnlckl = 77 , 522

461 , 14

04 , 1121 1

G ckl



Ch¬ng 4 Qu¸ tr×nh nÐn

1 ¸p suÊt cuèi qu¸ tr×nh nÐn Pc

n1 = 1,39 - 0.03.

tt

e

n n

Chơng 5 Tính quá trình cháy

1 Xác định nhiệt độ cuối quá trình cháy (Nhiệt độ cao nhất của chu trình) Tz

Động cơ xăng

  vsfc z vhht c r

ckl

nlckl u

G

G h

1

.





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

Gckl - Khối lợng nạp đợc trong một chu kỳ cho Vh’ = 1 lít;

 - Hệ số d không khí;

l0 - Lợng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu;

 - Hệ số sử dụng nhiệt có tính mất nhiệt vì phân ly các phần tử khí, chọn theotốc độ

0

T T

T T

T

C C

G

G

h

O Z

Z Z

Z Z

z Z

c vhht z

vsfc r

ckl

nlckl u

u

38 , 2546

0 64 , 621 185

, 0 10

,

508

51 , 602 51 , 602 10 583 , 1 178 , 0 ).

10 322 , 2 185 , 0 ( 0315

0 1 571

,

986

223 , 68 1474 10400

2 5

5 5

T T

T T

T

C C

G

G h

O Z

Z Z

Z Z

z Z

c vhht z

vsfc r

ckl

nlckl u

u

06 , 2712

0 52 , 672 185

, 0 10

,

532

36 , 739 36 , 739 10 583 , 1 178 , 0 ).

10 322 , 2 185 , 0 ( 0321

0 1 61 , 1037

752 , 71 1474 10400

1

.

.

2 5

2 5

5 5

T T

T T

T

C C

G

G

h

O Z

Z Z

Z Z

z Z

c vhht z

vsfc r

ckl

nlckl u

u

25 , 2777

0 66 , 693 185

, 0 10

,

542

63 , 793 63 , 793 10 58 , 1 178 , 0 ).

10 322 , 2 185 , 0 ( 0355

0 1 04 ,

1121

522 , 77 1474 10400

2 5

5 5

38 , 2546 337 , 18 083 , 1

06 , 2712 935 , 21 083 , 1

25 , 2777 585 , 20 083 , 1

Ch¬ng 6 TÝnh qu¸ tr×nh d·n në

n2 = 1,20 + 0,03 1 , 35

1400

7000 03 , 0 20 ,



n

n e c.Víi n tt = n e = 7000 (gVßng/phót):

7000

7000 03 , 0 20 ,

93 , 83

35 , 1



n z

b n tt = n M = 4400 (gVßng/phót):

5 , 10

61 , 84

2477 , 1



n z

c Víi n tt = n e = 7000 (gVßng/phót):

5 , 10

01 , 78

23 , 1



n z

38 , 2546

1 35 , 1 1

b n tt = n M = 4400 (gVßng/phót):

5 , 10

06 , 2712

1 2477 , 1 1

c Víi n tt = n e = 7000 (gVßng/phót):

5 , 10

25 , 2777

1 23 , 1 1

Ch¬ng 7 C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña chu tr×nh

.

1

1

1 2

'

n n

0 5 , 10 337 , 18 1

35 , 1

51 , 3 5 , 10 93 , 83 1 5 , 10 1

1

1

.

1 1

2

1 2

2477 , 1

5 , 4 5 , 10 61 , 84 1 5 , 10 1

1

1

.

1 1

2

1 2

 

84086 , 0 5 , 10 585 , 20 1

23 , 1

326 , 4 5 , 10 01 , 78 1 5 , 10 1

1

1

.

1 1

2

1 2

Pi - áp suất chỉ thị trung bình ứng với đồ thị công của chu trình

Động cơ không tăng áp hoặc tăng áp bằng tuốc bin khí

1400 099 , 0 30

892 , 0 1723 , 10

1006 , 1 1



b n tt = n M = 4400 (gVßng/phót):

52 , 14 30

4400 099 , 0 30

3876 , 2 1

c Víi n tt = n e = 7000 (gVßng/phót):

1 , 23 30

7000 099 , 0 30

503 , 3 1

.

270000

0 0

a n tt = n min = 1400 (gVòng/phút):

) kg/m.l.h (

83 , 194 461 , 14 288 837 , 27 1723 , 10

10 851 , 0 1

270000

1

.

270000

3 0 0 0

g

hht i

v i





42 , 218 892

, 0

83 , 194

g g

b n tt = n M = 4400 (gVòng/phút):

) kg/m.l.h (

72 , 157 461 , 14 288 837 , 27 858 , 11

10 803 , 0 1

270000

1

.

270000

3 0 0 0

g

hht i

v i





4 , 197 799 , 0

72 , 157

g g

c Với n tt = n e = 7000 (gVòng/phút):

) kg/m.l.h (

62 , 148 461 , 14 288 837 , 27 22 , 11

10 716 , 0 1

270000

1

.

270000

3 0 0 0

g

hht i

v i





02 , 216 688 , 0

62 , 148

g g

3 Công suất thực tế N e ở các tốc độ

Ne =

 450

.V h i n

e



m.lNhng đến đây ta cha xác định Vh của 1 xi lanh nên tại các tốc độ nmin, nM phải xác

định Ne dựa vào tỷ lệ

a Công suất thực tế N e ở chế độ N min

7000 72 , 7

1400 07 , 9 190

4400 475 , 9 190

M eM

6 Các hiệu suất của động cơ

* Hiệu suất nhiệt t (ứng với chu trình lý thuyết)

, 10

1 1

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

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

i = 632. 194,83632.10400.103 0,312

u

i h g

b n tt = n M = 4400 (gVßng/phót):

10400 72 , 157

632

c Víi n tt = n e = 7000 (gVßng/phót):

i = 632. 148,62632.10400.1030,409

u

i h g

n tt = n M = 4400 (gVßng/phót):

10400 4 , 197

632

b Víi n tt = n e = 7000 (gVßng/phót):

e = i - ch = 632. 216,02632.10400.1030,281

u

e h g

Trong tÝnh to¸n chÝnh x¸c: t > i > e

Chơng 8

Xác định các kích thớc cơ bản của động cơ

Việc xác định các kích thớc 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

 450

.V h i n

e



 Vh =

i.n Pe.

450

= 71,7290..4.4507000.4 = 1,582(lít)

Chơng 9 Cân bằng nhiệt của động cơ

Trong phần cân bằng nhiệt này sẽ tính xem toàn bộ lợng nhiệt do hỗn hợp cháyphát ra Q1 (ở chu trình lý thuyết là lợng nhiệt cấp vào) phân bố nh thế nào cho phầnnhiệt sinh công có ích thực sự (Ne) tức là Qe Phần nhiệt Qlm + x theo nớc làm mát vàkhí xả ra ngoài (ở chu trình lý thuyết đây là Q2 đa ra nguồn lạnh, mất theo định luật 2của nhiệt động học) Phần Qch mất cho công cơ học Phần Qlhlt các tổn thất do cháykhông hoàn toàn

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

Chơng 10 Cách dựng các đồ thị khi tính nhiệt

mm

; V =  

lit mm

B

ớc 2 : Tìm các điểm trung gian

Để xây dựng đờng nén đa biến a-c cũng nh đờng dãn nở đa biến z-b ta phải xác

định các điểm trung gian tuân theo quy luật nén đa biến n1 và dãn nở đa biến n2.Talàm nh sau:

a/ Dựng đờng nén đa biến a-c:

Từ công thức : Pc = Pa n1

1 1

.

n

c

a a n

c

a

l

l V

.

n

i

a a n

ci

a

l

l V

c a

z n

z

l l

c i

z

l l l

b i

c

p

p l

R: Chính là bán kính quay của khuỷu = S/2

Để xác định điểm C’ : = 150 (theo góc quay trục khuỷu) Từ O ta kẻ một góc 150

và cắt vòng tròn tại m và từ O’ ta kẻ một đờng song song cắt đờng tròn tại n Từ n tadóng lên phía trên gặp đờng cong a-c điểm đó chính là C’

Cách xác định C1; Pc1 = (1,21,25).Pc

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

Pz1

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

Giả thiết ta muốn xác định điểm b’ ở một góc mở sớm của xupap thải là 600 (Theogóc quay của trục khuỷu).

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

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

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

B

ớc 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 thuậtcác đờng liền từ a-c’-c1 Từ c1 - z1 Từ z1 đếm b’, b1 Từ b1 đến r và từ r đến a

Những điểm đồ thị không đi qua sẽ đợc biểu thị bằng nét to đứt mảnh nh c’=c, z,

z1, b’-b

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