Báo cáo Bài tập lớn động cơ đốt trong

Xác định nhiệt độ cuối quá trình cháy nhiệt độ cao nhất của chu trìnhT z... 1 8 , 10 * Tính áp suất chỉ thị trung bình ứng với đồ thị của chu trình P i Đối với động cơ 4 kỳ chuyển động c

Chương 1 CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ CHỌN CHẾ ĐỘ TÍNH TOÁN

83/94 3,456 10,8 268/6200 33,6/4700 4 V6

Phân tích dữ liệu trong đề

– Loại động cơ: Động cơ Xăng 3.5L

– Tỷ số nén:   10 , 8

– Các dữ liệu đề cho:

N emax /n e =268/62000 (ml/v/ph)

M emax /n M = 33,6/4700 (KG.m/v/ph) S/D = 83/94

V h = 3,456 (lít)

 = 4

i = V6

– Chọn các thông số cơ bản và chế độ tính toán:

n min: 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

n M : Tốc độ lúc mômen có ích cực đại ở chế độ toàn tải (M emax ).

Các tốc độ chọn như sau

– Động cơ xăng không có hạn chế tốc độ

n min = 20%.n e = 1240 (v/ph).

Chương 2 TÍNH NHIÊN LIỆU VÀ HỖN HỢP CÁC SẢN PHẨM CHÁY

1 Chọn nhiên liệu và thành phần của nhiên liệu

Dựa theo   10 , 8 ta chọn h u = 10600 Kcal/kg

tổn hao một lượng nhiệt h u

8 3

8

0

g g

g c  H 

=

23 , 0

0 15 0 8 85 , 0 3

%g i = G i /G i = G i /G spc

Suy ra:

 2

g

2 1,35/14,5652 = 0,09269 %

 2

N

g 10,4452/14,5652 = 0,71713 %

1

2 2



g i g CO g CO g H O g N Suy ra

G i = 0,14853 + 0,04165 + 0,09269 + 0,71713 = 1

Vậy sai số tính toán g i là 0 đối với G i

7 Hằng số của khí nạp trước lúc cháy

Hằng số khí của hỗn hợp tươi R hht

R hht = g kk R kk + g xg R xg

R kk = 29,27 Hằng số của không khí

g kk = l 0 /(l 0 + 1) = 0,93134 Tỷ lệ của không khí

g xg = 1/(l 0 + 1) = 0,06866 Tỷ lệ của xăng trong hỗn hợp

R xg = 8,5 KGm/kg.độ Hằng số khí của hơi xăng

QUÁ TRÌNH NẠP

1 Xác định áp suất trung bình của quá trình nạp P a

Tính theo nhiều tốc độ (n min , n M , n e) ở chế độ toàn tải dùng công thức gầnđúng sau đây của Giáo sư 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 (ở 3 chế độ)

V h ’ – Thể tích công tác của 1 xilanh quy ước, tính bằng m3

V h ’ = 1 lít = 0,001m 3 Vì chưa xác định V h thể tích công tác của 1xilanh

f tb = f e (n e /1000) m 2 /lít – Tiết diện lưu thông cần để phát huy N emax ở

tốc độ n e (hay N hd ở tốc độ n hd) ứng với thể tích công tác là 1 lít

Po = 1 KG/cm 2

f e: Tiết diện lưu thông riếng ứng với 1 lít thể tích công tác và mỗi

1000 vòng/phút

Động cơ 4 kỳ không tăng áp

Đối với động cơ xăng: f e = 2,7 cm 2 /lít.1000 vòng/phút

5 0

.





r a

a r

T P

T P

2 2 2 6

2

1 8 , 10

5 , 0 8 , 10 65 , 0

1 2 , 6 7 , 2

001 , 0 10 520

1240 1

2 2 2 6

2

1 8 , 10

5 0 8 , 10 85 , 0

1 2 , 6 7 , 2

001 , 0 10 520

4700 1

Với n = n e ; =0,7

P a =

5 , 3 2 2

2 2

2 ' 6

2

1 8 , 10

5 , 0 8 , 10 7 , 0

1 2 , 6 7 , 2

001 , 0 10 520

6200 1

2 Xác định nhiệt độ cuối quá trình nạp T a

Động cơ 4 kỳ không tăng áp

.

' 0

r

r r

' 0

C

C





Đối với động cơ xăng:  = 1,2

m

r

a r

Thứnguyên

Động cơ xăng

t oC 30 25 20

Ứng với số vòng quay n min ta có:

03 , 1 9922 , 0 1000

05 , 1 9358 , 0 1100

24 , 1 8413 , 0 1200

3 Khối lượng nạp được trong 1 chu kỳ cho V h = 1 lít G nl

Ở động cơ có 5000 vòng/phút sẽ có 2500 chu kỳ n loại động cơ 4 kỳ Ở đây tính cho V h ’ = 1 lít vì ta chưa xác định V h của 1 xilanh

1

15 , 0

h a

R

V

Trong đó:

P a - Áp suất trung bình cuối kỳ nạp KG/cm2

5 , 0 8 , 10 001 , 0 9922 , 0





= 1094,5 mg/ckl

G ckl = 1094,5.0,9 = 985,08 mg/ckl Ứng với số vòng quay n M ta có:

G 180 =    10 10

1 8 , 10 38 , 339 844 , 27

15 , 0 8 , 10 001 , 0 9358 , 0





= 1040,8 mg/ckl

G ckl = 1040,8.1 = 1040,8 mg/ckl Ứng với số vòng quay n e ta có:

G 180 =    10 10

1 8 , 10 63 , 340 844 , 27

15 , 0 8 , 10 001 , 0 8413 , 0

h k

R

V





1

03 , 1 9922 , 0 8 , 10





= 0,8951 Ứng với chế độ n M , chọn P r = 1,05 ta có:

v =   .313288

1 8 , 10 1

05 , 1 9358 , 0 8 , 10





= 0,8504 Ứng với chế độ n e , chọn P r = 1,15 ta có:

1 8 , 10 1

24 , 1 8413 , 0 8 , 10

Với 3 chế độ tính toán G ckl ta tính được G nlckl với 3 chế độ tương ứng:

Ứng với số vòng quay n min ta có:

G nlckl =0,9.15985,0725,08 1= 67,632 mg/ckl Ứng với số vòng quay n M ta có:

G nlckl = 0,9.151040,0725,8 1 =71,461mg/ckl Ứng với số vòng quay n e ta có:

G nlckl =0,9.151118,0725,8 1 =76,811 mg/ckl

Chương 4 QUÁ TRÌNH NÉN

1 Áp suất cuối quá trình nén P c

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

T z

Đối với động cơ xăng:

r ckl

nlckl hu

G

G h

1

.





G nlckl – Mức nhiên liệu trong 1 chu kỳ sống với V h ’ = 1 lít

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

 - Hệ số dư không khí

l 0 – Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

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

nlckl hu

G

G h

0 1777 , 0 ( ).

000023 ,

0 185 , 0 ( 1

.

.

185 , 0 000023

nlckl hu u z

G

G h

T T





Hay viết dưới dạng:

0

nlckl u

G

G h h

) 1 (

08 , 985

632 , 67 ).

1474 10600

.(

85 , 0

C = - 629,99

Suy ra:

0 99 , 629

185 , 0 000023 ,

8 , 1040

461 , 71 ).

1474 10600

.(

89 , 0

C

= - 689,8

Suy ra:

0 8 , 689

185 , 0 000023 ,

8 , 1118

811 , 76 ).

1474 10600

.(

91 , 0

C

= - 702,5

Suy ra:

0 702,5

185 , 0 000023 ,







Ứng với chế độ n min

P z = 1 , 08545 21 , 4 8022813,25,3 = 81,457 KG/cm 2

Chương 6 TÍNH QUÁ TRÌNH DÃN NỞ

1 Chỉ số dãn nở đa biến n 2

n 2 = 1,20 + 0,03.

tt

e n n

n 2 = 1,20 + 0,03 47006200 = 1,24 Ứng với chế độ n min

= 3,529 KG/cm 2

Ứng với chế độ n min

P b = 10 , 8 1 , 24

631 , 89

= 4,693 KG/cm 2

Ứng với chế độ n min

P b = 10 , 8 1 , 23

457 , 81

= 4,363 KG/cm 2

3 Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở T b

T b = n2z1

Thay số vào ta được

Ứng với chế độ n min

T b = 10 , 8 1 , 35 1

7 , 2578

 = 1121,2 o K

Ứng với chế độ n min

T b = 10 , 8 1 , 24 1

8 , 2772

 = 1568 o K Ứng với chế độ n min

T b = 10 , 8 1 , 23 1

3 , 2813

 = 1627,5 o K

Chương 7 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CHU TRÌNH

1 Tính áp suất trung bình thực tế P e

*) Tính áp suất trung bình lý thuyết ở điều kiện nén và dãn nở đa biến P t ’

.

1

1

1 2

'

n n

35 , 1

529 , 3 8 , 10 656 , 87 1 8 , 10

24 , 1

693 , 4 8 , 10 631 , 89 1 8 , 10

23 , 1

363 , 4 8 , 10 457 , 81 1 8 , 10

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

Đối với động cơ 4 kỳ

chuyển động các cơ cấu phụ)

P i - 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

n - Số vòng quay của động cơ ở chế độ tính toán.

Thay số vào ta được

Ứng với chế độ n min

4307 , 3 30

1240 083 , 0 30

946 , 0 1

Ứng với chế độ n M

003 , 13 30

4700 083 , 0 30

1904 , 2 1

Ứng với chế độ n e

153 , 17 30

6200 083 , 0 30

7299 , 2 1

 gam/ml h (gam/mã lực giờ)

Trong đó:

ch - Hiệu suất cơ học;

g i - Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

g i =

 1

.

.

270000

0 0

288 844 , 27 426 , 10

10 8951 , 0 1

47 , 198

g g

Ứng với chế độ n M

7 , 160 ) 1 0725 , 15 9 , 0 (

288 844 , 27 232 , 12

10 8504 , 0 1

7 , 160

g g

Ứng với chế độ n e

79 , 149 ) 1 0725 , 15 9 , 0 (

288 844 , 27 553 , 11

10 7486 , 0 1

79 , 149

g g

3 Công suất thực tế N e ở các tốc độ

N e =

 450

.V h i n

586 , 57 6200 8235 , 8

1240 4797 , 9 268

min min max

e eN

e e e

n P

n P N

Ứng với chế độ n M

21 , 231 6200

8235 , 8

4700 042 , 10 268

.



e eN

M eM e

eM

n P

n P N

G nl = 194,75.231,217 = 45029 Kg/h Ứng với chế độ n e

M e = 33,6 KGm Ứng với chế độ n e

M e = 716,2.6200268 = 30,958 KGm

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)

47 , 198

632

= 0,3004 Ứng với chế độ n M

10600

7 , 160

632

= 0,371 Ứng với chế độ n e

10600

79 , 149

632

10600 75 , 194

632

e = 10 0 , 294

10600 13 , 196

632

Trong tính toán chính xác: t >  i >  e => Thỏa mãn.

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:

N emax - Công suất lớn nhất tại số vòng quay n e

N ehd - Công suất lớn nhất tại số vòng quay n hd

P eN - Áp suất trung bình thực tế tại số vòng quay đạt N emax , N ehd

N emax =

 450

.V h i n

Trong phần cân bằng nhiệt này sẽ tính xem toàn bộ lượng nhiệt do hỗn hợp

cháy phát ra Q 1 (ở chu trình lý thuyết là lượng nhiệt cấp vào) phân bố như thế nào

cho phần nhiệt sinh công có ích thực sự (N e ) tức là Q e Phần nhiệt Q lm + 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 Q ch mất cho công cơ học Phần Q lhlt cáctổn thất do cháy không hoàn toàn

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

Đường đặc tính ngoài

2 Cách xây dựng đồ thị công P-V

Tiến hành gồm các bước như sau:

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

; V = 30 mm lit 

Trục tung thể hiện cột áp suất.

Trục hoành biểu thị thể tích được chia thành các đoạn

l c = V c = 30 (mm): Thể tích buồng cháy (buồng nén).

l a = V a = 324 (mm): Thể tích toàn bộ xi lanh.

l vh = V h = 294 (mm) : Thể tích làm việc của xi lanh

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:

a/ Dựng đường nén đa biến a-c:

Từ công thức P c = P a n1

 = P a

1 1

.

n

c

a a n

c

a

l

l V

ci

a

l

l V

c a

z n

z

l l V

c i

z

l l l

Đồ thị công của động cơ xăng 4kỳ

Bước 3: Hiệu chỉnh đồ thị

Dịch từ điểm O sang bên phải theo chiều từ ĐCT xuống ĐCD 1 đoạn OO’ = R./2

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

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

tròn tại n Từ n ta dóng lên phía trên gặp đường cong a-c điểm đó chính là C’(Đường dóng lên phải song song với trục tung) Sau khi….đường áp suất tách khỏiC’-c và ….C’-C1.

Điểm mở sớm của xupap thải cũng tiến hành như tìm điểm C’ bằng phươngpháp…

(Theo góc quay của trục khuỷu)

đường song song với OP cắt vòng tròn tại Q Từ Q dóng song song với trục tungcắt 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’ vàtheo 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 kỹthuật các đường liền từ a-c’-c1 Từ c1 - z1 Từ z1 đếm b’, b1 Từ b1 đến r và từ r đếna