HƯỚNG DẪN BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Bản vẽ: Dùng giấy Ôly A0, gồm 3 đồ thị: - Đồ thị cân bằng nhiệt - Xây dựng đờng đặc tính ngoài - Đồ thị côngYêu cầu vẽ tay, bản vẽ sạch đẹp, có khung tên III.. Nội dung tính toán cụ thể

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

ch-ơng với nội dung tính nhiệt cho một loại động cơ cụ thể, bài đợc giao theo nhóm

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

- Đồ thị cân bằng nhiệt

- Xây dựng đờng đặc tính ngoài

- Đồ thị côngYêu cầu vẽ tay, bản vẽ sạch đẹp, 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

Ch ơng 1

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 bộhạn chế tốc độ, thay ne bằng nhd

Ch ơng 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

Dựa theo tỷ số nén theo cách chọn nh sau:

 =46) n Xăng có nhiệt trị thấp hu =1030010400 Kcal/kg

 =78 Xăng có nhiệt trị thấp hu =10400106) n00 Kcal/kg

hu= 14.740 (1- ) (kcal/kg)

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

l0 =

23 , 0

8 3

8

0

g g

Kiểm tra lại: G i = l 0 + 1 = l + 1

Chỉ cho sai số tính toán không vợt quá 5%

6 Tỷ lệ thành phần sản phẩm cháy g i

%gi = Gi/Gi = Gi/ Gspc

1 g g g g

Đối với động cơ Diesel

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

Rhht= Rkk = 29,27 KGm/kg.độ

Cvkk = 0,16) n5 + 0,000017.Tc Kcal/kg.độNhiệt dung của hơi xăng:

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 thứcgần 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 xilanh;

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

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

.





r a

a r

T P

T P

.

' 0

r

r r

' 0

 =  

 c

vhht

z vspc

C

C





1,151,24

1,001,05

1,051,08

1,11,15

a

, h a

1 R

15 , 0 V G

h k

R

V





Ro = Rhht

Có thể tính v cho động cơ 4 kỳ không tăng áp bằng công thức sau:

v =  

t

r a

1

1 áp suất cuối quá trình nén P c

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

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

2 Nhiệt độ cuối kỳ nén T c

Tc = Ta.n1-1

Ch ơng 5 Tính quá trình cháy

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

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 theo tốc độ (bảng 5)

A z z ; Sau khi giải ta lấy nghiệm dơng

Đối với động cơ Diesel phơng trình sẽ nh sau

   vkk  c  vspv  z r

.







 KG/cm2

Đối với động cơ Diesel

Pz = .Pc KG/cm2

Ch ơng 6 Tính quá trình dãn nở

n - Tốc độ tính toán nmin, nM, ne.

2 áp suất cuối qúa trình dãn nở P b

z

V

V V

.

1

1

1 2

'

n n

P z b c a t

'

1 2

1 1 1

1 1

1 1

.

c t

n n

1

.

) (

1

1 2

'

'

n

V V

n

V V

V V P V

P z z b b c c a a

c z z h

c '

1 1 1 n

1 1

1 1 n

1 1

* Tính áp suất chỉ thị trung bình ứng với đồ thị của chu trình Pi

Pch - 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

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

a) Động cơ xăng

Pch = 0,5 + 0,13.Vp (KG/cm2 )b) Động cơ Diesel

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

* áp suất trung bình thực tế Pe

Pe = Pi ch KG/cm2Pemax tại tốc độ nM

2 Tính suất tiêu hao nhiên liệu thực tế g e

ge =

ch i

.

270000

0 0

gi =

o kk

i

v

l T

.

.

.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

Nemin = Nemax

e eN

M eM

6 Các hiệu suất của động cơ

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

1

1 k

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

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

Ch ơng 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

Từ công thức: Nemax =



450

.V h i n

đã chọn để tính Pch, nếu sai số 0,05m/sec thì đợc nếu sai số lớn phải chọnlại S/D

Ch ơng 9

Cân bằng nhiệt của động cơ

Trong phần cân bằng nhiệt này sẽ tính xem toàn bộ lợng nhiệt do hỗnhợp cháy phát ra Q1 (ở chu trình lý thuyết là lợng nhiệt cấp vào) phân bố nhthế nào cho phần nhiệt sinh công có ích thực sự (Ne) tức là Qe Phần nhiệt Qlm+ x theo nớc làm mát và khí xả ra ngoài (ở chu trình lý thuyết đây là Q 2 đa ranguồn lạnh, mất theo định luật 2 của nhiệt động học) Phần Qch mất cho côngcơ học Phần Qlhlt các tổn thất do cháy không hoàn toàn

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

Q1 = 100%; Qe = e.100%; Qlm+x = (1-t).100%

Qlh.lt = (t - i).100%; Qch = (i - e).100%;

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.

Qe

Ch ơng 10

Cách dựng các đồ thị khi tính nhiệt

1 Dựng đờng đặc tính ngoài N e , M e , G e

Tính ở 3 chế độ tốc độ ta có 3 điểm cho mỗi đờng 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 đờng đặc tính ngoài ta

sẽ dùng các phơng pháp thực nghiệm của giáo s Lay đec man nh sau:

e

x e

x e

x

n

n n

n d n

n c

x

n

n n

n d c

e

x e

x

n

n k n

n f e

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

Trong khi tính toán nhiệt thờng tính ở 3 chế độ, xây dựng đồ thị công

đợ biểu thị ở chế độ vòng quay công suất cực đại nN (tại đây đạt công suất lớn nhất Nemax)

Ví dụ: Kết quả tính nhiệt của 1 động cơ ta có tại nN

6

200 300

Từ kết quả trên biểu diễn trên đồ thị (xây dựng đồ thị) cần phải chọn tỷ

lệ xích

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

Trục tung thể hiện cột áp suất

Trục hoành biểu thị thể tích đợc 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 dã  đã cho đầu bài - có nghĩa

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 tìm, xác định các điểm trung gian tuân theo quy luật nén đa biến n1 và dãn nở đa biến n2.Ta làm nh sau:

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

.

n

c

a a n

c

a

l

l V

ci

a

l

l V

n

a

c z n

c a

z n

z

l l

c i

z

l l

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 đợc đờng nén đa biến a - c.Tơng tự nối các điểm z - Pb3, Pb2, Pb1 và b sẽ đợc đờng dãn nở z - b

®iÓm… íi 1 ®o¹n OO’ = R./2d

R: ChÝnh lµ b¸n kÝnh quay cña khuûu = S/2

z z'

b

b1 a r

b

r/2

tại m và từ O’ ta kẻ một đờng song song cắt đờng tròn tại n Từ n ta dóng lênphía trên gặp đờng cong a-c điểm đó chính là C’ (Đờng dóng lên phải songsong với trục tung) Sau khi… ờng áp suất tách khỏi C’-c và C’-C.đ … 1.

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

là 6) n00 (Theo góc quay của trục khuỷu)

Từ điểm O ta đặt 1 góc 6) n00 có cạnh cắt vòng tròn tại điểm P Từ O’ kẻ

1 đờng song song với OP cắt vòng tròn tại Q Từ Q dóng song song với trụctung cắt đờng zb tại 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 đờng b’-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 thuật các đờng liền từ a-c’-c1 Từ c1 - z1 Từ z1 đếm b’, b1 Từ b1 đến r và từ

r đến a

Lu ý điểm uốn tròn từ b -b’ 1 và đờng b 1 - r Từ r - a).

Những điểm đồ thị không đi qua sẽ đợc biểu thị bằng nét to đứt mảnh

Đối với giáo s Oclin

Pc1 0,5Pz

Đối với giáo s Conhep:

Pc1  0,5 Pz1Việc xác định áp suất tại điểm C1; Pc1 theo các phơng pháp trên khôngsai nhau nhiều

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 Đối với động cơ Diesel các bớc

tiến hành xây dựng hoàn toàn giống các bớc nh cách xây dựng đối với độngcơ xăng Tuy nhiên đặc điểm có một số phần khác nhau cơ bản nh 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 đờng nén đa biến a-c và dãn nở đa biến z-b:

a/ Xây dựng đờng nén a-c (gtơng tự nh 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 đờng 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 nh cách làm đối với động cơ xăng

(Phơng pháp… , xác định s, b’, vv ) Ngoài ra trong lý thuyết có nêu cháy

đẳng áp theo z’.z Nhng trong thực tế đờng áp suất trong xi lanh chuyển tiếp

êm hơn một chút tức theo đờng 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 P0trở xuống điểm O ta có thể cho lớn ra và lu ý … … cách chọn này để dễ dàngtrình bày và hợp lý với tỷ lệ xích

Hình vẽ: Đồ thị công ứng với động cơ Diesel

Đct

r c

z'

c'' c

p

z

o'

r/2