Bài tập lớn Nguyên lý động cơ đốt trong

Header Page of 161 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Cao Văn Sinh viên thực : Mã sinh viên : Lưu văn Hoàng 151300660 Lớp : Cơ khí giao thông công 1-K56 Đề số : 09 – Động xăng 1RZ HÀ NỘI - 2017 Footer Page of 161 Header Page of 161 BÀI TẬP LỚN MÔN NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Cao Văn Đề số : 09 - Động xăng 1RZ Họ Tên sinh viên : Lưu văn Hoàng Mã sinh viên : 151300660 Lớp : Cơ khí giao thông công 1- K56 STT Phân loại Thông số Loại động Xăng Kiểu động 1RZ Đường kính xy lanh 86 (mm) Hành trình piston 86 (mm) Lắp xe Dung tích xylanh Tỷ số nén 09 Số kỳ 09 Nemax/ne 100,6/5400 10 Nemax/nm 16,5/2600 Footer Page of 161 Toyota Hiace 1,998 (lít) Header Page of 161 Chương I : Nhiệm vụ tính toán 1, Nhiệm vụ + Tính toán thiết kế động + Tính toán kiểm nghiệm động ( bôi trơn, làm mát ) hệ thống phối khí 2, Lựa chọn chế độ tính toán - Nhận xét : Để xây dựng đặc tính động chế độ “ Toàn tải ” người ta tính toán nhiệt động chế độ : nmin = 0,2.5400 = 1080 (v/ph) nM = 0,6.5400 = 3240 (v/ph) ne = 5400 (v/ph) CHƯƠNG II : Tính nhiên liệu hỗn hợp sản phẩm cháy 1, Chọn nhiên liệu thành phần nhiên liệu C 85 (%) Xăng H 15(%) O Hu 10400 ( kcal/kg) 2,Chọn hệ số dư không khí α - Với động xăng : α = 0.9 3, Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu xăng Footer Page of 161 Header Page of 161 L0 = = ( gc + 8gh ) 0.23 0.23 ( 0,85 + 8.0,15 ) =15 (kg) 4,Lượng không khí thục tế đốt cháy 1kg nhiên liệu L = αL0 = 0,9.15=13,5 (kg) 5,Thành phần sản phẩm cháy động xăng Gco2 = 11 [gc (2α-1 ) + 6gh (α -1 )] = 11 [0,85 (1,8 -1 ) + 6.0,15( 0,9-1) = 2,15 (kg) 7 3 Gco = [ 2(1- α)(gc +3gh)] = [2(1-0,9)(0,85 +3.0,15)] = 0,6 (kg) Gh2O = 9gh =9.0,15 =1,35 (kg) GN2 =0,77.αL0 =0,77.0,9.0,15 = 10,4 (kg) Kiểm tra lại ∶ ∑ 𝐺 =αL0 +1 =13,5 + = 14,5(kg) =Gspc Gspc =Gco2 + Gco + Gh2O + GN2 = 2,15 + 0,6 + 1,35 + 10,4 =14,5 (kg) 6, Phần tram khối lượng sản phẩm cháy gi = 𝐺𝑖 𝐺𝑠𝑝𝑐 Ta có : gco2 = 2,15 14,5 gco = = 0,148 , gh2O = 0,6 14,5 1,35 14,5 = 0,041 , gN2 = = 0,093 10,4 14,5 = 0,78 ∑ 𝑔𝑖 = gco2 + gco + gh2o + gN2 =0,148 + 0,041 + 0,093 + 0,78 =1 7, Hằng số khí nạp trước lúc cháy Rhht =gkk.Rkk – gxăng.Rxăng Footer Page of 161 Header Page of 161 Ta có : gkk = αLo 2Lo+1 = 13,5 14,5 ; gxăng = Rkk =29,27 kGm/kg.độ ;  Rhht = 13,7 14,5 29,27 + 14,5 2𝐿𝑜+1 = 14,5 ; Rxăng =8,5 kGm/kg.độ 8,5 = 27,838 kGm/kg.độ 8, Hằng số khí sản phẩm cháy Rspc : Rspc =∑(𝑔𝑖, 𝑅𝑖) ; Rco2 =19,3 kGm/kg.độ ; Rco =30,3 kGm/kg.độ Rh2o =47,1 kGm/kg.độ ; RN2 =30,3 kGm/kg.độ ; Ro2 =26,5 kGm/kg.độ Ta có : R spc = 0,148.19,3 +0,041.30,3 + 0,093.47,1 + 0,718.30,3 = 30,23 kGm/kg.độ 9, Hệ số biến đổi phần tử lý thuyết β= 𝑅𝑠𝑝𝑐 𝑅ℎℎ𝑡 = 30,2 27,8 = 1,084 10, Nhiệt dung riêng sản phẩm cháy a, Trước lúc cháy Cvhht =gkk Cvkk + gxăng.Cvxăng Ta có : Cvkk = 0,165 + 0,000017Tc (kcal/kg.độ ) ; Cvxăng = 0,35(kcal/kg.độ) ; Cvhht = 13,5 14,5 = 0,93.(0,165 + 0,000017Tc ) + Footer Page of 161 (0,165 + 0,000017𝑇c) +14,5 0,35 0,35 14,5 Header Page of 161 = 0,178 + 0,000017Tc b, Sau lúc cháy : Cvspc =∑(𝑔𝑖, 𝐶𝑣) Cvco2 = 0,186 + 0,000028 Tz Cvco = 0,171 + 0,000018 Tz Cvo2 = 0,15 + 0,000016 Tz Cvh2o = 0,317 + 0,000067 Tz Cvh2 = 0,169 + 0,0000017 Tz Tính : Cvspc = ∑(𝑔𝑖, 𝐶𝑣) =0,148(0,186+0,000028Tz)+ 0,041(0,171+0,000018Tz ) +0,093(0,317 + 0,000067Tz) + 0,718( 0,169 + 0,000017Tz ) = 0,185 + 23.10-5 Tz CHƯƠNG III: QUÁ TRÌNH NẠP 1, Xác định áp suất trung bình cuối trình nạp Công thức gần của giáo sư Leenin J.M :   n   Vh'2         . Pa  P0 1        520 10 f     tb        3,5 Trong : n : Là tốc độ quay chế độ tính toán ( đơn vị vòng/phút ) Footer Page of 161 Header Page of 161 Vh : Là thể tích công tác xylanh ( đơn vị m3 ) P0 : Là áp suất khí ( đơn vị kg/m2 ) ftb : Là tiết diện lưu thông cần thiết Nó đc tính công thức ftb = fe.(ne /1000) đơn vị [cm2/lít] + Với động xăng : fe =2,5 ÷ 3,0 (cm2/lít.1000v/phút)  : Là hệ số tổn thất đường ống nạp ( =0,65 ÷ 0,85 )  Đối với động xăng ta chọn sau : fe =2,5.10-4.m2/lít.1000v/phút ; 𝜹 = 0,5 ;  = 0,65 => Ta có : ftb = fe 𝑛𝑒 1000 = 2,5.10-4 5400 1000 =1,35.10-3 (m3/lít )  Với n=nmin =1080 (v/ph ) : Pa= [1 − ( 10802 520.106 0,0012 3,5 9−0,5 ) ((1,35.10−3)2) 0,652 ( 9−1 ) ] =0,988(kg/cm2)  Với n=nM=3240 (v/ph) : Pa=1.[1 − ( 32402 520.106 0.001 ) (1,35.10−3)  Với n=ne = 5400 (v/ph) : Footer Page of 161 0,652 3,5 9−0,5 ( 9−1 ) ] = 0,901(kg/cm2) Header Page of 161 Pa =1.[1 − ( 10802 520.106 0,001 ) (1,35.10−3) 0,652 3,5 9−0,5 ( 9−1 ) ] =0,740(kg/cm2) Tóm lại :  n = nmin = 1080 (v/ph)  Pa = 0,988 (kg/cm2)  n = nM = 3240 (v/ph)  Pa = 0,901 (kg/cm2)  n = ne = 5400(v/ph)  Pa = 0,740 (kg/cm2) 2, Hệ số khí sót 𝛾r = 𝑃𝑟 𝑇΄0 (𝜀𝑃𝑎 −𝑃𝑟 ).𝛽.𝑇𝑟 Trong :  T’o = To + ∆t = to + ∆t + 273  𝛽 : hệ số biến nhiệt ( 𝛽 = 𝑀𝑠𝑝𝑐 𝑀ℎℎ𝑡 = 𝑅𝑠𝑝𝑐 𝑅ℎℎ𝑡 = 1,084)  Pr Tr : áp suất ,nhiệt độ đầu cuối trình nạp nêu bảng sau : Pr (kg/cm2) n = nmin = 1080 (v/ph) n = nM = 3240 (v/ph) n = ne = 5400 (v/ph) ∆𝑡(°𝐾) 30 1,06 Tr(°𝐾) 1000 1,18 1100 25 322 1,29 1200 20 317 o Giá trị Pr tính công thức : Footer Page of 161 T΄o(°𝐾) 327 Header Page of 161 Pr = 0,55𝑛 10000 +1 (kg/cm2) Giá trị Tr ∆𝑡 cho bảng quy ước từ đầu Từ giá trị bảng ta tìm hệ số khí sót ứng với giá trị tương ứng sau :  Với n = nmin =1080 (v/ph) : 𝛾r = 𝑃𝑟 𝑇΄0 (𝜀𝑃𝑎 −𝑃𝑟 ).𝛽.𝑇𝑟 1,06.327 = (9.0,988−1,06).1,084.1000 = 0,0408  Với n = nM = 3240 (v/ph) : 𝛾r = 𝑃𝑟 𝑇΄0 (𝜀𝑃𝑎 −𝑃𝑟 ).𝛽.𝑇𝑟 1,18.322 = (9.0,901−1,18).1,084.1100 = 0,0459  Với n = ne = 5400 (v/ph) : 𝛾r = 𝑃𝑟 𝑇΄0 (𝜀𝑃𝑎 −𝑃𝑟 ).𝛽.𝑇𝑟 1,29.317 = (9.0,740−1,29).1,084.1200 = 0,0585 3, Nhiệt độ cuối kỳ nạp Đối với động kỳ không tăng áp Ta = 𝑇0′ +𝛾𝑟 ᴪ𝑇0′ 1+𝛾𝑟 ᴪ Trong : 𝑇0′ =t0 + ∆t + 273( °K) Footer Page of 161 Header Page 10 of 161 ᴪ :là tỉ lệ nhiệt dung khí trước sau khí cháy Ở động xăng ᴪ =1,2 𝑻′𝒓 𝑃𝑎 𝑚−1 𝑚 = Tr.( ) 𝑃 𝑟 (°K) với : m số dãn nở đa biến t khí sót từ r đến r’  Khi n =nmin = 1080 (v/ph) : T’r =1000.( Suy : Ta = 0,988 1,06 1,38−1 1,38 ) = 980,81 °K 327+1,2.0,0405.980,81 1+0,0405.1,2 = 357,30 °K  Khi n =nM =3240 (v/ph) : T’r = 1100.( Suy : Ta = 0,901 1,18 ) 1,38−1 1,38 = 1021,25 °K 322+1,2.0,0459.1021,25 1+0,0459.1,2 = 358,50°K  Khi n = ne =5400(v/ph) : T’r = 1200.( Footer Page 10 of 161 0,740 1,29 ) 1,38−1 1,38 =1029,72°K Header Page 23 of 161 Wp = 0,078.3240 30 = 8,424 (m/s) Pck = 0,5 + 0,13.8,424 =1,595 (kg/cm2) ηck = 1- 1,595 10,560 = 0,849 Pe = 10,560 0,849 = 8,965 (kg/cm2)  Khi n =ne =5400(v/ph) Wp = 0,078.5400 30 = 14,04(m/s) Pck = 0,5 + 0,13.14,04 = 2,325 (kg/cm2) ηck = 1- 2,325 9,497 = 0,755 Pe = 9,497 0,755 = 7,170 (kg/cm2)  Suất nhiên liệu tiêu hao thị gi = 270000 𝑃0 𝜂𝑣 𝑃𝑖 𝑅ℎℎ𝑡 (𝛼𝑙0 +1) ; ge = 𝑔𝑖 𝜂𝑐𝑘 ;  Khi n=nmin =1080(v/ph) 0,817.103 gi = 270000 = 194,649 9,453.27,838.(24+273).14,5 Footer Page 23 of 161 Header Page 24 of 161 → ge = 194,649 0,908 = 214,372  Khi n= nM =3240(v/ph) 1.0,826.103 gi =270000 = 176,164 10,56 27,838 (24+273).14,5 → ge = 176,164 0,849 = 207,486  Khi n =ne =5400(v/ph) 1.0,735.103 gi =270000 = 174,302 9,497.27,828.(24+273).14,5 suy : ge = 174,302 0,755 = 230,863 4,Mức tiêu thụ nhiên liệu 1h (Gnl) Gnl = ge Ne Trong : Ne = 𝑃𝑒 𝑉ℎ 𝑖.𝑛 450𝒯 (kg/h) Đây công suất động Pe : áp suất trung bình (kg/cm2) PeN : áp suất trung bình thực tế (kg/cm2) Vh : Thể tích công tác xylanh (lít) i : Số xylanh n : tốc độ vòng quay động (v/ph) Footer Page 24 of 161 Header Page 25 of 161 : số kỳ động Do chưa xác định Vh xylanh nên tốc độ quay nmin ,nM ta phải xách định Ne dựa tỷ lệ : 𝑁𝑒 𝑁𝑒𝑚𝑎𝑥 Suy : Nemin =Nemax = 𝑃𝑒 𝑛 𝑃𝑒𝑁 𝑛𝑒 𝑷𝒆𝒎𝒊𝒏 𝒏𝒆𝒎𝒊𝒏 𝑷𝒆𝒏 𝒏𝒆  Khi n=nmin =1080(v/ph) 8,588.1080 Nemin = 100,6 7,17.5400 = 24,099  Khi n =nM =3240(v/ph) Nemin =100,6 8,965.3240 7,17.5400 = 75,471  Khi n =ne =5400(v/ph) Nemin = Nemax = 100,6 5, Momen có ích động Me =716,2 𝑁𝑒 𝑛 (kg.m) Trong : Ne : công suất thục tế (hay gọi mã lực ) n : tốc độ quay (v/ph) Footer Page 25 of 161 Header Page 26 of 161  Khi n =nmin =1080(v/ph) Suy : Me = 716,2 24,099 1080 = 15,98 (kgm)  Khi n=nM =3240 (v/ph) Suy : Me =716,2 75,471 3240 = 16,68 (kgm)  Khi n =ne =5400(v/ph) Suy : Me = 716,2 100,6 5400 = 13,34 (kgm) 6, Mức tiêu thụ nhiên liệu 1h (Gnl) Gnl =ge.Ne  Khi n=nmin =1080(v/ph) Gnl = 214,372 24,099 = 5166,15  Khi n=nM =3240(v/ph) Gnl =207,486 75,471 =15659,17  Khi n = ne =5400(v/ph) Gnl = 230,863 100,6 = 23224,82 Footer Page 26 of 161 Header Page 27 of 161 7, Hiệu suất nhiệt ηt = 1trong : 𝑒 𝑘 −1 ηt : hiệu suất nhiệt trình k : trị số đoạn nhiệt quy ước xác định sau : k = 0,39.𝛼 + 0,887 = 0,39 0,9 + 0,887 = 1,238 Suy : ηt =1- 91,238−1 = 0,407 8, Hiệu suất thị ηi = 632 𝑔𝑒 ℎ𝑢 Trong đó: gi : Suất hao nhiên liệu thị tính kg/mlh hu : Nhiệt trị thấp nhiên liệu (Kcal/kg )  Khi n=nmin =1080(v/ph) Suy : ηi = 632.103 194,649.10400 = 0,312  Khi n =nM =3240(v/ph) Suy : Footer Page 27 of 161 ηi = 632.103 176,164 10400 = 0,345 Header Page 28 of 161  Khi n =ne =5400(v/ph) Suy : ηi = 632.10 = 0,348 174,302 10400 9, Hiệu suất thục tế (tính đến mức hoàn thiện trình phối khí ,cháy công học ) ηe =ni – nch = 632 𝑔𝑒 ℎ𝑢  Khi n =nmin =1080(v/ph) ηe = 632.103 214,372.10400 = 0,283  Khi n =nM = 3240(v/ph) ηe = 632.103 207,486 10400 = 0,293  Khi n =ne =5400(v/ph) ηe = Footer Page 28 of 161 632.103 230,863.10400 = 0,263 Header Page 29 of 161 T.số T.độ Wp (m/s) Pck ηck Pe(kg/cm2) nmin 2,808 0,865 0,908 8,588 nM 8,424 1,595 0,849 8,965 ne 14,04 2,325 0,775 7,170 Gnl ge Bảng 1: Bảng : T.số T.độ Ne Me nmin 24,099 15,98 5166,15 214,372 nM 75,471 16,68 15659,17 207,486 ne 100,6 13,34 23224,82 230,863 Bảng 3: Footer Page 29 of 161 Header Page 30 of 161 T.số ηe ηt ηi nmin 0,283 0,407 0,312 nM 0,293 0,407 0,345 ne 0,263 0,407 0,348 T.độ Chương IX : Cân nhiệt động *Trong phần cân nhiệt tính xem toàn lượng nhiệt hỗn hợp cháy phát Q1 (ở chu trình lý thuyết lượng nhiệt cấp vào ) phân bố cho phần nhiệt sinh công có ích thực (Ne) tức Qe Phần nhiệt ( Qlm + x ) theo nước làm mát khí xả (ở chu trình lý thuyết Q2 đưa nguồn lạnh, theo định luật nhiệt động học ) + Phần Qch cho công học + Phần Qlhlt tổn thất cháy không hoàn toàn tốc độ tính toán phần nhiệt tính sau : Q1 =100% ; Qe =ηe.100% Qch =( ηi – ηe).100% ; Qlm + x =(1- ηt).100% Qlmlt =(ηt –ηi ).100% Footer Page 30 of 161 Header Page 31 of 161  Khi n= nmin =1080(v/ph) Qe = 0,283.100 = 28,3 Qlm +x = (1- 0,407).100 =59,3 Qch = ( 0,312- 0,283) 100 = 2,9 Qlmlt = ( 0,407 -0,312).100 = 9,5  Khi n = nM =3240(v/ph) Qe = 0,293.100 = 29,3 Qlm+x = (1- 0,407).100 =59,3 Qch = ( 0,345- 0,293) 100 =5,2 Qlmlt = (0,407 – 0,345) 100 = 6,2  Khi n = ne =5400 (v/ph) Qe = 0,263 100 =26,3 Qlm+x =(1- 0,407) 100 = 59,3 Qch = (0,348 – 0,263).100 = 8,5 Qlmlt = (0,407- 0,348 ).100 = 5,9 Footer Page 31 of 161 Header Page 32 of 161 *Bảng tổng kết tính toán chương : Thông số nmin nM ne Qe 28,3 29,3 26,3 Qlm+x 59,3 59,3 59,3 Qch 2,9 5,2 8,5 Qlmlt 9,5 6,2 5,9 Tổng 100% 100% 100% Chương X : Cách dựng đồ thị tính nhiệt Bài : Dựng đường đặc tính : Ne Me Ge Bài : Cách xây dựng đồ thị công Pv *Xây dựng đồ thị công ứng với chế độ ne : Footer Page 32 of 161 Header Page 33 of 161 1, Đường kính xy lanh D (mm) 86 2, Hành trình piston S (mm) 86 3, Tỷ số nén 4, Áp suất cuối kỳ nạp Pa (kg/ cm2) 0,740 5, Áp suất cuối kỳ nén Pc (kg/cm2) 15,25 6, Áp suất cuối kỳ cháy Pz (kg/cm2) 56,86 7, Áp suất cuối trình giãn nở Pb (kg/cm2) 3,81 8, Áp suất trình thải Pr ( kg/cm2) 1,29 Thể tích làm việc xy-lanh : Vh Suy : Vh = 𝟑,𝟏𝟒.𝟖,𝟔𝟐 𝟒 = 𝝅𝑫𝟐 𝟒 𝒔 (cm3) 8,6 =499,30 (cm3) 𝑉ℎ = 62,41 (cm3) Vc = Thể tích xy-lanh : Va =Vh + Vc =499,30 + 62,41 = 561,71 (cm3) Footer Page 33 of 161 𝜀−1 = 499,30 Thể tích buồng cháy : 9−1 Header Page 34 of 161 Vẽ trục P0V có tung độ 0P biểu diễn giá trị áp suất Chọn tỷ lệ xích 0P : 𝜇𝑝 = Pa (mm) 3,26 𝑃𝑧 250 = Pc (mm) 67,18 56,86 250 = 0,227 Pr (mm) 5,68 𝑘𝑔 [𝑐𝑚2 𝑚𝑚] Pz (mm) 250,48 Hoành độ biểu diễn thể tích xy-lanh vị trí ,chọn : 𝜇𝑣 = (sao cho 0P = 1,2 OV ) Footer Page 34 of 161 Pb (mm) 16,78 Header Page 35 of 161 lh (mm) 166,43 lc (mm) la (mm) 20,80 187,24 *Dựng đường nén giãn nở : Đối với động xăng 𝜌 =1 : 𝑃 𝑙𝑛 𝑐 n1 = 𝑃𝑎 𝑙𝑛𝜀 = 1,37 𝑃 𝑙𝑛 𝑏 n2 = 𝑃𝑧 𝜌 = 1,23 𝑙𝑛 𝜀 Các giá trị tìm cho bảng bên ↓ : Footer Page 35 of 161 Header Page 36 of 161 Bảng áp suất xy-lanh : Quá trình nén i, Vc 𝒊𝒏𝟏 Px = Quá trình giãn nở 𝑷𝒄 𝒊𝒏𝟏 𝒊𝒏𝟐 𝝆𝒏𝟐 Px = 𝒊𝒏𝟐 Pz 1,00 1,00 67,18 1,00 250,48 2,00 2,585 25,99 2,35 106,59 3,00 4,5 14,93 3,86 64,89 4,00 6,68 10,05 5,50 45,54 5,00 9,07 7,40 7,24 34,59 6,00 11,64 5,77 9,06 27,65 7,00 14,38 4,67 10,95 22,87 8,00 17,27 3,89 12,90 19,41 9,00 20,29 3,31 14,92 16,79 Footer Page 36 of 161 Header Page 37 of 161 Footer Page 37 of 161 ... Page of 161 BÀI TẬP LỚN MÔN NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Cao Văn Đề số : 09 - Động xăng 1RZ Họ Tên sinh viên : Lưu văn Hoàng Mã sinh viên : 151300660 Lớp : Cơ khí giao... -Cvhht.Tc Trong : Gnlckl : mức nhiên liệu chu trình sống với V’h =1 lít