tính toán động cơ đốt trong

Kiểu, loại động cơ: động cơ dieselSố xi lanh, i: 2 xi lanhSố kỳ τ:4 kỳCông suất thiết kế, Ne, kW: 60kWSố vòng quay thiết kế, n, vph: 2000 vphTỷ số nén, ε: 18Đường kính xi lanh, D mmHành trinh piston, S mm.A. CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TÍNH TOÁN NHIỆT1.Áp suất không khí nạp (po)Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển:Po =0,1 MNm22.Nhiệt độ không khí nạp mới (T0)Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của môi trường.Nước ta thuốc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là tkk =29oC, do đóT0= (tkk ¬+ 273 )oK= 29+273=302oK3.Áp suất khí nạp trước xupap nạp (pk)Đối với động cơ 4 kì không tăng áp: pk = p0 = 0,1 MNm24.Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (Tk)Đối với động cơ 4 kì không tăng áp: Tk = T0 = 302oK5.Chọn áp suất khí sót prÁp suất khí sót cũng phụ thuộc giống như pa . Đối với động cơ diesel ta có thể chọn: pr = (1,03 – 1,06 )p0 = 0,103 0,106 MNm2Chọn pr = 0,106 MNm21.Áp suất cuối quá trình nạp (pa)Đối với động cơ không tăng áp, áp suất cuối quá trình nạp trong xi lanh thường nhỏ hươn áp suất khí quyển, do có tổn thất trên đường ống nạp và tại bầu lọc gây nên. Ta có thể chọnPa =(0,85 – 0,95 )p0= 0,085 – 0,095MNm2Ta chọn : pa= 0,09 MNm22.Nhiệt độ khí sót (Tr)Phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp khí, mức dộ giãn nở và sự trao đổi nhiệt trong quá trình giãn nở và thải. Đối với động cơ diesel:Tr = 700 – 900 oKChọn Tr = 750 oK3.Độ tăng nhiệt dộ khí nạp mới (ΔT)Phụ thuộc vào qáu trình hình thành hỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xilanh.Với động cơ diesel : ΔT = 10 – 35 oKTa chọn : ΔT = 28 oK4.Chọn hệ số nạp thêm λ1Hệ số nạp thêm phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí. Hệ số nạp thêm chọn trong giới hạn λ1 = 1,02 – 1,07Ta chọn λ1 = 1,03

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM



BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN DỘNG CƠ ĐỐT TRONG

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN VĂN TRẠNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN: NHÓM 5

Nhiệm vụ

Tính toán động cơ đốt trong (ĐCĐT) chủ yếu là xây dựng trên lý thuyết đồ thị công chỉ thịcủa một động cơ cần được thiết kế thông qua việc tính toán các thông số nhiệt động học củachu trình công tác trong động cơ gồm các quá trình:

Cuối cùng, bằng kết quả các tính toán nói trên xây dựng giản đồ công chỉ thị của động cơ vàđây là các số liệu cơ bản cho các bước tính toán động lực học và thiết kế sơ bộ cũng như thiết

kế kỹ thuật toàn bộ động cơ

Trong tính toán kiểm nghiệm động cơ cho trước, việc tính toán nhiệt có thể được thay thếbằng cách đo đồ thị công thực tế trên động cơ đang hoạt động nhờ các phương tiện, các dụng

cụ đo, ghi kỹ thuật hiện đại Tuy nhiên, với phương pháp tính toán dựa trên cơ sở lý thuyếtnhiệt động hóa học trong ĐCĐT, người ta củng có thể tiến hành khảo sát những chỉ tiêu độnglực và chỉ tiêu kinh tế của các động cơ đã có sẵn này với kết quả đáng tin cậy

MỤC LỤC

TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

BÀI TẬP LỚN GVHD: NGUYỄN VĂN TRẠNG

I TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

A CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ

-Kiểu, loại động cơ: động cơ diesel

2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T 0 )

Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của môi trường.

Nước ta thuốc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn

là tkk =29oC, do đó

T0= (tkk + 273 )oK= 29+273=302oK

3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp (p k )

Đối với động cơ 4 kì không tăng áp: pk = p0 = 0,1 MN/m2

4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (T k )

Đối với động cơ 4 kì không tăng áp: Tk = T0 = 302oK

5 Chọn áp suất khí sót p r

Áp suất khí sót cũng phụ thuộc giống như pa Đối với động cơ diesel ta có thể chọn: pr = (1,03 – 1,06 )p0 = 0,103- 0,106 MN/m2

1 Áp suất cuối quá trình nạp (p a )

Đối với động cơ không tăng áp, áp suất cuối quá trình nạp trong xi lanh thường nhỏ hươn áp suất khí quyển, do có tổn thất trên đường ống nạp và tại bầu lọc gây nên Ta có thể chọn

7 Độ tăng nhiệt dộ khí nạp mới (ΔT)

Phụ thuộc vào qáu trình hình thành hỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xilanh.

Với động cơ diesel : ΔT = 10 – 35 oK

9 Chọn hệ số quét buồng cháy λ 2

Đối với động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy nên chọ

λ2=1

10 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t

Phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp α và nhiệt độ khí sót Tr Thông thường khi tính cho động cơ diesel có α =1,5 – 1,8 chọn λt = 1,11

11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξ Z )

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξZ) phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ Đối với động cơ diesl ta có thể chọn : ξZ = 0,65 – 0,85

Ta chọn : ξZ = 0,75

12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξ b )

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξb) phụ thuộc vào nhiều yếu tố : tốc độ động cơ, tỷ số nén.

Đối với các loại động cơ diesel ta thường chọn ξ =0,8 – 0,9

Ta chọn ξb = 0,85

13 Chọn hệ số dư lượng không khí α

Hệ số α ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy Đối với động cơ diesel buồng cháy thống nhất α = 1,45 – 1, 75

Ta chọn α = 1,5

14 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (φ d )

Hệ số điền đầy đồ thị công (φd) đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực tế so với đồ thị công tính toán Đối với động cơ diesel buồng cháy thống nhất φd = 0,9 – 0,95.

Được tính theo công thức

-Nhiệt độ cuối qua trình nạp Ta :

Hay γ = =0.03

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy :

Với động cơ diesel, α ≥ 1 nên áp dụng công thức

mC”v = ( 19,867 + ) + (427,38 + ).10-5T

=23,52 [kJ/kmolK]

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén :

=18,845[kJ/kmolK]

Xác định chỉ số nén đa biến trung bình n1:

Chỉ số nén đa biến trung bình được xác định một cách gần đúng theo phương trình cân bằng nhiệt của quá trình nén với giả thiết cho vế trái của phương trình này bằng 0 và thay k1 = n 1, ta có

Thay n1 vào VT và VP của phương trình trên và so sánh nếu sai số giữa 2 vế của phương trình thõa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu.

Áp suất cuối quá trình nén pc:

Thay các số liệu trong bảng 1.14 ta tính được:

Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg dầu diesel:

Mo=0,4357 kmol kk

Lượng khí nạp thực tế nạp vào xilanh M1:

Đối với động cơ diesel

M1=α Mo = 1,5.0,4357 =0,65355 kmol kk

Lượng sản vật cháy M2:

Đối với động cơ diesel

M2= + αMo = 0,685175 kmol kk

Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết βo:

Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau:

Đối với động cơ điezel: ΔM = ()

Do đó

=1.04839

Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β:

Ta có hệ số thay đổi phân tửc jk thực tế β được xác đinh theo công thức

= =1.047

Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z βz:

Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế tại điểm z được xác định theo công thức :

=1+.0,83333=1,039

Trong đó:

Xz = =0.833333

Tổn thất nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn ΔQH:

Với động cơ diesel, khi α ≥ 1 thì ΔQH =0

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm Z:

Mc”vz =[M2.(xz + ).mc”v + M1.(1-xz).mcv] / [ M2.(xz+) + M1.(1-xz)]

=23.25 [kJ/kmolK]

Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz:

Với Q : là nhiệt trị của dầu diesel, Q =42,5.103 (kJ/kgn.l)

Chọn λ bằng ¼ theo bảng 1.3

Hay: +(18,845+8,314.).994,4 = 1,039.(23,52+8,314).Tz

Giải phương tình trên ta được Tz=2060,8°K

Áp suất cuối quá trình cháy pz:

Đối với động cơ diesel: pz=λ.pc=1.8.4,704=8.4672 [MN/m2]

′′

+

′′

+Τ

−Τ+

314.8

1

b a Q

n

b z

vz vz b z r

H z b

βγ

ξξ

( ) ( )

0.030.75 0.8333 0.719 1 0.8333

( ) ( )

( ) ( )

1.048

0.00260.03

- Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở (Τb

): Đối với động cơ diesel

- Áp suất cuối quá trình giãn nở (Ρb

): Đối với động cơ diesel

2

2 1.23

8.47

0.242 /18

0.242

m

m r

5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình

- Áp suất chỉ thị trung bình tính toán ( i

Ρ′

):

( )

( ) ( 2)

1 3689 1 1

23 1

37

.

1

1 1

1 2

1634

,14

11

123.1

23.12,2123.12,2118

11

11

1

1

m MN

λε

0

m

MN i

m

MN m

30287.065355

8

0

0 1 1

=Ρ

ΤΡΜ

=

v H

i v

k H

k i i

Ρ

ΤΡΜ

=

v k H

k e e

- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ( e

( )

2.5230.7134 2000 2

4 4 2.523

1.433.14 1.1

- Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công:

 Điểm a: điểm cuối quá trình hút

n a

n z

II TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC

A Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:

- Khối lượng nhóm piton m = 25g/cm2

- Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston

+) Khối lương thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m có thể tra

trong các các sổ tay, có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệu

hoặc có thể tính gần đúng theo bản vẽ.

+) Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau:

Đối với động cơ điezel ta có:

Hình 2.2: Xác định khối lượng khuỷu trục

Khối lượng chuyển động quay của một trục khuỷu bao gồm:

- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt:

m = 1 = 25 - 9= 16 g/cm2

- Khối lượng của chốt truc khuỷu: m

m = π .ρ

Trong đó ta có :

d: Là đường kính ngoài của chốt khuỷu: 85

δ: Là đường kính trong của chốt khuỷu: 44

l: Là chiều của chốt khuỷu : 70

ρ: Là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu

A ĐỒ THỊ P-V

B ĐỒ THỊ P KT P J P 1

C ĐỒ THỊ T(α)

D ĐỒ THỊ Z(α)

E ĐỒ THỊ N(α)

F ĐỒ THỊ VECTO PHỤ TẢI T-Z (α)

G ĐỒ THỊ CHUYỂN VỊ x(α)

H ĐỒ THỊ VẬN TỐC v(α)

B CODE MATLAB CỦA CÁC ĐỒ THỊ

% qua trinh nap

ahc=[0 4 20]; % hieu dinh goc mo som 20*

title( 'DO THI Pkt Pj P1' );

xlabel( 'Goc quay truc khuyu (do)' );

title( 'DO THI T' );

xlabel( 'Goc quay truc khuyu (do)' );

title( 'DO THI Z' );

xlabel( 'Goc quay truc khuyu (do)' );

title( 'DO THI N' );

xlabel( 'Goc quay truc khuyu (do)' );

xlabel( 'Goc quay truc khuyu (do)' )

ylabel ( 'Van toc (cm/s)' )

title( 'Do thi van toc theo goc quay' );

title( 'Do thi gia toc theo goc quay' );

grid on