Đồ án Lý thuyết động cơ đốt trong

Hệ số dư lượng không khí α: Là tỷ số giữa lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh L1 và lượng khôngkhí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 Kg n hiên liệu L0: Giá trị của α được t

Đ tài ề : Tính toán đ ng c diesel b n ộ ơ ố kỳ

Giáo viên h ướ ng d n: Th.s Tr n Anh Tu n ẫ ầ ấ

Sinh viên th c hi n ự ệ : Tr ươ ng Thanh Tu n ấ

• Tính toán nhiệt chu trình công tác động cơ.

• Vẽ đồ thị công chỉ thị

• Xây dựng đường đặt tính ngoài của động cơ

PH L C Ụ Ụ

Đ ng c đ t trong có vai trò r t quan tr ng trong lĩnh v c c a đ iộ ơ ố ấ ọ ự ủ ờ

s ng, đ c bi t là ngành giao thông v n t i Ngành công nghi p ch t oố ặ ệ ậ ả ệ ế ạ

đ ng c đ t trong là b ph n quan tr ng nh t c a ngành c khí và n nộ ơ ố ộ ậ ọ ấ ủ ơ ềkinh t qu c dân c a m i nế ố ủ ỗ ước

Chính vì t m quan tr ng c a đ ng c đ t trong, nh ng sinh viênầ ọ ủ ộ ơ ố ữngành công ngh ô tô c n ph i n m v ng nguyên lý ho t đ ng cùng nh ngệ ầ ả ắ ữ ạ ộ ữ

hướng phát tri n c a nó Sau khi h c môn “ Lý thuy t đ ng c đ t trong”,ể ủ ọ ế ộ ơ ố

em được giao bài t p l n v i đ tài “Tính toán đ ng c diesel 4 kỳ”.ậ ớ ớ ề ộ ơTrong quá trình làm bài đ ánồ này, m c dù đã c g ng nh ng không tránhặ ố ắ ư

kh i nh ng thi u sót Vì v y em r t mong nh n đỏ ữ ế ậ ấ ậ ược s quan tâm đóngựgóp ý ki n c a th y và các b n đ bài đ án c a em đế ủ ầ ạ ể ồ ủ ược hoàn thi n h nệ ơ

và qua đó cũng rút ra được nh ng kinh nghi m quý giá cho b n thân đữ ệ ả ể

ph c v t t h n cho vi c h c t p và công vi c sau này.ụ ụ ố ơ ệ ọ ậ ệ

Em xin chân thành c m n!ả ơ

6

PHẦN 1: TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG

a Hệ số dư lượng không khí α:

Là tỷ số giữa lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh L1 và lượng khôngkhí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 Kg n hiên liệu L0:

Giá trị của α được tùy chọn vào nhiều yếu tố như kiểu động cơ, phươngpháp tạo hỗn hợp, chế độ sử dụng Với động cơ diesel buồng cháy thống nhất,[α] =1,4-1,9 ở đây ta chọn α =1,6

Nhiệt độ môi trường củng có ảnh hưởng dến quá trình trao đổi khí, nhiệt

độ càng cao không khí càng loãng, giá tri trung bình T0 ở nước ta, theo thống

kê của nhà khí tượng là 24 0C, tức T0 = 297 0K

Để tiện trong việc tính toán, người ta thường lấy giá trị áp suất môitrường P0 ở độ cao so với mực nước biển là: P0 = 0,103( )

d Hệ số nạp դ v :

Là tỷ số giữa lượng khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ và lượng khí lýthuyết có thể nạp đầy vào xy lanh trong một hành trình của pit tông.

Hệ số nạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: phụ tải và tốc độ động cơ, độ sấynóng khí nạp mới, hệ số khí sót, nhiệt độ khí sót,

Động cơ diesel sử dụng xupap [դv] =0,77-0,78, ta chon դv =0,78

e.Áp suất khí thể cuối quá trình thải cưỡg bức ( áp suất khí sót) P r :

Pr phụ thuộc chủ yếu vào thời điểm mở xupap thải, số vòng quay trụckhuỷu và sức cản của hệ thống thải Động cơ diesel có [Pr] =0,106-0,115(MPa), ta chọn Pr =0,115 ()

f.Nhiệt độ cuối quá trình thải ( nhiệt độ khí sót) T r :

Tr phụ thuộc vào , n, thành phần khí hổn hợp α, góc đánh lửa sớm Động

Động cơ diesel bốn kỳ ΔT = 10 ÷ 25 (0K) ta chọn ΔT=20(0K)

Phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tốc độ quay, kích thước xy lanh, kiểu làmmát, mức độ cường hóa động cơ [n1] = 1,34 ÷ 1,39, ta chọn n1=1,36

Giá trị này phụ thuộc vào đặc điểm cấp nhiệt cho sản vật cháy trên đườnggiản nở, đặc diểm ấy lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác

Khi số vòng quay của động cơ cao thì tổn thất nhiệt do truyền nhiệt chomôi chất làm mát và do lọt khí giảm, cháy rớt kéo dài nên khí thể được cấpthêm nhiệt Tất cả các yếu tố làm giảm n2 nên ta phải chọn n2 về phía giới hạndưới Khi tăng đường kính xy lanh và giữ nguyên giá trị hoặc giảm và giữnguyên thể tích công tác Vh dều làm giảm tổn thất nhiệt nên n2 giảm

Cần chú ý rằng n2 có quan hệ mật thiết với ξz Nếu đã chon giá trị của ξz

lớn thì phải chọn n2 cao và ngược lại

Đối với động cơ diesel có buồng cháy phân chia: [n2] = 1,15 ÷ 1,23, tachọn n2=1.20

k.Hệ số sử dụng nhiệt :

là tỷ số giữa lượng nhiệt biến thành công chỉ thị và tổng lượng nhiệtcung cấp ban đầu( điểm c đến điểm z).Động cơ diesel có []=0,65-0,85,ta chọn[]=0,70.

l.Nhiệt trị thấp của nhiên liệu Q T :

QT là lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 đơn vị khối lượng hoặcthể tích nhiên liệu không kể đến nhiệt hóa hơi của nước chứa trong sản vậtcháy Động cơ diesel ta chọn QT = 42,5.103 ()

m.Áp suất cuối quá trình cháy ở động cơ diesel pz:

Trong phương trình nhiệt động của quá trình cháy của động cơ diesel cóhai ẩn số là nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz và tỷ số tăng áp suất p= Động cơdiesel nằm trong khoảng p=1,2-2,4 và Pz = 7-9( Ta chọn p=2.0

1.3 Tính toán các quá trình công tác:

Giá trị của γr phụ thuộc vào nhiều yếu như tỷ số nén, số vòng quay,

áp suất khí sót Pr và nhiệt độ khí sót Tr cuối quá trình thải

Hệ số khí sót:

γr = ==0,04Nhiệt độ cuối quá trình nạp:

Ta = r

r

r T T T

γ

γ +

+

∆ +

1 ).(

1 (

T

T

v r

ε

η γ

ε − +

==0,09 (MPa)

a Mục đích:

Việc tính toán quá nén là xác định các thông số như áp suất pc và nhiệt

Việc tính toán được chia làm hai giai đoạn như sau:

• Tính toán tương quan nhi t hóa: là xác đ nh nh ng đ i lệ ị ữ ạ ượng đ c tr ngặ ưcho quá trình cháy v m t nhi t hóa đ làm c s cho vi c tính toán nhi tề ặ ệ ể ơ ở ệ ệ

( 21 , 0

1 g c g H g0

− +

=[]

Trong đó:

gc, gH và g0: là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng của cácbon,hyđrô và ôxy tương ứng trong 1 kg nhiên liệu Trị số các thành phần ấy đối vớinhiên liệu diesel có thể lấy gần đúng theo các giá trị sau: gc=0,86; gh=0,13;

go=0,01; Thay số vào ta có :

M0 = ( )Lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ ứng với 1kg nhiên liệu

Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hổn hợp công tác ở cuối quátrình nén μcvc:

μcvc=20,223 + 1,742.[Kmol/kgnl]

Thay số vào ta có: μcvc=20,223 + 1,742 905=21,8(Kmol/kgnl)

Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại điểm z (μcvz):

+(8,314.2+21.8).905=1,040.( 30,11+2,41 Tz) Tz

=>2,51.+31,32- 71088,5=0Giải phương trình bậc 2 tìm ẩn Tz loại đi giá trị âm ta tìm được Tz=1961,4

ok là nhiệt độ cuối quá trình cháy,ở động cơ diesel có buồng cháy không phânchia Tz=(1950-2100)[ok]

Mục đích việc tính toán quá trình dãn nở là xác định các giá trị áp suất pb

và nhiệt độ Tb ở cuối quá trình dãn nở

Tr’===820,33(oK)

Đồ thị công chỉ thị lý thuyết: được dựng theo kết quả tính toán chu trìnhcông tác khi chưa xét các yếu tố ảnh hưởng của một số quá trình làm việc thực

tế trong động cơ

Đồ thị công chỉ thị thực tế: là đồ thị đã kể đến các yếu tố ảnh hưởng khácnhau như góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm nhiên liệu, góc mở sớm vàđóng muộn các xupap cũng như sự thay đổi thể tích khi cháy

2.2 D ng đ th công ch th lý thuy t: ự ồ ị ỉ ị ế

Ở đồ thị công chỉ thị lý thuyết, ta thay chu trình thực tế bằng chu trìnhkín a-c-y-z-b-a Trong đó quá trình cháy nhiên liệu được thay bằng quá trình cấpnhiệt đẳng tích c-y và cấp nhiệt đẳng áp y-z, quá trình trao đổi khí được thaybằng quá trình rút nhiệt đẳng tích b-a

Thứ tự tiến hành đồ thị như sau:

nở đa biến trung bình n2, tỷ số nén , thể tích công tác Vh, thể tích buồng cháy Vc

Nối các điểm c và z,b và a bằng các đoạn thẳng, ta được các đường biểudiễn quá trình cấp nhiệt và nhã nhiệt

Dựng các đường nén đa biến ac và dãn nở đa biến zb Để dựng các đường

ấy, ta có thể dung phương pháp lập bảng Dựa vao phương trình của quá trìnhnén và dãn nở đa biến

Với quá trình nén đa biến: pn=pa

Với quá trình dãn nở đa biến: pd=pb.

Trong đó: pn,pd,Vn, và Vd là các giá trị biến thiên của áp suất và thể tíchtrên đường nén và dãn nở tac có thể đưa các phương trình trên về dạng:

Số điểm được chọn càng nhiều thì đồ thị càng chính xác Tuy nhiên không nênchọn số điểm quá nhiều vì khối lượng tính toán sẽ tăng và đồ thị bối rối

Bảng 1:Xác định các điểm trên đường nén và dãn nở đa biến:

2.3.1.Vẽ vòng tròn Brick đ t phía d ặ ướ ồ i đ th công ị

• Vẽ vòng tròn Brick đặt phía dưới đồ thị công để xác định các điểm mở,đóng

xupap nạp, xupap xả Thông số kết cấu động cơ thường nằm trong khoảng

Diện tích I xuất hiện do góc phun nhiên liệu sớm gây ra Khi đó một phầnnhiên liệu được cháy trước trên đường nén Điểm c’ nằm trên đường nén thuầntúy Vị trí của nó được xác định bởi góc phun sớm nhiên liệu và được dựng theovòng tròn Brích

Điểm c được xác định bằng cách lượn đều từ điểm c’ cho đến khi cắt trụctung ứng với thể tích Vc

Diện tích II tồn tại là do quá trình cháy diễn ra với thể tích luôn luôn thayđổi Quá trình cháy thực tế diễn ra không theo lý thuyêt và theo đường cong c-z-z’ Ở động cơ diesel, áp suất lớn nhất pz và Tmax tại z’ vì trong quá trình cháy thìnhiên liệu vẫn được phun tiếp vào xi lanh động cơ

Diện tích III biểu diễn tổn hao của công dãn nở do xupap thải mở sớm.Khi đó áp suất trong xi lanh giảm nhanh và quá trình dãn nở diễn ra theo đườngcong thực tế Thời điểm bắt đầu mở xupap thải được chọn sao cho diện tích IIIkhông lớn hơn mà vẫn đảm bao thải sạch sản vật cháy và tổn hao ít công choquá trình thải chính Đối với động cơ được kiểm nghiệm, giá trị của góc mởsớm xupap thải đã được cho trước và vị trí của điểm b’ trên đường dãn nở đượcxác định theo vòng tròn Brích

Diên tích IV biểu diễn một phần của công tổn hao cho quá trình trao đổi.Phần còn lại của công tổn hao cho quá trình trao đổi khí giới hạn bởi diện tícha’raa’ đã được kể đến khi xét hiệu suất cơ khí cơ Do đó khi tính toán công củachu trình thực tế ta không xét đến nữa Tuy nhiên, để tính toán động lực học, tavẫn phải dựng đường nạp r-a thải b-r Thứ tự dựng các đường đó như sau:

Dựng điểm b ở giữa đoạn thẳng a-b’’ Từ a kẻ các đường song song vớitrục hoành sau đó ta vẽ đường cong từ r đến ro không bị gảy khúc (Dựng điểm

ro theo góc đóng muộn của xupap thải nhờ vòng tròn Brích ) Chọn điểm b’ trênđường thải cưỡng bức r vẽ b’ b r sao cho đường cong không bị gấp khúc

Các hiệu chỉnh cơ bản của đường đặc tính ngoài:

+Góc phun nhiên liệu sớm 14o

+Quá trình thải: Góc mở sớm 66o; Góc đóng muộn 20o;+Quá trình nạp: Góc mở sớm 20o; Góc đóng muộn 46o;

Từ các số liệu trên ta vẽ được đồ thị như sau:

Đồ thị công P-v của động cơ diesel không tăng áp

PHẦN 3 XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶT TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG

về nhiệt Các thông số cần tính bao gồm:

a. Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết :

+ Đối với động cơ diesel :

’=[(+(1-)-(1-)] [MPa]

Thay số vào ta có:

’=[2.(1,1-1)+(1-)-(1-)=0,77[MPa]

b. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế : pi [Mpa]:

+ Đối với động cơ 4 kỳ: pi=pi’.đ [MN/]

Trong đó: đ là hệ số điền đầy đồ thị công Giá trị của đ phụ thuộc vào nhiềuyếu tố khác nhau như góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm nhiên liệu, thànhphần hỗn hợp, tốc độ quay, góc mở sớm xu pap xả …v v….đ nằm trong khoảng

từ 0,9-0,94 Ta chọn đ=0.94

Thay số vào ta có: pi=0,77.0,94=0,7238[MPa]

Đối với động cơ bốn kỳ:

gi===199,81[]

d. Hiệu suất chỉ thị:

===42%

Trong đó: QT được tín bằng (KJ/kgnl) và gi được tính bằng (kg/KWh)

3.1.2 Các thông s có ích: ố

Các thông số có ích là những thông số đặc trưng cho sự làm việc củađộng cơ Để xác định các thông số đó, ta sử dụng kết quả tính toán các thông sốchỉ thị ở mục trên và xác định giá trị của áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ

Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ là áp suất giả định, không đổi, tácdụng lên pittong trong một hành trình và gây ra công tổn hao bằng công tổn haocủa trao đổi khí, dẫn động các cơ cấu phụ, tổn hao ma sát ở các bề mặt công tác

Thứ tự tính toán các thông số có ích:

+ Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ : được xác định bằng các côngthức kinh nghiệm theo vận tốc trung bình của pittong Cm[m/s] và các thông sốkhác của động cơ

pcơ=0,09+0,012Cm=0,015+0,0156

=0,015+0,0156.=0,1(MN/m2) + Áp suất có ích trung bình:

pe = pi- pcơ=0,72-0,1=0,62(MN/m2)

+Hiệu suất cơ khí :

ηcơ===0,86+Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:

ge===232,05(g/KWh)+Hiệu suất có ích:

ηe=ηi ηcơ=0,42.0,86=0,37=37%

+ Công suất có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán:

Ne===180,32(KW)+ Momen xoắn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán:

Me===538,39(N.m)

+ Sai giá trị Memax cho trước và Memax tính toán số:

Đồ thị này được dùng để đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chính của động

cơ khi số vòng quay thay đổi và chọn số vòng quay sử dụng một cách hợp lý khithay thác

Đặt tính ngoài được dựng bằng các phương pháp như thực nghiệm, côngthức kinh nghiệm hoặc bằng việc phân tích lý thuyết Ở đây giới thiệu phươngpháp dựng bằng các công thức kinh nghiệm của Khơ-lư-stốp Lây-đéc-man

Nedm là công suất định mức thu được trong tính toán, [kW];

ndm: số vòng quay ứng với công suất định mức, [v/ph];

: mô men xoắn có ích,[Nm];

: suất tiêu hao nhiên liệu có ích,[]

Thay số ta có phương trình:

Hình 2: Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ diesel 4 kỳ không tăng áp

THE END