BTL Động cơ đốt trong

Ch ơng 1Chọn các thông số cơ bản – và chọn chế độ tính toánnmin là tốc độ tối thiểu mà động cơ làm việc đợc ởchế độ toàn tải nếu thấp hơn một chút động cơ sẽ chếtmáy.. Pi : áp suất chỉ t

Ch ơng 1Chọn các thông số cơ bản – và chọn chế độ tính toán

nmin là tốc độ tối thiểu mà động cơ làm việc đợc ởchế độ toàn tải nếu thấp hơn một chút động cơ sẽ chếtmáy

nM: Tốc độ lúc đạt mômen có ích cực đại ở chế độtoàn 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 xăngcủa xe tải có bộ hạn chế tốc độ, thay ne bằng nhd

nmin ≈ 0,25 nhd

nM = (0,5ữ0,6) nhdCh

ơng 2

Tính nhiên liệu và hỗn hợp các sản phẩm cháy

1:Chọn nhiên liệu và thành phần của nhiên liệu:

I/ Chọn nhiên liệu cho động cơ xăng:

Dựa theo tỷ số nén theo cách chọn nh sau:

ε =4ữ6 Xăng có nhiệt trị thấp hu =10300ữ10400Kcal/kg

ε =7ữ8 Xăng có nhiệt trị thấp hu =10400ữ10600Kcal/kg

Thành phần của xăng

gC = 0,85 và gH = 0,15 hoặc

gC = 0,855 và gH = 0,145

II/ Cho động cơ Diesel:

Nhiên liệu Diesel có trị số Xetan 40ữ50

hu=10.000ữ10.400 Kcal/kgThành phần gồm có Cacbon (gC) Hidro (gH) và oxy (gO)

+ Loại thấp tốc: α = 1,8ữ2,2 (nhd = 300ữ600vòng/phút)

+ Loại trung tốc: α = 1,3ữ1,7 (nhd = 700ữ2000vòng/phút)

+ Loại cao tốc: α = 1,7ữ2,2 (nhd >2.000 vòng/phút)

α dựa theo kết cấu của buồng cháy và cách chọn nhsau:

Buồng phân cách: α = 1,3ữ1,4Buồng liền: α = 1,4ữ1,7 (Buồngthống nhất)

Lợng nhiệt tổn hao do thiếu ôxy cháy không hết vì α

8 3

8

0

g g

g c + H −

Kg/Kgn.l

4 Lợng không khí thực tế để đốt 1kg nhiên liệu:

7

[ 2(1 - α ) (gC + 3gH)] KgGH2O = 9gH Kg

gi% = Gi/ΣGi = Gi/ Gspc

Σgi = gCO2 + gCO + gH2o + gN2 = 1

Cho phép tính sai ± 0,05 đối với Σgi

7 Hằng số của khí nạp trớc lúc cháy:

1/ Đối với động cơ xăng:

Hằng số khí của hỗn hợp tơi Rhht

Rhht=gkk.Rkk + gxg.Rxggkk = αl0/(αl0 + 1) Tỷ lệ của không khígxk = 1/(αl0 + 1) Tỷ lệ của xăng trong hỗnhợp

Rxg = 8,5 KGm/kg.độ Hằng số khí của hơixăng

Rkk = 29,27 KGm/kg.độ Hằng số khí của khôngkhí

2/ Đối với động cơ Diesel:

Vì chỉ nạp không khí sau đến cuối quá trình nén mớiphun nhiên liệu nên ở đây là hằng số khí của không khí.

Cvkk = 0,165 + 0,000017.Tc Kcal/kg.độNhiệt dung của hơi xăng:

Cvxg = 0,35 Kcal/kg.độ2/ Đối với động cơ Diesel:

Cvhht = Cvkk =0,165 + 0,000017.Tc Kcal/kg.độ

II/ Sản phẩm cháy:

Nhiệt dung sản phẩm cháy Cvspc

Cvspc = Σgi.CviCVCO2= 0,186 + 0,000028.Tz Kcal/kg.độCVCO = 0,171 + 0,000018.Tz Kcal/kg.độCVO2 = 0,150 + 0,000016.Tz Kcal/kg.độCH2O = 0,317 + 0,000067.Tz Kcal/kg.độCVN2 = 0,169 + 0,000017.Tz Kcal/kg.độ

Động cơ xăng:

Cvspc = Σgi.Cvi= gCO2.CVCO2 + gCO.CVCO + gH2O.CH2O +gN2.CN2

Động cơ Diesel

Cvspc = Σgi.Cvi= gCO2.CVCO2 + gO2.CVO2 + gH2O.CH2O +gN2.CN2

Ch ơng 3:

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 tảidùng công thức gần đúng sau đây của Giáo s tiến sĩ LeninJ.M

Pa =

5 , 3 2

2 2

2 ' 6

2 0

1

1 10 520

tb

h

f

V n

P

ở đây n: Tốc độ vòng quay tại chế độ tính toán:

Vh’: Tính bằng m3 Thể tích công tác của 1 xi lanh qui ớc

-Vh’ = 1 lít = 0,001m3 Vì cha xác định đợc Vh thể tíchcông tác của 1 xi lanh

ftb = fe.(ne/1000) m2/lít - Tiết diện lu thông cần đểphát huy Nemax ở tốc độ ne (hay Nehd ở nhd) ứng với thể tíchcông tác là 1 lít

.

≈

=

r a

a r

T P

T P

.

' 0

r

r r

+

Τ +

K

To’ = to + ∆t + 273

to = 15oC: Nhiệt độ khí quyển ở điều kiện bình

th-ờng theo tiêu chuẩn quốc tế

∆t : Nhiệt độ do các chi tiết nóng truyền cho hỗn hợp

(hoặc không khí ở động cơ Diesel) ta chọn theo bảng sau:

γγ: Hệ số khí sót đợc tính theo công thức sau:

γr = ( a r) r

r

Τ Ρ

− Ρ

Τ Ρ

.

' 0

β ε

Pr, Tr: áp suất và nhiệt độ đầu quá trình nạp chọn

z vspc

1,05ữ1,07

1,15ữ1,24

1,00ữ1,05

1,05ữ1,08

1,1ữ1,15

G180 : Khối lợng hỗn hợp tơi (hay không khí) nạp cơ bản:

G180 = ( )

,

10 1

15 , 0

− Τ

h a

Glt =

0 0

h k

Ro = Rhht

Có thể tính ηv cho động cơ 4 kỳ không tăng áp bằngcông thức sau:

r a

∆ + Τ

Τ

− Ρ

Ρ

− Ρ

0

0 0

1

.

ε ε

886 = mg/CKl

II/ Động cơ Diesel: Khi tính Tz sẽ chọn 45ữ55mg/Ckl

Ch ơng 4:

Quá trình nén 1: áp suất cuối quá trình nén P c :

Pc = Pa εn1 KG/cm2n1: Chỉ số nén đa biến tính theo công thức thựcnghiệm sau đây:

n1 = 1,38 - 0.03

tt

e

n n

ne: Tốc độ tính toán lúc đạt Nemax (hoặc nhd khi đạtNhdmax)

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

Đ 2: Nhiệt độ cuối kỳ nén T c :

Tc = Ta.εn1-1

Ch ơng 5

nlckl u

G

G h

Τ

− Τ

= +

∆

−

.

1

.

γ ξ

Gnlckl: Mức nhiên liệu trong một chu kỳ sống với Vh’ = 1lít

Gckl: Khối lợng nạp đợc trong một chu kỳ cho Vh’ = 1 lít

Ta đã biết đợc Tc tính trong quá trình nén thay vào vàrút gọn phơng trình trên sẽ trở thành phơng trình bậc 2 nhsau:

0

Τ 2 +BΤ +C =

Sau khi giải ta lấy nghiệm dơng

II/ Đối với động cơ Diesel phơng trình sẽ nh sau:

r ckl

nlckl

G

G h

Τ +

= Τ +

+

1

.

β λ

γ ξ

Gnlckl: ở đây không tính mà phải chọn từ 45ữ55mg/ckl mà sau này khi tính suất hao nhiên liệu phải xác

định lại hệ số d không khí α (α đã chọn ở chơng II càng lớnthì Gnlckl càng bé) Còn các thông số khác đã tính ở chơngtrên

2 Xác định áp suất cuối quá trình cháy (cực đại của chu trình): P z :

Tính quá trình dãn nở 1: Chỉ số dãn nở đa biến η2 :

n2 = 1,20 + 0,03

n

n e

= '

z

z c

z

V

V V

Ch ¬ng 7:

( )  − 

Ρ

− Ρ

−

−

Ρ

− Ρ

−

=

1

1

.

1

1

1 2

'

n n

t

ε

ε ε

'

1 2

1 1 1

1 1

1 1

.

c t

n n

P

ε ε

−

−

Ρ

− Ρ +

−

=

1

.

1

.

) (

1

1 2

'

'

n

V V

n

V V

V V P V

c z z h

'

1 2

1 1 1

1 1

1 1

1

c t

n n

P

ε ε

ρ λ ρ

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 củachu trình Pch tính theo công thức thực nghiệm sau đây:

1/ 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:

S: Hành trình của pittong.

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

Dựa trên Vtb đã chọn theo số vòng quay ở chế độ tínhtoán ta xác định Vtb ở các chế độ này để tính ηch.

IV/ áp suất trung bình thực tế Pe:

Pe = Pi ηch KG/cm2Pemax tại tốc độ nM

Đ 2: Tính suất hao nhiên liệu thực tế g e :

ge =

ch i

270000

0 0

0

+ Τ

gi =

o kk

i

v

l T

R .

.

M eM

4: Công suất thực tế N e ở các tốc độ:

Ne =

τ

450

.V h i n

e

Ρ

m.lNhng đến đây ta cha xác định Vh của 1 xi lanh nêntại các tốc độ nmin, nM phải xác định Ne dựa vào tỷ lệ

Nemin = Nemax

e eN

M eM

n: Tốc độ vòng quay (vòng/phút).

6 Các hiệu suất của động cơ:

I/ Hiệu suất nhiệt ηt (ứng với chu trình lý thuyết).

k: Trị số đoạn nhiệt quy ớc ở đây xác định nh sau:Tuỳ thuộc α:

α ≤ 1 k = 0,39.α + 0,887

α ≥

1 k = 0,07.α + 1,207

II/ Hiệu suất chỉ thị (ứng với đồ thị công) ηi :

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

III/ Hiệu suất thực tế ηe :

(Tính đến mức hoàn thiện quá trình phối khí, cháy vàcông cơ học)

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 đạtNemax, Nehd.

Từ công thức Nemax =

τ

450

.V h i n

e

Ρ

Xác định thể tích công tác Vh của một xi lanh rồi xác

định đờng kính D của xi lanh

Còn hành trình S sẽ căn cứ vào tỷ lệ S/D do ta chọn vàcăn cứ D mà xác định sau đó kiểm tra lại vận tốc trungbình mà pistton Vp sơ với Vp’ khi đã chọn để tính Pch, nếusai số ±0,05m/sec thì đợc nếu sai số lớn phải chọn lại S/D

Ch ơng 9

Phần Qch mất cho công cơ học

Phần Qlhlt: các tổn thất do cháy không hoàn toàn

Tại mỗi tốc độ tính toán các phần nhiệt trên tính nhsau:

Q1 = 100%; Qe = ηe.100%; Qlm+x = (1-ηt).100%Qlh.lt = (ηt - ηi).100%; Qch = (ηi - ηe).100%;

Trong phần nhiệt mất vì lý do lý hoá:

Nếu tính ở 3 chế độ ta có thể lập bảng sau đây đểxác định các Q thành phần cần cho dựng đồ thị cân bằngnhiệt

Qe

Ch ơng X:

Cách dựng các đồ thị khi tính nhiệt

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

a/ 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 sau

đây:

Theo giáo s Lay đec man:

Me = a MeN; nM = b nNNex = Nemax

e

x e

x e

x

n

n n

n d n

n c

2

.

e

x e

x

n

n n

n d c

−

2

.

e

x e

x

n

n k n

n f e

Đồ thị

200 300

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

ε = Va/Vc = 8; Pa = 0,76 KG/cm2; Pc = 13,3 KG/cm2

Pz = 53,8 KG/cm2; Pb = 4,17 KG/cm2; Pr = 1,24 KG/cm2

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

Việc chọn các độ dài này thoả mãn tỷ số dã ε đã cho

đầu bài - có nghĩa là la/lc=8

Nhng để cho đồ thị hợp lý và cân đối, sự liên quan giữa 2 trục tung và trục hoành thờng có một tỷ lệ lp/lv = 1,5

Khi đã xây dựng đợc trục tung và trục hoành ta ghi các

điểm đặc trng đã tính ở trên đồ thị

B

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:

li = l1 = l2 = l3

a/ Dựng đờng nén đa biến a-c:

Từ công thức Pc = Pa.εn1= Pa

1 1

.

n

c

a a n

c

a

l

l V

.

n

c

i a n

c

i

l

l V

c a

z n

z

l l V

c i

z

l l l

đờng nén đa biến a - c

Tơng tự nối các điểm z - Pb3, Pb2, Pb1 và b sẽ đợc đờng dãn nở z - b

z z'

b

b1 a r

b

ớc 3: Hiệu chỉnh đồ thị:

Dùng phơng pháp hạ 1 đoạn thẳng bằng lvh’ xuốngphía dới và kẻ song song với lvh’ Lấy điểm O làm điểm giữacủa đoạn thẳng này quay 1/2 vòng tròn Dịch từ điểm Osang bên phải theo chiều từ điểm… xuống điểm…dới 1

điểm P Từ O’ kẻ 1 đờng song song với OP cắt vòng tròn tại

Q Từ Q dóng song song với trục tung cắt đờng zb tại điểm

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’-b1 và đờng b1 - r Từ r - a).

Những điểm đồ thị không đi qua sẽ đợc biểu thịbằng nét to đứt mảnh nh c’=c, z, z1, b’-b

Các diện tích bao quanh bởi c’cc1, c1zz1, b’bb1 đợc gạchmặt cắt biểu thị sự tổn thất công

Lu ý ở động cơ xăng và động cơ Diesel :

Pc1 = (1,2ữ1,25).Pc Theo thực nghiệm (SGK G.SKhovac)

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 phơngpháp trên không sai nhau nhiều

Động cơ Diesel:

Phân tích cách xây dựng trên chủ yếu cho động cơxăng (các bua ra tơ) 4 kỳ và động cơ Diesel 4 kỳ không tăng

áp

Các bớc tiến hành xây dựng hoàn toàn giống các bớc

nh cách xây dựng đối với động cơ xăng

Đặc điểm có một số phần khác nhau cơ bản nh sau:

Sau khi tính Pz lấy Pz’ = Pz

Ví dụ ρ = 1 , 5, khi chọn toạ độ (trục tung, trục hoành) ta

đã đặt thể tích Vc=lc, độ dài xác định lz = ρ.lc = 1,5.lc

3/ Xây dựng đờng nén đa biến a-c và dãn nở đa biến z-b:

a/ Xây dựng đờng nén a-c (tơng 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

Pci = Pz

2 2

.

n

ai

a z n

a

c

l

l V

4/ Cách hiệu chỉnh đồ thị và hoàn thiện nh cách làm

vv ) Ngoài ra trong lý thuyết có nêu cháy đẳng áp theo z’.zNhng 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

áp suất còn từ P0 trở xuống điểm O ta có thể cho lớn ra và lu

ý theo cách chọn này để dễ dàng trình bày và hợp lý với tỷ

lệ xích

H×nh vÏ:

§ ct

rc

z'

c''c

p

z

o'

r λ /2