TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG SPKT

TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONGGVHD:NGUYỄN VĂN TRẠNGSố liệu ban đầu Loại động cơ : Động cơ xăng. Công suất có ích Ne (kW) : 60 Tỉ số nén : 8,8 Làm mát bằng nước Số kỳ : 4 Số vòng quay, n : 2800 (vòng phút) Hệ số dư lượng không khí : 0,9 Số xy lanh i : 4

TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Nhóm 24

GVHD:

NGUYỄN VĂN TRẠNG

Số liệu ban đầu

 Loại động cơ : Động cơ xăng

NỘI DUNG

A CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT

1.Áp suất không khí nạp p 0 :

p0 =0,1 MN/m2 hay p0 = 1bar

2.Nhiệt độ không khí nạp mới T 0 :

tkk=290C (là nhiệt độ không khí trung bình ở nước ta)

T0=29+273=302 0

K

3.Áp suất khí nạp trước xuppap nạp (p k ):

Đối với động cơ 4 kì không tăng áp thì pk = p0 = 1bar

4.Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (T 0 ):

Đối với động cơ 4 kì không tăng áp thì Tk = T0 =302 0K

5.Áp suất cuối quá trình nạp p a :

Đối với động cơ không tăng áp áp suất cuối quá trình nạp pa phải bé hơn áp suất

khí quyển p0 thường xác định bằng công thức thực nghiệm:

pa= (0,8-0,95)p0

chọn pa = 0,8.p0 = 0,8.1 = 0,8 bar

6.Áp suất khí sót (p r ):

Áp suất khí sót là áp suất của khí còn sót lại sau khi thải qua xuppap xả vì không

thải hết sản phẩm cháy ra ngoài

pr = pth +pr

trong đó : pth là áp suất khí thải ra ngoài

pr là áp suất thất thoát qua xuppap xả ,đường ống xả

Thông thường pr được xác định theo công thức thực nghiệm, đối với động cơ xăng

chọn

pr = (1,05-1,12)po MPa

chọn pr = 1,12 MPa=1,12 bar

7.Nhiệt độ khí sót T r :

Đới với động cơ xăng thì Tr=(900-1100)0K

Chọn Tr=9400K

8.Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (T)

Khi khí nạp mới được hút vào xy lanh thì trong qua trình di chuyển tiếp xúc với

thành vách xy ống nạp,xuppap nên nhiệt độ khí nạp sẽ tăng lên giá trị T

Đối với động cơ xăng : T = (0-20) 0C

Chọn T = 15 0

C

9.Hệ số nạp thêm 1:

Hệ số nạp thêm 1 biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp khí

công tác sau khi nạp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ ở thể tích Va

1

 =1,02-1,07 chọn 1=1,02

10 Hệ số quét buồng cháy 2:

Đối với động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy thì chọn 2=1

11 Hệ sô dư lượng không khí  :

1 0

M

M

Với M0 là số kmol không khí cần đốt cháy hết 1kg nhiên liệu

M1 là số kmol không khí thực tế đi vào xy lanh

-Nếu

1

1

0 0

hỗn hợp giàu nhiên liệu,nhiên liệu cháy dữ dội tốc

độ cháy tăng ,áp suất tăng chạy càng nhanh nhưng không cháy sạch hết nhiên liệu

làm ô nhiễm môi trường

Trong tính toán nhiệt ĐCĐT đối với động cơ xăng thì  =0,85-0,95

Chọn =0,9

12 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t:

Đối với động cơ xăng  =0,9 thì chọn t=1,15

13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (z):

15 Hệ số điền đầy đồ thị công (d):

Hệ số điền đầy đồ thị công sẽ đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công

thực tế so với đồ thị công tính toán

c

p p

 

trong đó : pz là áp suất cuối quá trình cháy

p0 là áp suất cuối quá trình nén

đối với động cơ xăng: p

=3-4 (2-11) ([2],35)

chọn p

=3,5

p p

' '

Vậy = 0,063 ϵ (0,06 0,1) động cơ xăng

Nhiệt độ cuối quá trình nạp:

1

1

m m a

k t r r

r a

r

p

p T

c.Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp

thay số vào ta được

8, 3141

2

n v

=

Giải phương trình ta được n1 = 1,372 ε (1,34 1,4 )

Áp suất cuối quá trình nén: pc = pa

Mục đích của việc tính toán quá trình cháy là để xác định áp suất cuối quá trình

cháy pz và nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz

Để tính toán ta chia làm 2 giai đoạn:

a Giai đoạn tính toán tương quan nhiệt hóa:

Mục đích của việc tính toán tương quan nhiệt hóa là để xác định các đại lượng đặc

trưng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hóa để làm tiền đề cho việc tính toán nhiệt

Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế

01

Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm

= 1 +

Trong đó phần tử nhiên liệu đã cháy tại điểm z , nếu giả thiết rằng số nhiên liệu

đã cháy tỉ lệ với hệ số lợi dụng nhiệt thì ta có

Suy ra = 1,075

b Giai đoạn tính toán tương quan nhiệt động:

Tổn thất nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn

Đối với động cơ xăng vì <1 , thiếu oxy nên nhiên liệu cháy không hoàn toàn, do

đó gây tổn thất một lượng nhiệt, ký hiệu là ΔQH

(

)

= (

)

Với QH là nhiệt trị thấp cuả nhiên liệu QH = 43960 (KJ/kgnl)

Tb và Tz

Ở nhiệt độ từ 1200 – 2600 oK , sai khác của tỷ lệ nhiệt không lớn lắm, do đó ta có

thể xem a’vb = a’vz : bb = bz ; = , ta có:

n2 – 1 =

( ) ( )

(

 



với n2 là chỉ số giãn nỡ đa biến trung bình

Vậy ta tính được: Tb= 1518 oK; pb=0,367 MPa

Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót:

Sai số

= 8,02% <10% nên các thông số ta đã chọn là chấp nhận được

Thay  1;   ta có áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết đối với chu trình cháy

đẳng tích (khi v=const), công thức tính p’i của động cơ xăng dưới đây :

Trong đó - d hệ số điền đầy đồ thị Theo số liệu thực nghiệm:

Đối với động cơ xăng: d 0, 940, 97 Ta chọn d  0,95

Ngày nay ở các động cơ xăng cao tốc hiện đại, bằng các biện pháp thiết kế tối ưu

và các giải pháp công nghệ chế tạo hiện đại, đã giảm đáng kể Pm và tăng Pi rõ rệt,

kết quả hiệu suất truyền cơ khí m có thể lên tới 0,9 hoặc lớn hơn Vì vậy trong

tính toán kiểm nghiệm các động cơ này ta chọn m trước rồi xác định :

Hiệu suất chỉ thị i là tỷ số giữa phần nhiệt lượng chuyển thành công mà ta thu

được, và nhiệt lượng mà nhiên liệu tỏa ra, khi đốt cháy 1kg nhiên liệu dạng lỏng

hay 1 m3 nhiên liệu dạng khí

Đối với động cơ dùng nhiên liệu lỏng ta có :

1. 0, 473.0, 8436.304

43960.0,1.0, 736

i k i

1. 0, 473.0, 75924.302

e k e

0, 473.10 0,8436.302

K v i

i K

P g

e e

N V

1, 025(dm) (1)

.( )

h

V D

S D

Va = Vh + Vc = 0,956

7 Vẽ đồ thị công chỉ thị P-V

Để vẽ đồ thị công ta cần xác định các điểm trên đường nén và đường giãn nở

7.1) Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén:

Ta xác định các điểm trên đường nén với chỉ số nén đa biến n1.

Ta có phương trình đường cong nén đa biến :

n

PV Const

Va= Vh + Vc = 0,956 (l)

Điểm a: (956;0,08) điểm cuối quá trình hút

Điểm c: (109; 1,58) điểm cuối hành trình nén

Điểm z: (109;5,57) điểm cuối hành trình cháy Vz=Vc

Điểm b: (956;0,367) điểm cuối quá trình giãn nở Vb=Va

Điểm r: (109;0,112) điểm cuối hành trình thải

Nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì:

7.2) Xây dựng đường cong áp suất trên giãn nở:

Ta có phương trình của đường cong giãn nở đa biến : PV n2 Const

Vz= V c  0,111 (l)

Gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì:

.

gnx gnx

n

z

zV P V

8 Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị :

 Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén và phun nhiên liệu sớm:

Ta có góc phun nhiên liệu sớm một góc s =22 , c’(148; 1,032) Áp suất cuối quá

trình nén thực tế được như sau:

Nên tọa độ tại c’’(109; 2,889)

 Hiệu đính phần đường cong của quá trình cháy trên đồ thị công:

Điểm z có tọa độ z(109; 5,57) và điểm z’ (109; 4,68095)

Điểm z’’ là trung điểm đoạn thẳng qua điểm z’ song song với trục hoành và cắt

đường cong dãn nở có tọa độ z’’(124; 4,68095)

 Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở:

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế Pb’’ thường thấp hơn áp suất cuối quá trình

giãn nở lý thuyết do xuppap thải mở sớm

= + - )= 0,08+ .(0,367- 0,08) = 0,2235 (

Vậy điểm b’’(956; 0,2235)

 Hiệu định điểm bắt đầu quá trình thải thực tế:

Ta có góc mở sớm của xuppap thải: 3 = 60 ứng với thể tích

=808,5 [ ]

Vậy điểm (808,5; 0,464023)

Ta có góc đóng muộn của xuppap thải: 4 = 32 ứng với thể tích

= 190,8 [ ] Vậy điểm (190,8; 0,08)

PHẦN II : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

I Động học của piston:

1 Chuyển vị của piston:

Khi trục khuỷu quay một góc thì piston dịch chuyển được một khoảng so với

vị trí ban đầu(ĐCT) Chuyển vị của piston được tính bằng công thức sau:

=R[(1- cos ) + (1- cos 2 )]

= [(1-cos ) + (1- cos 2 )] (m)

Trong đó: là góc quay trục khuỷu

λ là thông số kết cấu của động cơ

Từ phương trình ta thấy tốc độ piston là tổng hai hàm điều hòa cấp I và cấp II

bằng hai lần chu kỳ điều hòa của cấp I

+ (m/s)

= R sin

= R sin

3 Gia tốc piston:

Lấy đạo hàm công thức tốc độ theo thời gian, ta có công thức tính gia tốc của

Ý nghĩa của việc xác định giá trị gia tốc chuyển động của piston là để xác định lực

quán tính của khối lượng các chi tiết chuyển động tịnh tiến Lực này có ảnh hưởng

đến công suất của động cơ và sự cân bằng của nó

Chọn vật liệu gang kim ’= 30 (

)= 300 ( ) Khối lượng quy về đầu nhỏ thanh truyền xác định theo công thức thức kinh

nghiệm sau:

=(0,275; 0,35) = 0,28 310= 86,8

Khối lượng các chi tiết chuyển động tịnh tiến m’:

Trong đó: 0,1 – áp suất khí quyển

– áp suất khí trong xylanh động cơ

– diện tích tiết diện của piston [ ]

Lực khí thể là một đại lượng thay đổi theo góc quay trục khuỷu : =f( ), xác

định được từ áp suất khí thể ở tính toán nhiệt của động cơ tại chế độ công suất

Ta có thể triển khai giản đồ công chỉ thị thành đồ thị lực khí thể =f( ) trên tọa

độ vuông góc có trục tung biểu diễn lực khí thể và trục hoành biểu diễn góc

quay trục khuỷu

3)Lực quán tính của các chi tiết chuyển động tịnh tiến :

Ta có công thức lực quán tính các chi tiết chuyển động tịn tiến:

= - j = - R (cos + λ cos 2 ) MN)

= - 3,868 (

(cos + λ cos 2 ) MN) Gọi - R cos –là lực quán tính tịnh tiến cấp I

=- - R λ cos 2 – là lực quán tính tịnh tiến cấp II

là hợp lực khí thể và lực quán tính của khối lượng chuyển động thẳng ,

do chúng cùng tác dụng trên đường tâm xylanh nên lực tổng hợp của chúng

cũng có phương tác dụng trên đương tâm xylanh và có giá trị bằng tổng đại số của

Lực sau khi dời xuống tâm chốt khuỷu lại được phân thành hai phân lực là tiếp

tuyến T, sinh ra momen quay và lực pháp tuyến Z, gây uốn trục khuỷu Chúng

được tính bằng các quan hệ sau:

Lực tiếp tuyến: T= sin( ) =

.

(MN)

Lực pháp tuyến : Z= cos( ) =

.

(MN)

Lực pháp tuyến biểu diễn theo góc quay trục khuỷu , Z=f( Trục tung biểu diễn lực pháp tuyến Z, còn trục hoành biểu diễn góc quay trục khuỷu

5) Đồ thị vecto phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu:

Nghiên cứu về hệ lực tác dụng lên trục khuỷu, trước tiên ta xét trên mỗi khuỷu

trục, tại chốt khuỷu có các lực tác dụng sau:

Vẽ tọa độ T-Z gốc tọa độ O, chiều âm của trục Z hướng lên trên và chiều dương

hướng xuống Còn chiều dương của trục T bên phải gốc tọa độ

title(' Do thi luc khi the pkt luc quan tinh pj luc tong hop phl ','fontsize',14)

xlabel('goc quay truc khuyu(do)','fontsize',14)

title(' Do thi luc khi the pkt luc quan tinh pj luc tong hop phl ','fontsize',14)

xlabel('goc quay truc khuyu(do)','fontsize',14)

title(' Do thi luc tiep tuyen T-alpha ','fontsize',14)

xlabel('goc quay truc khuyu(do)','fontsize',14)

title(' Do thi luc phap tuyen Z-alpha ','fontsize',14)

xlabel('goc quay truc khuyu(do)','fontsize',14)

plot(a,N,'linewidth',1.5)

title('DO THI N-a','fontsize',14)

xlabel('Goc quay truc khuyu a (do)','fontsize',14)

ylabel(' N(MN/m2)','fontsize',14)

grid on