Chu trình công tác của động cơ đốt trong

Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD: LỜI NÓI ĐẦU Trong ngành phát triển trọng điểm nước ta nay, ngành giao thơng vận tải ln đóng vai trò quan trọng kinh tế quốc dân.Theo thời gian, ngành giao thông phát triển để đáp ứng nhu cầu lưu thơng hàng hóa người Ở nước ta nay, ngành giao thơng nói chung giao thơng đường nói riêng phát triển nhanh chóng mong đáp ứng cho cơng xây dựng đất nước theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa Thế phát triển dừng lại chổ nhập phương tiện nước ngoài, ngành cơng nghiệp tơ nước cịn phát triển, ngoại trừ số liên doanh lắp ráp ô tô dạng CKD, kinh tế quốc doanh tham gia khiêm tốn: có số nhà máy sữa chữa ô tô nhà nước, đa phần xe sữa chữa Garage tư nhân, lĩnh vực lắp ráp động cớ đóng xe giai đoạn thí nghệm chưa sản suất đại trà Hướng đầu tư để xây dựng nhà máy sản xuất ô tô đáp ứng cho nhu cầu lớn thời gian tới xu tất yếu.Vừa vực dậy công nghiệp ô tô lạc hậu nước ta vừa tiết kiệm nguồn ngoại tệ đáng kể cho ngân sách quốc gia Đầu tư hiểu gồm hai phần: đầu tư vốn liếng đầu tư người Đầu tư người đào tạo đội ngũ cán kỹ thuật có trình độ chuyên môn vững vàng, khả tư thiết kế tốt, có lĩnh, động, có khả nắm bắt nhanh tiến khoa học kĩ thuật, hoạt động hiệu tin cậy Nguồn cán đào tạo từ trường kĩ thuật có chuyên ngành giao thông Đồ án môn học thiết kế động đốt trong tập để rèn luyện nên phẩm chất cần thiết kĩ sư Ơ tơ, đáp ứng với u cầu thực tiễn ngành.Đồ án môn học nhằm giúp cho sinh viên ôn tập lại cách tổng quát sâu sắc, nhờ mà nắm vững kiến thức tính tốn thiết kế,kết cấuvà cách thành lập vẽ động học Hà nội, ngày 15 tháng 10 năm 201 Sinh viên thực Page Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD: Chương Tính tốn chu trình cơng tác động đốt 1.1.Tổng quan phương pháp tính tốn CTCT động Hiện để tính tốn CTCT động đốt sử dụng nhiên liệu diesel nói riêng loại động đốt sử dụng nhiên liệu khác nói chung có nhiều phương pháp như: - - Phương pháp lý thuyết gần đúng: Dựa định luật nhiệt động học I II, coi trình nén, giãn nở đoạn nhiệt… phương pháp có ưu điểm tính tốn nhanh, khơng địi hỏi nhiều thông số đầu vào phức tạp… nhiên nhược điểm phương pháp cho kết xác, chưa xét đến q trình trao đổi khí… Phương pháp Grimheven Phương pháp cân thể tích Bên cạnh phương pháp người ta sử dụng phương pháp cân lượng:… Để tính tốn CTCT động … khuôn khổ đồ án môn học dựa phương pháp cân lượng… - Phương pháp cân lượng 1.2.Giới thiệu động mẫu thông số đầu vào phục vụ tính tốn 1.2.1.Số liệu ban đầu 1- Công suất động Ne: Ne = 185 (mã lực)=185*0,736 = 136,16 (KW) 2- Số vòng quay trục khuỷu n: n = 2310 (vg/ph) 3- Đường kính xi lanh D: D = 130 (mm) 4- Hành trình piton S : S =140 (mm) 5- Dung tích cơng tác Vh :Vh =   D2  S   (130.102 )2 140.102 = = 1,85731(dm3) 4 6- Số xi lanh i : i=6 7- Tỷ số nén ε : ε =17,2 8- Suất tiêu hao nhiên liệu ge : g e = 190 (g/ml.h) =190/0,746=254,96 (g/kW.h) 9- Góc mở sớm đóng muộn xupáp nạp α1 ; α2 : α1 =20 (độ) α2 =56 (độ) 10- Góc mở sớm đóng muộn xupáp thải 1 ,  : 1 = 56 (độ)  = 20 (độ) 11- Chiều dài truyền ltt: ltt = 256 (mm) 12- Khối lượng nhóm pitton mpt: mpt = 3,25 (kg) 13- Khối lượng nhóm truyền mtt: mtt = 4,215 (kg) 14 – Động không tăng áp, 15 – góc đánh lửa sớm  i =20o Page Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD: Các thông số cần chọn )Áp suất môi trường :pk Áp suất mơi trường pk áp suất khí trước nạp vào đông (với động không tăng áp ta có áp suất khí áp suất trước nạp nên ta chọn pk=p0 Ở nước ta nên chọn pk = p0 = 0,1 (MPa) )Nhiệt độ môi trường :Tk Nhiệt độ môi trường chọn lựa theo nhiệt độ bình quân năm Vì động khơng tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường nhiệt độ trước xupáp nạp nên : Tk =T0 =24ºC =297ºK )Áp suất cuối trình nạp :pa Áp suất Pa phụ thuộc vào nhiều thơng số chủng loại đơng ,tính tốc độ n ,hệ số cản đường nạp ,tiết diện lưu thơng… Vì cần xem xét đơng tính thuộc nhóm để lựa chọn Pa Áp suất cuối q trình nạp pa chọn phạm vi: pa =(0,8-0,9).pk =(0,8-0,9)  0,1 = 0,08-0,09 (MPa) Căn vào động D12 tính ta chọn: pa =0,086 (Mpa) )Áp suất khí thải Pr : Áp suất khí thải phụ thuộc giống pa Áp suất khí thải chọn phạm vi : pr= (1,10-1,15).0,1 =0,11-0,115 (MPa) chọn Pr =0,14 (MPa) )Mức độ sấy nóng mơi chất ∆T Mức độ sấy nóng mơi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào q trình hình thành hỗn hợp khí bên hay bên xy lanh Với động diezel : ∆T = 20ºK - 40ºK Ta chọn: ∆T = 30ºK )Nhiệt độ khí sót (khí thải) Tr Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào chủng loại đơng cơ.Nếu q trình giãn nở triệt để ,Nhiệt độ Tr thấp Thơng thường ta chọn : Tr=700 ºK -1000 ºK Thơng thường ta chọn : Tr =800 ºK )Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λt : Page Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD: Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λt chọn theo hệ số dư lượng khơng khí α để hiệu đính Thơng thường chọn λt theo bảng sau : α 0,8 1,0 1,2 1,4 λt 1,13 1,17 1,14 1,11 Đối với động tính động diesel có α > 1,4 chọn λt=1,10 )Hệ số quét buồng cháy λ2 : Vì động không tăng áp nên ta chọn λ2 =1 )Hệ số nạp thêm λ1 Hệ số nạp thêm λ1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thơng thường ta chọn λ1 =1,02÷1,07 ; ta chọn λ1 =1,04 10 )Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z ξz : Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z ,ξz phụ thuộc vào chu trình cơng tác động Với loại đ/c điezen ta thường chọn : ξz= 0,70-0,85 Chọn : ξz= 0,75 11 )Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b ξb : Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b ξb tùy thuộc vào loại động xăng động điezel ξb lớn ξz Với loại đ/c điezen ta thường chọn : ξb =0,80-0,90 ta chọn ξb=0,85 12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φd : Thể sai lệch tính tốn lý thuyết chu trình cơng tác động với chu trình cơng tác thực tế Sự sai lệch chu trình thực tế với chu trình tính tốn động xăng động điezel hệ số φd đ/c xăng thường chọn hệ số lớn Có thể chọn φd phạm vi: φd =0,92-0,97 Nhưng đ/c điezel nên ta chọn φd =0,9443 1.3 Tính tốn q trình cơng tác động 1.3.1 Q trình nạp )Hệ số khí sót γr : Page Đồ Án Động Cơ Đốt Trong r  2  (Tk  T ) T  pr  pa GVHD: 1  p m   1  t  2   r   pa  Trong m số giãn nở đa biến trung bình khí sót m =1,45÷1,5 Chọn m =1,5 r= 1 (297  30) 0,14   800 0, 086  0,14  17, 1, 07  1, 04 1    0, 086  1,5 = 0,04066 )Nhiệt độ cuối trình nạp Ta Nhiệt độ cuối trình nạp Ta đươc tính theo cơng thức:   TK  T   t   r  Tr   pa   pr  Ta= 1 r m 1 m ºK  0.086   297  30   1,1 0, 04066  800     0,14  Ta =  0, 04066 1,51 1,5 = 343 (ºK) )Hệ số nạp ηv :    pr  m  Tk pa  v              1 TK  T  pk  t  pa        0,14 1,5  0, 086  297 ηv= = 0,789    17, 1,04 1,1 1     17,  297  30 0,1  0,086     )Lượng khí nạp M1 : Lượng khí nạp M1 xác định theo công thức sau : 432  103  pk  v M1 = ge  pe  TK (kmol/kgnhiên liệu) Trong pe áp suất có ích trung bình xác định thao cơng thức sau: pe = Vậy M1 = 30 136,16  30  N e   = = 0,63472 (MPa) Vh  n  i 1,85731 2310 1 432 103  0,1 0, 789 = 0,71 (kmol/kg nhiên liệu) 254, 6917  0, 63472  297 )Lượng khơng khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo : Page Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD: Lượng kk lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo tính theo cơng thức : C H O M0 = Error!       12 32  (kmol/kg) nhiên liệu Vì đ/c điezel nên ta chọn C=0,87 ; H=0,126 ;O=0,004 Mo = Error!  (Error! + Error! - Error! ) = 0,4946 (kmol/kgnhiên liệu) )Hệ số dư lượng khơng khí α Vì động điezel nên : α = Error! = 0, 71 = 1,43538 0, 495 1.3.2.Tính tốn q trình nén )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình khơng khí : Error! =19,806+0,00209.T (kJ/kmol.độ) )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phạm cháy : Khi hệ số dư lượng khơng khí α >1 tính theo công thức sau : Error! 187,36   5  427,86   10 1,634      = 19,876  T (kJ/k  mol.độ)     1,634   187,36   -5 = 19,876   +   427,86    10 T 1.53336 1.53336     = 20.9416+ 2,75.10-3.T (kJ/kmol.độ) )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp : Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp q trình nén Error! tính theo cơng thức sau : Error! = mcv   r  mcv" (19,806  0,00209.T) 1 r 19,848 + 2.1145.10-3 T = av' + bv ′  0,03854  (20,9416  2,75.10-3 T)   0, 03854 T (kJ/kmol.độ) ) Chỉ số nén đa biến trung bình n1: Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thơng số kết cấu thơng số vận hành kích thước xy lanh ,loại buồng cháy,số vòng quay ,phụ tải,trạng thái nhiệt độ động cơ…Tuy nhiên n1 tăng hay giảm theo quy luật sau : Tất nhân tố làm cho môi chất nhiệt khiến cho n1 tăng.Chỉ số nén đa biến trung bình n1 xác cách giải phương trình sau : Page Đồ Án Động Cơ Đốt Trong 8,314 n1-1 = av'  ' v   b  Ta   n1 1  n1   GVHD: 8,314 19,848  2,1145.103.343, 2.(17 n1 1  1) Ta chọn n1 vế phải n1VT  1,36711 thay vào phương trình ta có n1VT   8,314  n1VP   0,36583  n1VP  1,36583 19,848  2,1145.103.353,53.(17, 21.3651  1) Mà n1  n1VP  n1VT 1,36583  1,36583 100%  100%  0% < 0,2% VT n1 1,362 Sau chọn giá trị n1 ta thấy n1 =1,36711 thõa mãn điều kiện )Áp suất cuối trình nén Pc : Áp suất cuối q trình nén Pc xác định theo cơng thức : Pc = Pa  εError! = 0,086  17,2 1,36711 = 4,203409 (MPa) )Nhiệt độ cuối trình nén Tc Nhiệt độ cuối trình nén Tc xác định theo công thức Tc = Ta  εError! =353,53  17,2 1,367111 = 975,997( ºK ) )Lượng mơi chất cơng tác q trình nén Mc : Lượng mơi chất cơng tác q trình nén Mc xác định theo công thức : Mc = M1+ Mr = M1  (1   r ) = 0,76935  (1+0,0419) = 0,717799(kmol/kgn.l) 1.3.3 Tính tốn q trình cháy )Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β0 Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β0 xác định theo công thức: β0 = Error! = Error! = 1+ Error! Trong độ tăng mol ΔM loại động xác định theo công thức sau: ΔM = 0,21  (1-α)  Mo + ( H O + -Error! ) 32 Đối với động điezel : ΔM = ( H O + ) 32 Do H O  β0 = + 32 Mo  0,126 0, 004  32 =1+ = 1.0459 0,4946 1,39278 )Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót ) Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β xác đinh theo công thức : Page Đồ Án Động Cơ Đốt Trong β = Error! = GVHD: 1, 0411  0, 03854 = 1,044058  0, 041902 )Hệ số thay đổi phân tử thực tế điểm z βz : (Do cháy chưa hết ) Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế điểm z βz xác định theo công thức : βz = + Error!  χError! Trong χz = Error! = Nên: βz =1 + 0,75  0,88235 0,85 1,04-1  0,88235 = 1,038875  0,041902 )Lượng sản vật cháy M2 : Ta có lượng sản vật cháy M2 đươc xác định theo công thức : M2= M1 +ΔM = β0 M1 = 1,045904  0,6889= 0,720556(kmol/kgn.l) )Nhiệt độ điểm z Tz : * Đối với động điezel,tính nhiệt độ Tz cách giải pt cháy :    z  QH  mcv'  8,314    Tc   z  mc"pz  Tz M1  1   r  (1) Trong : QH : nhiệt trị dầu điezel , QH =42,5.103( kJ/kgn.l ) Error!:là tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình sản vật cháy z : Error!=8,314+ Error! Error!:là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản vật cháy z tính theo ct : Error! = Error! = 20,817+ 2,678.10-3.Tz = a''v + (b''v/2) Tz Chỉnh lý lại ta có : Error! = 29,131 + 2,678.10-3.Tz = a''Error! + (b''Error! /2) TError! (2) Thay (2) vào (1) ta được: 0, 75.42500 + ( 19,848+ 2,1145.10-3Tz + 8,314 1,6) 957.127 0.7584.(1  0, 03854) = 1,034.( 29,131 + 2,678.10-3.Tz).Tz Giải phương trình ta : Page Đồ Án Động Cơ Đốt Trong Tz = 2252,195052; GVHD: Tz= -12198,01481 (loại) )Áp suất điểm z pz : Ta có áp suất điểm z pz xác định theo công thức pz = λ Pc =6,910416( MPa ) Với λ hệ số tăng áp λ= βz Error! CHÚ Ý :-Đối với động điezel hệ số tăng áp λ chọn sơ phần thông số chọn Sau tính tốn hệ số giãn nở ρ (ở q trình giãn nở) phải đảmbảo ρ