TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Các thông số cho trước của động cơ
- Kiểu, loại động cơ: Động cơ xăng
- Hệ thống tăng áp: Không tăng áp
- Số xylanh và cách xếp xylanh, i: I4
- Thể tích công tác của động cơ: 2000 cc
- Công suất thiết kế, Ne [kW]: 77
- Số vòng quay thiết kế, n [v/ph]: 6000
- Chiều dài xupap nạp [mm] 104,19
-Chiều dài xupap thải [mm] 103,87
- Góc mở sớm đóng muộn xupap nạp mở sớm 20 o , đóng muộn 45 o
- Góc mở sớm đóng muộn xupap thải mở sớm 55 o , đóng muộn 30 o
Chọn các thông số cho tính toán nhiệt
1.2.1 Áp suất không khí nạp, p 0 Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển: p0 = 0,1 MN/m 2
1.2.2 Nhiệt độ không khí nạp mới, T 0
Nhiệt độ không khí nạp mới của xe phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môi trường sử dụng Tại Việt Nam, nằm trong khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình hàng ngày được ước tính khoảng 27 độ C.
1.2.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp, p k Động cơ 4 kỳ không tăng áp : pk = p0 = 0,1 MN/m 2
1.2.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp, T k
- Động cơ 4 kỳ tăng áp có két làm mát trung gian Tk được xác định bằng công thức:
Tk = T0 = 300K trong đó: m – chỉ số nén đa biến, phụ thuộc vào loại máy nén Chọn m = 1,5. ΔT m – chênh lệch nhiệt độ của không khí trước và sau két làm mát.
1.2.5 Áp suất cuối quá trình nạp, p a Động cơ 4 kỳ không tăng áp: pa = 0,9p0 = 0,09 MN/m 2
- Áp suất khí sót phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Diện tích tiết diện thông qua của các xupap thải.
+ Biên độ, độ cao, góc mở sớm – đóng muộn của xupap thải.
+ Động cơ có lắp hệ thống tăng áp bằng khí thải hay không.
+ Độ cản của bình tiêu âm, bộ xúc tác khí xả…
- Mặt khác, động cơ xăng hoạt động ở tốc độ trung bình nên ta chọn: pr = 1,1p0 = 0,11 MN/m 2
Phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp khí, mức độ giãn nở và sự trao đổi nhiệt trong quá trình giãn nở và thải nên ta chọn:
1.2.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới, ΔT
Khi khí nạp mới di chuyển qua đường ống vào xylanh của động cơ, nó sẽ được sấy nóng do tiếp xúc với vách nóng, đạt đến một trị số nhiệt độ là ΔT.
Mức độ sấy nóng của khí nạp mới được xác định bởi tốc độ lưu thông của khí nạp, thời gian nạp dài hay ngắn, và mức độ chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt tiếp xúc của xylanh và khí nạp.
- Khi động cơ hoạt động ở chế độ toàn tải thì ta chọn: ΔT = 20
Hệ số nạp thêm phụ thuộc vào tốc độ động cơ, cơ cấu phối khí và chiều dài đường ống nạp nên ta chọn: λ 1 =1,03
1.2.10 Hệ số quét buồng cháy, λ 2 Động cơ không tăng áp do có quét buồng cháy nên ta chọn: λ 2 =0,9
1.2.11 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt, λ t
- Khi động cơ hoạt động ở chế độ toàn tải, khi đó công suất cực đại thì ta chọn α =0 ,
85 Vì khi α càng nhỏ thì hỗn hợp sẽ được pha đậm hơn, cháy dữ dội ⇒ công suất cực đại.
- Tương ứng với α =0,85, ta chọn: λ t =1,15
1.2.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z, ξ z
- Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ.
- Động cơ xăng không tăng áp hoạt động ở chế độ toàn tải, công suất cực đại nên ta chọn: ξ z =0,92
1.2.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b, ξ b
- Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tốc độ động cơ, tỷ số nén.
- Khi động cơ hoạt động ở chế độ toàn tải thì tốc độ động cơ thấp, quá trình cháy rớt giảm nên dẫn đến ξ b lớn, từ đó ta chọn: ξ b =0,95
Khi động cơ hoạt động ở chế độ toàn tải với công suất cực đại, nên chọn hệ số α = 0,85 Việc giảm giá trị α sẽ làm cho hỗn hợp nhiên liệu được pha đậm hơn, dẫn đến quá trình cháy diễn ra mạnh mẽ hơn, từ đó tối ưu hóa công suất cực đại của động cơ.
1.2.15 Hệ số điền đầy đồ thị công, φ d
Hệ số điền đầy đồ thị công đánh giá sự hao hụt diện tích giữa đồ thị công thực tế và đồ thị công tính toán Do đó, giá trị được chọn là φ d = 0,97.
Khi động cơ hoạt động ở chế độ toàn tải, công suất đạt cực đại với tốc độ thấp, điều này dẫn đến mức độ đồng đều của môi chất công tác được cải thiện Do đó, hệ số λ được chọn là 3,5.
Tính toán nhiệt
0,1 [10,1.1,03−1,15⋅0,9( 0,110,09) 1,5 1 ] ¿0,85 trong đó: m – chỉ số nén đa biến trung bình của không khí, chọn m = 1,5.
- Nhiệt độ cuối quá trình nạp, Ta:
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới: mc´ v = 19,806 + 0,00419 T a
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy khi α =0,85: mc´ ' ' v =(17,997+3,504α)+1
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén:
- Xác định chỉ số nén đa biến trung bình, n1: n1 – 1 8,314 a v ' +b ' v
- Áp suất quá trình nén, pc: pc = pa ε n 1 =0,09⋅10,1 1,373 =2,15(MN/m 2 )
- Nhiệt độ cuối quá trình nén, Tc:
- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu, M0 Thay các số liệu trong bảng 1.14 [1; tr.26] vào công thức, ta tính được:
4 ) =0,512 (kmol kk / kg nl ) trong đó: C, H, O – thành phần của carbon, hydro, oxy tính theo khối lượng.
- Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh, M1:
114=0,44(kmol kk/kg nl) trong đó: μ nl – trọng lượng phân tử của xăng, μ nl = 114 kg/kmol.
- Lượng sản vật cháy, M2 khi α
