Thiết kế động cơ xăng không tăng áp

TRNG HSP KT VINH KHOA C KH NG LC Chơng I Tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong_động cơ xăng 1.1: Trình t tính toán : 1.1.1: S liu ban u: 1- Công sut của ng c N e = 150 (mã lc) 2 - S vòng quay của động cơ n = 3100 (vòng/phút) 3 - ng kính xilanh D = 100 (mm) 4 - Hnh trình ca pittong S = 90(mm) 5 - Dung tích công tác V h = = 4 2 DS 4 10.100 90 62 = 0,74613 (l) 6 - S xilanh i = 8 7 - T s nén = 6,5 8 - Th t lm vic cu xilanh 1 -5-4-2-6-3-7-8 9 - Sut tiêu hao nhiên liu g e = 220 (g/ml.h) 10 - Góc m sm v óng mun ca supap np 1 = 31 0 ; 2 = 83 0 11 - Góc m sm v óng mun ca supap thi 1 = 67 0 ; 2 = 47 0 12 - Chiu di thanh truyn l tt = 185 (mm) 13 - Khi lợng nhóm pittong m pt = 1,187 (kg) 14 - Khi lng nhóm thanh truyn m tt =1,272 (kg) 1.1.2: Các thông s cần chọn: 1. áp sut môi trờng: p k áp sut môi trng p k l áp sut khí quyn trc khi np vo ng c .Vi ng c không tng áp thì áp sut khí quyn bng áp sut trớc supap np nên ta chn p k = p 0 . nc ta chn p k = p 0 = 0,1 (MPa) 2. Nhit môi trờng: T k Nhit môi trng c la chn theo nhit bình quân c nm. Vi ng c không tng áp ta có nhit môi trờng bng nhit trớc supap np nên : T k = T 0 = 24 0 C = 297 0 K SVTH: V ỡnh Cụng Lp: CN ễTễ A - K4 -1- TRNG HSP KT VINH KHOA C KH NG LC 3. áp sut cui quá trình np: p a áp sut p a phụ thuộc vo rt nhiu thông s nh chủng loại ng c, tính nng tc , h s cản trên ng np, tit din lu thôngVì vy cn xem xét ng c ang thuc nhóm no la chn p a . áp sut cui quá trình nạp p a có th chn trong phm vi : P a = (0,8 - 0,9).p k chn p a = 0,85.p k = 0,85.0,1= 0,085 (Mpa) 4. áp sut khí thi: p r áp sut khí thi cng ph thuc vo các thông s nh p a P r = (1,05 - 1,15).p k chn : p r = 1,05.p k = 1,05.0,1 = 0,105 (Mpa). 5. Mc sy nóng môi cht : T Mc sy nóng môi cht T ch yu ph thuc vo quá trình hình thnh khí hn hp bên ngoi hay bên trong xilanh vi ng c Xăng : T = 0 0 C 20 0 C chn T = 6 0 C 6. Nhit khí sót (khí thi): T r Nhit khí sót T r phụ thuộc vo chủng loi ng c. Nu quá trình gin n càng trit thì nhit T r cng thp. T r = 700 1000 0 K chn T r = 1000 0 K 7. H s hiu ính t nhit: t H s hiu ính t nhit t c chn theo h s dữ lợng không khí để hiệu đính. Thông thờng có th chn t theo bng sau: 0,8 1,0 1,2 1,4 t 1,13 1,17 1,14 1,11 ng c Xăng 10,1 = t 8. H s quét buồng cháy 2 : ng c không tăng áp chn 2 = 1 9. H s np thêm 1 : SVTH: V ỡnh Cụng Lp: CN ễTễ A - K4 -2- TRNG HSP KT VINH KHOA C KH NG LC H s np thêm 1 phụ thuc ch yu vo pha phân phối khí. Thông thng: 1 =1,02 ữ 1,07 chn 1 = 1,02 10. H s lợi dụng nhit ti im z z : H s lợi dụng nhit ti im z z ph thuc vo chu trình công tác của ng c, th hin lợng nhit phát ra đã cháy im z so vi lợng nhit phát ra khi t cháy hon ton 1kg nhiên liu. Vi ng Xăng chn z = 0,85 ữ 0,92 Chn z = 0,85 10. H s li dng nhit ti im b b : H s lợi dụng nht ti iểm b b tu thuc vo ng c xng hay Xăng. b bao gi cng ln hn z . Vi ng c Xăng b = 0,85 - 0,95 chn b = 0,856 11. H s hiu đính th công d : Th hin sự sai lch khi tính toán lý thuyt chu trình công tác của ng c so vi chu trình công tác thc t. S sai lch gia chu trình thc t vi chu trình tính toán của ng c xăng ít hn ca ng c Xăng. d = 0,92 - 0,97 chn d = 0,929 1.1. Tính toán các quá trình công tác: 1.1.1: Tính toán quá trình nạp : 1: H s khí sót r : H s khí sót r đợc tính theo công thức : r = k k T TT )( 2 + . Pa P r . . . 1 2.11 1 Pa P r m Trong ó : m l ch s gin n a bin trung bình của khí sót có thể chọn: m = 1,45 ữ 1,5 chn m = 1,45 SVTH: V ỡnh Cụng Lp: CN ễTễ A - K4 -3- TRƯỜNG ĐHSP KT VINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Thay sè vµo ta cã: = 0,0699 2 : Nhiệt độ cuối qu¸ tr×nh n¹p T a : NhiÖt ®é cuèi qu¸ tr×nh nạp T a được tÝnh theo c«ng thøc : T a = ( ) r m m r a rrtk p p TTT γ γλ +         +∆+       − 1 . 1 Khi ®ã: T a = ( ) 0699,01 .1000.0699,0.1,16297 105,0 085,0 45,1 145,1 + ++               − = 350,5 0 K 3: Hệ số nạp v η : Hệ số nạp v η ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ( )                   +− =         − ∆ m a r t p p p p TT T k a k k v 1 21 . 1 1 . λλλε ε η ( )             − +− =       085,0 105,0 45,1 1 .1.1,102,1.5,6. 1,0 085,0 . 6297 297 . 15,6 1 v η = 0,8116 4: Lượng khÝ n¹p míi M 1 : Lượng khÝ nạp mới M 1 được x¸c định theo c«ng thức : M 1 = T k ee vk pg p 10.432 3 η (kmol/kg nhiªn liệu) Trong đã : e p là ¸p suất cã Ých trung b×nh được x¸c định theo c«ng thức : inV N p h e e 30 τ = = 8.3100.74613,0 4.7355,0.150.30 = 0,7155 (MPa) h V là thể tÝch c«ng t¸c của động cơ được x¸c định theo c«ng thức : SVTH: Vũ Đình Công Lớp: CN ÔTÔ A - K4 -4- ( )               − + = 085,0 105,0 45,1 1 1.1,102,1.5,6 1 085,0 105,0 . 1000 6297.1 γ r TRNG HSP KT VINH KHOA C KH NG LC 4 2 SD V h = = ( ) 4 95,0.1.14,3 2 = 0,74613 (lít). M 1 = T k ee vk pg p 10.432 3 = 297.7155,0.220 8116,0.1,0.10.432 3 = 0,5516 (kmol/kg nhiên liu) 5: Lợng không khí lý thuyt cn t cháy 1kg nhiên liu M 0 : Lng không khí lý thuyt cn t cháy 1kg nhiên liu M 0 c tính theo công thc: M 0 = + 32 0 41221,0 1 HC (kmol/kg nhiên liu) i vi nhiên liu ca ng c Xăng ta có: C = 0.855; H = 0,145. M o = + 4 145,0 12 855,0 . 21,0 1 = 0,5120 (kmol/kg nhiên liu) 6: H s d lng không khí : i vi ng c Xăng còn phải xét đến hơi nhiên liệu, vi vậy: M M nl 0 1 1 à = Trong đó nl à - trọng lợng phân tử của xăng, thờng chọn nl à =114. Vậy thay số vào ta có: = 5120,0 114 1 5516,0 = 1,0602 1.2.2: Tính toán quá trình nén: 1. T nhit mol ng tích trung bình của không khí : v mc =19,806+0,00209.T = 19,806 + 0,00209.297=20,42673 2. T nhit mol ng tích trung bình của sn phm cháy : Khi h s dữ lợng không khí >1, tính theo công thức sau: v mc =(19,876+ 634,1 ) + T 5 10) 36,187 86,427( 2 1 + (kJ/kmol.độ) Thay số vào ta có: v mc =(19,876+ 0602,1 634,1 )+ 297.10) 0602,1 36,187 86,427( 2 1 5 + =22,64455 3. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hổn hợp : SVTH: V ỡnh Cụng Lp: CN ễTễ A - K4 -5- TRNG HSP KT VINH KHOA C KH NG LC Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hổn hợp trong quá trình nén cm v đ- ợc tính theo công thức. v mc = T v v r vrv b a mcmc . 21 . + = + + (kJ/kmol.độ) Thay số vào ta có: v mc = 19,930 + 0,00216.297 = 20,57152 4. chỉ số nén đa biến trung bình n 1 : chỉ số nén đa biến trung bình phù thuộc rất nhiều thông số kết cấu và thông số vận hành nh kích thớc xilanh, loai buồng đốt, số vòng quay, phụ tải, trạng thái nhiệt của động cơ Tuy nhiên n 1 tăng giảm theo quy luật sau: Tất cả những thông số là cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n 1 tăng. Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 đợc xác định bằng cách giải phơng trình : ( ) 1. 2 314,8 1 1 ' ' 1 ++ = n a v v T b a n Kiểm nghiệm lại ta có: n 1 có thể chọn trong khoảng 1,340 1,390. Khi đó ta có thể chọn n 1 = 1,374, Thử lại ta có: 1,374 1 = ( ) 15,350.00216,0930,19 314,8 5,6 1374,1 ++ Vế trái và vế phải bằng nhau, sai số co phép giữa hai vế < 0,2%. Vậy = n 1 1,374 thỏa mãn điều kiện trên. 5. áp suất cuối quá trình nén p c : áp suất cuối quá trình nén p c đợc xác định theo công thức: n pp ac 1 . = = ( ) 5,6 374,1 .085,0 = 1,1127 (MPa) 6. Nhiệt độ cuối quá trình nén T c : Nhiệt độ cuối quá trình nén T c đợc xác định theo công thức: 1 . = n ac TT = ( ) 5,6 1374,1 .5,350 = 705,8 (MPa). 7. Lợng môi chất công tác của quá trình nén c M : SVTH: V ỡnh Cụng Lp: CN ễTễ A - K4 -6- TRNG HSP KT VINH KHOA C KH NG LC Lợng môi chất công tác của quá trình nén c M đợc xác định theo công thức: ( ) rrc MMMM +=+= 1 11 = ( ) 0699,01.5516.0 + = 0,590 (Kmol/kgn.l). 1.2.3. Tính toán quá trình cháy: 1. Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết 0 : Ta có hệ số thay đổi phân tử lí thuyết 0 đợc xác đinh theo công thức: 11 1 1 2 0 1 M M M MM M M += + == Trong đó độ tăng của các loại động cơ đợc xác định theo công thức: Vì đây là động cơ Xăng nên: += += 114 1 32 0 4 145.0 )0602,11(21,0 1 324 )1(21,0 nl OH M à = -0,00035 Vậy : 0381,1 114 1 5120,0*0602,1 114 1 32 0 4 145,0 5120,0*)0602,11(21,01 1 1 324 )1(21,0 1 0 0 0 = + +++ = + ++ += nl nl M OH M à à 2. Hệ số thay đổi phân tử thực tế : (Do có khí sót). Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế đợc xác định theo công thức : = + + = + + = 0699,01 0699,00381,1 1 0 r r 1,0356 3. Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z z : (Do cháy cha hết). Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế tại diểm z z đợc xác định theo công thức : z = z r . 1 1 1 0 + + Trong đó : 9930,0 856,0 85,0 === b z z SVTH: V ỡnh Cụng Lp: CN ễTễ A - K4 -7- TRNG HSP KT VINH KHOA C KH NG LC Vậy : z = 0353,19930,0. 0699,01 10381,1 1. 1 1 1 0 = + += + + z r 4. Lợng sản vật cháy M 2 : Ta có lợng sản vật cháy M 2 đợc xác định theo công thức: 5726,05516,0.0381,1. 1012 ===+= MMMM 5. Nhiệt độ tại diểm z T z : Đối với động cơ Xăng ta có nhiệt độ tại điểm z T z đợc xác định bằng cách giải phơng trình cháy sau: ( ) z pz zcv r HH z TTmc M QQ cm '. 1. ).( 1 =+ + Trong đó: Q H - Nhiệt trị thấp của nhiên liệu ta có, thông thờng có thể chọn Q H = 44000 (kJ/kg n.l) H Q : Nhiệt lợng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1 kgnl, thông thờng có thể xác định H Q theo bằng công thức sau: 0 3 )1.(10.120 MQ H = (kJ/kgnl) khi <1 H Q = 0 khi >=1 Ta chọn H Q = 0 vì ta có 10602,1 >= cm vz - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại z tính đợc: ( ) ( ) T ba mcm cm z vz z r z cv z r z v vz " 1 1. 0 0 0 0 += + + + + = SVTH: V ỡnh Cụng Lp: CN ễTễ A - K4 -8- TRNG HSP KT VINH KHOA C KH NG LC Thay số vào ta có: chú ý cần phải tính ở các phơng trình sau ( ) ( ) ( ) ( ) 075,87284488,3000288,0 00314,071197,210353,18,70500216,0930,1998,63372 0353,18,705 20699,01.5516,0 )044000.(85,0 2 =+ +=++ += ++ + TT TT TT ba b a zz zz zz vz v v T T Giải phơng trình này ta có 3,2688 1 = T z (Nhận) 88,4806 2 = T z (Loại) 6. áp suất tại điểm z p z : Ta có áp suất tại điểm z p z đợc xác định theo công thức: pp cz = Với đợc tính nh sau: 943,3 8,705 3,2688 .0353,1. === T T c z z Khi đó: 3888,41127,1.943,3 == p z (MPa) 1.2.4. Tính toán quá trình gian nỡ: 1. Hệ số giản nở sớm : Đối với động cơ xăng chọn = 1 2. Hệ số giãn nở sau : Ta có hệ số giãn nở sau đợc tính theo công thức: 5,6 === 3. Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n 2 : Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n 2 đợc xác định từ phơng trình cân bằng sau: SVTH: V ỡnh Cụng Lp: CN ễTễ A - K4 -9- TRNG HSP KT VINH KHOA C KH NG LC ( ) ( ) ( ) ( ) TT b a TTM Q n bz vz vz bz r H zb +++ + = . 2 1. 314,8 1 " " 1 * 2 Trong đó: T b : Nhiệt trị tại điểm b và đợc xác định theo công thức: 9,1747 5,6 3,2688 123,1 1 2 === n T T z b (K) Q H * : Nhiệt trị tính toán. Đối với động cơ Xăng: HHH QQQ = * Q H : Của Xăng= 44.000 kJ/kg n.l Thông thờng để xác định n 2 ta có thể chọn n 2 trong khoảng 1,150 ữ 1,250. Khi đó ta có thể chọn : = n 2 1,230 Thử lại ta có : ( ) ( ) ( ) ( ) 9,17473,268800313,070070,21 9,17473,2688.0356,1.0699,01.5516,0 4400085,0856,0 314,8 1230,1 +++ + = Ta thấy sai số gữa vế trái & vế phải < 0,2%: Thỏa mãn điều kiện. 4. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b : Ta có công thức nhiệt độ cuối quá trình giản nở T b : K n T T z b 0 1230,1 1 9,1747 3,2688 5,6 2 === 5. áp suất cuối quá trình giãn nở p b : áp suất cuối quá trình giãn nở p b đợc xác định theo công thức: SVTH: V ỡnh Cụng Lp: CN ễTễ A - K4 -10- . tác của động cơ đốt trong _động cơ xăng 1.1: Trình t tính toán : 1.1.1: S liu ban u: 1- Công sut của ng c N e = 150 (mã lc) 2 - S vòng quay của động cơ n =. cần chọn: 1. áp sut môi trờng: p k áp sut môi trng p k l áp sut khí quyn trc khi np vo ng c .Vi ng c không tng áp thì áp sut khí quyn bng áp sut trớc supap