Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào đông cơ (với động cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên ta chọn Pk=Po
Ở nước ta nên chọn Pk=Po = 0,1 (MPa) 2 )Nhiệt độ môi trường :Tk
Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm
Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupáp nạp nên :
Tk =T0 =24ºC =297K 3 )Áp suất cuối quá trình nạp :Pa
Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ, tính năng tốc độ n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét đông cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa
Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi: pa =(0,80,9).pk = (0,80,0).0,1=0,080,09 (MPa) Căn cứ vào động cơ K457 đang tính ta chọn: pa =0,09 (Mpa) 4 )Áp suất khí thải P :
Áp suất khí thải cũng phụ thuộc giống như p Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi :
p= (1,11,15).0,1 =0,110,115 (MPa)
chọn P =0,11 (MPa) 5 )Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T
Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành hỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xy lanh
Với động cơ diezel : ∆T=0ºC 20ºC Vì đây là đ/c K457 nên chọn ∆T=20ºC 6 )Nhiệt độ khí sót (khí thải) T
Nhiệt độ khí sót T phụ thuộc vào chủng loại đông cơ.Nếu quá trình giãn nở càng triệt để ,Nhiệt độ T càng thấp
Thông thường ta có thể chọn : T=700 ºK -1000 ºK Thông thường ta có thể chọn : T =900 ºK
7 )Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ :
Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiệu đính .Thông thường có thể chọn λ theo bảng sau :
α 0,8 1,0 1,2 1,4 λ 1,13 1,17 1,14 1,11
Đối với động cơ đang tính là động cơ diesel có α > 1,4 có thể chọn λ=1,1 8 )Hệ số quét buồng cháy λ :
Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta chọn λ =1 9 )Hệ số nạp thêm λ
Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí .Thông thường ta có thể chọn λ =1,02÷1,07 ; ta chọn λ =1,02
10 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ,ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ Với các loại đ/c điezen ta thường chọn : ξ=0,70-0,85
Chọn : ξ=0,835
11 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động cơ điezel .ξ bao giờ cũng lớn hơn ξ
Với các loại đ/c điezen ta thường chọn : ξ =0,80-0,90 ta chọn ξ=0,9
12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ :
Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu trình công tác thực tế .Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính toán của động cơ xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số φ của đ/c diezel thường chọn hệ số lớn.
Có thể chọn φ trong phạm vi: φ =0,92-0,97 Nhưng đây là đ/c điezel nên ta chọn φ = 0,92
2.2. Tính toán các quá trình công tác :
2.2.1. Tính toán quá trình nạp :
1 )Hệ số khí sót γ :
Hệ số khí sót γ được tính theo công thức :
γ= \f(λ,T .\f(P,P . \f(p,p\f(1,m\a\ac\vs2(\f(1,
Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5 Chọn m =1,5
γ = . . = 0,0307 2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
Nhiệt độ cuối quá trình nạp T đươc tính theo công thức: T= \f(P,P\f(m-1,m\a\ac\vs2(\f(+λ.γ.T,1+γ ºK T= =335,4 (ºK) 3 )Hệ số nạp η : η = \f(1,ε-1 . \f(T,T+∆T . \f(P,P . \f(P,P\f(1,m\a\ac\vs2( η= .. . 0,09 0,1 . = 0,8451 4 )Lượng khí nạp mới M :
Lượng khí nạp mới M được xác định theo công thức sau : M = \f(432.10.P.η,g.P.T (kmol/kgnhiên liệu)
Trong đó p là áp suất có ích trung bình được xác định theo công thức sau: p = \f(30.N.τ,V.n.i = =0,8845 (MPa)
Vậy : M = = 0,5242 (kmol/kg nhiên liệu)
5 )Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M :
Lượng kk lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M được tính theo công thức :
M = \f(1, . 12 4 32
C H O
(kmol/kg) nhiên liệu Vì đây là đ/c điezel nên ta chọn C=0,87 ; H=0,126 ;O=0,004
M = \f(1, . (\f(,12 + \f(,4 - \f(,32 ) =0,4946 (kmol/kgnhiên liệu) 6 )Hệ số dư lượng không khí α
Vì đây là động cơ điezel nên : α = \f(M,M = = 1,0598
2.2.2. Tính toán quá trình nén :
1 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí : = a’v+ b’vT = 19,806+0,00209T (kJ/kmol.độ)
2 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy : Khi hệ số lưu lượng không khí α >1 tính theo công thức sau : = \f(,α + \f(1,2. \f(,α.10 T (kJ/kmol.độ)
= 21,40879 + 0,00302T
3 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp :
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén tính theo công thức sau :
= \f(+γ.,1+γ = = 19,854 + 0,00212T (kJ/kmol.độ)
4 ) Chỉ số nén đa biến trung bình n:
Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thong số kết cấu và thong số vận hành như kích thước xy lanh ,loại buồng cháy,số vòng quay ,phụ tải,trạng thái nhiệt độ của động cơ…Tuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau :
Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng. Chỉ số nén đa biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau :
n-1 = \f(b',2\a\ac\vs2(n-1\f(,a'+.T.
Chú ý :thông thường để xác định được n ta chọn n trong khoảng 1,340÷1,390 Rất hiếm trường hợp đạt n trong khoảng 1,400 ÷ 1,410
→ (theo sách Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong - trang 128 )
Vì vậy ta chọn n theo điều kiện bài toán cho đến khi nào thõa mãn điều kiện bài toán:
Thay n vào VT và VP của phương trình trên và so sánh, nếu sai số giữa 2 vế của phương trình thõa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu. Sau khi chọn các giá trị của n ta thấy n =1,3698 thõa mãn điều kiện bài toán
5 )Áp suất cuối quá trình nén P :
Áp suất cuối quá trình nén P được xác định theo công thức : P = P. ε\a\ac\vs2(n = 0,09. 1 = 3,675 (MPa)
6 )Nhiệt độ cuối quá trình nén T :
Nhiệt độ cuối quá trình nén T được xác định theo công thức T = T. ε\a\ac\vs2(n-1 = 335,4. 1 = 913( ºK )
Lượng môi chất công tác của quá trình nén M được xác định theo công thức : M = M+ M = M. (1r) = 0,5242.(1+0,0307) = 0,54
2.2.3. Tính toán quá trình cháy :
1 )Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β:
Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β được xác định theo công thức : β = \f(M,M = \f(M+ΔM,M = 1+ \f(ΔM,M
Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau:
ΔM = 0,21.(1-α)M + ( \f(H,4 + \f(O,32 \f(1,μ ) Đối với động cơ điezel : ΔM = ( \f(H,4 + \f(O,32 ) Do đó
β = 1 + \f(H,4\f(O,32\f(+,α.M = 1 + = 1,0603 2 )Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót )
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác đinh theo công thức : β = \f(β+γ,1+γ = =1,0585
3 )Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β : (Do cháy chưa hết )
Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế tại điểm z β được xác định theo công thức : β = 1 + \f(β-1,1+γ . χ Trong đó χ = \f(ξ,ξ = = 0,9278 Nên: β =1 + . =1,0543 4 )Lượng sản vật cháy M :
Ta có lượng sản vật cháy M đươc xác định theo công thức : M= M +ΔM = β. M = 1,0603.0,5242 =0,5558 5 )Nhiệt độ tại điểm z T :
* Đối với động cơ điezel, tính nhiệt độ T bằng cách giải pt cháy : khi α > 0 ta có:
\f(ξ.Q,M + .T = β. . T Trong đó :
Q : là nhiệt trị của dầu điezel ,Q =42,5. 10 ( kJ/kgn.l ) :là tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy tại z là : =8,314+
:là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại z được tính theo ct :
= \f(γ,β\f(γ,β\f(, = a'' + b'' . T Chỉnh lý lại ta có :
= a'' + b'' .T Thay (2) vào (1) ta được:
. 19, 0,73 .425005 ( 839 8,314.1,88).311, 009 1,0336 0,8080.(1 0,0326) ( a''p + b''pT).Tz
Giải phương trình trên với a'' =29,61944 ; b''=0,00296 ta được : T =2709,3 ; T= -6356,6 (loại)
6 ) Áp suất tại điểm z p :
Ta có áp suất tại điểm z p được xác định theo công thức : p =λ. P ( MPa )
Với λ là hệ số tăng áp λ= β . \f(T,T =1,0543.=3,129
CHÚ Ý : Đối với động cơ điezel hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông
số chọn. Sau khi tính toán thì hệ số giãn nở ρ (ở quá trình giãn nở) phải đảm bảo ρ<λ,nếu không thì phải chọn lại λ
Vậy p = 3,129.3,675=11,498
2.2.4. Tính toán quá trình giãn nở :
1 )Hệ số giãn nở sớm ρ :
ρ = \f(β.T,λ.T = =1
Qua quá trình tính toán ta tính được ρ = 1thõa mãn điều kiện ρ < λ 2 )Hệ số giãn nở sau δ :
Ta có hệ số giãn nở sau δ được xác định theo công thức : δ = \f(ε,ρ = =15
3 )Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n : n–1= \f(.Q,M..β.\f(b'',2\f(8.314,+a''+.
Trong đó :
T :là nhiêt trị tại điểm b và được xác định theo công thức : T= \a\ac\vs2(n–1\f(T,δ ( ºK )
Q :là nhiệt trị tính toán
Đối với động cơ điezel Q= Q Q = 42.500 (kJ/kg n.l)
Qua kiệm nghiêm tính toán thì ta chọn đươc n =1,221. Thay n vào 2 vế của pt trên ta so sánh ,ta thấy sai số giữa 2 vế <0,2% nên n chọn là đúng
4 )Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T :
T= \a\ac\vs2(n–1\f(T,δ = = 1489,2( ºK ) 5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p :
Áp suất cuối quá trình giãn nở P được xác định theo CT : p = \a\ac\vs2(n\f(P,δ = =0,4213 (MPa)
6 )Tính nhiệt độ khí thải T :
T = T. \f(P,P\f(m–1,m\a\ac\vs2( == 951,77( ºK )
Ta tính được T =951,77 ( ºK ).So sánh với nhiệt độ khí thải đã chon ban đầu thõa mãn điều kiện không vượt quá 15 %
2.2.5. Tính toán các thông số chu trình công tác
1 )Áp suất chỉ thị trung bình p' :
Đây là đông cơ điezel áp suất chỉ thị trung bình P' được xác định theo CT : p' = \f(P,ε–1 . \f(λ.ρ,n–1\a\ac\vs2(n–1\f(1,δ\f(1,n–1\a\ac\vs2(n–1\f(1,ε
Qua tính toán thực nghiệm ta tính được P' = 1,0974 (MPa) 2 )Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p :
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình
Trong thực tế được xác định theo công thức : p= p'.φ = 1,0974.0,92= 1,0096 (MPa)
Trong đó φ _hệ số hiệu đính đồ thị công.chọn theo tính năng và chung loại đông cơ.
3 )Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g :
Ta có công thức xác định suất tiêu hoa nhiên liệu chỉ thị g: g= \f(432.10.η.P,M.P.T = =232,28 (g/kW.h) 4 )Hiệu suất chỉ thi η:
Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị η : η = \f(,g.Q = =0,3647
5 )Áp suất tổn thất cơ giới P :
Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và đươc biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ.Ta có tốc độ trung bình của động cơ là :
V = \f(S.n,30 = =7,(m/s)
Đối với động cơ diesel cao tốc dung cho ôtô (V >7) :
P= 0,015+0,0156.V= 0,015+0,0156.7 = 0,1242 (MPa) 6 )Áp suất có ích trung bình P :
P = P – P =1,0096 – 0,1242 = 0,88538 (MPa) 7 )Hiệu suất cơ giới η :
Ta có có thức xác định hiệu suất cơ giới: η =
e i
p
p = =0,8770% 8 )Suất tiêu hao nhiên liệu g :
Ta có có thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là: g= \f(g,η = =264,86 (g/kW.h) 9 )Hiệu suất có ích η :
Ta có có thức xác định hiệu suất cơ có ích η được xác định theo công thức: η = η .η = 0,877.0,3647 =0,3198
10 )Kiểm nghiêm đường kính xy lanh D theo công thức : D = = (mm )
Mặt khác V =1,329 ( md3 )
D = = 1,0997737 (mm)
2.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công:
Căn cứ vào các số liệu đã tính pr, p , p , p , p ,n, n, ε ta lập bảng tính đường nén và đường giãn nở theo biến thiên của dung tích công tác V = i.V
V : Dung tích buồng cháy V = \f(V,ε–1 = = 0,095 (dm3 )
Các thông số ban đầu: p = 0 ,11 MPa ; p = 0,09MPa; p= 3,675 MPa p = 11,498 MPa ; p = 0,4213 MPa
2.3.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén :
- Phương trình đường nén đa biến : P.V\a\ac\vs2(n = const
Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường nén thì : P. V\a\ac\vs2(n = P .V\a\ac\vs2(n
P = P. \f(V,V\a\ac\vs2(n\f(1, = P. \a\ac\vs2(n\f(1,i = \a\ac\vs2(n\f(P,i
n : Chỉ số nén đa biến trung bình n = 1,3698 P : Áp suất cuối quá trình nén P =3,675 ( MPa)
2.3.2. Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở :
- Phương trình của đường giãn nở đa biến : P.V\a\ac\vs2(n = const
Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì :
P. V\a\ac\vs2(n = P. V\a\ac\vs2(n → P = P. \f(V,V\a\ac\vs2(n\f(1,
Ta có : ρ = \f(V,V : Hệ số giãn nở khi cháy ρ = chọn ρ = 1,2377
V = ρ.V Vậy P = P. \f(V,ρ.V\a\ac\vs2(n\f(1, = \a\ac\vs2(n\f(V,V
\a\ac\vs2(n\f(P.ρ, = \a\ac\vs2(n\a\ac\vs2(n\f(P.ρ,i = P \f(ρ,i\a\ac\vs2(n n : Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n = 1,221 P : Áp suất tại điểm z : P = 11,498 (MPa) - Giá trị biểu diễn của các thông số trên đồ thị:
+ Giá trị biểu diễn của thể tích buông cháy Vcbd
Chọn Vcbd = 10 (mm). Suy ra tỉ lệ xích: μv = c cbd V V 0,095/10 = 0,0095 (dm3/mm). + Giá trị biểu diễn của thể tích công tác Vhbd
Vhbd= v h
V
=140 (mm)
Để đơn giản cho quá trình tính toán ta chia Vhbd thành ε = 15 phần bằng nhau + Giá trị biểu diễn của áp suất cực đại pzbd
Chọn Pzbd = 250 (mm). Suy ra tỉ lệ xích: μ= z zbd P P 11,498/250 = 0,046 (MN/m2.mm). + Giá trị biểu diễn của đường kính vòng tròn Brick
AB = Vhbd = 140 (mm). Bảng giá trị đồ thị công động cơ Diesel:
i ivc
Quá trình nén Quá trình giãn nở V(mm) px= Biểu diễn
(mm) px=
Biểu diễn (mm)
1,000 0.0950 3 12,377 3.6750 99,246 12,031 250 2 0.1900 7 20 1.4220 51,377 4.3201 137,49 3 0.2851 0 30 0.8160 29,456 2.6067 82,956 4 0.3801 3 40 0.5502 19,85 1.8214 57,966 5 0.4751 7 50 0.4053 14,615 1.3793 43,896 6 0.5702 0 60 0.3157 11,38 1.0990 34,975 7 0.6652 3 70 0.2556 9,211 0.9070 28,863 8 0.7602 7 80 0.2129 7,669 0.7697 24,439 9 0.8553 0 90 0.1812 6,5247 0.6631 21,103 10 0.9503 3 100 0.1568 5,6465 0.5815 18,507 11 1.0453 6 110 0.1376 4,9544 0.5164 16,435 12 1.1404 0 120 0.1222 4,3969 0.4634 14,746 13 1.2354 3 130 0.1095 3,9396 0.4194 13,346 14 1.3304 6 140 0.0989 3,5587 0.3824 12,169 15 1.4255 0 150 0.0900 3,2373 0.3509 11,167 2.3.3. Chọn tỷ lệ xích và các điểm đặc biệt : + Vẽ hệ trục tọa độ P-V theo tỉ lệ xích: μ= 0,046 (MN/m2.mm). μv = 0,0095 (dm3/mm). + Ta có: Vh =1,329 (dm3), Vc = 0,095 (dm3) Va = Vh + Vc = 1,329+0,095= 1,424 (dm3)
Vz = .Vc = 1.0,095 = 0,095
Các thông số ban đầu: p = 0 ,11 MPa ; p = 0,09MPa; p= 3,675 MPa p = 11,498 MPa ; p = 0,4213 MPa
Vậy các điểm đặc biệt đó là:
+ Điểm cuối quá trình hút: a(Va;Pa) = (1,265;0,09) (dm3; MPa) + Điểm cuối quá trình nén: c(Vc;Pc) = (0,07714;4,1784) (dm3; MPa ) + Điểm cuối quá trình cháy: z(Vz;Pz) = (0,0955;7,8554) (dm3; MPa ) + Điểm cuối quá trình giản nở: b(Va;Pb) = (1,26564;0,3139) (dm3; MPa) + Điểm cuối quá trình thải: r(Vc;Pr) = (0,07714;0,11) (dm3; MPa)
y(Vc;Pz) = (0,07714;7,8554) (dm3; MPa )
2.3.4. Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công :
Ta chọn tỉ lệ xích của hành trình piton S là :
μ = \f(gtt,gtbd = \f(S,gtbd = = 0,596 (mm) Thông số kết cấu động cơ là :
λ = \f(R,L = \f(S,2.L = = 0,27 Ta có nửa hành trình của piton là :
R = \f(S,2 = =70 ( mm ) Khoảng cách OO’ là :
OO’= \f(λ.R,2 = = 9,45 ( mm ) Giá trị biểu diễn của OO’ trên đồ thị :
gtbd = \f(gtt,μ = = 15,85 mm ) Giá trị biểu diễn của R trên đồ thị :
gtbd = \f(gtt,μ = = 117,44 ( mm ) Từ đó xác định các điểm:
-Góc mở sớm xupap nạp α1 = 450 xác định được r’
-Gócđóng muôn xupap nạp α2 = 450 xác định được a’
-Góc mở sớm xupap thải 1 = 450 xác định được b’
-Góc đóng muôn xupap thải 2 = 450 xác định được r’’
2.3.5. Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị :
1 ) Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp : (điểm a)
Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm xupap nạp α1, bán kính này cắt đường tròn tại điểm a’. Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt đường P tại điểm a. Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa đường P và trục