Động cơ MPV 7 chỗ dùng máy xăng | Tiểu luận môn tính toán thiết kế động cơ đốt trong Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 
VIỆN SƯ PHẠM KỸ THUẬT
MÔN HỌC: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI
ĐỘNG CƠ MPV 7 CHỖ DÙNG MÁY XĂNG GV: Lý Vĩnh Đạt Thành viên
1. Trương Thanh Bình
2. Đoàn Duy Khôi
3. Nguyễn Khắc Huy
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2022 MỤC LỤC
PHẦN 1: SỐ LIỆU BAN ĐẦU VÀ YÊU CẦU TÍNH TOÁN ............................................... 1
I. Các thông số cho trước của động cơ: .................................................................................... 1
II. Yêu cầu tính toán ................................................................................................................ 1
PHẦN 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ................................................................. 2
A. CHỌN CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ...................................................................................... 2
1. Áp suất không khí nạp p0 ............................................................................................... 2
2. Nhiệt độ không khí nạp mới (To) ................................................................................. 2
3. Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (pk) .......................................................................... 2
4. Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (𝐓𝐤) ...................................................................... 2
5. Áp suất cuối quá trình nạp (𝐏a) ...................................................................................... 2
6. Chọn áp suất khí sót Pr .................................................................................................... 2
7. Nhiệt độ khí sót (𝑻𝒓) ....................................................................................................... 3
8. Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới .......................................................................................... 3
9. Chọn hệ số nạp thêm λ1 ................................................................................................... 3
10. Chọn hệ số quét buồng cháy λ2 .................................................................................... 3
11. Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt .................................................................................... 4
12. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξZ) ............................................................................. 4
13. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξb) .............................................................................. 4
14. Hệ số dư lượng không khí α .......................................................................................... 4
15. Chọn hệ số điền đầy đồ thị công φd .............................................................................. 5
16. Tỷ số tăng áp ................................................................................................................. 5
B. TÍNH TOÁN NHIỆT ........................................................................................................... 5
1. Quá trình nạp ................................................................................................................... 5
1.1. Hệ số nạp ηv............................................................................................................... 5
1.2. Hệ số khí sót γr .......................................................................................................... 5
1.3. Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta .................................................................................. 6
2. Quá trình nén ................................................................................................................ 6
3. Quá trình cháy ................................................................................................................. 7
3.1 Lượng không khí lý thuyết ầ
c n để đốt cháy 1 kg nhiên liệu 𝑀0 .............................. 7
3.2. Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh 𝑀1 ........................................................ 8
3.3. Lượng sản vật cháy 𝑀2 ............................................................................................. 8
3.4. Hệ số biến đổi phân tử khí lí thuyết 𝛽0.................................................................... 8
3.5. Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế 𝛽 ......................................................................... 8
3.6 Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm ........................................................................... 8
3.7 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn .................................................................... 9
3.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm
Z....................................... 9
3.9 Nhiệt độ cuối quá trình cháy 𝑇𝑧 ................................................................................. 9
3.10 Áp suất cuối quá trình cháy 𝑃𝑧 .............................................................................. 10
4 Quá trình giãn nở ............................................................................................................ 10
4.1 Quá trình giãn nở đầu : ............................................................................................. 10
4.2 Tỷ số giãn nỡ sau : ................................................................................................... 11
4.3 Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình: ........................................................... 11
4.4. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb .......................................................................... 12
4.5. Áp suất cuối quá trình giãn nở pb ............................................................................ 12
4.6. Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót ............................................................................ 12
4.7. Sai số khí sót ........................................................................................................... 12
PHẦN 1: SỐ LIỆU BAN ĐẦU VÀ YÊU CẦU TÍNH TOÁN
I. Các thông số cho trước của động cơ:
Các thông số cho trước để kiểm nghiệm động cơ có sẵn trong tính toán nhiệt được
chọn phụ thuộc vào các trường hợp tính toán sau:
- Môi trường sử dụng động cơ:
- Kiểu, loại động cơ (động cơ xăng, động cơ diesel ), số kỳ 𝜏: động cơ xăng 4 kỳ, không tăng áp.
- Số xilanh, i và cách bố trí các xilanh: I4 thẳng hàng
- Đường kính xilanh, D(mm): 85m m
- Hành trình piston, S (mm) :
- Công suất thiết kế, 𝑁𝑒 (kW): 78 kW
- Số vòng quay thiết kế, n (v/ph): 6000 - Tỷ số nén 𝜀: 11,5
- Kiểu buồng cháy và phương pháp tạo hỗn hợp: pentroof combustion chamber, phun trực tiếp.
- Kiểu làm mát: tuần hoàn cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng.
- Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích, g𝑒(g/Kw.h): 180
- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp và thải:
- Chiều dài thanh truyền, L (mm): 200
- Khối lượng nhóm piston, 𝑚𝑛𝑝 (kg): 0,75 kg
- Khối lượng nhóm thanh truyền, 𝑚𝑡𝑡 (kg): 2,1 kg II. Yêu cầu tính toán
1. Tính toán nhiệt và xây dựng giản đồ công chỉ thị của động cơ. 1
2. Tính toán động học và động lực học cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền.
PHẦN 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
A. CHỌN CÁC THÔNG SỐ NHIỆT
1. Áp suất không khí nạp p0
Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giá trị po phụ thuộc vào
độ cao so với mực nước biển. Càng lên cao thì po càng giảm do không khí càng loãng, tại
độ cao so với mực nước biển: po = 0.1013 MN/𝑚2
2. Nhiệt độ không khí nạp mới (To)
Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môi
trường, nơi xe được sử dụng. Điều này hết sức khó khăn đối với xe thiết kế để sử dụng ở
những vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ trong ngày lớn.
Miền Nam nước ta thuộc khi vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là t o
kk = 29 C cho khu vực miền Nam, do đó: T o o o
0 = (tkk + 273) K = (29 + 273) K = 302 K
3. Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (pk)
Động cơ 4 kỳ không tăng áp: pk=po=0.1013 MN/𝑚2
4. Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (𝐓𝐤) Đối ớ
v i động cơ bốn kỳ không tăng áp: Tk=To=302oK
5. Áp suất cuối quá trình nạp (𝐏a)
Trong quá trình tính toán nhiệt, suất cuối quá trình nạp 𝑃𝑎 của động cơ bốn kỳ không
tăng áp thường được xác định bằng công thức thực nghiệm: p 2
a = (0,8 ÷ 0,95).p0 (MN/m )= 0,9.0.1= 0,09 (MN/m2)
6. Chọn áp suất khí sót Pr 2
Là một thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xilanh
động cơ. Tương tự như áp suất cuối quá trình nạp pa, áp suất khí sót pr được xác định bằng quan hệ sau: Đối ớ
v i động cơ xăng: pr = (0,11 ÷ 0,12) (MN/m2) Ta chọn: p 2 r = 0,12 (MN/m )
7. Nhiệt độ khí sót (𝑻𝒓 𝑻 )
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 . Đối ớ v i động cơ xăng: T o r = (900 ÷ 1000) K Ta chọn: T o r = 900 K
8. Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới
Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xylanh của động cơ do
tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ ΔT.
Khi tiến hành tính toán nhiệt của động cơ người ta thường chọn chỉ số ΔT căn cứ vào số liệu thực nghiệm: Đối ớ
v i động cơ xăng: ΔT = (0 ÷ 20)oC Ta chọn: ∆T = 15oC
9. Chọn hệ số nạp thêm λ1
Hệ số nạp thêm λ1 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.
Hệ số nạp thêm thường được chọn trong giới hạn: λ1 = 1,02 ÷ 1,07. Ta chọn: λ1 = 1,05.
10. Chọn hệ số quét buồng cháy λ2 Đối ớ
v i động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy nên chọn λ2= 0,9 3
11. Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp α và nhiệt độ khí sót Tr.
Theo thực nghiệm thống kê đối với động cơ xăng λt ta có:
Hệ số dư lượng không khí α 0,80 1,00 1,20 1,40
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ 1,13 1,17 1,14 1,11 t Đối ớ
v i động cơ xăng: α = 0,85 ÷ 0,92 .
Ta chọn: α = 0,9 và λt = 1,15.
12. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξZ)
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (ξz) là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá
trình cháy, hay tỉ lệ lượng nhiên liệu đã cháy tại điểm z. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (ξz)
phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ. Đối ớ v i động cơ xăng: ξ z = 0,75 ÷ 0,92 Ta chọn: ξz = 0,8
13. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξb)
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξb) phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Khi tốc độ động cơ càng
cao thì cháy rớt càng tăng, dẫn đến (ξb) nhỏ. Đối ớ v i động cơ xăng: ξ b = 0,85 ÷ 0,95 Ta chọn: ξb = 0,9
14. Hệ số dư lượng không khí α
Hệ số α ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy. Đối ớ
v i động cơ xăng: α = 0,85 ÷ 0,95 Ta chọn: α = 0,9 4
15. Chọn hệ số điền đầy đồ thị công φd
Hệ số điền đầy đủ đồ thị công φd đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công
thực tế so với đồ thị công tính toán. Đối ớ
v i động cơ xăng: φd = 0,93 ÷ 0,97 Ta chọn φd = 0,97
16. Tỷ số tăng áp Đối ớ
v i động cơ xăng: λ = 3,0 ÷ 4,0 Ta chọn: λ = 3,5 B. TÍNH TOÁN NHIỆT
1. Quá trình nạp
1.1. Hệ số nạp ηv 1 𝑇 𝑝 𝑝 1 𝜂 𝑘 𝑎 𝑟 𝑚 𝑣 = 𝜀 − 1 . 𝑇
. [𝜀. 𝜆1 − 𝜆𝑡. 𝜆2. ( ) ] 𝑘 + 𝛥𝑇 . 𝑝𝑘 𝑝𝑎 1 1 302 0,09 0,12 1,5
= 11,5 − 1.302 + 15. 0,1 .[11,5.1,05 − 1,15.0,9.(0,09) ] = 0,8836
Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5. Ta chon m=1,5.
1.2. Hệ số khí sót γr 𝜆 𝑝 𝑇 𝛾 2 𝑟 𝑘 𝑟 = (𝜀 − 1). 𝜂 . . 𝑣 𝑝𝑘 𝑇𝑟 1 0,12 302
= (11,5 − 1).0,8836. 0,1 .900 = 0,0434 5
1.3. Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta 𝑚−1 𝑇 𝑚
𝑘 + 𝛥𝑇 + 𝜆𝑡. 𝛾𝑟. 𝑇𝑟. (𝑝𝑎 ) 𝑇 𝑝𝑟 𝑎 = 1 + 𝛾 𝑟 1,5−1
302 + 15 + 1,15.0,0434.900. (0,09 1,5 = 0,12) 1 + 0,0434 = 342,93°𝐾 Loại động cơ ∆T, ℃ Ta (𝐾) Xăng 10 ÷ 20 340 ÷ 400 Diesel 10 ÷ 25 310 ÷ 360 2. Quá trình nén
2.1. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới 0,00419. 𝑇 𝑚𝑐𝑣 = 19,806 + 2 (kJ/kmol.°K)
2.2. Tỷ nhiệt đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy Khi α = 0,9
Khi 0,7 < α < 1 tính cho động cơ xăng theo công thức sau: 1
𝑚𝑐𝑣" = (17,997 + 3,504. 𝛼) + ) −5
2 . (360,34 + 252,4. 𝛼 . 10 . 𝑇 1 = (17,997 + 3,504.0,9) + ( ) −5
2 360,34 + 252,4.0,9 . 10 . 𝑇
= 21,1506 + 293,75.10−5. 𝑇 5,875.10−3 = 21.1506 + 2 . 𝑇(kJ/kmol.°K)
2.3. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén Theo công thức sau: 𝑚𝑐 " 𝑚𝑐 𝑣 + 𝛾𝑟. 𝑚𝑐𝑣 𝑣′ = 1 + 𝛾 𝑟 6 19,806 + 0,00419. 𝑇 = 2
+ 0,0434. (21,1506 + 5,875.10−3 2 𝑇) 1 + 0,0434 0,00426 = 19,862 + 2 . 𝑇(kJ/kmol.°K) Ta có: 𝑚𝑐 ′
𝑣′ = 𝑎𝑣 + 𝑏𝑣′ . 𝑇 2 𝑐 Nên: 𝑎′ ′
𝑣 = 19,862 và 𝑏𝑣 = 0,00426
2.4. Chỉ số nén đa biến trung bình n1
Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định một cách gần đúng theo phương trình
cân bằng nhiệt của quá trình nén được biểu thị ở công thức sau đây: 8,314 𝑛1 − 1 =
𝑎′𝑣 + 𝑏𝑣′2 .𝑇𝑎.(𝜀𝑛1−1 + 1) 8,314 𝑛1 − 1 = 19,862 + 0,00426 2 . 342,93. (11,5𝑛1−1 + 1)
⇒ Giải ra ta được giá trị 𝑛1 ≈ 1,371
2.5. Áp suất quá trình nén pc 𝑝 1,371
𝑐 = 𝑝𝑎. 𝜀𝑛1 = 0,09. 11,5 = 2,562(MN/m2)
2.6. Nhiệt độ cuối quá trình nén
𝑇𝑐 = 𝑇𝑎. 𝜀𝑛1−1 1,
= 342,93. 11,5 371−1 = 848,95(°𝐾) 3. Quá trình cháy
3.1 Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu 𝑴𝟎 1 𝐶 𝐻 𝑂 𝑘𝑘
𝑀0 = 21.(12 + 4 − 32)(𝑘𝑚𝑜𝑙𝑘𝑔.𝑛𝑙)
Trong đó C, H, O là thành phần carbon, hydro, oxy tính theo khối lượng có trong 1kg nhiên liệu lỏng. 7
Thay các số liệu vào công thức trên ta được:
Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy 1kg xăng: 𝑀0 = 0,516 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑘
3.2. Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh 𝑴 𝟏 Đối ớ v i động cơ xăng: 1 1
𝑀1 = 𝛼. 𝑀0 + 𝜇 = 0,9.0,516 + / . 𝑛𝑙) 𝑛.𝑙
112 = 0,473 (𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑘 𝑘𝑔
Trong đó 𝜇𝑛.𝑙 là trọng lượng của một phân tử xăng: 𝜇𝑛.𝑙 = 110 ÷ 114 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 Ta chọn 𝜇
𝑛.𝑙 = 112 𝑘𝑚𝑜𝑙
3.3. Lượng sản vật cháy 𝑴 𝟐
𝑀2 = 𝐶 + 𝐻 + 0,79. 𝛼. 𝑀
+ 0,145 + 0,79.0,9.0,516 = 0,511 (𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑉𝐶/𝑘𝑔 𝑛𝑙) 12 2 0 = 0,855 12 2
3.4. Hệ số biến đổi phân tử khí lí thuyết 𝜷 𝟎 𝑀 0,511 𝛽 2 0 = 𝑀 = 1
0,473 = 1,08 (𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑉𝐶/𝑘𝑔𝑛𝑙)
3.5. Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế 𝜷
Trong thực tế do ảnh hưởng khí sót còn lại trong xylanh từ chu trình trước nên hệ số biến
đổi phân tử khí thực tế 𝛽 được xác định theo công thức sau : 𝛽 1,08 − 1 𝛽 = 1 + 0 − 1 1 + 𝛾 = 1 + 𝑟 1 + 0,0434 = 1,0766
3.6 Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm 8 𝛽 1,08 − 1 0,8 𝛽 0 − 1
𝑧 = 1 + 1 + 𝛾 . 𝑥𝑧 = 1 + 𝑟
1 + 0,0434 .0,9 = 1,068
Trong đó: 𝑥𝑧 = 𝜉𝑧 = 0.8 = 8 𝜉𝑏 0.9 9
3.7 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn Đối ớ
v i động cơ xăng vì 𝛼 < 1, thiếu oxy nên nhiên liệu cháy không hoàn toàn, do đó gây
tổn thất một lượng nhiệt, ký hiệu là ∆𝑄𝐻 và được tính theo công thức sau : ∆𝑄 3
𝐻 = 120. 10 . (1 − 𝛼)𝑀0 = 6192 (𝐾𝐽/𝑘𝑔. 𝑛𝑙)
3.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm Z
𝑀2.(𝑥𝑧 + 𝛾𝑟) . 𝑚𝑐𝑣′ + 𝑀1. (1 − 𝑥𝑧).𝑚𝑐𝑣 𝑚𝑐 𝛽0 𝑣′′ = 𝑀2.(𝑥𝑧 + 𝛾𝑟
𝛽 ) + 𝑀1. (1 − 𝑥𝑧) 0 Ta có: 0,00426 𝑚𝑐𝑣′ = 19,862 + 2 . 𝑇(kJ/kmol.°K) 0,00419. 𝑇 𝑚𝑐𝑣 = 19,806 + 2 (kJ/kmol.°K) Thay vào ta được: 0,511. (8 473. ( 8 𝑚𝑐 9 + 0,0434 1,08 ) . 𝑚𝑐𝑣′ + 0, 1 − 9).𝑚𝑐𝑣 𝑣′′ = 0,511. (8 8 9 + 0,0434 1,08 ) + 0,473. (1 − 9) = 19,856 + 0,00212. 𝑇
3.9 Nhiệt độ cuối quá trình cháy 𝑻 𝒛 9
𝜉𝑍(𝑄𝐻 − 𝑉𝑄𝐻)  ′  " 𝑀
. 𝑇𝑐 = 𝛽𝑍. 𝑚𝑐𝑣𝑧 .𝑇𝑧
1(1 − 𝛾𝑟) + 𝑚𝑐𝑣𝑐 𝜉
=> 𝑍(𝑄𝐻 − 𝑉𝑄𝐻) ′  " 𝑀
. 𝑇𝑐 = 𝛽𝑍. 𝑚𝑐𝑣𝑧 . 𝑇𝑧
1(1 − 𝛾𝑟) + 𝑚𝑐𝑣𝑐 Đối ớ v i động cơ xăng:
𝜉𝑧. (𝑄𝐻 − 𝛥𝑄𝐻) ′ " 𝑀
.𝑇𝑐 = 𝛽𝑧. 𝑚𝑐𝑣𝑧. 𝑇𝑧(∗)
1. (1 + 𝛾𝑟) + 𝑚𝑐𝑣𝑐
Từ công thức trên sẽ đưa đến một phương trình bậc hai, giải nó và chọn nghiệm dương
cho ta giá trị Tz tính toán. 0,8. (43960 − 6192) (∗) ⇔ ′  "
0,473. (1 + 0,046) + 𝑚𝑐𝑣. 𝑇𝑐 = 1,068. 𝑚𝑐𝑣 . 𝑇𝑧 0,8. (43960 − 6192) ⇔ )
0,473. (1 + 0,0434) + 21,67.848,95 = 1,068. (19,856 + 0,0021265. 𝑇 . 𝑇𝑧
Trong đó: QH - nhiệt trị thấp của nhiên liệu xăng, QH = 43960 (kJ/kg.nl) 0,00426 𝑚𝑐𝑣′ = 19,862 + 2 . 𝑇(kJ/kmol.°K) 0,00426 = 19,862 + 2 . 848,95 = 21,67(kJ/kmol.°K)
⇒ Giải phương trình bậc hai ta tìm được nghiệm: Tz = 2870,63 (ºK) Đối ớ
v i động cơ xăng 𝑇𝑧 ∈ (2400 ÷ 2900) nên thỏa mãn điều kiện Tz.
3.10 Áp suất cuối quá trình cháy 𝑷 𝒛 𝑇 1,068.2870,63.2,562 𝑝 𝑧
𝑧 = 𝛽𝑧. 𝑇 . 𝑝𝑐 = 𝑐 848,95 = 9,252(MN/m2)
4 Quá trình giãn nở
4.1 Quá trình giãn nở đầu : 10 Động cơ xăng : ρ=1
4.2 Tỷ số giãn nỡ sau :
- Đối với động cơ xăng: 𝛿 = ℇ=11,5
Bảng 2. 14.Giá trị ρ đối với một số kiểu động cơ Kiểu động cơ ρ Kiểu động cơ ρ Д-35 1,5 ÷ 1,6 ҚДM-46 cường 1,6 ÷ 1,7 hoá Д-54 1,5 ÷1,65 ᴙM3-204 và 206 1,2 ÷ 1,3 B-2 và Д-6 không 1,2 ÷1,35 ᴙM3-204B và 1,3 ÷ 1,35 cường hoá 206B ᴙM3-206Д 1,25 ÷ 1,3
4.3 Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình:
(𝜉𝑏 − 𝜉𝑧). 𝑄𝐻 " 8,314 𝑀
. 𝑇𝑏 − 𝛽𝑧.𝑚𝑐𝑣𝑧".𝑇𝑧 +
1. (1 + 𝛾𝑟) = 𝛽. 𝑚𝑐𝑣𝑏
𝑛2 − 1 . (𝛽𝑧. 𝑇𝑧 − 𝛽. 𝑇𝑏)(∗)
Ở nhiệt độ từ (1200 ÷ 2600)ºK, sai khác của tỷ nhiệt không lớn lắm do đó ta có thể xem: 𝑎′ ′
𝑣𝑏 = 𝑎𝑣𝑧; 𝑏𝑏 = 𝑏𝑧; 𝛽 = 𝛽𝑧 Ta có: (**) 8,314 𝑛2 − 1 = (𝜉 𝑏 − 𝜉𝑧). 𝑄 " 𝐻 " 𝑀 + 𝑏𝑧
1. (1 + 𝛾𝑟). 𝛽. (𝑇𝑧 − 𝑇𝑏) + 𝑎𝑣𝑧 2 . (𝑇𝑧 + 𝑇𝑏) Trong đó: (***) 𝑎"𝑣𝑧 = 19,856 𝑏"𝑧2 =0,00212
Mặt khác ta có mối liên hệ: 𝑇𝑏 = 𝑇𝑧 = 2870,63 (****) 𝜀𝑛2−1 11,5𝑛2−1 11
Thay lần lượt các giá trị ở (***) và (****) vào phương trình (**) ta tìm được n2: 8,314 𝑛2 − 1 = (0,9 − 0,8). 43960 " "
0,473. (1 + 0,0434). 1,068. (2870,63 − 𝑇 + 𝑏𝑣𝑧 𝑏) + 𝑎𝑣𝑧 2 . (2870,63 + 𝑇𝑏)
Giải phương trình trên ta được giá trị 𝑛2 = 1,23 ⇒ 𝑛2 ∈ (1,19 ÷ 1,27) nên thỏa điều kiện.
4.4. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb Đối ớ
v i động cơ xăng: 𝑇𝑏 = 𝑇𝑧 = 2870,63 = 1637,64(°𝐾) 𝜀𝑛2−1 11,51,23−1
4.5. Áp suất cuối quá trình giãn nở pb Đối ớ
v i động cơ xăng: 𝑝𝑏 = 𝑃𝑧 = 9,252 = 0,4589(MN/m2) 𝜀𝑛2 11,51,23
4.6. Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót 1,5−1 𝑝 𝑚−1 0,12 1,5 𝑇 𝑟 𝑚 𝑟 = 𝑇𝑏. ( ( 𝑝 ) = 1637,64. ( = 1047,175 °𝐾) 𝑏 0,4589)
4.7. Sai số khí sót 𝛥𝑇𝑟 1053,54 − 1000 = 4, 𝑇 = | 𝑟 1000 | . 100 717%
⇒ Thoả yêu cầu sai số nhỏ hơn 10%.
5. Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình
5.1. Áp suất chỉ thị trung bình tính toán p ’i
Công thức tính p ’i của động cơ xăng: 𝑝 𝜆 1 1 1 𝑝′ 𝑐 𝑖 = 𝜀 − 1 . [𝑛 . (1 −
2 − 1 . (1 − 𝜀𝑛2−1) − 𝑛1 − 1 𝜀𝑛1−1)] 2,562 3,5 1 1 1
= 11,5 − 1.[1,23 − 1.(1 − 11,51,2 −1
3 ) − 1,371 − 1 . (1 − 11, 51,37 −1 1 )] = 1,204(MN/m2) 12
5.2. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi 𝑝 ′
𝑖 = 𝜑𝑑. 𝑝𝑖 = 0,97.1,204 = 1,168 (MN/m2)
Với φd = (0,93 ÷ 0,97) đối với động cơ xăng.
5.3. Áp suất tổn thất cơ khí pm pm = a + b.Vp + (pr - pa) Đối ớ
v i động cơ xăng cường hóa công suất có đánh lửa điện từ a = 0,024 và b = 0,0053
Ta có: 𝑉𝑝 = 𝑆.𝑛 = 75.10−3.6000 = 15(m/s) 30 30
Suy ra: 𝑝𝑚 = 0,024 + 0,0053.15 + (0,12 − 0,09) = 0,1335(MN/m2)
5.4. Áp suất có ích trung bình pe
𝑝𝑒 = 𝑝𝑖 − 𝑝𝑚 = 1,168 − 0,1335 = 1,0345(MN/m2)
5.5. Hiệu suất cơ giới ηm 𝜂 𝑝 𝑝 0,1335 𝜂 𝑒 𝑒 𝑚 𝑚 = 𝜂 = = 1 − = 1 − 𝑖 𝑝𝑖 𝑝𝑖 1,168 = 88,57%
5.6. Hiệu suất chỉ thị ηi Đối ớ
v i động cơ dùng nhiên liệu lỏng ta có: 𝑀 0,473.1,168.302 𝜂 1. 𝑝𝑖. 𝑇𝑘 𝑖 = 8,314.𝑄 = 8,314. = 35,71% 𝐻. 𝑝𝑘. 𝜂𝑣 43960.0,1.0,8836
5.7. Hiệu suất có ích ηe 𝑀 0,473.1,0345.302 𝜂 1. 𝑝𝑒. 𝑇𝑘 𝑒 = 8,314. 𝑄 = 8,314. = 31,62% 𝐻. 𝑝𝑘. 𝜂𝑣 43960.0,1.0,8836
5.8. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi 3600 3600 𝑔𝑖 = 𝑄 = = 0,2293(kg/kWh) 𝐻. 𝜂𝑖 43960.0,3571 13
5.9. Suất tiêu hao nhiên liệu ge 3600 3600 𝑔𝑒 = = 0,2589(kg/kWh) 𝑄 = 𝐻. 𝜂𝑒 43960.0,3162
6. Tính toán các thông số kết cấu của động cơ
6.1. Thể tích công tác một xylanh Vh 30. 𝜏. 𝑁 30.4.78 𝑉 𝑒 3 ℎ = ) 𝑝 = 0,377(𝑑𝑚
𝑒. 𝑛𝑒. 𝑖 = 1,0345.6000.4
6.2. Thể tích buồng cháy Vc 𝑉 0,377 𝑉 ℎ
𝑐 = 𝜀 − 1 = 11,5 − 1 = 0,036(𝑑𝑚3)
6.3. Thể tích toàn bộ Va 𝑉 3
𝑎 = 𝑉ℎ + 𝑉𝑐 = 0,377 + 0,036 = 0,413(𝑑𝑚 ) 6.4. Đường kính piston D Đối ớ
v i động cơ xăng ta chọn tỷ số: 𝑆 = 1 𝐷 3 4. 𝑉 3 𝐷 = ℎ √ = √4.0,377 = 0,78(𝑑𝑚) 𝜋. (𝑆 𝜋. 1 𝐷)
6.5. Hành trình piston S 𝑆
𝑆 = (𝐷).𝐷 = 1.0,78 = 0,78(𝑑𝑚)
Ta có bảng số liệu sau: Bảng 1
: Bảng kết quả tính toán nhiệt ộ đ ng cơ xăng STT Thông số Giá trị Đơn vị 1 n 6000 v/ph 2 Ne 78 kW 14 3 ε 11,5 - 4 S 78 mm 5 D 78 mm 6 λ 3,5 - 7 λ1 1,05 - 8 λ2 0,9 - 9 λt 1,15 - 10 φd 0,97 - 11 γr 0,0434 - 12 ηv 0,8836 - 13 ξb 0,9 - 14 ξz 0,8 - 15 n1 1,371 - 16 n2 1,23 - 17 ΔT 15 oC 18 T0 302 oK 19 Tk 302 oK 20 Tr 900 oK 15 21 Ta 342,93 oK 22 Tc 848,95 oK 23 Tz 2870,63 oK 24 Tb 1637,64 oK 25 p0 0,1 MN/m2 26 pk 0,1 MN/m3 27 pa 0,09 MN/m2 28 pr 0,12 MN/m2 29 Pc 2,562 MN/m2 30 pz 9,252 MN/m2 31 pb 0,4589 MN/m2 32 pi 1,168 MN/m2 33 pm 0,1335 MN/m2 34 pe 1,0345 MN/m2 35 ηm 88,57 % 36 ηi 35,71 % 37 ηe 31,62 % 38 gi 0,2293 Kg/kW.h 16 39 ge 0,2589 Kg/kW.h 40 α 0,9 -
7. Vẽ đồ thị công chỉ thị Đồ t ị
h công là đồ thị biểu diễn quan hệ hàm số giữa áp suất của môi chất công tác
trong xilanh với thể tích của nó khi tiến hành các quá trình nạp – nén – (cháy + giãn nở) và
thải trong một chu trình công tác của động cơ: Pkt = f(Vx) Đồ t ị
h công cho thấy một cách trực quan nhất diện tích thể hiện công chỉ t ị h của chu
trình (Li) và áp suấ chỉ thị trung bình 𝑝𝑖 = 𝐿𝑖 . Đó là các thông số đánh giá hiệu quả của động 𝑉ℎ cơ.
Triển khai đồ thị công chỉ thị nói trên thành đồ thị lực khí thể Pkt tác dụng lên đỉnh
piston theo góc quay trục khuỷu trên tọa độ vuông góc (trục tung là lực khí thể, trục hoành
là góc quay trục khuỷu từ 0o ~ 720o).
Cách xây dựng đồ thị công chỉ thị của động cơ tính toán tiến hành theo các bước dưới đây:
Bước 1: Chọn tọa độ vuông góc
Biểu diễn áp suất khí thể (P) trên trục tung và thể tích khí (V) trên trục hoành.
Bước 2: Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công
Điểm a (Va ; pa) - điểm cuối hành trình nạp có: - Áp suất p 2 a = 0,09 (MN/m ) - Thể tích V 3 a = 0,413 (dm )
Điểm c (Vc ; pc) - điểm cuối hành trình nén có: - Áp suất p 2 c = 2,562 (MN/m ) - Thể tích V 3 c = 0,036 (dm ) 17