Lí Thuyết Động Cơ: Bài Tập Lớn Môn Cơ Khí Ô Tô (2022). Môn Lý thuyết động cơ | Trường Đại học Giao thông Vận tải.

lOMoAR cPSD| 59735610
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ
------    ------ BÀI TẬP LỚN
MÔN: LÍ THUYẾT ĐỘNG CƠ Sinh viên: Mã sinh viên: Lớp: Nhóm: 2 Hệ: Chính quy Khóa:
Người hướng dẫn: Hà Nội 2022
Chương 1. Chọn các thông số cơ bản và chọ chế độ tính toán
nmin Là tốc độ tối thiểu mà động cơ làm việc được ở chế độ toàn tải nếu thấp
hơn một chút động cơ sẽ chết máy. nM: Tốc độ lúc đạt mômen có ích cực đại ở lOMoAR cPSD| 59735610
chế độ toàn tải (M emax ¿. ne: Tốc độ đạt công suất cực đại ở chế độ toàn tải (Nemax
¿. Đa số trong động cơ Diezel và một số ít động cơ xăng của xe tải có bộ hạn
chế tốc độ, thay ne=nhd
N hd: Công suất hiệu đính do nhà sản xuất thông báo.
Các tốc độ chọn như sau
Động cơ xăng không có hạn chế tốc độ v
nmin=20%.ne=20%.6200=1240( ph) v
nM=50% .ne=50%.6200=3100( ph)
Chương 2 Tính nhiên liệu và hỗ hợp các sản phẩm cháy
2.1 Chọn nhiên liệu và thành phần của nhiên liệu:
2.1.1 Chọn nhiên liệu cho động cơ xăng
Dựa vào tỷ số nén theo cách trọn như sau: ε=10,8 Xăng có
nhiệt trị thấp hu=10500Kcal/kg Thành phần của xăng
gC=0,85 và gH=0,15
2.2 chọn hệ số dư không khí α:
Vì tính nhiệt độ ở chế dộ toàn tải nên pahir chọn α công suất:
Đối với động cơ xăng α=0,9
Lượng nhiệt tổn hao do thiếu oxy cháy không hết vì α<1:
∆ hu=14740 (1−α )=14740 (1−0,9 )=1474
2.3 Lượng không khí lý thuyết I 0 cần để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu:I 0 8 8
3 .gC+8.gH−g0 3 .0,85+8.0,15 1040 kg I 0= 0,23 = 0,23 = 69 (kgn.l )
2.4 Lượng không khí thực tế để đốt 1kg nhiên liệu: lOMoAR cPSD| 59735610 I=α .I0=0,9. =
2.5 Thành phần sản phẩm cháy Gi:
2.5.1 Đối với động cơ xăng: 11 G = . CO [ g 2 3
C (2α−1)+6 gH (α−1)] GCO =
.[0,85. (2.0,9−1 )+6.0,15(0,9−1)]=2,16 kg 2 7
GCO=3 [2 (1−α) (gC +3 gH )] 7
GCO=3 . [2. (1−0,9) (0,85+3.0,15)]=0,6kg
G H2O=9.gH=9.0,15=1,35kg
G N 2=0,77.α. I0=0,77.0,9. =10,44 kg
Ta có Gspc=α. I 0+1=I+1= +1=14,56
∑Gi=GCO +G 2
CO+G H 2O+GN 2=2,16+0,6+1,35+10,44=14,55
Kiểm tra lại Gspc=∑Gi |14,56−14,55| .100%=0,06 %<5% 14,56
thỏa mãn yêu cầu đề bài
2.6 Tỷ lệ thanh phần sản phẩm cháy gi: GCO2 2,16 gCO2%= G spc =14,56=0,14 GCO 0,6
gCO %=Gspc =14,56=0,04
G 2O1,35 gH 2O % G spc 14,56 lOMoAR cPSD| 59735610 G 2 10,44 gN 2 % G spc 14,56
∑gi=gCO2+gCO+gH 2O+gN 2=0,14+0,04+0,09+0,71=0,98
Đáp ứng yêu cầu đề bài ( cho phép tính sai số ±0,05đối với ∑gi)
2.7 Hằng số của khí nạp trước lúc cháy:
2.7.1 Đối với động cợ xăng:
Hằng số khí của hỗn hợp tươi Rhht
Rhht =gkk .Rkk +gxg .Rxg Trong đó: α.I0 0,9.15,07
: tỉ lệ của không khí
gkk =(α .I 0+1)=(0,9.15,07+1)=0,93 gxg
:Tỉ lệ của xăng trong hỗn hợp kG.m
Rxg=8,5 kg.độ :Hằng số khí của hơi xăng kG.m
Rkk =29,27 kg.độ :Hằng số khí của không khí
Rhht =0,93.29,27+0,06.9,5=27,79
2.8 Hằng số khí của sản phẩm cháy Rspc:
∑Rspc=∑(gi . Ri) kG.m
RCO 2=19,3 kg.độ kG.m
RCO=30,3 kg.độ kG.m
RH 2O=47,1 kg.độ lOMoAR cPSD| 59735610 kG.m
RN 2=30,3 kg.độ kG.m RO2=26,5 kg.độ
∑Rspc=gCO 2. RCO 2+gCO .RCO+gH 2O . RH 2O+gN 2 .RN 2
∑Rspc=0,14.19,3+0,04.30,3+0,09.47,1+0,71.30,3=29,66
2.9 Hệ số biến đổi phần tử β: μspc Rspc 29,66
β= = = =1,06 μhht Rhht 27,79
2.10 Nhiệt dung của chất khí:
2.10.1 Hỗn hợp tươi:
a. Đối với động cơ xăng:
Nhiệu dung của không khí: Kcal
Cvkk=0,165+0,000017.Tc kg.độ
Nhiệu dung của hơi xăng: Kcal
Cvxg=0,35 kg.độ
Nhiệt dung của hỗn hợp tươi Cvhht:
Cvhht=gkk .Cvkk+gxg .C vxg
2.10.2 Sản phẩm cháy:
Nhiệt dung sản phẩm cháy Cvspc:
Cvspc=∑gi .C vi Kcal
CVCO2=0,186+0,000028.T Z kg.độ Kcal
CVCO=0,171+0,000018.T Z kg .độ Kcal lOMoAR cPSD| 59735610
CVO2=0,150+0,000016.T Z kg.độ Kcal
CH 2O=0,317+0,000067.T Z kg.độ Kcal
CVN 2=0,169+0,000017.T Z kg.độ Động cơ xăng:
Cvspc=∑gi .Cvi=gCO2 .CVCO2+gCO .CVCO+gH 2O .CH 2O+gN 2.CVN 2
Chương 3: Quá Trình Nạp
3.1 Xác định áp suất trung bình của quá trình nạp Pa:
Tính theo tốc độ (nmin ,nM ,ne ¿ ở chế độ toàn tải dùng công thức gần đúng sau đây
của Giáo sư tiến sĩ Lenin J.M: 3.5
Pa=P01−n2 ] ).(V , 2 ) h
. 1 .(ε−δ )2 6 2 520.10 f tb
Ở đây n: Tốc độ vòng quay tại chế độ tính toán:
V ,h : Tính bằng m3- Thể tích công tác của 1 xi lanh qui ước:
V ,h=1lít=0,001m3. Vì chưa chưa xác định được V h thể tích công tác của 1 xi lanh. ne 2
– Tiết điện lưu thông cần để phát huy N emax ở tốc độ
f tb=f e . 1000 m /lít
ne (hay N ehd ởnhd¿ ứng với thể tích công tác là 1 lít
P0=1kG/cm2 f 2: Tiết diện lưu thông riêng ứng với 1 lít thể tích công tác mỗi 1000 vòng/phút (m2¿
Đông cơ 4 kỳ không tăng áp: 2 2 Đông cơ xăng:f e=3 cm=0,0003 m lOMoAR cPSD| 59735610
lít.1000.v/ ph
lít.1000.v/ ph Pr .T a δ= ≈ 0,5
Pa .T r ε=10,8 : Tỉ số nén động cơ ξ: Hệ số tổn thất
ở đường ống nạp 𝞷=0,7 - Với ne=6200 ta có: Pa Pae Pa=0,99 -
Với nmin=1240 ta có : n2min V ,h2 1 ε−δ 2 3.5 Pamin=P01−( ) ) 6 .( 2 . .( ) ] 520.10 f tb ( ) ] P ) amin=1. 1−( 2 6 . 0,0012
. 1 .(10,8−0,5)2 3,5 1240 520.10 0,0003. 6200 Pamin=0,99
- Với nM=3100 ta có: n2M V h,2 1 ε−δ 2 3.5 lOMoAR cPSD| 59735610 ) ] P ) ) aM=P01−( 6 .( 2 . .( 520.10 f tb ( ) P )
aM=1. 1−( 31002 6 . 0,0012 . 1 ] .(10,8−0,5 )2 3,5 520.10 0,0003. 6200 Pa=0,99
3.2 Xác định nhiệt độ cuối quá trinh nạp T a:
Động cơ 4 kỳ không tăng áp:
T0, +γr .ψ .T ,r T a= ° K 1+γ r .ψ
T ,0=t0+∆t+273
t0=24°C: Nhiêt độ khí quyển ở điều kiện binh thường theo tiêu chuẩn quốc tế.
∆t: Nhiệt độ do các chi tiết nóng truyền cho hỗ hợp ( hoặc không khí ở
động cơ Diesel) ta chọn theo bảng sau: γr: Hệ số khí sót được tinh theo công thức sau: Pr .T,0 γr=
(ε.Pa−Pr). β.T r kG
Pr( 2 ), Tr: áp suất và nhiệt độ đầu quá trinh nạp chọn theo cm bảng sau: lOMoAR cPSD| 59735610 M spc Rspc β:
Hệ số biến đổi phần tử =( )
M hht ¿=( Phht =1,06 𝟁: Tỷ
lệ nhiệt dung của khí trước khi cháy và sau khi cháy: ψ= Cvspc .(T z) Cvhht .(T c)
ψ=1,2 đối với động cơ xăng m−1 T ,r=T r .( PPar ) m ° K
m=1,38 : Chỉ số dãn nở đa biến.
Bảng để chọn Pr ,T r và∆t cho động cơ 4 kỳ: Thông số Thứ nguyên Động cơ xăng nmin nM ne Pr kG/cm2 1,02 1,06 1,19 T r ° K 1000 1100 1200 ∆t ℃ 30 25 20
- Với nmin=1240 ta có: , Pamin mm−1 T r=T r .( Pr ) °K 1,38−1
T ,r=1000.(0,99) 1,38 =991,8° K 1,02 Pr .T ,0 γr=
(ε.Pamin−Pr ). β .T r γr= 1,02.(24+30+273) =0,03 lOMoAR cPSD| 59735610 (10,8.0,99−1,02).1,06.1000 T
amin=327+10+,03.1,0,03.1,2.991,92 =350,1°K
- Với nm=3100 ta có: , PaM mm−1
T r=T r .( Pr ) ° K
T ,r=1100.(0,99) 1,38 =1079,5° K 1,06 Pr .T ,0 γr=
(ε.PaM−Pr). β.Tr γr= 1,06.(24+25+273) =0,03 (10,8.0,99−1,06) .1,06.1100 T
aM=322+10+,03.1,0,03.1,2.1079,52 =348,32°K
- Với ne=6200 ta có: , Pae mm−1 T r=T r .( Pr ) °K
T ,r=1200.(0,99) 1,38 =1140,7° K 1,19 γr= Pr .T ,0
(ε.Pae−Pr ).β .T r γr= 1,19.(24+20+273) =0,031 (10,8.0,99−1,19).1,06.1200
T ae=317+10+,031.1,0,031.1,2.1140,72 =346,5°K
3.3 Khối lượng nạp được trong 1 chu kỳ cho V h=1lítGckl: lOMoAR cPSD| 59735610
Ở động cơ có 5000 vòng/phút sẽ có 2500 chu kỳ n loại động cơ 4 kỳ. Ở đây tinh V ,h của 1 xilanh. mg
Gckl=G180.γ d( ckl)
G180 : Khối lượng hỗn hợp tươi ( hay không khí) nạp cơ bản:
Pa.V ,h .(ε−δ) 10 G180=
Ra.T a(ε−1) .10mg/ckl
Pa: Áp suất trung bình cuối kỳ nạp kG/cm2 V ,h=0,001m3
T a: Nhiệt độ trung bình cuối kỳ nạp ° K m
Ra=Rhht=27,79(kG. kg .độ ) γd : Hệ số điền đầy xilanh do tinh góc đóng muộn φ2
của xupap nạp chọn bảng như sau: Loại động cơ nmin nM ne Động cơ xăng 0,93 1,03 1,13 - Với nmin ta có : P 10 G180=
Ra.T amin(ε−1) .10 mg/ckl 0.99 10
G180=.10 =1069,46mg/ckl mg
Gckl=G180.γ d( ckl) mg
Gckl=1069,46.0,93=994,6(ckl ) - Với nM ta có:
PaM .V ,h .(ε−δ) 10 lOMoAR cPSD| 59735610 G180=
Ra.T aM (ε−1) .10 mg/ckl
G180=0.9927,79.348,.0,00132.(10(10,8,−8−0,15)).1010=1074,9mg/ckl mg
Gckl=G180.γ d( ckl) mg
Gckl=1074,9.1,03=1107,17(ckl ) - Với ne ta có:
Pae .V ,h.(ε−δ) 10 G180=
Ra.T ae(ε−1) .10 mg/ckl
G180=0.9927,79.346,.0,001.5(10(10,8,8−−01,5)).1010=1080,5mg/ckl mg
Gckl=G180.γ d( ckl) mg
Gckl=1080,5.1,13=1221( ckl)
3.4 Hệ số nạp ηv: G ckl ηv= G¿ P0.V h Pk .V h G¿= hay G¿= R0 .T0 Rk .Tk Trong đó: m
R0=Rhht=27,79(kG. kg.độ )
V h=1lít=0,001m3 lOMoAR cPSD| 59735610 T 0=24+273° K
P0=10000kG/m2
Có thế tính ηv cho động cơ 4 kỳ không tăng áp bằng công thức sau: ηv=
εP.0P(εa−−P1)r . T0T+0∆t - Với Pae ta có: ε.Pae−Pr T 0
ηv= P0(ε−1) . T 0+∆t
(10,8.0,99−1,19).104 24 273 ηv==0,9 - Với Paminta có: ηv=
εP.P0(aminε−−1P) r . T 0T+0∆t 4 ηv=
(10,8.0,99−1,02).10 . 24+273 =0,89 - Với PaMta có: ηv=
εP.P0(aMε−−1P)r . T 0T+0∆t ηv=(10 ,8.0,99−1,06).104 24 273 =0,9
Động cơ xăng=0,7÷0,85
3.5 Tính tiêu hao nhiên liệu trong một chu kỳ ứng với
V ,h=1lít Gnlkl (cầnđể tínhT z)
3.5.1 Động cơ xăng: lOMoAR cPSD| 59735610 Gckl Gnlkl= α.l0+1 - Với nmin ta có : Gckl 994,6 mg Gnlckl=
α .l0+1=13,56+1=68,31(ckl ) - Với nM ta có: Gckl 1107,17 mg Gnlckl=
α .l0+1=13,56+1=76( ckl) - Với ne ta có: Gckl 1221 mg Gnlckl=
α .l0+1=13,56+1=83,8( ckl)
Chương4: Quá Trình Nén
4.1 Áp suất cuối quá trình nén Pc:
Pc=Pa .εn1 kG/cm2 Trong đó: n1: Chỉ số nén đa biến tinh theo công thức thực nghiệm sau đây: ne
n1=1,38−0,03. ntt
ne: Tốc độ tinh toan lúc đạt N emax ( hoặc nhd khi đạt nhdmax) ntt: Tốc độ
tính toán (nmin ,nmax ,ne ¿ - Với nmin ta có : ne n1=1,38−0,03. nmin n1=1,38−0,03. =1,23 lOMoAR cPSD| 59735610
Pc=Pamin .ε n1kG/cm2
Pc=0,99.10,81,23=18,48kG/cm2 - Với nM ta có: ne n1=1,38−0,03. nM n1=1,38−0,03. =1,32
Pc=PaM .εn1 kG/cm2
Pc=0,99.10,81,32=22,9kG/cm2 - Với ne ta có: ne
n1=1,38−0,03. ne n1=1,38−0,03. =1,35
Pc=Pae . εn1kG/cm2
Pc=0,99.10,81,35=24,6 kG/cm2
4.2 Nhiệt độ cuối kỳ nén T c:
T c=T a.ε n1−1 - Với nmin ta có :
T c=T amin .εn1−1
T c=350,1.10,81,23−1=605,17 - Với nM ta có:
T c=T aM .εn1−1
T c=348,32.10,81,32−1=745,9 - Với ne ta có: lOMoAR cPSD| 59735610
T c=T ae .εn1−1
T c=346,5.10,81,35−1=796,9
Chương5: Tính Quá Trình Cháy
5.1 Xác định nhiệt độ cuối quá trinh cháy ( Nhiệt độ cao nhất của chu trình )T z:
5.1.1 Động cơ xăng:
ξ.(hu−∆hu).Gnlckl =C
vspc .T z−Cvhht .Tc Gckl .(1+γ r)
Gnlckl : Mức nhiên liệu trong một chu kỳ với V ,h=1lít
Gckl:Khối lượng nạp được trong một chu kỳ cho V 'h=1lít
α:Hệ số dư không khí
I 0: Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu ξ:Hệ số sử
dụng nhiẹt có tinh mất nhiệt và phân ly của phần tử khí chọn theo tốc độ: Loại động cơ nmin nM ne Động cơ xăng 0,85 0,89 0,91 T c 605,17 745,9 796,9 - Với nmin ta có :
ξ.(hu−∆hu).Gnlckl
=Cvspc .T z−Cvhht .Tc Gckl .(1+γ r)
=(0,18+2,27.10−5.T z).T z−0,17.605,17
2,27.10−5T 2z+0,18T z−614,4=0 ¿¿ - Với nM ta có:
ξ.(hu−∆hu).Gnlckl
Gckl .(1+γ r)=Cvspc .T z−Cvhht .Tc lOMoAR cPSD| 59735610
=(0,18+2,27.10−5 .T z).T z−0,177.745,9
2,27.10−5T 2z+0,18T z−667,3=0 ¿¿ - Với ne ta có:
ξ.(hu−∆hu).Gnlckl
Gckl .(1+γ r)=Cvspc .T z−Cvhht .Tc
=(0,18+2,27.10−5.T z).T z−0,178.796,9
2,27.10−5T 2z+0,18T z−689,2=0 ¿¿
5.2 Xác định áp suất cuối quá trình cháy(cực đại của chu trình) Pz
5.2.1 Đối với động cơ xăng T z 2 Pz=β .Pc . T c kG/cm - Với nmin ta có: Pz=1,06.18,48. =83,4kG/cm2 - Với nM ta có: Pz=1,06.22,9. =89,6kG/cm2 - Với ne ta có: Pz=1,06.24,6. =92,4kG/cm2
Chương 6 Tính Quá Trình Dãn Nở
6.1 Chỉ số dãn nở đa biến n2: lOMoAR cPSD| 59735610 ne
n2=1,2+0,03 n ne:Tốc độ lúc đạt N
emax n:Tốc độ tính toán ne ,nM ,ne - Với nmin ta có: n2=1,2+0,03 =1,35 -
Với nM ta có: n2=1,2+0,03 =1,26 -
Với ne ta có: n2=1,2+0,03 =1,23
6.2 Áp suât cuối quá trinh dãn nở Pb:
6.2.1 Động cơ xăng: Pz 2 Pb= n2 kG/cm ε - Với nmin ta có: 83,4 2 Pb= 1,35 =3,4 kG/cm 10,8 - Với nM ta có: 89,6 2 Pb= 1,26 =4,5kG/cm 10,8 - Với ne ta có: 92,4 2 Pb= 1,23 =5kG/cm 10,8
6.3 Nhiệt độ cuối quá trinh dãn nở T b:
6.3.1 Động cơ xăng: T z T b= n2−1 ε lOMoAR cPSD| 59735610 - Với nmin ta có: 2576,2 T b= 1,35−1=1120,2 10,8 - Với nM ta có: 2752 T b= 1,26−1 =1482,4 10,8 - Với ne ta có: 2823,5
T b= 1,23−1=1633,4 10,8
Chương 7 Các Thông Số Cơ Bản Của Chu Trình
7.1 Tính áp suất trung bình thực tế Pe:
7.1.1 Tính áp suất trung bình lý thuyết ở điều kiện và dãn nở đa biến P't ( ở chu
trình lý thuyết nén và dãn nở đoạn nhiệt là Pt) a. Động cơ xăng P )
't = (ε−11) .(
Pzn−2−ε.1Pb− Pcn−1−ε.1Pa - Với nmin ta có: P't =
,811 .(83,41−,3510−,8.3,1 4 −18,481−,2310−,8.0,1 99)=10,2 (10 − ) - Với nM ta có: P't =
10,811 .(89,61−,2610−,8.4,15−22,91−,3210−,8.0,1 99)=12,2 ( − ) - Với ne ta có: lOMoAR cPSD| 59735610 P't =
,81.(92,14,23−10,8.5−1−24,61−,3510−,8.0,1 99)=13 (10
−1) 7.1.2 Tính áp suất chỉ thị trung bình ứng với đồ thị của chu trình Pi
Đối với động cơ 4 kỳ : Pi=μ. P't−∆ Pi kG/cm2 μ=0,95 Tổn
hao nhiệt do vê tròn đồ thị
∆ Pi : Tính mất nhiệt cho công bơm ở động cơ không tăng áp ( công nạp và thải khí)
∆ Pi=Pr−Pa - Với nmin ta có:
∆ Pi=1,02−0,99=0,03
Pi=μ. P't−∆ Pi kG/cm2
Pi=0,95.10,2−0,03=9,66kG/cm2 - Với nM ta có:
∆ Pi=1,06−0,99=0,07
Pi=μ. P't−∆ Pi kG/cm2
Pi=0,95.12,2−0,07=11,52kG/cm2 - Với ne ta có: ∆ Pi=1,19−0,99=0,2
Pi=μ. P't−∆ Pi kG/cm2
Pi=0,95.13−0,2=12,15kG/cm2
7.1.3 Tính hiệu suất cơ học của động cơ ηch Pch ηch=1− Pi
Pch: Áp suất tổn hao vì nhiệt mất cho công cơ học ( khắc phục ma sát và chuyển động các cơ cấu phụ)