BTL LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (3DN88)

BTL LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (3DN88) Trình tự tính toán: Tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong (tính toán nhiệt) thường tiến hành theo các bước: Số liệu ban đầu: Số liệu ban đầu cần thiết cho quá trình tính toán nhiệt bao gồm: CÁC SỐ LIỆU CỦA PHẦN TÍNH TOÁN NHIỆT TT Tên thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú 1 Kiểu động cơ 3DN88 Thẳng hàng Đcơ diesel không tăng áp 2 Số kỳ  kỳ 4 3 Số xilanh i 3 4 Thứ tự nổ 132 5 Hành trình piston S mm 100 6 Đường kính xilanh D mm 88 7 Góc mở sớm xupáp nạp 1 độ 14 8 Góc đóng muộn xupáp nạp 2 độ 52 9 Góc mở sớm xupáp xả 1 độ 58 10 Góc đóng muộn xupáp xả 2 độ 16 11 Góc phun sớm i độ 17 12 Chiều dài thanh truyền ltt mm 155 13 Công suất động cơ Ne mã lực 26 14 Số vòng quay động cơ n vph 2500 15 Suất tiêu hao nhiên liệu ge gml.h 206 16 Tỷ số nén  18 17 Khối lượng thanh truyền mtt kg 1.34 18 Khối lượng nhóm piston mpt kg 0.84 Các thông số cần chọn: Các thông số cần chọn theo điều kiện môi trường, đặc điểm kết cấu của động cơ, chủng loại động cơ bao gồm: Áp suất môi trường: ρ0 Áp suất môi trường ρ0 là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ. Ρ0 thay đổi theo độ, ở nước ta có thể chọn pk = ρ0 = 0,1 (Mpa) Nhiệt độ môi trường: T0 Lựa chọn nhiệt độ môi trường theo nhiệt độ bình quân của cả năm. Ở nước ta t0 = 240C => T_k= T_0 = 2970K Áp suất cuối quá trình nạp: ρa (đối với động cơ không tăng áp) Áp suất phụ thuộc vào rất nhiều thông số như cùng loại động cơ, tính năng tăng tốc độ n, hệ thông số trên đường nạp, tiết diện lưu thông v.v… Vì vậy cần xem xét động cơ đang tính thuộc nào để lựa chọn ρa. Nói chung, ρa biến thiên trong phạm vi sau: Đối với động cơ không tăng áp: ρa=0.9ρ0 =0.09 (Mpa) Áp suất khí thải: ρr Áp suất này cũng phụ thuộc các thông số như ρa. Có thể chọn ρr nằm trong phạm vi: ρr =1.1ρk = 0.115(Mpa) Mức độ sấy nóng môi chất: ∆T Chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành khí hỗn hợp ở bên ngoài hay bên trong xi lanh. Đối với động cơ diezel ∆T = 200 ÷ 400K Ta chọn ∆T = 200K Nhiệt độ khí sót (khí thải): Tr Phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Nếu quá trình giãn nở càng triệt để, nhiệt độ Tr càng thấp. Tr = 7000 ÷ 10000K Ta chọn Tr = 7500K Hệ số hiệu đính tủ nhiệt: λt Tỷ nhiệt của môi chất thay đổi rất phức tạp nên thường phải căn cửa vào hệ số dư lượng không khí ɑ để hiệu đính. Thông thường có thể chọn λt theo thông số bảng sau: α 0.8 1.0 1.2 1.4 λt 1.13 1.17 1.14 1.11 Các loại động cơ diezel có ɑ > 1.4 có thể chọn λt = 1.10 Hệ số quét buồng cháy λ2 Động cơ không tăng áp λ2 = 1. Hệ số nạp thêm λl Phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí. Thông thường có thể chọn: λ1 = 1.02 ÷ 1.07 Ta chọn λ1 = 1.07 Hệ số lợi dụng nhiệt tại Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nội năng ở điểm z với lượng nhiệt phát khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu Do đó ξb phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ. Đối với động cơ diezel: ξz = 0.70 ÷ 0.85 Ta chọn ξz = 0.766 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξb bao giờ cũng lớn hơn ξz0. Thông thường: Đối với động cơ diezel ξb = 0.80 ÷ 0.90¬ Ta chọn ξb = 0.9 Hệ số hiệu đính đồ thi cộng: φd Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu trình công tác thực tế do không xét đến pha phối khí, tổn thất lưu động của dòng khó, thời gian cháy và tốc độ tăng áp suất…Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chi trình tính toán của động cơ xăng ít hơn động cơ diezel vì vậy hệ số φd của động cơ xăng thường chọn trị số lớn. Nói chung có thể chọn trong phạm vi: φd = 0.92 ÷ 0,97 Ta chọn φd = 0.92 Tính toán các quá trình công tác: Tính toán quá trình thay đổi môi chất: Hệ số khí sót γr¬: γ_r=(λ_2 (Τ_κ+ ΔΤ))Τ_r Ρ_rΡ_a 1(ελ_1 λ_t λ_2 〖(Ρ_rΡ_a )〗(1m) ) 〖 γ〗_r=(1(297+20))750 0,1150,09 1(18.1,07 1,1.1〖(0,1150,09)〗(11,5) )= 0,0295 Trong đó m chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí xót m=1,45÷ 1,5

Hà Nội-12/2020

TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (3DN88)

1 Trình tự tính toán:

Tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong (tính toán nhiệt)

thường tiến hành theo các bước:

1.1 Số liệu ban đầu:

Số liệu ban đầu cần thiết cho quá trình tính toán nhiệt bao gồm:

CÁC SỐ LIỆU CỦA PHẦN TÍNH TOÁN NHIỆT

TT Tên thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú

1.2 Các thông số cần chọn:

Các thông số cần chọn theo điều kiện môi trường, đặc điểm kết cấu của động cơ, chủng loại động cơ bao gồm:

1.2.1 Áp suất môi trường: ρ 0

Áp suất môi trường ρ0 là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ

Ρ0 thay đổi theo độ, ở nước ta có thể chọn pk = ρ0 = 0,1 (Mpa)

1.2.2 Nhiệt độ môi trường: T 0

Lựa chọn nhiệt độ môi trường theo nhiệt độ bình quân của cả năm

Ở nước ta t0 = 240C => T k=T0 = 297 0K

1.2.3 Áp suất cuối quá trình nạp: ρ a (đối với động cơ không tăng áp)

Áp suất phụ thuộc vào rất nhiều thông số như cùng loại động cơ, tính năng tăng tốc độ n, hệ thông số trên đường nạp, tiết diện lưu thông v.v… Vì vậycần xem xét động cơ đang tính thuộc nào để lựa chọn ρa Nói chung, ρa biến thiên trong phạm vi sau:

Đối với động cơ không tăng áp: ρa=0.9ρ0 =0.09 (Mpa)

Tỷ nhiệt của môi chất thay đổi rất phức tạp nên thường phải căn cửa vào

hệ số dư lượng không khí ɑ để hiệu đính Thông thường có thể chọn λt theo thông số bảng sau:

Các loại động cơ diezel có ɑ > 1.4 có thể chọn λt = 1.10

1.2.8 Hệ số quét buồng cháy λ 2

Động cơ không tăng áp λ2 = 1

1.2.9 Hệ số nạp thêm λ l

Phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí Thông thường có thể chọn:

λ1 = 1.02 ÷ 1.07

Ta chọn λ1 = 1.07

1.2.10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại

Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nộinăng ở điểm z với lượng nhiệt phát khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

Do đó ξb phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ

Đối với động cơ diezel: ξz = 0.70 ÷ 0.85

Ta chọn ξz = 0.766

1.2.11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b

ξb bao giờ cũng lớn hơn ξz0 Thông thường:

Đối với động cơ diezel ξb = 0.80 ÷ 0.90

Ta chọn ξb = 0.9

1.2.12 Hệ số hiệu đính đồ thi cộng: φ d

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơvới chu trình công tác thực tế do không xét đến pha phối khí, tổn thất lưu động của dòng khó, thời gian cháy và tốc độ tăng áp suất…Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chi trình tính toán của động cơ xăng ít hơn động cơ diezel vì vậy hệ

số φd của động cơ xăng thường chọn trị số lớn Nói chung có thể chọn trong phạm vi:

φd = 0.92 ÷ 0,97

Ta chọn φd = 0.92

2 Tính toán các quá trình công tác:

2.1 Tính toán quá trình thay đổi môi chất:

1

1 1,5

0,0295 Trong đó m- chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí xót m=1,45÷1,5

2.1.2 Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a :

Τ a=

(Τ k+ΔT)+λ t γ r Τ r(Ρ a

Ρ r)

m−1 m

2.1.6 Hệ số dư lượng không khí ɑ

Đối với động cơ diezel α= M1

2.1.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:

Khi hệ số dư lượng không khí α >1, tính thoe công thức sau:

´

m c v} = left (19,876+ {1.634} over { } right ) + {1} over {2} left (472,86+ {187,36} over { } right ) {10} ^ {-5} ¿

m c´ v} = left (19,876+ {1.634} over {1,8588} right ) + {1} over {2} left (472,86+ {187,36} over {1,8588} right ) {10} ^ {-5} 29 ¿

1.1.1.1 Chỉ số nén đa biến trung bình n1:

Chỉ số nén đa biến phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu và thông số vận hành như kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải, trạng thái nhiệt của động cơ v.v… Tuy nhiên n1 tăng giảm theo quy luật sau: Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n1 giảm Giả thiết quá trình nén là đoạn nhiệt ta có thể xác định n1 bằng phương pháp sau:

2.1.9.b Nhiệt độ cuối quá trình nén:

= ¿942,48 ( 0K)

2.1.9.c Lượng môi chất công tác của quá trình nén:

Tính toán quá trình cháy:

2.1.10 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β 0 :

2.1.12 Nhiệt độ tại điểm z T z

Tính Tz bằng cách giải phường trình cháy của động cơ

Đối với động cơ diezel, tính nhiệt độ Tz bằng cách giải phường trình sau:

m c vz}} = {{β} rsub {0} left ({X} rsub {z} - {{'} rsub {r}} over {{β} rsub {0}} right ) overline {m {c} rsub {v} rsup {+(1− X z)m c v}}} over {{β} rsub {0} left ({X} rsub {z} + {{'} rsub {r}} over {{β} rsub {0}} right ) + left (1- {X} rsub {z} right )} = {a} rsub {v} rsup {+b v}} over {2} {T} rsub {z¿

¿ ¿Chỉnh lý ta có:

m c} = {a} rsub {p} rsup {pz +b}} over {2} {T} rsub {zp ¿

¿

2.1.13 Áp suất tại điểm z:

p z=λ p c=1,6.4,631=7,410 (Mpa)

Trong đó λ là hệ số tăng áp suất khi cháy xác định theo công thức:

Đối với động cơ diezel phải đảm bảo điều kiện ρ<λ → ρ = 1,3202

2.2.2 Hệ sô giãn nở sau:

- Nhiệt giá trị thấp của nhiên liệu

Đối với động cơ diesel Q¿H

Sau khi tính được p b cần kiểm tra sơ bộ các thông số đã chọn xem có hợp

lý không bằng cách tính nhiệt độ khí khải theo công thức dưới đây:

Đối với động cơ diesel:

2.3.2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế:

p i=φ d p i '

Trong đó φ d – hệ số hiệu đính đồ thị công Chọn theo tính năng và chủng loại của động cơ.

2.3.5 Áp suất tổn thất cơ giới p m:

Áp suất này thường được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính đối với tốc

độ trung bình của pit tông

2.3.7 Áp suất tiêu hao nhiên liệug e:

D=√4 V h

π s = 0,8807 ∆ D < 0,1 (thỏa mãn)Sai số so với đề bài không quá 0,1mm

Thực ra nếu sau khi tính p e, nếu không có sai lệch thì đường kính xi lanh cũng không sai lệch

Để sau này khai triển đồ thị được dễ dàng, dễ xem, đường biểu diễn

áp suất p0 song song với hoành độ phải chịn đường đậm nét giấy kẻ ly Đường 1

V C cũng phải đặt trên đường đậm của tung độ

Sau khi vẽ xong đường nén và đường giãn nở, vẽ tiếp đường biểu diễn quá trình nạp và thải lý thuyết bằng 2 đường thẳng song song với trục hoành , điqua 2 điểm pa và pr. Đồ thị công lý thuyết của động cơ xăng và diesel có dạng như hình trên vẽ

III- Vẽ và hiệu đính đồ thị công.

3.1, Căn cứ vào các số liệu đã tính p a , p c , p z , p b , n1,n2, ε Ta lập bảng tính để tính đường nén và đường giãn nở theo biễn thiên dung tích công tác

V X=i V c ( V c – dung tích buồng cháy)

p x=p z ρ

n2

i n2 giá trị biểu diễn(cm)

1.0000 0.0357764 7 4.6310 21.4699 1.0000 10.2789 42.0003 1.3202 0.0472321 0 3.1710 16.1627 1.4436 7.2835 31.1119 2.0000 0.0715529 4 1.7999 11.1787 2.4994 4.3515 20.4539 3.0000 0.1073294 1 1.0355 8.4002 4.2713 2.6319 14.2031 4.0000

6 3 9.0000

Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị

Các bước hiệu đính như sau:

- Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị công như hình vẽ

- Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị3.3 Chọn tỷ lệ xích phù hợp và các điểm đặc biệt

3.5 Hiệu đính các điểm trên đồ thị:

1) Hiệu đính điểm bắt đầu của quá trình nạp ( điểm a )

Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn Xupap thải β2, bán kính này cắt vòng Brick tại điểm a’ Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt đường p a tại điểm a Nối đường r trên đường thải ( là giao điểm giữa đường p r và trục tung) với điểm a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp

2) Hiệu đính áp suất cuối quá rình nén ( điểm c):

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do sự đánh lửa sớm ( động cơ xăng ) hoặc phun sớm ( động cơ diezel ) nên thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén thực

3) Hiệu chính điểm phun sớm ( điểm c’’):

Do hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết tại điểm c” Điểm c” được xác định bằng cách : Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định được góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm θ, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c” Dùng 1 cung thích hợp nối điểm c” với điểm c’.4) Hiệu đính điểm đạt p zmax thực tế:

- Áp suất p zmax thực tế trong quá trình cháy – giãn nở không duy trì hằng số như động cơ diezel ( đoạn ứng với ρ,V c) nhưng cũng không đạt được trị số lý thuyếtnhư động cơ xăng Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền vào khoảng 372° ÷375 ° ( tức là 12° ÷15 ° sau điểm chết của quá trình cháy và giãn nở )

- Hiệu đính điểm z của động cơ diezel :

+ Xác định điểm z từ góc 15 ° Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng 375 ° góc quay trục khuỷu, bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường p ztại điểm z

+ Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường giãn nở

5) Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế ( điểm b’):

Do hiện tượng mở sớm xupap thải nên trong thực tế quá trình thải thực sự diễn

ra sớm hơn lý thuyết.Ta xác định điểm b’ bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm Xupap thải β1, bán kính này cắt vòng Brick tại 1 điểm Từ điểm này gióng đường thẳng song song với trục tung cắt đường giãn

nở tại điểm b’

6) Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở ( điểm b”):

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế p b¿ thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xupap thải mở sớm

Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác định được:

p b¿ = p r + 12.(p b−p r¿ = 0,115 + 12 (0,2902 – 0,115) = 0,2026 (Mpa)

Từ đó xác định tung độ của điểm b” là :

y b¿ = p b }} over {<?> rsub {p}} = {0,2026} over {0,0296¿¿ = 6,8446 (mm)

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC , ĐỘNG LỰC HỌC

I – Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học

Các đường biểu diễn đều vẽ trên 1 hoành độ thống nhất ứng với hành trìnhpiston S = 2R Vì vậy độ thị đều lấy hoành độ tương ứng với V của độ thị công( từ điểm 1.V đến ε.V )

1.1.Đường biểu diễn hành trình của pittong x = f ()

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau :

1 Chọn tỉ lệ xích góc : Thường dùng tỉ lệ xích ( 0,6 ÷ 0,7 ) ( mm/độ )

Ở đây ta chọn tỉ lệ xích 0,7 mm/độ

2 Chọn gốc tọa độ cách gốc cách độ thị công khoảng 15 ÷ 18 cm

3 Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10° ,20° ,…….180°

4 Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10° ,20° ,

…….180°,

tương ứng trên trục tung của đồ thị của x = ƒ(α) ta được các điểm xác định) ta được các điểm xác địnhchuyển vị x tương ứng với các góc 10°,20°,… 180°

5 Nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x = f(α) ta được các điểm xác định)

1.2 Đường biểu diễn tốc độ của pittong v = f():

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của píton v = f(α) ta được các điểm xác định) theo phương pháp đồthị vòng Tiến hành theo các bước cụ thể như sau:

1.Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R ,phía dưới đồ thị x = f(α) ta được các điểm xác định) sát mépdưới của bản vẽ

2 Vẽ vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/2

3 Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính làRλ/2 thành 17 phần theo chiều ngược nhau

4 Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn tâm O bán kính là R kẻ các đườngsong song với tung độ , các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độxuất phát từ các điểm chia tương ứng trên bán kính là Rλ/2 tại các điểm a,b,c,

…

5 Nối tại các điểm a,b,c,… Tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc

độ pittong thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắtvòng tròn bán kính R tạo với trục hoành góc α) ta được các điểm xác định đến đường cong a,b,c…

Ta sẽ vẽ được đồ thị biểu diễn quan hệ v = f() trên tọa độ cực

1.3 Đường biểu diễn gia tốc của pittong:

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston theo phương pháp Tôlê ta vẽtheo các bước sau :

-Gia tốc cực tiểu :

j = –R.ω.( 1– λ ) = –50.10.261,79.( 1–0,3226) = –2,321.10( m/ s)

Vậy ta được giá trị biểu diễn của j là :

gtbd\a\ac\vs0( = \a\ac\vs0( \f(π.n,30f(π.n,30gtt,μ = 2,321.10 eq50¿(¿ ¿(3 ,)) = 46,42( mm )

về phía BD Nối CF với BD ,chia các đoạn này làm 8 phần , nối 11, 22, 33 …

Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33 …ta được đường cong biểudiễn quan hệ j = ƒ(x)

1.4 Đường biểu diễn lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến

Từ A dựng AC với giá trị biểu diễn Pjmax