Hướng dẫn bài tập lớn môn Đông cơ đốt trong 2018

1 Chương 1 CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN – VÀ CHỌN 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 chế độ toàn tải (Memax) e 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 bằng nhd nhd Tốc độ hiệu đính (Tốc độ hạn chế) Và thay Nemax bằng Nhd Nhd Công suất hiệu đính do nhà sản xuất.

1

Chương 1 CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN – VÀ CHỌN 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 chế độ toàn tải (Memax)

e: 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 bằng nhd

nhd: Tốc độ hiệu đính (Tốc độ hạn chế)

Và thay Nemax bằng Nhd

Nhd: 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

nmin = (15 20)% ne vòng /phút

nM  50% ne vòng/ phút

- Động cơ Diezel

nmin  0,4 nhd

nM = (0,60,7) nhd

Chương 2

NHIÊN LIỆU VÀ HỖN HỢP CÁC SẢN PHẨM CHÁY 1:Chọn nhiên liệu và thành phần của nhiên liệu:

I/ Chọn nhiên liệu cho động cơ xăng:

Dựa theo tỷ số nén theo cách chọn như sau:

 =46 Xăng có nhiệt trị thấp hu =1030010400 Kcal/kg – k còn

 =78 Xăng có nhiệt trị thấp hu =1040010600 Kcal/kg

Thành phần của xăng

gC = 0,85 và gH = 0,15; (hoặc gC = 0,85 và gH = 0,15)

II/ Cho động cơ Diesel:

Nhiên liệu Diesel có trị số Xetan 4055

hu=10.00010.400 kcal/kg Thành phần gồm có Cacbon (gC) Hydro (gH) và Oxy (gO)

gC = 0,86; gH = 0,126; gO = 0,004

2 Chọn hệ số dư không khí :

Vì tính nhiệt độ ở chế độ toàn tải nên phải chọn  công suất:

a)- Đối với động cơ xăng

 = 0,850,95 (0,9 hoặc 0,95)

2

Lượng nhiệt tổn hao do thiếu ôxy cháy không hết vì  <1:

hu= 14.740 (1- ) = …

b) Đối với động cơ Diesel

ở chương này ta tạm chọn  tuỳ theo loại động cơ, sau này tính suất hao nhiên liệu gi ta phải tính lại :

thường chọn  = 1,41,7 (= 1,5)

(Cụ thể như sau:

+ Loại thấp tốc:  = 1,82,2 (nhd = 300600 vòng/phút)

+ Loại trung tốc:  = 1,31,7 (nhd = 7002000 vòng/phút)

+ Loại cao tốc:  = 1,72,2 (nhd >2.000 vòng/phút)

 dựa theo kết cấu của buồng cháy và cách chọn như sau:

Buồng phân cách:  = 1,31,4 Buồng liền:  = 1,41,7 (Buồng thống nhất))

3 Lượng không khí lý thuyết L0 cần để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu: L0

L0 =

23 , 0

8 3

8

0

g g

g c  H 

; (kgkk/kgnl)

4 Lượng không khí thực tế để đốt 1kg nhiên liệu L:

L = .L0(kgkk/kgnl)

5 Thành phần sản phẩm cháy Gi:

a/ Đối với động cơ xăng:

GCO2 =

3

11 [ gC(2 - 1) + 6gH( - 1) ] Kg

GCO =

3

7 [ 2(1 -  ) (gC + 3gH)] Kg

GH2O = 9gH Kg

GN2 = 0,77 .l0 Kg

b/: Đối với động cơ Diesel:

GCO2 =

3

11

gC Kg

GO2 = ( - 1) ( .

3

8

gC + 8gH - gO) Kg

GH2O = 9.gH Kg

GN2 = 0,77..l0 Kg

Kiểm tra lại: Gi = l0 + 1 = l + 1

Chỉ cho sai số tính toán không vượt quá 5%

6 Tỷ lệ thành phần sản phẩm cháy gi:

gi% = Gi/Gi = Gi/ Gspc

gi = gCO2 + gCO + gH2o + gN2 = 1

3

Cho phép tính sai  0,05 đối với gi

7 Hằng số của khí nạp trước lúc cháy:

1/ Đối với động cơ xăng:

Hằng số khí của hỗn hợp tươi Rhht

Rhht=gkk.Rkk + gxg.Rxg

gkk = l0/(l0 + 1) Tỷ lệ của không khí

gxk = 1/(l0 + 1) Tỷ lệ của xăng trong hỗn hợp

Rxg = 8,5 KGm/kg.độ Hằng số khí của hơi xăng

2/ Đối với động cơ Diesel:

Vì chỉ nạp không khí sau đến cuối quá trình nén mới phun nhiên liệu nên ở đây

là hằng số khí của không khí

Rhht= Rkk = 29,27 KGm/kg.độ

8 Hằng số khí của sản phẩm cháy Rspc:

Rspc = (giRi) RCO2 = 19,3 KGm/kg.độ RCO = 30,3 KGm/kg.độ RH2O = 47,1 KGm/kg.độ RN2 = 30,3 KGm/kg.độ RO2 = 26,5 KGm/kg.độ

9 Hệ số biến đổi phân tử :

 = spc/hht = Rspc/Rhht , (chú ý > 1 vd 1,003)

10 Nhiệt dung của chất khí

I/ Hỗn hợp tươi:

1/ Đối với động cơ xăng:

Nhiệt dung của hỗn hợp tươi Cvhht

Cvhht = gkk.Cvkk + gxg.Cvxg

Nhiệt dung của không khí:

Cvkk = 0,165 + 0,000017.Tc Kcal/kg.độ Nhiệt dung của hơi xăng:

Cvxg = 0,35 Kcal/kg.độ 2/ Đối với động cơ Diesel:

Cvhht = Cvkk

II/ Sản phẩm cháy:

Nhiệt dung sản phẩm cháy Cvspc

Cvspc = gi.Cvi

CVCO2 = 0,186 + 0,000028.Tz Kcal/kg.độ

CVCO = 0,171 + 0,000018.Tz Kcal/kg.độ

CVO2 = 0,150 + 0,000016.Tz Kcal/kg.độ

CH2O = 0,317 + 0,000067.Tz Kcal/kg.độ

4

CVN2 = 0,169 + 0,000017.Tz Kcal/kg.độ Động cơ xăng:

Cvspc = gi.Cvi= gCO2.CVCO2 + gCO.CVCO + gH2O.CH2O + gN2.CN2 Động cơ Diesel

Cvspc = gi.Cvi= gCO2.CVCO2 + gO2.CVO2 + gH2O.CH2O + gN2.CN2

Chương 3:

QUÁ TRÌNH NẠP

1 Xác định áp suất trung bình của quá trình nạp Pa

Tính theo nhiều 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

5 , 3 2 2

2

2 ' 6

2 0

1

1 10 520 1

= Pa



































































tb

h

f

V n

P

Ở đây n: Tốc độ vòng quay tại chế độ tính toán:

Vh ’: Tính bằng m3 - Thể tích công tác của 1 xi lanh qui ước

Vh ’ = 1 lít = 0,001m3 Vì chưa xác định được Vh thể tích công tác của 1 xi lanh

ftb = fe.(ne/1000) m2/lít - Tiết diện lưu thông cần để phát huy Nemax ở tốc độ ne

(hay Nehd ở nhd) ứng với thể tích công tác là 1 lít

Po = 1 KG/cm2

fe: Tiết diện lưu thông riêng ứng với 1 lít thể tích công tác và mỗi 1000vòng/phút: Động cơ 4 kỳ không tăng áp

Động cơ xăng: fe = 2,53,0 cm2/lít.1000v/phút

Động cơ Diesel: fe = 45 cm2/lít.1000v/phút

5 0





r a

a r

T P

T P



: Tỷ số nén của động cơ

: Hệ số tổn thất ở đường ống nạp, hệ số tốc độ = 0,650,85 – phụ thuộc tốc độ (nmin, nm, ne)

2 Xác định nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:

Động cơ 4 kỳ không tăng áp:









1

. '

' 0

r

r r

Ta









To’ = to + t + 273

to = 15oC: Nhiệt độ khí quyển ở điều kiện bình thường theo tiêu chuẩn quốc tế

t: Nhiệt độ do các chi tiết nóng truyền cho hỗn hợp (hoặc không khí ở động cơ Diesel) ta chọn theo bảng sau:

: Hệ số khí sót được tính theo công thức sau:

 a r r

r







.

. 0'







5

Pr, Tr: Áp suất và nhiệt độ đầu quá trình nạp chọn theo bảng sau:

: Hệ số biến đổi phần tử = (Mspc/Mhht) = (Rspc/Phht)

: Tỷ lệ nhiệt dung của khí trước khi cháy và sau khi cháy

 =  

 c

vhht

z vspc

C

C





.

 = 1,2 Đối với động cơ xăng

 = 1,1 Đối với động cơ Diesel

Tr’= m

m

r

a r

1

.



















m = 1,28: Chỉ số dãn nở đa biến

Bảng để chọn Pr, Tr, và t cho động cơ 4 kỳ

Bảng 1

Thôn

g số

Thứ

nguyê

n

2

1,011,0

3

1,051,0

7

1,151,2

4

1,001,0

5

1,051,0

8

1,11,1

5

3: Khối lượng nạp được trong 1 chu kỳ cho Vh = 1 lít Gnl:

Ở động cơ có 5000 vòng/ phút sẽ có 2500 chu kỳ n loại động cơ 4 kỳ Ở đây tính cho Vh’ = 1 lít vì ta chưa xác định Vh của 1 xi lanh

Gckl = G180 .d mg/ckl

G180 : Khối lượng hỗn hợp tươi (hay không khí) nạp cơ bản:

G180 =  

  10

,

10 1

15 , 0













a a

h a

R

V

mg/ckl Pa: Áp suất trung bình cuối kỳ nạp KG/cm2

V’h = 0,001m3

Ta: Nhiệt độ trung bình cuối kỳ nạp oK

Ra = Rth (hay Rkk ở động cơ Diesel) KGm/kg.độ

d - Hệ số điền đầy xi lanh do tính góc đóng muộn 2 của xupap nạp chọn như sau:

Bảng 2:

Động cơ các bua ra tơ (xăng) 0,90,95 1,001,05 1,101,2 Động cơ Diesel 0,981,02 1,01,05 1,051,10

4: Hệ số nạp v :

6

v =

lt

ckl V

G

G





Glt =

0 0

0

.

.





R

V h

hay Glt =

k k

h k

R

V





.

Ro = Rhht

Có thể tính v cho động cơ 4 kỳ không tăng áp bằng công thức sau:

v =

r a















0 0 0

1

.







- Động cơ xăng = 0,70,85

- Động cơ Diesel = 0,750,96

5: Tính mức tiêu hao nhiên liệu trong một chu kỳ ứng với Vh ’ = 1 lít Gnlckl (cần để tính Tz ):

I/ Động cơ xăng:

Gnlckl =

1 l0 

G ckl



Ví dụ: Gnlckl = 61

5 , 14

886

 mg/ckl

II/ Động cơ Diesel: Khi tính Tz sẽ chọn 4555mg/ckl

7

Chương 4:

QUÁ TRÌNH NÉN 1: Áp suất cuối quá trình nén Pc:

Pc = Pa n1 KG/cm2

n1: Chỉ số nén đa biến tính theo công thức thực nghiệm sau đây:

n1 = 1,38 - 0.03

tt

e

n

n

(=1,3 ÷1,4)

ne: Tốc độ tính toán lúc đạt Nemax (hoặc nhd khi đạt Nhdmax)

ntt: Tốc độ tính toán (ntmin, ntmax, ne )

Đ 2: Nhiệt độ cuối kỳ nén Tc:

Tc = Ta.n1-1

Chương 5

TÍNH QUÁ TRÌNH CHÁY

1: Xác định nhiệt độ cuối quá trình cháy (Nhiệt độ cao nhất của chu trình) Tz:

I/ Động cơ xăng:

  vsfc z vhht c r

ckl

nlckl u u

C C

G

G







.

1

.





Gnlckl: Mức nhiên liệu trong một chu kỳ sống với Vh’ = 1 lít

Gckl: Khối lượng nạp được trong một chu kỳ cho Vh’ = 1 lít

: Hệ số dư không khí

l0: Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu

 - Hệ số sử dụng nhiệt có tính mất nhiệt vì phân ly các phần tử khí chọn theo tốc

độ (bảng 5)

Bảng 5:

Ta đã biết được Tc tính trong quá trình nén thay vào và rút gọn phương trình trên

sẽ trở thành phương trình bậc 2 như sau:

0

2 B C 

Sau khi giải ta lấy nghiệm dương

II/ Đối với động cơ Diesel phương trình sẽ như sau:

   vkk  c  vspv  z r

ckl

nlckl u

C C

G

G

1

.





c

z

P

P



 : Độ tăng áp suất khi cháy, chọn trước theo loại buồng cháy, vì chưa tính

Pz:

8

Bảng 6:

Loại Diesel Buồng liền Buồng xoáy lốc Buồng cháy trước

Gnlckl: Ở đây không tính mà phải chọn từ 4555 mg/ckl mà sau này khi tính suất hao nhiên liệu phải xác định lại hệ số dư không khí  ( đã chọn ở chương II càng lớn thì Gnlckl càng bé) Còn các thông số khác đã tính ở chương trên

2 Xác định áp suất cuối quá trình cháy (cực đại của chu trình): Pz:

I/ Đối với động cơ xăng:

Pz =

c

z

c 



.

 KG/cm2

II/ Đối với động cơ Diesel:

Pz = .Pc KG/cm2

Chương 6:

TÍNH QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ 1: Chỉ số dãn nở đa biến 2:

n2 = 1,20 + 0,03

n

n e

Hay: n2 = 1,20 + 0,03

n

n hd

ne, nhd: Tốc độ lúc đạt Nemax (hoặc nhd khi Nehd)

n: Tốc độ tính toán nmin, nM, ne

2 Áp suất cuối qúa trình dãn nở: Pb

1/ Động cơ xăng:

Pb =

2

n

z





KG/cm2

2/ Động cơ Diesel:

Pb =

2

.

n

















Pb = 2,57 KG/cm2

: Tỷ số dãn nở sớm:

 =

c

z

T



.





= '

z z c

z

V

V V

V



3 Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở Tb:

1/ Động cơ xăng:

Tb = 1

2 



n z



9

2/ Động cơ Diesel:

Tb = Tz

1

2 















Chương 7:

CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CHU TRÌNH

1: Tính áp suất trung bình thực tế Pe:

I/ Tính áp suất trung bình lý thuyết ở điều kiện nén và dãn nở đa biến Pt’:

(ở chu trình lý thuyết nén và dãn nở đoạn nhiệt là Pt)

1/ Động cơ xăng:

































1

1

.

1

1

1 2

'

n n

 KG/cm2





















 















 







1 1

1 2

'

1 2

1 1 1

1 1

1 1

.

c t

n n

P







2/ Động cơ Diesel:





































1

.

1

.

) (

1

1 2

' '

n

V V

n

V V

V V P V

c z z h





















 















 











1 1 2

'

1 2

1 1 1

1 1

1 1

1

c t

n n

P













II/ Tính áp suất chỉ thị trung bình ứng với đồ thị của chu trình Pi

1/ Đối với động cơ 4 kỳ:

Pi = .Pt’ - Pi KG/cm2

 = 0,920,97 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 = Pa - Pr

III/ Tính hiệu suất cơ học của động cơ ch :

ch = 1-

i

ch





Pch: Áp suất tổn hao vì nhiệt mất cho công cơ học (khắc phục ma sát và chuyển động các cơ cấu phụ)

Pi : Áp suất chỉ thị trung bình ứng với đồ thị công của chu trình Pch tính theo công thức thực nghiệm sau đây:

1/ Động cơ không tăng áp hoặc tăng áp bằng tuốc bin khí

a) Động cơ xăng:

Pch = 0,5 + 0,13.Vp (KG/cm2 ) b) Động cơ Diesel:

10

Pch = 0,8 + 0,17.Vp (KG/cm2 )

Vp = 30

S.n

(m/sec)

Vp: Vận tốc trung bình của pittông ở tốc độ tính toán n

S: Hành trình của pittong

n: Số vòng quay của động cơ ở chế độ tính toán

Dựa trên Vtb đã chọn theo số vòng quay ở chế độ tính toán ta xác định Vtb ở các chế độ này để tính ch

IV/ Áp suất trung bình thực tế Pe:

Pe = Pi ch KG/cm2

Pemax tại tốc độ nM

Đ 2: Tính suất hao nhiên liệu thực tế ge:

ge =

ch i

g

 gam/ml.h (gam/ mã lực, giờ)

Trong đó:

ch: Hiệu suất cơ học

gi: Suất hao nhiên liệu chỉ thị

1/ Động cơ xăng:

gi =

 1 .

.

.

270000

0 0

0









l

R hht

i

v





kg/ml.h

2/ Động cơ Diesel 4 kỳ không tăng áp:

Phải tính lại hệ số dư không khí:

’ =

0

.l

G

G

nlckl ckl

gi =

o kk

i

v

l T

.

.

0

0









kg/ml.h (gam/ mã lực giờ)

Đ 3: Mức tiêu thụ nhiên liệu trong 1 giờ Gnl:

Gnl = geNe Kg/h

Vì đã tính Pe tại nM, và nmin nên Ne tính như sau:

Nemin = Nemax

e eN

e

n

n

.

. min

min





; NeM = Nemax

e eN

M eM

n

n

.

.





4: Công suất thực tế Ne ở các tốc độ:

Ne =



450

.V h i n

e



ml Nhưng đến đây ta chưa xác định Vh của 1 xi lanh nên tại các tốc độ nmin, nM phải xác định Ne dựa vào tỷ lệ

Nemin = Nemax

e eN

e

n

n

.

. min

min





; NeM = Nemax

e eN

M eM

n

n

.

.





11

5: Mô men có ích của động cơ Me:

Me = 716,2

n

N e

KGm

Ne: Công suất thực tế (ml)

n: Tốc độ vòng quay (vòng/phút)

6 Các hiệu suất của động cơ:

I/ Hiệu suất nhiệt t (ứng với chu trình lý thuyết)

1/ Động cơ xăng:

t = 1- 1k1



2/ Động cơ Diesel:

t =

1- 1 1

1

.

1







k k

k: Trị số đoạn nhiệt quy ước ở đây xác định như sau:

Tuỳ thuộc :

  1 k = 0,39. + 0,887

  1 k = 0,07. + 1,207

II/ Hiệu suất chỉ thị (ứng với đồ thị công) i :

(mới tính đến mức hoàn thiện quá trình phối khí và cháy)

i =

u

i h

g

632

III/ Hiệu suất thực tế e :

(Tính đến mức hoàn thiện quá trình phối khí, cháy và công cơ học)

e = i - ch =

u

e h

g

632

Trong tính toán chính xác: t > i > e

Chương 8

XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ

Việc xác định các kích thước cơ bản của động cơ xuất phát từ các thông số:

Nemax: Công suất lớn nhất tại số vòng quay ne

Nehd: Công suất lớn nhất tại số vòng quay nhd

PeN: Áp suất trung bình thực tế tại số vòng quay đạt Nemax, Nehd

Từ công thức Nemax =



450

.V h i n

e



Xác định thể tích công tác Vh của một xi lanh rồi xác định đường kính D của xi lanh

Còn hành trình S sẽ căn cứ vào tỷ lệ S/D do ta chọn và căn cứ D mà xác định sau đó kiểm tra lại vận tốc trung bình mà pistton Vp sơ với Vp’ khi đã chọn để tính Pch, nếu sai số 0,05m/sec thì được nếu sai số lớn phải chọn lại S/D

12

Chương 9

CÂN BẰNG NHIỆT CỦA ĐỘNG CƠ

Trong phần cân bằng nhiệt này sẽ tính xem toàn bộ lượng nhiệt do hỗn hợp cháy phát ra Q1 (ở chu trình lý thuyết là lượng nhiệt cấp vào) phân bố như thế nào cho phần nhiệt sinh công có ích thực sự (Ne) tức là Qe

Phần nhiệt Qlm + x theo nước làm mát và khí xả ra ngoài (ở chu trình lý thuyết đây là Q2 đưa ra nguồn lạnh, mất theo định luật 2 của nhiệt động học)

Phần Qch mất cho công cơ học

Phần Qlhlt: các tổn thất do cháy không hoàn toàn

Tại mỗi tốc độ tính toán các phần nhiệt trên tính như sau:

Q1 = 100%; Qe = e.100%; Qlm+x = (1-t).100%

Qlh.lt = (t - i).100%; Qch = (i - e).100%;

Trong phần nhiệt mất vì lý do lý hoá:

Nếu tính ở 3 chế độ ta có thể lập bảng sau đây để xác định các Q thành phần cần cho dựng đồ thị cân bằng nhiệt

13

CHƯƠNG X:

CÁCH DỰNG CÁC ĐỒ THỊ KHI TÍNH NHIỆT

Đ 1: Dựng đường đặc tính ngoài: Ne, Me, Ge…

a/ Tính ở 3 chế độ tốc độ ta có 3 điểm cho mỗi đường cong trên và vẽ chúng

theo dạng các đồ thị mẫu qua 3 điểm đó (chú ý: Nemax tại ne, Memax tại nM, và gemin tại

nmin trong khoảng nm-ne)

Nếu chỉ tính 1 tốc độ ne hay nhd mà muốn dựng đường đặc tính ngoài ta sẽ dùng các phương pháp thực nghiệm sau đây:

Theo giáo sư Lay đec man:

Me = a MeN; nM = b nN

Nex = Nemax























































.

e x e

x e

x

n

n n

n d n

n c

Mex = MeN

































2

.

e x e

x

n

n n

n d c

gex = ge1

































2

.

e x e

x

n

n k n

n f e

Trong đó:

MeN, nN: Mô men, tốc độ động cơ khi đạt công suất cực đại Nemax

nx, Nex, gex, Mex: Tốc độ, công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và mô men ở chế độ tính

toán

Các giá trị của các hệ số a, b, c, d, e, f ghi ở bảng sau:

Bảng 10:

Diesel BC TN 1,07 0,65 0,5 1,5 1,55 1,55 1 gehd

Xoáy lốc 1,12 0,65 0,7 1,3 1,35 1,35 1 gehd

Buồng cháy trước 1,09 0,7 0,6 1,4 1,2 1,2 1 gehd

Đồ thị