1.2.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới:Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xilanh của động cơ xăng do tiếp xúc với vách nóng lên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ Δ
Trang 11.1 THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ
-Loại động cơ: động cơ xăng
-Kiểu động cơ: động cơ xylanh thẳng hàng, không tăng áp
-Công suất có ích Ne (kW): 85 (kW)
-Tỷ số nén (ε): 10:1
-S/B = 1.15
-Số kỳ, 𝜏: 4
-Số vòng quay (rpm): 6000 (rpm)
-Số xy lanh: 4
1.2 CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT
1.2.1 Áp suất không khí nạp:
Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển: P0 = 0,1013 (MN/m2) 1.2.2 Nhiệt độ không khí nạp:
Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là:
Tkk = 29 , do đó T℃ 0 = (Tkk + 273)°K = (29 + 273)°K = 302°K
1.2.3 Áp suất khí nạp trước xuppap nạp:
Động cơ xăng bốn kì không tăng áp:
Pk = P0 = 0,1013 (MN/m2)
1.2.4 Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp:
Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp của động cơ xăng có bốn kì không tăng áp:
Tk = T0 = 302°K
1.2.5 Áp suất cuối quá trình nạp:
Động cơ xăng bốn kì không tăng áp: Pa = (0,8 ÷ 0,95).P0 (MN/m2), ta chọn:
Pa= 0,95.P0= 0.095 (MN/m2)
1.2.6 Áp suất khí sót:
Đối với động cơ xăng: Pr = (0,11 ÷ 0,12), ta chọn:
Pr = 0,12 (MN/m2)
1.2.7 Nhiệt độ khí sót:
Đối với động cơ xăng thì Tr = (900 ÷ 1100)°K, ta chọn Tr =1000°K
Trang 21.2.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới:
Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xilanh của động cơ xăng do tiếp xúc với vách nóng lên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ ΔT
Đối với động cơ xăng thì ∆T = 0 ÷ 20 , ta chọn ∆T =20°C.℃
1.2.9 Chọn hệ số nạp thêm:
Hệ số nạp thêm 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
1.2.10 Chọn hệ số quét buồng cháy:
Đối với những động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy thì chọn λ2=1 1.2.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt:
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp ⍺ và nhiệt độ khí sót Tr Theo thực nghiệm: đối với động cơ xăng có: ⍺ = 0,85 ÷ 0,92, ta chọn: ⍺ = 0,9 và λt = 1,15
1.2.12 Hệ số nhiệt lợi dụng tại điểm Z:
Đối với động cơ xăng thì, ξz = 0,75 ÷ 0,92, ta chọn ξz = 0,85
1.2.13 Hệ số nhiệt lợi dụng tại điểm b:
Hệ số nhiệt lợi dụng tại điểm b phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốc độ động cơ càng cao thì cháy rớt càng tăng, dẫn đến nhỏ
Đối với động cơ xăng ở tốc độ trung bình: ξb= 0.85÷0.95, vì động cơ xăng có tỷ số nén khá cao nên hòa khí sẽ bị nén và nén đến áp suất, nhiệt độ cao, bốc cháy nhanh
và mãnh liệt là giảm hiện tượng cháy rớt, nên ta chọn ξb = 0.9
1.2.14 Chọn hệ số dư lượng không khí:
Đối với động cơ xăng α=0,85÷0,95, ta chọn α=0,9
1.2.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công:
Đối với động cơ xăng φd = 0,93 ÷ 0,97
Ta chọn φd = 0,95
Trang 31.2.16 Tỷ số tăng áp:
Tỷ số tăng áp là tỷ số giữa áp suất của hỗn hợp khí trong xi lanh ở cuối quá trình cháy & quá trình nén
1.3 TÍNH TOÁN NHIỆT
1.3.1 Quá trình nạp
η v= 1ε−1 . (T T k
k +∆ T ) .
Pa
P k .[ε λ1−λ t λ2⋅(Pr
P a)1
m]
ηv= 110−1 302302+20 0,0950,1013.[10.1,05−1,15.1.( 0,12
0,095) 1 1.45 ]=0,894
Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m = 1,45 ÷ 1,5
Chọn: m = 1,45
1.3.1.2 Hệ số khí sót (γ r)
γ r=λ2(T k + ΔT)
T r .
P r
ε λ1−λ1 λ2.(P r
P a)( 1m )
γ r =1.( 302+20 )
10.1,05−1,05.1 ( 0,12
0,095)( 11.45)=0,044
1.3.1.3 Nhiệt độ cuối quá trình nạp (T a)
T a=
(T k + ΔT)+λ t .γ r T r .(P a
P r)(m−1 m )
1+γ r
T a=
( 302+20 )+1,15.0,044 1000 (0,095
0,12 )(1,45−11,45 )
1.3.2 Quá trình nén
1.3.2.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới
m c v =a v+b v
2 .T=19,806+ 0,004192 T( kJ kmol ° K)
Trang 4Với {a v=19,806
b v=0,00419
1.3.2.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy
Khi 0,7< α <1 tính cho động cơ xăng theo công thức sau:
mc v ''= (17,997+3,504 α) + 12.(360,34+252,4 α).10−5T
Thay số ta được:
mc v ''= ( 17,997+3,504 0,9 ) + 12.( 360,34+252,4 0,9 ).10−5T=21,1506+0,0029375 T
Với {a' ' v=21,1506
b' ' v=0,005875
1.3.2.3 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén
m c v '= mc v +γ r .m c v ' '
1+γ r
Với {a' v=19,863
b' v=0,00426
1.3.2.4 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, ta có:
a '
v+b v '
2 .T a (ε n1 −1 +1)
19,863+ 0,004262 .353,51 (10n1 −1 +1)
Trang 51.3.2.5 Áp suất quá trình nén P c
P c =P a .ε n1=0,095.101,37=2,23[ MN /m2 ]
1.3.2.6 Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc
T c =T a .ε n1 −1 =353,51 1 01,37−1 =828,71 ° K
1.3.3 Quá trình cháy
1.3.3.1 Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0
Đối với động cơ xăng thành phần trong 1kg nhiên liệu có: {C :0,855 kg
H :0,145 kg
21.(C
12+ H4 − O32)(kmol kk /kg.nl)
→ M0=0,512(kmol kk)
1.3.3.2 Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xy lanh M1
M1=α M0+ 1
μn.l=0,9.0,512+ 1112=0,47(kmolkk/kg nl) Trong đó: μn l – trọng lượng phân tử của xăng (μn l=110÷ 114kg/kmol)
Chọn μn.l=112(kg/kmol)
Chọn μn.l=112(kg/kmol)
1.3.3.3 Lượng sản vật cháy M2
M2= C12+ H2 +0,79.α M0= 0,85512 + 0,1452 +0,79.0,9 0,512
M2=0,51[kmol SVC/kgnl]
1.3.3.4 Hệ số biến đổi phân tử khi lý thuyết
Trang 6M1= 0,51
0,47=1,085
1.3.3.5 Hệ số biến đổi phân tử khi thực tế
1+γ r β=1+ 1,085−11+0,044=1,081
1.3.3.6 Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm
β z=1+β0 −1
1+γ r ξ z
ξb=1+ 1,085−11+0,044 0,85 0,9 =1,077
1.3.3.7 Tổn thất nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn ∆ Q H
Đối với động cơ xăng vìα <1, thiếu oxy nên nhiêu liệu cháy không hoàn toàn, do đó gây tổn thất một lượng nhiệt, ký hiệu là∆ Q H và được tính theo công thức sau:
∆ Q H=120 10 3.(1−α) M0
¿ 120.10 3.(1−0 ,9) 0,51 2=6144 (kJ/kg)
1.3.3.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tính trung bình của môi chất tại điểm Z
mcvz ' '=
M2(X z+β γ r
0)mc v ' ' +M1(1− X z)mc v
M2(X z+γ r
β0)+M1(1−X z)
Ta có:
mcv '' =21,1506+0,0029375 T z
mc v =19,806+0,002095T z
X z=ξ z
ξb = 0,85 0,9 =0,94
Trang 7Thay vào ta được:
mc vz ' '=21,082+2,892486812.10 −3T z
1.3.3.9 Nhiệt độ cuối quá trình cháy T z
Đối với động cơ xăng:
ξ z(Q H −∆ Q H)
M1(1+γ r) +mc v ' .T c =β z mc v ' ' T z
↔ 0,85.(43960−6144 )0,47.(1+0.044) + ( 19,863+0,00213.828,71 ) 828,71=1,077.(21,1506+0,0029375.T z).T z
Giải phương trình bậc hai ta tìm được nghiệm:
T z =2672,13(° K) (Thỏa)
T z=−9889,67 (° K)(Loại)
1.3.3.10 Áp suất cuối quá trình cháy Pz
P z =β z . T z
T c P c =1,077 2672,13828,71 .2,23=7,74(MN /m2 )
Ở động cơ xăng λ xác định bằng công thức:
λ=β z . T z
T c =1,0 77 2672,13828,71 =3,47(MN /m2)
1.3.4 Tính toán quá trình giãn nở
1.3.4.1 Tỷ số giãn nở đầu của động cơ xăng: ρ = 1
1.3.4.2 Tỷ số giãn nở sau của động cơ xăng: δ=ε=10
1.3.4.3 Xác định chỉ số đa biến trung bình n2:
(ξ¿¿b−ξ z ).Q H
M1.(1+γ r) =β.mc vb ' ' .T b −β z .mc vz '' .T z+ 8,314n
2 −1.(β z .T z − β.T b)( ¿ ) ¿
Trang 8Ở nhiệt độ từ 1200 - 2600K, sai khác của tỷ nhiệt không lớn lắm, do đó ta có thể
xem avb ' =a vz ' ,bb =b z và β= βz Ta có:
(ξ¿¿b−ξ z ).Q H
M1.(1+γ r) β (T z −T b)+a vz ' '+b z ''
2 .(T z +T b)¿¿
Trong đó:
{a vz ' '=
a ' ' v M2.(xz+γ r
β0)+a v ' M1(1−X z)
M2.(x z+γ r
β0)+M1.(1−X z)
b ' ' vz=
b ' ' v M2.(xz+γ r
β0)+b v ' M1(1−X z)
M2.(x z+γ r
β0)+M1.(1−X z)
→{a vz} = {21,1506 0, 51 left (0,94 + {0,0 44} over {1,0 85} right ) +19,8 63 0,47.(1- 0,94 )} over {0, 51 left (0,94 + {0,0 44} over {1,0 85} right ) +0,47.(1- 0,94 )} # {b} rsub {vz} rsup {=
0,005875.0,51.(0,94+ 0,0441,085)+0,00426 0,47 (1−0,94)
0,51.(0,94+ 0,0441,085)+0,47.(1−0,94)
→{a} =2 1 , 082 # {b} rsub {vz} rsup {vz =0,00579 ( ¿ ∗ ¿ ) Mặt khác ta có mối liên hệ:
T b= T z
δ n2 −1 = 2672,13
10n2 −1 ¿
Thay lần lượt các giá trị ở (***), (****) vào phương trình (**) ta tìm được n2:
(0,9−0,85) 43960
0,47.( 1+0,044 ).1,081.(2672,13−2672,13
10n2 −1 )+21,082+ 0,005792 .(2672,13+ 2672,1310n2−1 )
Trang 9Giải phương trình trên tìm được giá trị n2=1,22
1.3.4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b
T b= T z
ε n2 −1 = 2672,13
10n2 −1 =1610,12 K
1.3.4.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở P b
P b=P z
ε n2 = 7,74
101,22=0, 466( MN m2 )
1.3.4.6 Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót T r
T r =T b .¿
⇒ Sai số: ΔT r
T r =|1000−1056,82
1000 |.100= ¿5,68 %
1.3.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình
1.3.5.1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán P ' i
P i ,= P c ε−1 ∙[ λ p
n2−1∙(1− 1
ε n2−1)− 1
n1−1∙(1− 1
ε n1−1) ]
P i ,= 2,23 10−1∙[ 3,47
1,22−1∙(1− 1
101, 22−1)− 1
1,37−1∙(1− 1
10 1,37−1) ]
→P i ' =1,17(MPa)
1.3.5.2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế P i
Pi =φ d ∙Pi , =0,95.1,17=1,11(MPa)
1.3.5.3 Áp suất tổn thất cơ khí: Pm =a+b.V p +(P r −P a) [MPa]
Trong đó:
V p = S.n30 = 0,098.600030 =19.6
Trang 10Vì động cơ xăng S/D > 1 nên ta chọn: a = 0,048 và b = 0,01512
¿>P m=0,048+0,0 1512 19,6+ (0,12−0 ,095)=0,369(MPa)
1.3.5.4 Áp suất có ích trung bình: Pe =P i −P m =1,11−0,369=0,741( MN /m2 )
1.3.5.5 Hiệu suất cơ giới: η M=η e
ηi=
P e
P m
Pi=1− 0,3691,11 =0,668
1.3.5.6 Hiệu suất chỉ thị:
Động cơ dùng nhiên liệu lỏng:
η i=8,314.QH M1 P Pk i .T .ηv k=8,314.43960.0,1013 0,8940,47.1,11.302 =0,33
1.3.5.7 Hiệu suất có ích: η e=8,314.M1.P e .T k
QH Pk ηv=8,314 0,47.0,741 30243960.0,1013 0,894=0,22
1.3.5.8 Tính suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị:
g i= 3600
Q H .η i=43960.0,353600 =0,23( kg
KW .h)=230 (g/ KW h)
1.3.5.9 Tính suất tiêu hao nhiên liệu có ích:
g e= 3600Q
H η e=43960.0,223600 =0,372(kg/KW h)=372(g/ KW h)
1.3.6 Tính toán các kết cấu thông số động cơ
- Thể tích công tác một xy lanh:
V h=30 τ N e
P e .n e .i= 30.4 850,741.6000 4=0,573(d m3)=0,000573 (m3 )
- Thể tích buồng cháy: V c= V h
ε−1= 0,57310−1=0,063(d m3)=0,000063(m3 )
- Thể tích toàn bộ: V a =V h +V c=0,000573+0,000063=0,000636 (m3 )
Trang 11- Đường kính piston: D=3
√ 4V h
π ( S
D)
= 3
√4.0,573
π 1,15=0,85(dm)
- Hành trình piston: S=(S
1.4 VẼ ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ
-Chọn tọa độ vuông góc:
Biễu diễn áp suất khí thể (p) trên trục tung và thể tích khí (V) trên trục hoành với
tỉ lệ xích µ v và µ p phù hợp với khổ giấy vẽ
-Xác định các điểm đặt của đồ thị công:
Điểm a: điểm cuối hành trình nạp có:
Áp suất Pa =0,095(MN /m2 )
Thể tích V a =0,000636(m3 )
Nhiệt độ T a =3 53,13 K
Điểm c: điểm cuối hành trình nén có:
Áp suất Pc =2,23( MN /m2 )
Thể tích V c =0,000063 (m3 )
Nhiệt độ T c =828,71K
Điểm z: điểm cuối quá trình cháy có :
Áp suất P z =7,74 (MN /m2 )
Thể tích V z =V c =0,000063(m3 )
Nhiệt độ T z =2672,13 K
Điểm b: điểm cuối hành trình giãn nở có :
Áp suất Pb =0,466(MN /m2 )
Thể tích V b =V a =0,000636(m3 )
Nhiệt độ T b =1 620,12 K
Trang 12Điểm r: điểm cuối hành trình thải có:
Áp suất P r =0,12(MN /m2 )
Thể tích V r =V c =0,000063(m3)
Nhiệt độ T r =1056,82 K
+Dựng đường cong nén
Trong hành trình nén khí trong xylanh bị nén với chỉ số đa biến trung bình
n1=1.37, từ phương trình :
P a .V a n1=P xn .V n xn1= const
P xn =P a .¿
Pxn,Vxn là áp suất và thể tích khí tại một điểm bất kì trên đướng cong nén Bằng cách cho các giá trị Vxn đi từ Va đến Vc ta lần lượt xác định được các giá trị
pxn, bước nhảy của Vxn phụ thuộc vào góc quay trục khủy α=5 [độ] theo công thức :
V xn =F x=π R3.[ (1+ 1λ)−(cos(α)+ 1 λ .cos(β)) ]
Với sin( β)=λ sin (α)
Thông số kết cấu, chọn λ =0,3
+Dựng đường cong dãn nở
Trong quá trình giãn nở khí cháy được giãn nở theo chỉ số giãn nở đa biến n2
=1.22, tương tự như trên, ta có:
P z .V n z2=P xg .V xg n2=const
P xg =P z .¿
Trong đó : pxg , Vxg là áp suất và thể tích khí tại một điểm bất kì trên
đường cong giãn nở
Bằng cách cho các giá trị của Vxg đi từ Vz đến Vb ta lần lượt xác định được xác định được các giá trị pxg bước nhảy của Vxg phụ thuộc vào góc quay trục khủy α=5 [độ] theo công thức:
Trang 13V xg =F x=π R3.[ (1+ 1
λ)−(cos(α )+ 1
λ .cos(β)) ]
Với sin( β)=λ sin (α)
Thông số kết cấu λ =0,3
R=4.9 ;
D=8.5;
S=9.8 ;
Vd=pi*S*(D^2)/4;
Vc=63;
Vz=Vc;
Va=636;
n1= 1.37;
n2= 1.22;
% THONG SO DO THI CONG CHI THI
Pa=0.095;
Pc= 2.24;
Pz= 7.74;
Pb= 0.466;
Pr= 0.12;
lamda= 0.3;
% goc danh lua som: 20 do
% goc mo som xucpap nap: 20 do
% goc dong muon xucpap nap:50 do
% goc mo som xucpap thai:55 do
Trang 14% goc dong muon xucpap thai: 25 do
%hieu chinh thai nap
ahc0=[0 10 25];
Phc0=[Pr 0.1 Pa];
a0=linspace(0,25,1000);
x0= R*((1-cosd(a0))+(lamda/4)*(1-cosd(2*a0))); V0=(pi*D*D*x0/4)+Vc;
P0=interp1(ahc0,Phc0,a0,'sline');
plot(V0,P0);
hold on
% qua trinh nap
a1=linspace(25,180,1000);
x1=R*((1-cosd(a1))+(lamda/4)*(1-cosd(2*a1))); V1=(pi*D*D*x1/4)+Vc;
P1= linspace(0.095,0.095,1000);
plot(V1,P1);
hold on
% qua trinh nen
a2=linspace(180,340,1000);
x2=R*((1-cosd(a2))+(lamda/4)*(1-cosd(2*a2))); V2=(pi*D*D*x2/4)+Vc;
P2=Pa*(Va./V2).^n1;
plot(V2,P2);
Trang 15hold on
%hieu chinh nen chay
Pzz= 0.85*Pz;
Pcc =(Pzz-Pc)/3+Pc;
ahc3= [340 360];
Pch3=[max(P2) Pcc];
a3=linspace(340,360,1000);
x3=R*((1-cosd(a3))+(lamda/4)*(1-cosd(2*a3))); V3=(pi*D*D*x3/4)+Vc;
P3=interp1(ahc3,Pch3,a3,'sline');
plot(V3,P3);
hold on
%QUA TRINH CHAY gian no
x4=R*((1-cosd(375))+(lamda/4)*(1-cosd(2*375))); V4=(pi*D*D*x4/4)+Vc;
P4=Pz*(Vz./V4).^n2;
ahc5= [360 370 375];
phc5=[max(P3) Pzz P4];
a5=linspace(360,375,1000);
x5=R*((1-cosd(a5))+(lamda/4)*(1-cosd(2*a5))); V5=(pi*D*D*x5/4)+Vc;
P5=interp1(ahc5,phc5,a5,'sline');
plot(V5,P5);
Trang 16hold on
a6=linspace(375,490,1000);
x6=R*((1-cosd(490))+(lamda/4)*(1-cosd(2*490))); V6=(pi*D*D*x6/4)+Vc;
xgn=R*((1-cosd(a6))+(lamda/4)*(1-cosd(2*a6))); Vgn=linspace(V4,V6,1000);
Pgn=Pz*(Vz./Vgn).^n2;
plot(Vgn,Pgn);
hold on
%hieu chinh chay dan no- thai
Pb=min(Pgn);
Vbb=Va;
Pbb=(0.5-Pa)/2+Pa;
ahc7=[490 540 600];
Phc7=[Pb Pbb Pr ];
a7=linspace(490,600,1000);
x7= R*((1-cosd(a7))+(lamda/4)*(1-cosd(2*a7))); V7=(pi*D*D*x7/4)+Vc;
P7=interp1(ahc7,Phc7,a7,'sline');
plot(V7,P7);
hold on
a8=linspace(600,720,1000);
x8= R*((1-cosd(a8))+(lamda/4)*(1-cosd(2*a8)));
Trang 17V8=(pi*D*D*x8/4)+Vc; P8=linspace(Pr,Pr,1000); plot(V8,P8);hold on
title ('ĐỒ THỊ P-V');
xlabel ('Thể Tích(dm3)'); ylabel ('Áp Suất(MN/m2)'); grid on
figure