NGHUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐÔT TRONG

Chọn chế độ tính toán:Muốn dựng đờng đặc tính ngoài ta phải tính tối thiểu ở ba tốc độ: • nmin - tốc độ tối thiểu mà động cơ có thể làm việc ổn định • nM - tốc độ tơng ứng với mômen cực

Mục lục.

Trang

Tài liệu tham khảo 03

Đề bài 04

Nhiệm vụ 04

Chọn chế độ tính toán 05

Nhiên liệu, hỗn hợp nhiên liệu và sản phẩm cháy 05

Thành phần khối lợng của các chất khí thành phần trong sản phẩm cháy 06

• Hằng số chất khí của sản phẩm cháy 06

• Hằng số không khí 06

• Hệ số biến đổi phân tử 06

• Nhiệt dung riêng của sản phẩm cháy 07

Quá trình nạp 07

• Tiết diện lu thông cần thiết để nạp tốt 07

• áp suất trung bình ở giai đoạn nạp chính 07

• Hệ số khí sót 08

• Nhiệt độ cuối kỳ nạp 09

• Khối lợng không khí nạp vào xilanh trong 1 chu kỳ 10

• Hệ số nạp 11

• Lợng nhiên liệu nạp trong một chu kỳ 12

Quá trình nén 12

• áp suất cuối quá trình nén 12

• Nhiệt độ cuối quá trình nén .13

Quá trình cháy .13

• Nhiệt độ cao nhất của chu kỳ .13

• áp suất cao nhất của chu kỳ .14

Quá trình dãn nở .14

• Chỉ số dãn nở đa biến .14

• áp suất cuối kỳ dãn nở 15

• Nhiệt độ cuối kỳ dãn nở .15

Xác định các chỉ tiêu chủ yếu và kích thớc cơ bản của động cơ 16

• áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết .16

• áp suất chỉ thị trung bình thực tế 16

• áp suất hữu hiệu trung bình 17

• Tiêu thụ nhiên liệu 18

• Hiệu suất động cơ 19

• Đờng đặc tính ngoài của động cơ 20

• Cân bằng nhiệt theo tốc độ .21

• Kích thớc cơ bản của động cơ 21

• Xác định đờng kính xuppap nạp .22

• Cách vẽ đồ thị công .23

Tµi liÖu tham kh¶o

xuÊt b¶n X©y dùng Hµ Néi 2002.

• Mômen quay lớn nhất : Memax = 1079 (Nm)

• Tốc độ quay động cơ ứng với M emax : nM= 1400 (v/ph)

1 Chọn chế độ tính toán:

Muốn dựng đờng đặc tính ngoài ta phải tính tối thiểu ở ba tốc độ:

• nmin - tốc độ tối thiểu mà động cơ có thể làm việc ổn định

• nM - tốc độ tơng ứng với mômen cực đại, có thể gọi là tốc độ trung bình

• nN - tốc độ ứng với công suất cực đại hay nđ.c - tốc độ điều chỉnh ở động cơ có

bộ hạn chế tốc độ và ở đây công suất cực đại đã bị hạn chế

Theo kinh nghiệm ta chọn nh sau:

2 Nhiên liệu, hỗn hợp nhiên liệu và sản phẩm cháy:

Động cơ điêzen dùng nhiên liệu có thành phần nh sau:

• Các bon (C) : gC=86%

• Hiđrô (H) : gH=13%

• Ôxy (O) : gO = 1%

nhiệt trị hu=10400 (kcal/kg)

Đối với động cơ điêzen có tỷ số nén cao α phải > 1,3 tạm lấy α=1,5

Lợng không khí lí thuyết cần để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu:

)(5,1423

,0

01,013,0.886,0.3823

,0

.8

3

8

g g g

Lợng không khí thực tế đốt cháy 1kg nhiên liệu:

)(75,215,14.5,1

l =α = =

Thành phần sản phẩm cháy với α đã chọn: α =1,5

)(15,386,0.3

11

3

11

( ) ( ) 0,86 8.0,13 0,01 1,68( )

3

8.15,1

8.3

8.1

)(74,165,14.5,1.77,0 77,

2 2

2 2

15,3

68,1

17,1

74,16

),(52,293,30.736,01,47.052,05,26.073,03,19.139,0

2 2 2

2 2 2 2 2

.

do kg KGm

R g R g R g R g

=+

++

=

++

+

=

H»ng sè cña kh«ng khÝ:

),(27,29

do kg

KGm

h»ng sè khÝ cña kh«ng khÝ lÊy ë ®iÒu kiÖn b×nh thêng, lóc n¹p kh«ng khÝ vµo xi lanh, tøc lµ ®iÒu kiÖn m«i trêng xung quanh P0=760 (mmHg) vµ T0=273+24 =2880K

Hệ số biến đổi phân tử:

02,127,29

52,29

0169,0736,0000067,

0317,0093,0

000018,

0171,0041,0000028,

0186,0139,0

2 2 2 2 2 2 2 2

do kg Kcal T

T T

T T

C g C

g C g C

++

+

++

++

=

++

+

=

4 Quá trình nạp

Tiết diện lu thông cần thiết để nạp tốt: f t.b

Muốn thiết kế đợc động cơ có tốc độ tối đa nhất định để đạt đợc công suất theo yêu cầu, trớc hết ta chọn tiết diện lu thông riêng f0, tức là tiết diện cần để nạp tốt cho 1lít thể tích công tác(Vh=1lít) để động cơ phát huy đợc 1100 vòng/phút theo thực nghiệm ta có thể lấy f0=2,45 cm2/(lít,1000v/f)

Cho động cơ có bộ hạn chế tốc độ ta không chọn f0 mà chọn fđ.c

Cuối cùng tiết diện lu thông trung bình cần thiết tính nh sau:

)/(1000

0 f n cm lit

áp suất trung bình P a ở giai đoạn nạp chính.

Pít tông đi từ ĐCT đến ĐCD, trục khuỷu quay 1800

1.10

.5201

5 , 3 2 2

P P

1.10

.5201

5 , 3 2 2

P P

tb

h a

ta chọn ξ = 0,65 (vì động cơ mới cha chạy)

50,0

=

=

r a

a r T P

T P

δ (theo thực nghiệm)

ftb = 9,02 (cm2/lít) = 0,000902 (m2/lít)

• n = 1100 (v/ph)

)/(975,01

7,17

5,07,17.65,0

1.000902,

0

001,010.520

1100

5 , 3 2 2

2 6

2

cm KG

7,17

5,07,17.65,0

1.000902,

0

001,010.520

1500

5 , 3 2 2

2 6

2

cm KG

7,17

5,07,17.65,0

1.000902,

0

001,010.520

2200

5 , 3 2 2

2 6

2

cm KG

T P P

T P

).( ' 0

βε

'

0

nóng truyền cho hỗn hợp, ∆t sẽ chọn thực nghiệm

)(

2730 0 0

'

β : hệ số biến đổi phân tử đã tính ở mục nhiên liệu

Tr : nhiệt độ khí sót Tốc độ càng tăng Tr càng tăng vì thời gian tiếp xúc của khí với thành xilanh rất ngắn, lợng nhiệt toả ra thành xilanh giảm nên nhiệt độ khí thải hay khí sót cao lên.

−

++

−

++

−

++

=

r

γ

ở động cơ điêzen khi vòng quay tăng thì γr gần nh không đổi vì tỉ số nén ε lớn

Nhiệt độ cuối kì nạp Ta (khi pít tông ở ĐCD)

Ta tính theo công thức sau đây:

ψγ

ψγ

.1

'

' 0

r

r r a

T T

) (

Tc Sfc

Tz Sfc

V

V C

C

=

ψ , C V Sfc- xem ở mục nhiên liệu.

Vì cha tính quá trình nén và cháy nên ta tạm chọn ψ = 1,10

r

a r

P T T

• n =1100 (v/ph):

54,88603

,1

975,0

900 1,38

1 38 , 1

,1.023,01

54,886.1,1.023,0)2733524

+

+++

,1

954,0

950 1,38

1 38 , 1

,1.023,01

88,922.1,1.023,0)2733024

+

+++

,1

903,0

1000 1,38

1 38 , 1

,1.023,01

18,947.1,1.023,0)2732524(

=+

+++

=

a

T

Khối lợng không khí nạp vào xilanh trong một chu kỳ cho 1lít G c.k

Thật chính xác thì khối lợng Gck này gồm khối lợng G180 0 nạp khi pít tông đi từ ĐCT

đến ĐCD (giai đoạn nạp chính) và khối lợng G nạp phụ đợc hoặc bị thoái lui khi pít tông ϕ2

đi từ ĐCD lên đến lúc xuppap nạp đóng hẳn (hết góc ϕ2 – góc đóng muộn của xuppap nạp), tức là G ck =G180 0 +Gϕ2

n

γn hệ số điền đầy xilanh do G quyết định.ϕ 2

Khi tính theo công thức này ta xem rằng góc ϕ2 đã xác định đúng Góc ϕ2 có thể lấy ở

động cơ mẫu, có thể kiểm tra lại ϕ2 hoặc nếu động cơ mẫu không có số liệu ϕ2, ta sẽ tính góc ϕ2 sau

Hệ số điền đầy theo kinh nghiệm ta có thể chọn nh sau:

Động cơ Điêzen 0,90 ữ 1,02 1,0 ữ 1,05 1,05 ữ 1,10

Số thấp cho động cơ có tốc độ cao, số cao cho động cơ có tốc độ thấp.

T R

V P G

a kk

h a

5,07,17.001,0

l K mg

5,07,17.001,0

l K mg

5,07,17.001,0

l K mg

ck th l

te t v

G

G G

G

.

. =

=η

6 0

' 0

T R

V P

th

)(001,

29727324

0 = + =

),(1150297

.27,29

10.001,0.10000

0

6

l K

mg

• n = 1100(v/ph) :

92,01150

12,

22,

21,

1047 =

=

v

η

Với đờng cong ηv = f( )n ta thấy tính toán nạp cho kết quả tơng đối phù hợp với loại

động cơ thiết kế

Lợng nhiên liệu nạp trong một chu kỳ cho V h = 1 lít.

Đối với động cơ điêzen, ở đây ta sẽ xác định lại α vì khi nạp chỉ có không khí vào sau

đó phun nhiên liệu Vì tính nhiệt ở toàn tải nên thanh điều chỉnh nhiên liệu đẩy tận cùng và theo kinh nghiệm thì với V h' =1(lit) mỗi chu kỳ G n.l ≈45(mg/ck.l)

0

Tính áp suất cuối quá trình nén P c

Pc phải tính từ lúc hai xuppap hoàn toàn đóng Khi xuppap nạp đóng hẳn (hết góc ϕ2) thể tích khí ở đầu quá trình nén là Vđ

)/(

P

n

a

d n n a c

• n = 1100 (v/ph),

32,11100

2200.03,038,1

n

)/(54,4289

,0.7,17.02,1.975,

0 1 , 32 1 , 32 1 KG cm2

• n = 1500 (v/ph),

336,11500

2200.03,038,1

n

)/(77,4489

,0.7,17.05,1.954,

0 1 , 336 1 , 336 1 KG cm2

• n = 2200 (v/ph),

35,12200

2200.03,038,1

n

)/(47,4489

,0.7,17.06,1.903,

0 1 , 35 1 , 35 1 KG cm2

Tính nhi ệt độ cuối thì nén T c

1 1

1

1 1

c

d a

n tt a

c

V

V T V

V T T

• n = 1100 (v/ph)

(0,89.17,7) 800,91

68,

70,

43,

Nhiệt độ cao nhất của chu kỳ T z (sau khi cháy tại điểm z của đồ thị công)

Xác định theo phơng trình sau đây:

r ck

ck l n

G

G h

sfc

kk 0,07 0,07 .1

βλ

• n = 1100 (v/ph)

( ) (0,165 0,000017.800,91 0,07.1,5).800,91 (0,18 0,000022.T z 0,07.1,02).T z

023,

• n = 1500 (v/ph)

)/(16,6777,44.5,

• n = 2200 (v/ph)

)/(70,6647,44.5,

/(

/(

/(

02,

=ρ

98,27

,17

70,1.81,63

3 , 1

12,2071.5,1

02,

=ρ

36,37

,17

70,1.16,67

27 , 1

13,2193.5,1

02,

=ρ

66,37

,17

76,1.70,66

25 , 1

T

ερ

• n = 1100(v/ph)

22,9867

,17

70,1.35,1999

1 3 , 1

,17

70,1.12,2071

1 27 , 1

,17

76,1.13,2193

1 25 , 1

8 Xác định các chỉ tiêu chủ yếu và các kích thớc cơ bản của động cơ.

áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết '

i P

−

=

1

1

1

1 2

'

'

n

V P V P n

V P V P V V P V

c z z h

i

)(1000)

10001

)(88,105988

,59

V V

• n = 1100(v/ph)

)(80,10188,59.70

88,1059.975,088,59.54,421

3,1

88,1059.98,280,101.81,6388,5980,101.81,63

−

=

• n = 1500(v/ph)

)(80,10188,59.70

88,1059.954,088,59.77,441

27,1

88,1059.36,380,101.16,6788,5980,101.16,67

−

=

• n = 2200(v/ph)

)(39,10588,59.76

88,1059.903,088,59.47,441

25,1

88,1059.66,339,105.70,6688,5939,105.70,66

P vì có mất nhiệt do có góc đánh lửa (hoặc góc phun nhiên liệu) sớm, vì cháy

không hoàn toàn ở trạng thái V= const mà khi đến Đ.C.T piston đi xuống ngay vì có góc

mở sớm của xuppap thải và mất mát do công bơm (tức là công làm cho piston xuống lúc thải và lúc nạp) Do đó diện tích đồ thi công thực tế có giảm 4 ữ 5% nên ta phải tính hệ số

điền đầy à và tính trừ công bơm đi

Công bơm tơng ứng với diện tích của đồ thị công thực nằm giữa đờng nạp và đờng

và cuối cùng P tính nh sau: i

i i

∆

)/(50,8055,001,9.95,

• n = 1500(v/ph)

)/(106,0954,006,

∆

)/(28,9106,088,9.95,

• n = 2200(v/ph)

)/(197,0903,010,

∆

)/(95,9197,068,10.95,

i

áp suất hữu hiệu trung bình P e

Pe xác định theo công thức sau đây:

ck i

P : áp suất tổn hao cơ khí (mất vì ma sát và chuyển động của các cơ cấu phụ),

chủ yếu là hao tổn giữa piston và thành xilanh nên áp suất P này xác định theo ck

công thức thực nghiệm, phụ thuộc vào tốc độ trung bình của piston W p

Đối với động cơ điêzen:

Tiªu thô nhiªn liÖu: (g i vµ g e )

XuÊt tiªu hao nhiªn liÖu chØ thÞ gi tÝnh theo c«ng thøc sau:

)./(

270000

0 0

0 kg m l gio l

T R P

P g

i

V i

10.92,0.0,1

270000

3

gio l m g

• n = 1500(v/ph)

)./(87,2235,14.66,1.297.27,29.28,9

10.94,0.0,1

270000

3

gio l m g

• n = 2200(v/ph)

)./(23,2025,14.60,1.297.27,29.95,9

10.91,0.0,1

270000

3

gio l m g

XuÊt tiªu hao nhiªn liÖu thùc tÕ ge tÝnh theo c«ng thøc sau:

k

i e

g g

,0

92,239

h l m g

• n = 1500(v/ph)

)./(58,26380

,0

87,233

h l m g

• n = 2200(v/ph)

)./(67,27279

,0

23,202

h l m g

Hiệu suất của động cơ.

Hiệu suất nhiệt ηt :

( 1)

1

1

1

−+

ρ

λε

η

k

k k

158,1.5,1.7,17

11

32 , 1 1

32 ,

−+

158,1.5,1.7,17

11

32 , 1 1

32 ,

−+

157,1.5,1.7,17

11

32 , 1 1

32 ,

−+

g

632

=η

• n = 1100(v/ph)

25,010400.92,239

η =

• n = 1100(v/ph)

21,082,0.25,

=

e

η

Đờng đặc tính ngoài của động cơ

ở đồ thị đờng đặc tính ngoài ta sẽ vẽ các đờng cong sau đây theo ba điểm tải ở ba tốc

độ tính toán:

1 Đờng cong công suất : N e = f (n) (m.l)

τ

.225

V n P

3 Đờng cong suất tiêu hao nhiên liệu : ge (g/m.l.h)

4 Đờng cong tiêu thụ nhiên liệu/giờ :

3 h = e e.10−

e

n P

n P N

tt e

n P

n P

• n=1100 (v/ph)

66,1242200

.75,7

320.1100.00,

.75,7

320.1500.43,

Muốn xác định gemin kẻ một đờng tiếp tuyến với đờng cong ge , song song với trục hoành sau đó theo đồ thị mà xác định gemin và tốc độ n tơng ứng với gemin đó (gemin thờng nằm giữa nM và nN).

e e

2 Nhiệt mất theo lý thuyết, không giảm đợc(đi theo khí xả và nớc làm mát)

(1 ).100%

,lm t x

Nhiệt ở chu trình lý thuyết : q x,lm (%) 42 42 42

Tổn thất phụ ở máy thực tế : q tt (%) 31 31 28

xilanh D, và bán kính quay của trục khuỷu r

Toàn bộ thể tích công tác xác định theo công thức sau:

n P

N V

e

e h

225τ

=

89,162200.75,7

320.4

=

h

Thể tích công tác của một xilanh:

11,28

89,168

Khi tính nạp ta đã chọn fđc là tiết diện lu thông riêng của xuppap nạp, và do đó để tính

ftb tiết diện lu thông trung bình cho Vh = 1 (lít) để động cơ phát huy đợc tốc độ nN = nđ.c.Nay phải sơ bộ xác định dt - đờng kính trong của xuppap nạp để đạt yêu cầu công suất tại một xilanh Đây là dt tối thiểu, có thể tăng đợc theo hình vẽ trên :

αα

2sin

.cos

t tb

t

tb

h d h

sin.cos

t t tb

d d h

d d

πα

2

.cos

tb tb

h d h h

.2,2

t tb tb

h d h f

từ đó suy ra:

tb

tb tb

t

h

h f

d

.22,2

.11,

0,1.65,0.11,1

mm cm

Cách vẽ đồ thị công.

1-Trớc hết tập hợp các số liệu P , r P , a P , c P , z P , tính ở chế độ n b N hay nđ.c và ε,

r các góc đánh lửa (hay phun nhiên liệu sớm), các góc mở sớm đóng muộn của các xuppap ϕ2, ϕ3

2-Vẽ toạ độ P_V theo tỉ lệ xích nhất định, lấy P0 = 1 (KG/cm2), các độ dài ở

đồ thị la và lc, tơng ứng với các thể tích Va và Vc ở trục hoành phải đảm bảo điều kiện:

a V

V l

l

, P0 có thể linh động

3-Lấy các điểmP , r P , c P , z P , b P theo lý thuyết (đã tính) vẽ các đờng nén a-c, a

đờng dãn nở z-b và sơ bộ hoàn thành đồ thị công không kể các góc (theo lý thuyết, cha tính mất mát nhiệt ở các góc c, z, b)

Muốn dựng đờng a-c và z-b, ta chia đoạn lz = la - lc ra làm một số phần bằng các đờng 1, 2, 3 song song với trục tung và có các đoạn dài tơng ứng l1, l2, l3 →

vẽ a-c theo cách cho nén dần và xác định P tại các điểm chia đó theo công thức : c

1 1

n

h

a a n

c

a a

l P C V

V P C P

n

n

c z b n z b

l

l P P P

ở đây l a =100(mm), 5,65

7,17

,0

=

a

35,1

1 =

)/(

1 1

cm KG V

V P C P

V

V P

n

c

a a

n a n

a

d n

−

εγ

88,090,0.89,0.02,1

a

d n

V

V P

)/(

88,

1

cm KG l

l P

100.88,0

88,0

35 , 1

l l P

100.88,0

88,0

35 , 1

l

l P

91,428

100.88,0

88,0

35 , 1

l

l P

)/(60,448

65,5.70,66

25 , 1

n c z

65,5.70,66

25 , 1

n c z

65,5.70,66

25 , 1

n c z

Từ z kéo xuống 1 đoạn bằng 15% Pz , ta có đờng ngăn cắt đờng zb tại z’

Chọn góc đánh lửa sớm ϕ2, dùng phơng pháp bờrích tìm điểm c’ tại đờng a-c, ở đây phải tạm cho trớc thông số:

71.25,02