Tính toán Động cơ đốt trong Động cơ Xăng Tăng áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI TẬP LỚN Môn học: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Tên nhóm: Nhóm 9 GVHD : Lý Vĩnh Đạt HVT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ

MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÀI TẬP LỚN Môn học: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Tên nhóm: Nhóm 9

GVHD : Lý Vĩnh Đạt HVTH :

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2

PHẦN 1: TÍNH TOÁN NHIỆT.

Bảng số liệu ban đầu của ĐCĐT

Các số liệu của phần tính toán nhiệt

T

T

1 Kiểu động cơ

Đ/cơ xăng, turbo charger

8 Công suất động cơ Pmax 188/6500 kW/rpm

370/1500-4000

Nm/rpm

13 Thông số kết cấu S/D 85.9/86

A- CÁC THÔNG SỐ CẦN CHỌN:

1) Áp suất môi trường p0

Áp suất môi trường p0 là áp suất khí quyển

P0 = 0,1013 (MPa)

2) Nhiệt độ môi trường T

T0 = 290C = 302 0K

3) Áp suất khí nạp trước quá trình nạp

Động cơ tăng áp nên pk > po: chọn pk = 0,15

4) Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp

Đối với động cơ bốn kì có két nước làm mát trung gian:

Tk= To

m m

o

k

p p

1

−









- = 302.( - 25 = 319,22 K

4) Áp suất cuối quá trình nạp pa

Áp suất cuối quá trình nạp pa với động cơ tăng áp ta có thể chọn trong phạm vi:

Pa = (0,88 – 0,98)pk= 0,9.pk = 0,9.0,15 = 0,135(MPa)

5) Áp suất khí thải pr:

Áp suất khí thải pr có thể chọn trong phạm vi:

pr = (0,11-0,12) chọn pr = 0,11 (MPa)

6) Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới

Mức độ sấy nóng môi chất chủ yếu phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel Với động cơ Xăng 4 kỳ tang áp ta chọn:

7) Nhiệt độ khí sót (khí thải) Tr:

Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào chủng loại động cơ Thông thường ta có thể chọn:

Tr = (900 – 1100) K = 950K

8) Hệ số nạp thêm 1:

Hệ số nạp thêm 1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thông thường ta

có thể chọn:

1 = (1,02 – 1,07) = 1,03

9) Hệ số quét buồng cháy 2:

Với các động cơ xăng tăng áp ta thường chọn hệ số quét buồng cháy 2 là:

2 = 0,2

10) Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt :t

Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt t được chọn theo hệ số dư lượng không khí

α để hiệu đính:

α = 0,9

λt = 1,15

11) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξz

:

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξz

phụ thuộc vào chu trình công tác của

động cơ Với các loại động cơ xăng ta thường chọn: ξz

= 0,75 – 0,92

Chọn ξz

= 0,8

12) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξb

:

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξb

tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel Với các loại động cơ xăng ta chọn:

b

ξ

= 0,85-0,95 chọn ξb

= 0,9

13) Hệ số điền đầy đồ thị công ϕd

:

Hệ số điền đầy đồ thị công ϕd

phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel Với các động cơ xăng ta chọn:

d

ϕ

= 0,93-0,97 ta chọnϕd

= 0,95

B- TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC:

I.Tính toán quá trình nạp:

1) Hệ số khí sót γr

:

Hệ số khí sót γr

được tính theo công thức:

2

1

r

r t

a

p p

λ γ

ε λ λ λ

 

 ÷

 

+ ∆

=

Thay số vào công thức tính γr

ta được:

r

γ =0,0058

2) Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a

:

Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a

được tính theo công thức:

1

1

m m a

r a

r

p

p T

λ γ γ

−

 

 ÷

 

  + ∆ +  ÷

 

=

+

Thay số vào công thức tính T a

ta được: Ta = 339 K

3) Hệ số nạp ηv

:

Hệ số nạp ηv

được xác định theo công thức:

1

1

m

ε

 

 ÷

 

Thay số vào công thức tính ηv

ta được: ηv

= 0,966

II Tính toán quá trình nén:

1) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:

v = av + T = 19,806 + T

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

v” = (17,997 + 3,504α) + ( 360,34 + 252,4α)10-5 .T

= 21,1506 + 0,0029T 3) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén:

v’ = r

v r

v mc

mc

γ

γ +

+

1

"

. = 19,814 + 0,0021T = av’ +

T

b

2

'

4) Chỉ số nén đa biến trung bình n1

:

Chỉ số nén đa biến trung bình n1

được xác định bằng cách giải phương trình:

n1 - 1 =

) 1 (

2 '

314 , 8

1

a

v b T

Thay số tính được n1 = 1,37

5) Áp suất cuối quá trình nén p c

:

pc = pa.εn1= 0,135.9,81.37 = 3,08 MPa

6) Nhiệt độ cuối quá trình nén T c

: Nhiệt độ cuối quá trình nén T c

được xác định theo công thức:

1 1

. n

c a

T T = ε −

Thay số ta được: Tc = 339.9,81.37-1= 788,77 K

III Tính toán quá trình cháy:

1) Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M0

:

Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M0

được tính theo công thức:

0

1

0, 21 12 4 32

kmolkk/kg.nl

Đối với nhiên liệu của động cơ Xăng ta có: C= 0.855, H= 0.145, O= 0 nên

thay vào công thức tính M0

ta được:

0

M

= 0,516 kmolkk/kg.nl

2) Lượng khí nạp mới M1

:

Lượng khí nạp mới M1

được xác định theo công thức:

M1= Mo + n l

1

µ

= 0,9.0,516 + = 0,473 kmol kk/kg nl Chọn µn.l = 114 kg/kmol

3) Lượng sản vật cháy M2

: α < 1

M2 =

o

M H

C

α

79 , 0 2

12 + +

=

51 , 0 516 , 0 9 , 0 79 , 0 2

0,145 12

4) Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β0

:

Ta có hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β0

được xác định theo công thức:

0

β = 1

2

M

M

= 0,473

0,51

=1,078 5) Hệ số thay đổi phân tử thực tế β :

Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác định theo công thức:

1

r

r

β γ β

γ

+

= +

Thay số ta xác được: β = 1 0,0058

0058 , 0 078 , 1 +

+

=1,0775

6) Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z βz

:

Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z, βz

được xác định theo công thức:

1

r

β

γ

−

= + +

Trong đó ta có:

89 , 0 9 , 0

8 , 0

=

=

=

b

z z

ξ

ξ χ

Thay số ta được: βz

=

069 , 1 89 , 0 0058 , 0 1

1 078 , 1

+

− +

7) Nhiệt độ tại điểm z T z

:

Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z T z

được xác định bằng cách giải phương trình sau:

1

)

1

z vz z

c vc r

H H

M

Q

γ

+

∆

−

Trong đó:

H

Q

là nhiệt trị thấp của nhiên liệu ta có: Q H

= 43960 kJ/kg

Q

∆

là nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1kg nhiên liệu.trong điều kiện α<1 xác định như sau:

H Q

∆

= 120.103(1-α).Mo = 120.103.(1-0,9).0,516 = 6192 kJ/kg nl

''

vz

mc

là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được xác định theo công thức:

v vz z

o

r z

v z v

o

r z

x x

mc x mc

x mc

2

'' '' 1

1

"

''

0

0

+

=

− +







 +

− +

×







 +

=

β

γ β

β

γ β

Thế số vào ta được mc vz ''=

z

T

2

0056 , 0 013 ,

Thay các giá trị vào phương trình (**) ta tính được:

Tz =2618,11(K)

5) Áp suất tại điểm z: (p z

)

Ta có áp suất tại điểm z được xác định theo công thức:

pz= βz c

z T

T

.pc = 1,069..3,08 = 10,93 MPa

IV Tính toán quá trình giãn nở:

1) Tỷ số giãn nở đầu ρ:

Tỷ số giãn nở đầu ρ

của động cơ xăng:

ρ = 1

2) Tỷ số giãn nở sau δ

:

Tỷ số giãn nở sau của động cơ xăng:

δ=ε=9,8

3) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2

:

Ta có chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2

được xác định từ phương trình cân bằng sau:

)

.(

1

314 , 8

"

"

) 1 (

)

(

2 1

b z

z z

vz z b vb r

H z

n T mc T

mc M

Q

β β

β β

γ

ξ

− +

−

= +

−

***

Trong đó: T b

là nhiệt trị tại điểm b và được xác định theo công thức:

2 1 2 1

T

Thay Tb vào *** rồi Thay các giá trị n2 =1,19÷1,27 vào 2 vế phương trình tìm được n2=1,22

4) Áp suất cuối quá trình giãn nở p b

:

Áp suất cuối quá trình giãn nở p b

được xác định trong công thức:

2

z

b n

p p

δ

=

=

22 , 1

8 , 9

93 , 10

= 0,675 MPa

5) Tính nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb:

Nhiệt độ cuối quá trình giản nở được tính theo công thức:

Tb =

1

2 −

n z

T

δ

=

K

59 , 1584 9,8

2618,11

1 -1.22 =

Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr:

3

r b

b r

p p

T

= 865K

Điều kiện:

% 10

≤







 ∆

r

r T T







 ∆

r

r T

T

=

% 9 , 8 100 950 865