Tính toán các chu trình công tác của động cơ 1NZFE Các thông số chọn Bảng 42 Thông số chọn Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Áp suất khí nạp Pk MNm2 0,1 Nhiệt độ khí nạp Tk K 298 Hệ số dư lượng không khí 1 Áp suất cuối kỳ nạp Pa MNm2 0,085 Áp suất khí sót Pr MNm2 0,11 Nhiệt độ khí sót Tr K 900 Độ sấy nóng khí nạp mới T 8 Chỉ số đoạn nhiệt m 1,5 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z z 0,865 Hệ số lợi dụng nhiệt tại b b 0,95 Tỷ số tăng áp 4 Hệ số nạp thêm 1 1,02 Hệ số quét buồng cháy 2 1 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t 1,17 Hệ số điền đầy đồ thị đ 0,968 3.3.Tính toán các chu trình công tác 3.3.1. Quá trình nạp Hệ số khí sót : =0.0513 (31) Hệ số nạp : (32) Nhiệt độ cuối qúa trình nạp TaoK): Ta = (3=3) Ta = = 338,1786oK Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu : (34) Trong đó: Nhiên liêu Thành phần trong 1 kg nhiên liệu kg) Khối lượng phân tử nl kgkmol) Nhiệt trị thấp QH kjkg) C H O Xăng 0,855 0,145 0 110 120 43.995
Trang 13.Tính toán các chu trình công tác của động cơ 1NZ-FE
3.1.Các số liệu ban đầu
Bảng 4-1 Thông số ban đầu
nguyên
Giá trị
3.2.Các thông số chọn
Bảng 4-2 Thông số chọn
Trang 2Hệ số lợi dụng nhiệt tại z z 0,865
3.3.Tính toán các chu trình công tác
3.3.1 Quá trình nạp
- Hệ số khí sótr:
m
a
r t
a
r r
k r
p p p
p T
T T
1 2
1
2
.
1
.
=0.0513 (3-1)
- Hệ số nạpv:
m a
r t
k a k
k
p p
p T T
2
.
1
1
v
- Nhiệt độ cuối qúa trình nạp Ta[oK):
Ta =
r
m m
r
a r r t k
p
p T T
T
1
.
1
(3=3)
Trang 3- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệuM0:
) 32 4 12
( 21 , 0
1
O H C
M (3-4) Trong đó:
Nhiên liêu
Thành phần trong 1 kg nhiên liệu [kg) Khối lượng
phân tử nl [kg/kmol)
Nhiệt trị thấp QH [kj/kg)
32
0 4
145 , 0 12
885 , 0 21 , 0
1
=0, 512 [kmol không khí/kg nhiên liệu]
- Tính số mol khí nạp mới M1 [kmol không khí/kg nhiên liệu]
Do động cơ 2GR-FE là động cơ phun xăng
0
M =1 0 , 512= 0,512[kmol không khí/kg nhiên liệu] (3-5)
3.3.2 Quá trình nén
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khím C vkk [KJ/Kmol.K]
298 2
00419 , 0 806 , 19
vkk a b T
C
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy m C v :
r
v v
v a b T C
m
2
[KJ/Kmol.K] (3-7) Trong đó:
867 ,
19
"
1 634 ,
1 867
, 19
5
10
1 36 ,
184 38
, 427
v
b
= 0,0031
Trang 4900 2
0031 , 0 5010 ,
v
C
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháym C v [KJ/Kmol.K]
v a
v
v a b T
C
m
2
Trong đó:
00428 , 0 0513
, 0 1
0513 , 0 0031 , 0 00419 , 0 1
.
8887 , 19 0513
, 0 1
0513 , 0 5010 , 21 806 , 19 1
.
'' '
'' '
r
r v v v
r
r v v v
b b b
a a a
Vậy:
a
v v
v a b T
C
m
2
2
0041 , 0
338,1786 = 20,6132[KJ/Kmol.K]
- Chỉ số nén đa biến trung bình n1:
n1 = 1 + 1
2
314 , 8
1
' ' v a n1
v b T
n1 =
Giải phương trình trên theo phương pháp chia đôi ta được: n1 = 1,369
- Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc:
Tc = Ta n1 1
= 337,01 10,51, 369 -1 = 777,69[oK] (3-10)
- Áp suất cuối quá trình nén Pc:
Pc = pa n1
=0, 085 10,71, 369 =1.927 [MN/m2] (3-11)
3.3.3 Quá trình cháy
- Tính M:
Động cơ xăng khi 1 thì
nl
O H M
1 32
4
(3-12)
Trang 51 32
0 4
145 , 0
- Tính số mol sản phẩm cháy M2 [kmol/kg nhiên liệu]:
M M
0279 , 0 512 , 0
M = 0,5398 [kmol/kg nhiên liệu]
- Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết 0
1
2 0
M
M
512 , 0
5398 , 0
- Hệ số biến đổi phân tử thực tế
r
r o
1 =1,054510,05640,0564=1,0516 (3-15)
- Hệ số biến đổi phân tử z tại z
95 , 0
865 , 0 0564 , 0 1
1 0545 , 1 1 1
1
b
z r z
- Tính hệ số toả nhiệt xz tại z
b
z z
x
95 , 0
865 , 0
=0,910 (3-17)
- Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn QH
QH = 120000(1-)M0 (3-18)
Do động cơ phun xăng = 1 nên QH = 0
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chấtm C vz tại z
z vz vz
vz a b T C
Trong đó:
z
o
r z
z v
o z v
vz
x M x
M
x M a x
M a
a
1
1
1 2
1 2
Trang 6
1 0 , 9105 512
, 0 0537 , 1
0503 , 0 9105 , 0 5398 , 0
9105 , 0 1 512 , 0 8887 , 19 0545 , 1
0503 , 0 865 , 0 5398 , 0 5010 , 21
vz
1 o
r z 2
z 1 v o z 2 v
vz
x 1 M x
M
x 1 M b x
M b
b
0 , 9105 1 512
, 0 0545 , 1
0503 , 0 9105 , 0 5398 , 0
9105 , 0 1 512 , 0 00428 , 0 0545 , 1
0503 , 0 9105 , 0 5398 , 0 0031 , 0
vz
- Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz [oK]
vc c z vz z r
H H
M
Q Q
''
1
1
(3-20)
Đưa về dạng phương trình bậc hai: AT 2 BTz C 0
z
A = z.b vz = 1,0473.0,00382 = 0,004
B = z avz= 1,0473 20,431= 21,397
C =
) 1 (
M
) Q Q
(
r 1
H H
z
= 00,,512865.((1439000,05030))
Vậy phương trình bậc hai: 0 , 004 2 21 , 397 70615 , 0549 0
T
Giải phương trình ta có:
Tz = 2306,076 [oK]
- Áp suất cực đại chu trình Pz [MN/m2]
z c
z c z
T
T p
777,69
2306,076
927 ,
3.3.4 Quá trình giãn nở
Trang 7- Tỷ số giãn nở sớm :
- Tỷ số giãn nở sau :
- Kiểm nghiệm lại trị số n2:
Chọn trước n2, tính lặp n2 theo công thức:
z b
z vz b
z r 1
H H
z b 2
T T 2
b a ) T T 1 M
) Q Q
.(
314 , 8 1
n
(3-24)
Trong đó: nz1
T
[oK]
Giải phương trình trên theo phương pháp chia đôi ta được: n2 = 1,2325
- Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb [oK]
- Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb [MN/m2]
2
n
z b
p
p
- Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót T rtính [oK)
m m
b
r b
rt P
P T
T
1
1 5 , 1
359 , 0 11 , 0 1356,48
= 914,416[oK] (3-27)
914,416
900 914,416 tính
chon tính
r
r r
T
T T
3.3.5 Tính toán các thông số của chu trình công tác
Tính toán các thông số chỉ thị:
- Áp suất chỉ thị trung bìnhP'i[MN/m2]
Trang 8] [MN/m
ε
1 1 1 n
1 ε
1 1 1 n
λ 1 ε
P
1 n1 1
1 n2 2
c i '
(3-28)
- Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p i[MN/m2]
â i
i p
968 , 0 2135 , 1
i
- Hiệu suất chỉ thị động cơ i:
4401 0 01
0 826 0 43995
298 1747 1 512 0 314 , 8
.
314 ,
k v H
k i i
p Q
T p M
(3-30)
- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi [g/kw.h]
i H i
Q
g
.
3600000
3.3.6 Tính toán các thông số có ích:
- Tổn thất cơ giới pm [MN/m2]
Theo công thức kinh nghiệm:
a r m
m a b C p p
Trong đó:C m S30.n= = 16,32 [m/s]
Tuỳ theo động cơ và tỷ số S/D, loại buồng cháy tra các giá trị a, b Vậy: p m 0 , 024 0 , 0053 16 , 0533 0 , 11 0 , 0847= 0,1344[MN/m2]
- Áp suất có ích trung bình p e[MN/m2]
p e p i p m= 1,1844 - 0,1344 = 1,05 [MN/m2] (4-33)
- Hiệu suất cơ giớim:
Trang 9e m
p
p
= 1,11844,05 = 0,88 (3-34)
- Suất tiêu hao nhiên liệu có íchg e [g/kw.h]
88 , 0
185,92
i e
g
g = 210.[g/kw.h] (3-35)
- Hiêu suất có ích e
i m
e
- Thể tích công tác của động cơV h [dm3]
n i p
N
V
e
e h
.
30
(3-37)
- Kiểm nghiệm đường kính xi lanhD t[dm]
S
V
t
.
4
= = 0.9535[dm] (3-38)
Bảng 3-3 Các thông số tính toán nhiệt
QUÁ TRÌNH NẠP
Trang 105 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của
không khí
vkk C
6 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản
C
m kJ/kmol.độ 22,896
7 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của
C
m kJ/kmol.độ 20,613
QUÁ TRÌNH CHÁY
11 Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy
6
19 Áp suất cực đại của chu trình lý thuyết pz MN/m2 5,983
QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ
THÔNG SỐ CHỈ THỊ
26 Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết P'i MN/m2 1,214
27 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p i MN/m2 1,18
Trang 1128 Hiệu suất chỉ thị ηi 0,4401
29 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi kg/kw.h 185,92
CHỈ TIÊU CÓ ÍCH
30 Áp suất tổn thất cơ giới trung bình pm MN/m2 0,1344
3.3.7 Xác định lưu lượng dòng khí nạp, thải:
Hình: Tiết diện lưu thông của xu-pap
- Khi tính toán tiết diện lưu thông ta thường giả thiết dòng khí đi qua họng đế xupáp là ổn định, coi dòng khí nạp, thải có tốc độ bình quân và tốc độ pittông không đổi
- Căn cứ vào giả thiết tính ổn định, liên tục của dòng khí ta có thể xác định được tốc độ khí qua họng xupáp:
- Qua tính toán và thực nghiệm tốc độ của dòng khí nạp ở chếđộ toàn tải vkhn vkhn = 40 ÷ 115 m/s (ôtô, máy kéo) chọn Vkhn=80 m/s
Trang 12- Đối với dòng khí thải, vkht = (1,2 - 1,5 )vkhn = (1,2 – 1,5).80= (96 – 120) m/
s chọn Vkht= 110 m/s
- Rút ra đường kính họng nạp:
= 0,03 m2
- Đường kính họng thải:
=0.025 m2
- Lưu lượng dòng khí nạp:
Qn= Vkhn.dhn= 80.0,03= 2.4 m3/s
- Lưu lượng dòng khí thải:
Qt= Vkht Dht= 110.0,025= 2.75 m3/s