Áp suất không khí nạp

TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Chọn Các Thơng Số Cho Tính Tốn Nhiệt :
•

•

•
•

1. Áp suất khơng khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giả trị po phụ
thuộc vào độ cao so với mực nước biển. Càng lên cao thì po càng giảm do
khơng khí càng lỗng, tại độ cao so với mực nước biển:
- Áp suất khơng khí nạp: p0 = 0,1013 MN/m2
2. Nhiệt độ khơng khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình
của mơi trường, nơi xe được sử dụng. Miền Nam nước ta thuộc khu vực
nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày thể chọn là tkk = 29oC cho khu vực
miền nam :
- Nhiệt độ khơng khí nạp mới: T0 = (tkk +273)= (29+273)= 302K
3. Áp suất khí nạp trước xupap nạp ( pk)
4 kì khơng tăng áp : Pk=p0 =0,1013 MN/m2
4. Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (TK)
4 kì khơng tăng áp : TK= T0= 302K

•
•

5. Áp suất khí cuối q trình nạp (p0)
Trong qua trình tính tốn nhiệt, suất cuối q trình nạp pa của động cơ 4 kỳ
không tăng áp thường được xác định bằng cơng thức thực nghiệm:
+ 4 kì khơng tăng áp: Pa =(0,8 ữ 0,95)Po

2
Pa =0,90.0,15=0,135 MN/m

ã

6. Chn ỏp sut khớ sót (pr)
Giá trị của áp suất khí sót pr phụ thuộc vào các yếu tố sau :
Diện tích tiết diện thơng qua của các xupap xả;
Biên độ, độ cao, góc mở sớm, đóng muộn của xupap xả;
Động cơ có lắp hệ thống tăng áp bằng khí xả hay khơng;
Độ cản của bình tiêu âm, bộ xúc tác khí xả...
+ động c xng pr = (0,11 ữ 0,12) (MPa)
= 0,11 (Mpa)

ã


•

7. Nhiệt độ khí xót (Tr)
+ động cơ xăng Tr = (900 ữ 1100)K = 900 k

ã

8. tng nhit khớ np mi (
+ ng c xng

ã
ã

ã
ã
ã



T



)

T

= (10 ữ 30)K = 10

9. Hệ số nạp thêm λ1
Hệ số nạp thêm λ1 biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp
khí cơng tác sau khi nạp thêm so với lượng khí cơng tác chiếm chỗ ở thể tích
Va.
λ1= 1,02 ÷ 1,07 = 1,02
10. Hệ số qt buồn đốt cháy
- Đối với động cơ không tăng áp do khơng có qt buồng cháy thì cho λ2 =1
11. Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt
Hệ số hiệu chỉnh tỷ nhiệt λt phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp nhiệt
độ khí sót Tr
+
Động cơ xăng λt=1,15

•

12. Hệ số lại dụng nhiệt tại điểm z là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt
của quá trình cháy, hay tỷ lệ lượng nhiên liệu đã cháy tại điểm z.
Xăng : z = (0,75 ữ 0,92) = 0,85

ã

13. H s lợi dụng nhiệt tại điểm b phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Khi tốc độ
động cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến (ξb) nhỏ
ξb = 0,85 ÷ 0,97
ξb= 0,9 => đơng cơ xăng

•
•

+ ξb =0,85 => tốc độ trung bình
+ ξb = 0,85=> cao tốc
+ ξb= 0,9 => có tăng áp
•

14. Hệ số dư lương khơng khí a
+ ng c xng: a= 0,85 ữ 0,97 = 0,9

ã

15. H số điền đầy đồ thị công


+ xng d= 0,93 ữ 0,97 = 0,95
ã

16. T s tăng áp
- Xăng :λp= 3,00

Tính Tốn Nhiệt:
•

1.4.1 Qúa trình nạp
Hệ số nạp (ῃv)

ῃv =




1
. T k . P a ξ λ 1 − λ t . λ 2 . 

ξ − 1 T k + ∆T Pk 



P r 

Pa 

1
m








Tróng đó : m - chỉ số nén đa biến trung bình của khơng khí,
chọn m = 1,5
= .
= 0,11..0,8 .8,2= 0,7 => Xupap treo
•

Hệ số khí sót ( Yr)

 λ 2 .(T k + ∆T  P r

.
.


Tr

 Pa

1

 Pr 
 
 Pa 

ξ . λ1 − λ t . λ 2 .

Yr =

•

=. .
= . 135 .0,12 =0,05616
Nhiệt độ của quá trình nạp Ta

T
T a=

k

 Pa 
 
 Pr 

+ ∆T + λ t .γ .T r . 
r

1+γ

= = 345 (K)

r

m −1
m

1
m,


•
•

•
•
•

1.4.2 Qúa trình nén
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới :
- mcv = av + T = 19,806 + = 20,21 kJ/kmol K
Tỷ nhiệt mil đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy :
- Khi 0,7 < < 1 tính cho động cơ xăng theo cơng thức sau :
mcv'' = 19,806 + + (360,34 + 252,4).10-5 = 20,79T
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khi trong quá trình nén
- mcv' = = 20,23 kJ/kmol.độ
Xác định chỉ số nén đa biên trung bình n1
Phụ thuộc vào yếu tố như : Tỷ lệ hịa khí, loại buồng cháy, các thông số kết
cấu động cơ, các thống số vận hành gồm phụ tải, số vòng quay, trạng thái
nhiệt,...
8,314

α
n1 - 1 =
•

v

b
+ .T a
2

(ε n + 1)
1

−1

= 1,37

Áp suất quá trình nén pc :

pc = pa . = 0,8104 . 9,51,37 ≈ 1,72
•

Nhiệt độ cuối q trình nén Tc :

Tc = Ta. = 345 . 9,51,37-1 = 793
1.4.3 Qúa trình cháy
Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo :
M0 = 0,512 kmol/kknl
Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xilanh M1
- Đối với động cơ xăng (khi nạp mới là không khớ v nhiờn liu) :
ã

. M o +
-

à

nl

à

nl

= 0,850,512 + = 0,4441

trọng lượng phân tử của xăng :
Lượng sản vật chỏy M2
-

ã

M1 =

1

à

nl

= 110 ữ 114 kg/kmol


C H
+ + 0,79α M o
12 2

M2 =
= =0,4875
Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết βo
- βo =1,097
Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β
-

•
•

β +γ
1+γ
o

r

r

=> β =
= = 1,091
Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm βz
-

•

1+

β

o

−1

1+γ

. xz

r

βz =
=1+
Phần nhiên liệu đã cháy tại điểm z, nếu giả thiết rằng số nhiên liệu đã cháy
tỷ lệ với hệ số lợi dụng nhiệt thì ta có :
-

•

ξ
ξ

z
b

X2 =
= =
Tổn thất nhiệt lượng do cháy khơng hồn tồn ΔQH
Đối với động cơ xăng vì < 1, thiếu oxy nên nhiên liệu cháy khơng hồn
tồn, do đó gây thất mốt lượng nhiệt, ký hiệu là ΔQH
3

 ΔQH =120.10 .(1.0,85).0,512=9216 Kg/kgmol
Nhiệt độ cuối q trình cháy Tz
-

•
•

•

a”vz =

=
=

b”vz =

=
= 2,110-3




 + γr 
' + (1 − )
.
β o  xz
x z mcv
 mc v
''
β

o


b
'
'
= a + vx . T z
vz
2


γ

r 
β o . x z +  + (1 − x z )
βo

-3

•

•

•

).Tz
 79094 =21,46479.Tz +1,14.10-3.T2z
 2,2806 .10-3.T2z + 21,46479Tz – 79094 = 0
- Tz =2832,43 (nhận)
- Tz = -16177 (loại)

Áp suất cuối quá trình cháy Pz
Pz=βz. =1,086.2832,432 = 7,7
Lưu ý, ở động cơ xăng λp không chọn trước mà xác định bằng công thức :
λp = βz . = 1,086.
Tính tốn q trình dãn nở
- Tỷ số dãn nở đầu
+ tỉ số dản nở đầu p = 1
- Tỷ số dãn nở sau
+ tỉ số dản nở sau =9,5
Xác định chỉ số dãn nở đa biến trung bình (n2)
- Ở nhiệt độ từ 1200 ÷ 2600K, sai khác của tỷ nhiệt khơng lớn lắm, do
đố ta có thể xem :

(ξ − ξ ) Q
M .(1 + γ ). β .(T
b

n2 =

1

z

r

8,314

H

z

− T b)

z

(ξ − ξ ) Q

(
)
.
1
+
.
.
M γ β T −
b

1

n2 =

n2 =

r

z

z



H

z

'
+ a ' + b z (T z + T b )
vz
2

8,314
' 

+ a ' + b z T z + T z−1 

vz
2 
ε n2 

T z 
−1 
ε n2 


nz = 1,25
- Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở Tb
=> Tb = = 1613,35
- Áp suất cuối quá trình dãn nở pb

p

εn

z
2

Pb =
= = 0,46
Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr

T
p
p
b

3

b
r

Tr =
= = 1001
 = = 0,9 < 10%
Tính tốn các thơng số đặc trưng của chu trình
- Khi xác định các thông số chỉ thị ta chưa kể đến các dạng tổn thất về
công mà xét các tổn thất về nhiệt
- Áp suất chỉ thị trung bình tính tống (P'i)


•

p





P'i =
=
1,3

Pi=






λ ( p − 1) + pλβ 1 − 1  − 1 1 − 1 
ε −1  p
n2 − 1  δ n2−1  n1 − 1  ε n1−1 

c

ϕ . P'
d

-

i

= 1,3.0,97
Theo số liệu thực nghiệm :

ϕ

d

Đối với động cơ xăng :
= 0,94 ÷ 0,97
- Áp suất tổn thất cơ khí pm
pm = a + b.Vp + (pr - pa) = 0,315
-

S .n
30

Vp =
(m/s) - Vận tố trung bình của piston và các hằng số a,b
trong công thức trong bảng


S
>1
D

; a = 0,048

b = 0,01512

Xác định áp suất có ích trung bình pe :

Pe = pi - pm = 1,261 – 0,315 = 0,985
- Hiệu suất cơ giới m
-



1−

p
p

m
i

=
= 1Xác định hiệu suất chỉ thị i :
i=
m

M . p .T
Q . p .η
1

H

i

k

k

v

ηi = 8,314.
= 8,314. = 0,45
Trong đó pk và Tk - thay gần đúng To và po
QH - Tính theo J/kg ; M1 - Tính theo kmol/kg
Xác định hiệu suất có ích ηe

M . p .T
Q . p .η
1

e

k

H

k

v

ηe = 8,314
= 8,314 . = 0,35
Tính suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi :
3600

Q .η
H

i

gi =
= = 0,18 180
Trong thực tế tính tốn gi cịn được tính bằng công thức :

η .10 . p
M . p .T
3

v

1

i

k
k

gi = 432.
= 432 . = 181,12(KWH)
Tính suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge :
1

ge

=

Q .η

H

=
e

3600

ge =

Q .η
H

6,499.10-5 kg/W.s
=

e

1
=
43960.0,35
3600
=
43960.0,35

0,233 kg/kW.s


Trong thực tế tính tốn, ge được tính theo g/kW.h theo công thức sau :

η .10 . p

M . p .T
3

v

1

•

e

k
k

ge = 432.
= 432 .232 (KWH)
Tính thơng số kết cấu của động cơ :
- Tính thể tích cơng tác Vh
- Thể tích cơng tác Vh của một xilanh của động cơ
30.τ . N e



p . n .i
e

Vh =

τ

= = 0,56

- Số chu kỳ của động cơ
2. i - Số xilanh của động cơ
3. ne - Số vòng quay của động cơ ở công suất thiết kế
4. Ne - Công suất động cơ thiết kế, kW
2
5. pe - Áp suất có ích trung bình, MN/m
Tính đường kính piston :
1.

•

b

4.V h

3

S
π . 
D

D=
= = 0,88 dm
Hành trình piston


•



S=

S
 .D
D

= ( = 0,91