bài tập lớn nguyên lý động cơ đốt trong

Bài Tập : Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong GVHD:Dương Việt
Dũng
NHÓM 10
Danh sách thành viên:
1. Trần Văn Lộc (nhóm trưởng )
2. Lê Tấn Lực
3. Nguyễn Văn Bình
4. Phạm Như Sinh
5. Đinh Văn Sum
Phân công nhiệm vụ các thành viên:
Phương pháp làm việc :
Các thành viên trong nhóm tự đọc qua và nghiên cứu hướng dẫn đã cho
trước. Dựa vào yêu cầu của bài tập là phải tính toán các số liệu theo thứ tự
các bước trong hướng dẫn,vì các thông số tinh toán bước sau đều dựa vào
các thông số đã tính ở bước trước đó.
Để tiện cho viêc tính toán và điều chỉnh thông số nhóm thống nhất phương án
lập các công thức tính toán trên exel. Sau đó từng thành viên trong nhóm
tiến hành ráp số liệu, kiểm tra lại thông số tính toán và tiến hành điều chỉnh
cho phù hợp.
Nhóm thống nhất phân chia nhiệm vụ như sau:
Lập bảng số liệu tính toán trên exel : Trần Văn Lộc
Chọn thông số động cơ : Lê Tấn Lực , Nguyễn Văn Bình
Tính toán quá trình nạp : Đinh Văn Sum
Tính toán quá trình nén : Phạm Như Sinh
Tính toán quá trình cháy : Lê Tấn Lực
Tính toán quá trình giản nở :Trần Văn Lộc
Tính các thông số chỉ thị và thông số có ích : Nguyễn Văn Bình
Tính toán xây dựng đường nén : Đinh Văn Sum
Tính toán xây dựng đường giản nở : Phạm Như Sinh
Vẽ đồ thị công : Trần Văn Lộc
SVTH: Nhóm 10

1
Bài Tập : Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong GVHD:Dương Việt
Dũng
MỤC LỤC
t
rang
1.THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ 3
2.THÔNG SỐ CHỌN CỦA ĐỘNG CƠ 3
3.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA CHU TRÌNH 4
3.1 Tính quá trình nạp 4
3.2. Tính quá trình nén 5
3.3. Tính quá trình cháy 6
3.4. Tính quá trình giản nở 7
3.5. Các thông số chỉ thị .8
3.6. Các thông số có ích 8
4.VẼ ĐỒ THỊ CÔNG 9
SVTH: Nhóm 10

2
Bài Tập : Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong GVHD:Dương Việt
Dũng
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ
1.Thông số cho trước của động cơ :
Động cơ xăng 2NZ-FE cho trước với các thông số sau :
Tên thông số Ký hiệu Thứ
nguyên
Giá trị
Công suất có ích N
e

Kw 110
Tỷ số nén
ε
9,2
Số vòng quay N Vòng/phút 5750
Đường kính xilanh D mm 90
Hành trình piston S mm 86
Số xilanh i 4
Số kỳ
τ
4
Góc mở xupáp nạp
ϕ1
Độ
Góc đóng muộn xupáp nạp
ϕ2
Đô
Góc mở xupáp thải
ϕ3
Độ
Góc đóng muộn xupáp thải
ϕ4
Đô
Loại buồn cháy
Kiểu xupáp Xupáptreo
Suất tiêu hao nhiên liệu ge g/Km.h 330
2.Thông số chọn của động cơ :
Tên thông số Ký
hiệu
Thứ nguyên Giá trị Khoảng giá trị

Áp suất khí nạp pk MN/m2 0,09
Nhiệt độ khí nạp Tk K 300
Hệ số dư lượng không khí
α
0,9
(0,85 - 1,15)
Áp suất cuối kỳ nạp pa MN/m2 0,0765 (0,8-0,9) pk
Áp suất khí sót pr MN/m2 0,118 (0,101 - 0,118)
Nhiệt độ khí sót Tr K 900 (900-1000 tr102)
Độ sấy nóng khí nạp mới
∆
T
20 (0-20)
Chỉ số đoản nhiệt m 1,45 (1.45-1,5)
Hệ số lợi dụng nhiệt tại z
ξz
0,85 (0,85 - 0,92)
Hệ số lợi dụng nhiệt tai b
ξb
0,89 (0,85 - 0,95)
Tỷ số tăng áp suất
λ
3,45 (2-4)
hệ số nạp thêm
λ1
1,07 (1,02-107) tr106
Hệ số quét buồn cháy
λ2
0,99 0.99 tr107
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt

λt
1,17
theo α
Hệ số điền đầy đồ thị
ϕ
d
0,97 (0,95-0,97)
SVTH: Nhóm 10

3
Bài Tập : Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong GVHD:Dương Việt
Dũng
3.Tính toán các thông số của chu trình:
3.1.Tính quá trình nạp :
1.Tính hệ số khí sót γ
r
:
m
a
r
t
a
r
r
k
r
p
p
p
p

T
TT
1
21
2

1

).(








−
∆+
=
λλελ
λ
γ

1
1.45
0,99.(300+20) 0,118 1
= . . =0.066
900 0,0765
0,118

9,2.1,07-1,17.0,99.
0,0765
 
 ÷
 

2.Tính hệ số nạp :


















λλ−ελ
∆+−ε
=η
m
1

a
r
2t1
k
.a
k
k
v
p
p
.
P
P
)TT(
T
)1(
1
1
1,45
1 300 0,0765 0,118
9,2.1,07 1,17.0.99 0.805
(9,2 1) (300 20) 0,09 0,0765
v
η
 
 
 
= − =
 ÷
 

− +
 
 

3.Tính nhiệt độ cuối quá trình nạp T
a
(K) :
)1(
p
p
T.TT
T
r
m
1m
r
a
rrtk
a
γ+








γλ+∆+
=

−
1,45 1
1,45
0,0765
300 20 1,17.0,066.900.
0,118
357,2(K)
(1 0,066)
−
 
+ +
 ÷
 
= =
+
4.Tính số mol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu M
0
(kmolKk/kgnl) :

512,0
32
0
4
145,0
12
855,0
21,0
1
3241221,0
1

0
=






++=






++=
nl
O
HC
M
(kmolKk/kgnl)
5.Tính số mol khí nạp mới M
1
:
1 0
1
.
nl
M M
α

µ
= +
(động cơ dùng chế hòa khí)
1
1
0,9.0,512 0,47
114
M = + =
(Kmol)
SVTH: Nhóm 10

4
Bài Tập : Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong GVHD:Dương Việt
Dũng
3.2.Tính quá trình nén:
6.Tỷ nhiệt của không khí
vkk
Cm
(kJ/kmol.K)
0,00419 0,00419
19,806 . 19,806 .357,2 20,554(kJ/kmol.K)
2 2 2
v
vkk v
b
mC a T T= + = + = + =
7.Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy
//
v
Cm

(kJ/kmol.K) :

T
b
aCm
v
vv
2
′′
+
′′
=
′′
Nếu 0,7≤α<1 thì:

" 17,997 3,504. 17,997 3,504.0,9 21,151
v
a
α
= + = + =


( ) ( )
5 5 3
" 360,34 252,4. .10 360,34 252,4.0,9 .10 6.10
v
b
α
− − −
= + = + =

3
6.10
21,151 .357,2 22,223
2 2
v
v v
b
mC a T
−
′′
′′ ′′
= + = + =
8.Tỷ nhiệt của hỗn hợp cháy
/
v
Cm
(kJ/kmol.K) :
r
vrvkk
v
CmCm
Cm
γ
γ
+
+
=
1
.

//
/
Có thể viết dưới dạng:

T
b
aCm
v
vv
2
′
+
′
=
′

Trong đó:
.
19,806 0,066.21,151
19,889
1 1 0,066
v r v
v
r
a a
a
γ
γ
′′
+

+
′
= = =
+ +
3
.
0,00419 0,066.6.10
0,0043
1 1 0,066
v r v
v
r
b b
b
γ
γ
−
′′
+
+
′
= = =
+ +
=>
0,0043
19,889 .357,2 20,657
2 2
v
v v
b

mC a T
′
′ ′
= + = + =
9.Tính chỉ số nén đa biến trung bình n
1
:
Chọn trước n
1
, thế vào phương trình sau, giải bằng phương pháp mò nghiệm.
Chọn n
1
= 1,3711
1
1
1,3711 1
1
8,314 8,314
1 1 1,3710
0,0043
19,889 357,2(9,2 1)
( 1)
2
2
n
v
v a
n
b
a T

ε
−
−
= + = + =
′
′
+ +
+ +
khi sai số hai vế nhỏ hơn 0,001 thì lấy giá trị đã chọn.
10.Tính nhiệt độ cuối kỳ nén T
c
(K):
T
c
= T
a
.
1n
1
−
ε
= 357,2×9,2
(1,3711-1)
= 813,85 (K)
11.Tính áp suất cuối kỳ nén p
c
(MN/m
2
) :
p

c
= p
a
.
1
n
ε
= 0,0765×9,2
1,3711
=1,604 (MN/m
2
)
SVTH: Nhóm 10

5
Bài Tập : Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong GVHD:Dương Việt
Dũng
3.3.Tính quá trình cháy
12.Tính
:M∆
Động cơ xăng khi 0,7≤α< 1 thì:








+−++=∆

nl
MM
HC
M
µ
αα
1
79,0
212
00
0,855 0,145 1
0,79 0,9 0,512 0,9 0,512 0.0382
12 2 114
 
= + + × × − × + =
 ÷
 
13.Tính số mol sản phẩm cháy M
2
(kmol/kgnl):
M
2
= M
1
+
M∆
= 0,47 + 0,0382 = 0,5082 (kmol/kgnl)
14.Hệ số đổi phân tử lý thuyết.
β
0

1
2
M
M
=
0,5082
1,081
0,47
= =

15.Hệ số biến đổi phân tử thực tế :
1,081 0,066
1,076
1 1 0,066
o r
r
β γ
β
γ
+
+
= = =
+ +
16.Hệ số biến đổi phân tử tại z :
1
1,081 1 0,85
1 . 1 . 1,073
1 1 0,066 0,89
o

z
z
r b
β
ξ
β
γ ξ
−
−
= + = + =
+ +
17.Tính hệ số toả nhiệt x
z
tại z:
0,85
0,955
0,89
z
z
b
x
ξ
ξ
= = =
18.Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn :
α <1 thì ∆ Q
H
= 120000(1-α)M
0
(động cơ đánh lửa cưỡng bức)

= 120000.(1-0,9)×0,512=6144(KJ/kg.nl)
19.Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z :

vz vz vz z
mC a b T
′′ ′′ ′′
= +
( )
( )
z
o
r
z
zv
o
zv
vz
xMxM
xMaxMa
a
−+








+

−
′
+








+
′′
=
′′
1
1
12
12
β
γ
β
γ
( )
( )
0,066
21,151 0,5082 0,955 19,889 0,47 1 0,955
1,081
21,101
0,066

0,5082 0,955 0,47 1 0,955
1,081
 
× + + × × −
 ÷
 
= =
 
+ + −
 ÷
 
( )
( )
z
o
r
z
zv
o
zv
vz
xMxM
xMbxMb
b
−+









+
−
′
+








+
′′
=
′′
1
1
12
12
β
γ
β
γ
SVTH: Nhóm 10

6

Bài Tập : Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong GVHD:Dương Việt
Dũng

( )
( )
0,066
0,006 0,5082 0,955 0,0043 0,47 1 0,955
1,081
0,00593
0,066
0,5082 0,955 0,47 1 0,955
1,081
 
× + + × × −
 ÷
 
= =
 
+ + −
 ÷
 
21,101 0,00593 1859,18 32,126
vz vz vz z
mC a b T
′′ ′′ ′′
= + = + × =
20.Nhiệt độ cực đại của chu trình T
z
(K):
A=

. 1,073 0,00593 0,0064
z vz
b
β
′′
= × =
B=
. 1,073 21,101 22,641
z vz
a
β
′′
= × =
C=
1
( ) 0,85(43995000 6144000)
64215,7
.(1 ) 470 (1 0,066)
z H H
r
Q Q
M
ξ
γ
− ∆ −
− = − = −
+ × +
Ta có phương trình bật hai :
0
2

=++ CBTAT
zz
⇔
2
0.0064 22,641 64215,7 0
z z
T T+ − =
⇒ T
z1
= 1859,18
T
z2
= -5396,84
Chọn T
z
= 1859,18 (K)
21.Áp suất cực đại chu trình p
z
.
p
z
= p
c
.λ = 1,604×3.45 =5,534 (MN/m
2
)
3.4.Tính quá trình giản nở:
22.Tỷ số giản nở sớm :
1=
ρ

(động cơ đánh lửa cưỡng bức)
23.Tỷ số giản nở sau:
9,2
δ ε
= =
24.Kiểm nghiệm lại trị số n
2
:
Chọn trước n
2
= 1,246 theo công thức:
1
).(
2).().1(
)).((
314,8
//
//
1
2
+
+++
−+
∆−−
=
bz
z
vz
bzr
HHzb

TT
b
a
TTM
QQ
n
βγ
ξξ

2
8,314
1 1,245
(0,89 0,85).(43995000 6144000) 0,00593
21,101 .(1859,18 1077,036)
470 (1 0,066) 1,076 (1859,18 1077,036) 2
n
= + =
− −
+ + +
× + × × −

Trong đó :
1
2
−
=
n
z
b
T

T
δ
=
1,246 1
1859,18
9,2
−
=1077,036(K)
25.Nhiệt độ cuối quá trình giản nở T
b
(K) :
1
2
−
=
n
z
b
T
T
δ
=
1,246 1
1859,18
9,2
−
=1077,036(K)
26.Áp suất cuối quá trình giản nở p
b
(MN/m

2
):
2
1,246
5,534
0,348
9,2
z
b
n
p
p
δ
= = =
(MN/m
2
)
27.Kiểm tra lại nhiệt độ khí sót :
SVTH: Nhóm 10

7
Bài Tập : Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong GVHD:Dương Việt
Dũng
1
1,45 1
1,45
ính
0,118
1077,036 769,949
0,348

m
m
r
rt b
b
P
T T
P
−
−
 
 
= = =
 ÷
 ÷
 
 
(K)
Sai số
í
769,949 900
0,145 15%
900
rt nh rchon
r
T T
T
− −
= = <
Thỏa mãn điều kiện.

3.5.Các thông số chỉ thị :
28.áp suất chỉ thi trung bình lý thuyết (MN/m
2
):
trong trường hợp động cơ Xăng :












−
−
−






−
−−
=
−−

1
1
1
2
12
1
1.
1
11
1.
1
.
1
'
nn
c
i
nn
p
p
εε
λ
ε
=
1,246 1 1,3711 1
1,604 3,45 1 1 1
. . 1 . 1 0,858
9,2 1 1, 246 1 9,2 1,3711 1 9,2
− −
 

   
− − − =
 
 ÷  ÷
− − −
   
 
29.Áp suất chỉ thi trung bình (MN/m
2
):
. 0,858 0,97 0,832
i i d
p p
φ
′
= = × =
(MN/m
2
)
30.Hiệu suất chỉ thị động cơ η
i
:
1
8,314. . .
8,314 470 0,858 300
0,3
. . 43995000 0,805 0,09
i k
i
H v k

M p T
Q p
η
η
× × ×
= = =
× ×
06
31.suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g
i
(g/kw.h):
3600000 3600000
267
. 43995 0,306
i
H i
g
Q
η
= = =
×
(g/kw.h)
3.6.Các thông số có ích :
32.Tổn thất cơ giới p
m
(MN/m
2
) :
Theo công thức kinh nghiệm :
Vì : S/D=86/90<1

P
m
= a + b.C
m
+ p
r
-p
a
a = 0,04
b = 0,0135
P
m
= 0,04+0,0135×16,483 + 0,118 -0,0765 = 0,304
Trong đó : C
m
=
. 0.086 5750
16,483( / )
30 30
S n
m s
×
= =
33.Áp suất trung bình (MN/m
2
) :
p
e
= p
i

- p
m
= 0,832 - 0,304= 0,528
34.Hiệu suất cơ giới (%) :
0,528
0,635
0,832
e
m
i
p
p
η
= = =
35.Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:
=
i
e
m
g
g
η
=

267
420
0,635
=
(g/kw.h)
36.Hiệu suất có ích (%):

. =
e m i
η η η
=
0,635×0,306 = 0,194
37.Thể tích công tác của đông cơ (dm
3
) :
SVTH: Nhóm 10

8
Bài Tập : Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong GVHD:Dương Việt
Dũng
.30.
110 30 4
1,087
. . 0,528 4 5750
e
h
e
N
V
p i n
τ
× ×
= = =
× ×
(dm
3
)

38.Kiểm nghiệm đường kính xilanh (dm):
3
3
4.
4 1,087.10
0,127
. 3,14 86.10
h
t
V
D
S
π
−
−
×
= = =
×
(m)
4. Vẽ đồ thị công:
39.Xác định các điểm trên đường nén với chỉ số đa biến .
Phương trình đường nén : . = const , gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì
1 1
.
n n
c c nx nx
P V P V=
P
c
.V

c
=
1
n
nx nx
P V
. Rút ra
1
1
.
nx c
n
nx
c
P P
V
V
=
 
 ÷
 
Đặt
nx
c
V
i
V
=
ta có
1

c
nx
n
P
P
i
=
, với
1
n
là chỉ số đa biến trung bình
40.Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở
Phương trình của đường giãn nở đa biến P. = const , gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn
nở thì P
z
. =P
gnx
. . Rút ra
2
1
.
gnx z
n
gnx
z
P P
V
V
=
 

 ÷
 
Trong đó = . , Đặt = i ta có
2
2
.
n
z
gnx
n
P
P
i
ρ
=
, với là chỉ số đa biến trung bình
Ta đã có :
1,604
c
P =
[MN/m
2
];
5,534
z
P =
[MN/m
2
]
0,0765

a
P =
[MN/m
2
];
0,348
b
P =
[MN/m
2
];
0,118
r
P =
[MN/m
2
];
1
1,3711n =
2
1,246n =
9,2
ε
=
1
ρ
=

Ta có :
1087

h
V =
[ mm
3
] ;

132,56
c
V =
[ mm
3
] ;

a h c
V V V= + =
1219,56 [ mm
3
] ;

. 132,56
z C
V V
ρ
= =
[ mm
3
] ;
SVTH: Nhóm 10

9

Bi Tp : Nguyờn Lý ng C t Trong GVHD:Dng Vit
Dng
Cỏc im c bit :
( ; ) (132,56;0,118)
( ; ) (132,56;1,604)
( ; ) (1219,56;0,0765)
( ; ) (1219,56;0,348)
( ; ) (132,56;5,534)
( ; ) (132,56;5,534)
c r
c c
a a
a b
c z
z z
r V P r
c V P c
a V P a
b V P b
y V P y
z V P z
=
=
=
=
=
=
Ni cỏc im trung gian ca ng nộn v ng gión n vi cỏc im c bit s c
th cụng lý thuyt
Xaùc õởnh caùc õióứm:

aùnh lổớa sồùm (f).
oùng muọỹn (a) xupaùp naỷp.
Mồớ sồùm (e) xupaùp thaới.
Xỏc nh cỏc im k
Trón õoaỷn ba lỏỳy õióứm b1vồùi bb1 = 1/2ba
Aùp suỏỳt cổỷc õaỷi bũng (0,85 - 0,9) p
z
: Xỏc nh z
Ni cỏc im ó xỏc nh v ng gión n thnh dng cong liờn tc ti CT v CD
v tip xỳc vi ng thi s nhn c th cụng ó hiu chnh
Bng xỏc nh ng nộn v ng gión n
SVTH: Nhúm 10

Vx i ng nộn ng gin n
i
n1
1/i
n1
Pc/i
n1
i
n2
1/i
n2
Pz*

n2
/i
n2
1Vc 0.133 1 1.00 1.00 1.60 1.00 1.00 5.53

1.2Vc 0.159 1.2 1.28 0.78 1.25 1.26 0.80 4.41
1.5Vc 0.199 1.5 1.74 0.57 0.92 1.66 0.60 3.34
2Vc 0.265 2 2.59 0.39 0.62 2.37 0.42 2.33
3Vc 0.398 3 4.51 0.22 0.36 3.93 0.25 1.41
4Vc 0.53 4 6.69 0.15 0.24 5.63 0.18 0.98
5Vc 0.663 5 9.09 0.11 0.18 7.43 0.13 0.74
6Vc 0.795 6 11.67 0.09 0.14 9.32 0.11 0.59
7Vc 0.928 7 14.41 0.07 0.11 11.30 0.09 0.49
8Vc 1.06 8 17.31 0.06 0.09 13.34 0.07 0.41
9Vc 1.193 9 20.34 0.05 0.075 15.45 0.06 0.36
9.2Vc 1.22 9.20 20.96 0.05 0.075 15.88 0.06 0.35
10
Bài Tập : Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong GVHD:Dương Việt
Dũng
Đồ thị công
SVTH: Nhóm 10

11