BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU NHIỆT ĐỘNG HỌC ĐỘNG CƠ UOAT KHÔNG TĂNG ÁP

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (354.44 KB, 34 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘITRƯỜNG CƠ KHÍ - Ơ TƠ

KHOA CƠNG NGHỆ Ơ TƠ

Giáo viên hướng dẫn: .... Sinh viên thực hiện: ....

Hà Nội - 2023

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

2.1.1. Áp suất môi trường: pk...5

2.1.2. Nhiệt độ môi trường: Tk...5

2.1.3. Áp suất cuối quá trình nạp: pa...6

2.1.10. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z: ξzz...7

2.1.11. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b: ξzb...7

2.1.12. Hệ số hiệu đính đồ thị cơng: φdd...7

2.2. Tính tốn các q trình cơng tác...7

2.2.1. Tính tốn q trình nạp...7

2.2.2. Tính tốn q trình nén...10

2.2.3. Tính tốn q trình cháy...12

2.2.4. Tính tốn q trình giãn nở...14

2.2.5. Tính tốn các thơng số có ích của động cơ...16

2.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị cơng...18

2.4. Vẽ đồ thị cơng p-v...20

CHƯƠNG III. TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC...24

3.1. Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học...24

3.1.1. Đường biểu diễn hành trình piston x=f (α)...24

3.1.2. Đường biểu diễn tốc độ của piston v=f (α)...24

3.1.3. Vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston...25

CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ...27

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KHÔNG ĐẠT ĐƯỢC...27

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN

1.Mục tiêu của BTL lý thuyết động cơ

- Củng cố lại kiến thức về tính tốn trong nhiệt kỹ thuật - Biết vận dụng kiến thức môn nguyên lý lý thuyết động cơ trong việc tính các

thơng số nhiệt động của chu trình cơng tác động cơ

- Biết cách xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản của động cơ.

- Biết cách xây dựng đổ thị công lý thuyết của động cơ dựa trên kết quả tính tốn nhiệt.

- Biết cách biểu diễn động học động cơ

2.Lựa chọn các thông số trong q trình tính tốn nhiệt

Khi tiến hành tính tốn cho động cơ bào đó, cần xác định ngay những thông số kỹ thuật của động cơ dùng làm cơ sở cho việc lựa chọn các thơng số tính tốn các q trình nhiệt động. các thơng số này thường là :

-Thơng số tính năng gồm: cơng suất Ne; số vòng quay n; số kỳ t; suất tiêu thụ nhiên liệu ge

-Thông số kết cấu gồm: đường kính xylanh D; hành trình pittong S; tỷ số nén; số xylanh I; chiều dài thanh truyền 1. -Thơng số điều chinh gồm: góc đánh lửa sớm, góc mở sớm và đóng. Muộn của xupap nạp và xupap thải α1, α2, β1, β2.

3.Thông số kết cấu của động cơ

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

*Số xilanh và kiểu bố trí xilanh:

Như đã biết số xilanh i liên quan đến tính cân bằng của hệ trục, độ đồng đều của tốc độ góc, khơng gian bố trí và nền móng. Xilanh bố trí 1 hàng hay theo chữ V, đứng hay nằm... đều quyết định, ảnh hưởng đến các cơ cấu và hệ thống như cơ cấu phân phối khí, hệ thống làm mát...

*Tỷ số S/D

- Là thông số kết cấu quan trọng ảnh hưởng đến kích thước, trọng lượng và

tính năng kỹ thuật của động cơ. Ngày nay, các động cơ cao tốc độ đều có xu hướng giảm tỷ số S/D để giảm lực quán tính. Động cơ hành trình ngắn (giảm S) có khá nhiều ưu điểm:

- Do S nhỏ nên có thể tăng tốc độ n mà không gây tổn thất ma sát, vẫn giữ

được hiệu suất cơ giới cao.

- Dễ bó trí xupáp cải thiện quá trình nạp thải ( do giảm S thì có thể tăng D)

- Giảm S/D, chiều cao của động cơ giảm. theo thống kê khi S/ D ≈ 1, trọng lượng động cơ đạt giá trị nhỏ nhất. mặt khác khi giảm S/D, độ cứng của . trục khuỷu tăng do độ trùng điệp của chốt khuỷu và cổ trục tăng.

*Thông số kết cấu

-Thông số này ảnh hưởng đến chiều cao và trọng lượng của động cơ. Ngày nay do xu hướng tăng tốc độ nên người ta thường làm thanh truyền ngắn (giảm 1) nên tăng λ. Tuy nhiên, khi λ tăng lại làm tăng lực quán tính và làm tăng góc

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

lắc câu thanh truyền khiến thân thanh truyền dễ va chạm vào mép dưới của lót xilanh.

* Kiểu làm mát động cơ.

Kiểu làm mát động cơ ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu của động cơ. Trên mặt cắt ngang và mặt cắt dọc thể hiện rõ răng ảnh hưởng này đối với kết cấu của thân máy, nắp xilanh và kích thước của trục khuỷu.

4.Những vấn đề quan trọng khi tìm hiểu động cơtham khảo:

Tìm hiểu những thơng số kỹ thuật sau:

- Khoảng cách giữa hai đường tâm xilanh lx. Thông số này có ý nghĩa quyết định đối với kích thước thân máy ( chiều dài ), kích thước trục khuỷu, ổ trục, không gian làm mát, độ dày của thành vách xilanh, đường . thải nạp....

- Kích thước tương quan của cơ cấu và hệ thống. cần tìm hiểu cách bố trí của cơ cấu phân phối khí, hệ thống bơi trơn, hệ thống làm mát. Tìm hiểu các phương thức dẫn động các cơ cấu và hệ thống này. - Hệ thống trục khủy – thanh truyền – pittơng lắp theo tiêu chuẩn

nào,kích thước tương quan của các ổ trục và ổ thanh truyền. kích thước bánh đà và phương pháp lắp bánh đà trên trục khuỷu. - Đặc điểm kết cấu của thanh truyền. khơng gian qt của thanh

truyền và kích thước tương quan của hộp trục khủy, kết cấu hộp trục khuỷu. - Đặc điểm của ổ trục khuỷu, của đối trọng. Cơ cấu phân phối khí bố trí như thế nào, đặc điểm kết cấu đường thải nạp. - Hệ thống nhiên liệu và buồng cháy v.v....

Nói chung, khi tìm hiểu động cơ, phải hiểu rõ tường tận về toàn bộ các cơa cấu và hệ thống của động cơ đó. Nắm vững đặc điểm kết cấu, tính ưu

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

khuyết điểm của cơ cấu, nguyên lý làm việc, điều chỉnh và lắp ráp của cơ cấu và hệ thống của động cơ.

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

CHƯƠNG II. TÍNH TỐN NHIỆT CHU TRÌNH CƠNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

II.a.Trình tự tính tốn

Tính tốn chu trình cơng tác của động cơ đốt trong (tính tốn nhiệt) thường tiến hành theo các bước:

Số liệu ban đầu

TT Tên thông sốKý hiệu Đơn vịGiá trịGhi chú

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

15 Suất tiêu hao

Các thông số cần chọn theo điều kiện môi trường, đặc điểm kết cấu của động cơ, chủng loại động cơ bao gồm:

II.a.i. Áp suất môi trường: pk

Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ (với động cơ không tăng áp có áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupap nạp nên ta chọn pk = po) (Mpa).

Ta chọn pk=po=0,1 (MPa) II.a.ii. Nhiệt độ môi trường: Tk

Nhiệt độ môi trường được lựa chọn theo nhiệt độ bình quân của cả năm, với động cơ không tăng áp ta có nhiệt độ mơi trường bằng nhiệt độ trước xupap nạp.

Ta chọn t0=24oC →Tk=297oK

II.a.iii. Áp suất cuối quá trình nạp: pa

Áp suất phụ thuộc vào rất nhiều thơng số như chủng loại động cơ, tính năng tăng tốc độ n, hệ thông số đường nạp, tiết diện lưu thơng v.v... Vì vậy cần xem xét động cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn pa. Áp suất cuối q trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi: pa=(0,8 ÷ 0,9) pk

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Ta chọn pa=0,08 (Mpa) II.a.iv. Áp suất khí thải: pr

Áp suất này cũng phụ thuộc các thông số như pa. Có thể chọn pr nằm trong phạm vi: pr=(1,10 ÷ 1,15) pk.

Ta chọn pr=0,115 (MPa) II.a.v. Mức độ sấy nóng mơi chất: ∆ T

Chủ yếu phụ thuộc vào q trình hình thành khí hỗn hợp ở bên ngoài hay bên trong xilanh

Đối với động cơ xăng ∆ T =0o÷ 20oK. Ta chọn ∆ T =20oK

II.a.vi. Nhiệt độ khí sót (khí thải): Tr

Phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Nếu quá trình giãn nở càng triệt để, nhiệt độ Tr càng thấp. Thông thường ta có thể chọn:

II.a.vii. Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt: λtt

Tỷ nhiệt của môi chất thay đổi rất phức tạp nên thường phải cắn cứ vào hệ số dư lượng khơng khí α để hiệu đính. Thơng thường có thể chọn λtt theo thơng số bảng sau:

Bảng 2:Tỉ nhiệt λ_tt

Các loại động cơ xăng có α <1,4 ta chọn λtt=1,12

II.a.viii. Hệ số quét buồng cháy: λt2

Với động cơ không tăng áp ta chọn λt2=1

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

II.a.ix. Hệ số nạp thêm λt1

Phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí. Thơng thường có thể chọn:

λt1=1,02÷ 1,07. Ta chọn λt1=1,02

II.a.x. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z: ξzz

Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nội năng ở điểm z với lượng nhiệt phát khi đốt cháy hồn tồn 1 kg nhiên liệu. Do đó ξzz phụ thuộc vào q trình cơng tác của động cơ. Đối với động cơ xăng:

ξzz=0,85 ÷ 0,92. Ta chọn ξzz=0,85

II.a.xi. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b: ξzb

ξzbbao giờ cũng lớn hơn ξzz 0. Thông thường, đối với động cơ xăng ξzb=0,85÷ 0,95. Ta chọn ξzb=0,85

II.a.xii. Hệ số hiệu đính đồ thị cơng: φdd

Thể hiện sự sai lệch khi tính tốn lý thuyết chu trình cơng tác của động cơ với chu trình cơng tác thực tế, sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính tốn của động cơ xăng ít hơn động cơ Diesel. Vì vậy hệ số φdd của động cơ xăng thường có trị số lớn hơn, có thể chọn φdd=0,92÷ 0,97.

→Ta chọn φdd=0,92

II.b.Tính tốn các q trình cơng tác

II.b.i. Tính tốn q trình nạp

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến của khí sót có thể chọn m=1,45 ÷ 1,5→Ta chọn m=1,45

II.b.i.2. Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta

Nhiệt độ cuối q trình nạp Ta được tính theo cơng thức:

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Với động cơ xăng: C = 0,855; H = 0,145; O = 0 Thay thông số đã chọn vào:

→ Mo=0,512

(

kg nhiên liệukmol

)

II.b.i.6. Hệ số dư lượng khơng khí α

Đối với động cơ xăng

Trong đó µnl - Trọng lượng của phân tử xăng µnl = 110 / 120. Đối với loại xăng thường dùng nên chọn µnl = 114.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

II.b.ii. Tính tốn q trình nén

II.b.ii.1. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khơng

II.b.ii.3. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong q trình nén mC´ 'v tính

II.b.ii.4. Chỉ số nén đa biến trung bình n1

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc rất nhiều vào thông số kết cấu và thông số vận hành.như kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vịng quay,phụ

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

tải, trạng thái nhiệt độ của động cơ..., tuy nhiên n1 tăng giảm theo quy luật sau,tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ làm cho n1 tăng lên. Thông thường ta xác định n1 có thể chọn n1 trong khoảng1,3 ÷1,9; Ta chọn

II.b.ii.5. Áp suất cuối quá trình nén pc

Áp suất cuối quá trình nén pc được xác định theo cơng thức:

pc=pa. εn1

=0,08.6,71,372=1,0875( MPa )

II.b.ii.6. Nhiệt độ cuối q trình nén Tc

Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc được xác định theo công thức:

Tc=Ta. εn1−1

=370,246.6,71,372−1=751,261 ° K

II.b.ii.7. Lượng môi chất cơng tác của q trình nén Mc

Lượng mơi chất cơng tác của quá trình nén Mc được xác định theo cơng thức:

Mc=M1.(1+γr)=0,4185. (1+0,084457)=0,4539

(

kmolkg .l

)

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

II.b.iii. Tính tốn quá trình cháy

II.b.iii.1. Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βo

Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βo được xác định theo công thức:

II.b.iii.2. Hệ số thay đổi phần thực tế: β

Hệ số thay đổi phần thực tế được xác định theo công thức:

↔ β=1,1169 +0,084457

1+0,084457 =1,1078

Hệ số thay đổi phần thực tế tại điểm z: βz

Hệ số thay đổi phần thực tế tại điểm z βz được xác định theo công thức:

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

βz=1+ 1,1169−1

II.b.iii.3. Lượng sản phẩm cháy M2

Lượng sản phẩm cháy M2 được xác định theo công thức:

II.b.iii.5. Nhiệt độ tại điểm z: Tz

Đối với động cơ xăng, nhiệt độ Tz được xác định bằng cách giải phương trình

QH – nhiệt trị thấp của nhiên liệu xăng ta có: QH=44000(kJ /kg nh .liệu)

”Q – Nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1kg nhiên liệu. Trong điều kiện α < 1 xác định ”Q theo công thức sau:

ΔQ=120.103(1 – α ) M0=12265,79(kJ /kg nl)

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháy cuối quá

II.b.iii.6. Áp suất tại điểm z: pz

Áp suất tại điểm z pz dược xác định:

II.b.iv.2. Hệ số giãn nở sau δ

Ta có hệ số giãn nở sau δ được xác định theo công thức:

II.b.iv.3. Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2

Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 được xác định từ phương trình cân bằng

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

β=βzQ¿H

: Nhiệt giá trị thấp của nhiên liệu Đối với động cơ Xăng: Q¿H

II.b.iv.4. Nhiệt độ cuối q trình giãn nở Tb

Ta có cơng thức xác định nhiệt độ cuối quá trình giã nở Tb:

Tb= Tz

6,71,292−1=1454,9246 (° K )

II.b.iv.5. Áp suất cuối quá trình giãn nở: pb

Áp suất cuối quá trình giãn nở được xác định theo công thức:

pb= pz

6,71,292=0,34826 ( MPa)

Kiểm tra nhiệt độ khí sót:

Nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức:

pb

)

m−1m =1454,9246.

(

0,348260,115

)

1,45−11,45=1031,569 (° K )

Sai số của nhiệt độ khí thải tính tốn Trt và nhiệt độ khí thải đã chọn ban đầu không vượt quá 15% nghĩa là:

∆ T =|Trt−Tr|

Trt .100 %=

1031,569 .100 %=3,06 %<15 %

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

II.b.v. Tính tốn các thơng số có ích của động cơ

II.b.v.1. Áp suất trung bình chỉ thị lý thuyết pi'

Áp suất trung bình chỉ thị lý thuyết pi' được xác định theo công thức:

II.b.v.2. Áp suất trung bình chỉ thị thực tế pi

Do có sự sai khác giữa tính tốn và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình trong thực tế được áp dụng theo công thức:

pi=pi'. φdd=0,78103.0,92=0,71855 ( MPa)

II.b.v.3. Suất tiêu hao nhiên nhiệu chỉ thị gi

Ta có cơng thức xác định suất tiêu hao nhiên nhiệu chỉ thị gi:

gi=432. 103. ηv. pkM1. pi.Tk

¿432.103.0,7263 .0,1

0,4185.0,71855.297=351,297

(

kW . hg

)

II.b.v.4. Hiệu suất chỉ thị ηi

Ta có cơng thức hiệu suất chỉ thị:

gi. QH =

351,297.44000=0,2329=23,29 %

II.b.v.5. Áp suất tổn thất cơ giới pm

Áp suất này được biểu diễn bằng mối quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ

Ta có tốc độ trung bình của động cơ là: 17

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

II.b.v.6. Áp suất có ích trung bình pe

Ta có cơng thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo cơng thức:

pe=pi−pm=0,71855−0,05314=0,665 ( MPa)

Sau khi tính tốn được pe phải so sánh với trị số pe đã tính ở phần tính tốn qua trình nạp.

pe=0,665 (tính tốn)> pe=0,65(tính tốn q trình nạp)

II.b.v.7. Hiệu suất cơ giới ηm

Hiệu suất cơ giới ηm được xác định bằng công thức:

ηm=pepi=

II.b.v.8. Suất tiêu cao nhiên liệu có ích ge

Suất tiêu cao nhiên liệu có ích ge được xác định bằng cơng thức:

II.b.v.9. Hiệu suất có ích ηe

Hiệu suất có ích ηe được xác định bằng công thức:

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

D=

√

4 Vh

π . S=

√

4.0,5988π .0,92.100=91,05 (mm)

So sánh với đường kính xylanh cho trước:

|

D(tính tốn)−D(cho trước)

|

=|91,05−92|=0,95

Sai lệch so với đề là 0,95>0,1  Không thỏa mãn.

I.a. Vẽ và hiệu đính đồ thị cơng

Căn cứ vào các số liệu đã tính Pa,Pc,Pz,Pb,n1,n2,  ta lập bảng tính đường nén và đường giãn nở theo biến thiên của dung tích cơng tác Vx= i.Vc (Vc là dung tích buồng cháy).

Ta có bảng tính các giá trị của q trình nén và quá trình giãn nở như sau:

(Xuất phát từ px. Vxn1

=Const  px. Vxn1

=pc.Vcn1 với Vx= i.Vc thay vào rút ra)

Sau khi ta chọn tỉ lệ xích μv và μp hợp lý để vẽ đồ thị công. Để trình bày đẹp thường chọn chiều dài hồnh độ tương ứng

Từ tỉ lệ xích trên ta tính được các giá trị biểu diễn (gtbd) của quá trình nén và quá trình giãn nở sau:

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

GTBDQuá trình nénQuá trình giãn nở

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

II.c. Vẽ đồ thị công p-v

Để sau này khai triển đồ thị được dễ dàng, dễ xem, đường biểu diễn áp suất po song song với hoành độ phải chọn đường đậm của giấy kẻ ly. Đường 1Vc cũng phải đặt trên đường đậm của tung độ.

Sau khi vẽ đường nén vào đường giãn nở, vẽ tiếp đường biểu diễn đường nạp và đường thải lý thuyết bằng 2 đường thẳng song song với trục hoành đi qua 2 điểm pa và pr.

Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị cơng để có đồ thị cơng chỉ thị. Các bước hiệu đính như sau:

Vẽ đồ thị brick đặt phía trên đồ thị công

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Giá trị biểu diễn R trên đồ thị:

gtbdR=gttRμs =

Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:

Hiệu đính diểm bắt đầu q trình nạp: (điểm a)

Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải

β2=10 °, bán kính này cắt đường trịn tại điểm a’. Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt đường Pa tại điểm a. Nối điểm r trên đường thải (là giao điểm giữa đường Pr và trục tung ) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang q trình nạp.

Hiệu đính áp suất cuối q trình nén: (điểm c’)

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm (động cơ diezel) và hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng) nên thường chọn áp suất cuối q trình nén lý thuyết Pc đã tính. Theo kinh nghiệm, áp suất cuối nén thực tế P’c được xác định theo cơng thức sau:

Vì đây là động cơ xăng:

Hiệu chỉnh điểm phun sớm: (điểm c”)

Do hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách ra khỏi đường nén lý thuyết tại điểm c”. Điểm c’’ được xác định bằng cách. Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định được góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm θ, bán kính này cắt vịng trịn Brick tại 1 điểm. Từ điểm gióng này ta gắn song

</div>