CHƯƠNG i TÍNH TOÁN các THÔNG số NHIỆT ĐỘNG của ĐỘNG cơ

CHƯƠNG I:
TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘNG
CỦA ĐỘNG CƠ
1.1) Các thông số cần chọn:
Trong việc tính toán thiết kế động cơ để phù hợp sử dụng ta cần phải tính
chọn các thông số cần thiết cho việc tính thiết kế, việc chọn các thông số đó
phải phù hợp và dựa trên các dãy số kinh nghiệm sao cho quá trình tính toán
động cơ đạt hiệu quả cao
1) Áp suất môi trường:
Theo quy ước áp suất môi trường sẽ là p0= 0.1 Mpa
2) Áp suất khí nạp:
Yêu cầu của động cơ thiết kế là phải có tăng áp bằng tua bin khí vì vậy p k
được chọn trong khoảng pk = (0.14 – 0.4) ta chọn pk = 0.14 Mpa
3) Nhiệt độ không khí nạp mới:
Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của môi
trường.ta chọn tkk = 250C
Vậy To = 25+273 = 298K
4) Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp Tk


Đối với động cơ diesel 4 kỳ tăng áp có két làm mát ta có

Với

là chênh lệch nhiệt độ trước và sau két làm mát trung gian thường

có giá trị trong khoảng

chọn

.

Và m là chỉ số dãn nở đa biến trung bình thông thường chọn m = 1.4

Vậy ta có

5) Áp suất cuối quá trình nạp:
Đối với động cơ tăng áp pa = (0.9 – 0.96)pk. chọn pa = 0.9pk =
0.9*0.14=0.126Mpa
6) Áp suất khí sót:
Đối với động cơ diesel cao tốc ta chọn pr=(1.05-1.1)pth chọn pr=1.05 pth.
Trong đó pth đối với động cơ lắp tua bin tăng áp pth=(0.75-0.9)pk , ta chọn
pth=0.78pk=0.1092Mpa. vậy pr=1.05*1.092=0.115Mpa.
7) Nhiệt độ khí sót Tr:
Giá trị Tr phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như tỷ số nén, tốc độ quay
n.thường thì giá trị Tr trong khoảng Tr =(700-900) ,ta chọn Tr = 700K


8)

Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới

:

Mức độ sấy nóng khí nạp mới pụ thuộc vào tốc độ lưu thông của khí
nạp,thời gian tiếp xúc khí nạp với bề mặt nóng… đối với động cơ diesel
thường thì giá trị

9)

Hệ số nạp thêm

nằm trong khoảng

.ta chọn

:

Biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp công tác với lượng
khí công tác chiếm chổ ở thể tích Va. thường

ta chọn

.

10)

Hệ số quét buồng cháy

:

Động cơ thiết kế là động cơ tăng áp tuabin khí có
chọn

11)

.

Hệ số dư lượng không khí :

Đối với động cơ diesel tăng áp có hệ số dư lượng không khí

. ta chọn

12)

Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt

:

. ta


Đối với động cơ diesel tăng áp thường thì

,ở trên ta đã chọn

.vậy chọn
13)

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z:

Hệ số lợi dụng nhiệt là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá trình
cháy hay tỷ lệ lượng nhiên liệu tại điểm z.đối với động cơ diesel
ta chọn
14)

0.75.

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b:

Đối với động cơ diesel cao tốc có tăng áp thường thì

và

.ta chọn

15)

Hệ số hiệu đính đồ thị công

Để đánh giá phần hao hụt về đồ thị công thực so với đồ thị công tính toán,
thường thì

. ta chọn

1.2) Tính toán các quá trình công tác:
1.2.1) Hệ số khí nạp

:

Hệ số nạp được tính theo công thức:


Trong đó m là chỉ số nén đa biến trung bình của không khí. Chọn m = 1.5
Vậy:

1.1.3) Hệ số khí sót
Trường hợp có quét buồng cháy thì hệ số khí sót được tính bằng công thức:

Vậy

1.1.4) Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:
Đối với động cơ diesel nhiệt độ khí nạp được tính bằng công thức:


Vậy

1.3) Tính toán các thông số của quá trình nén:
1.3.1) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:

Với loại khí là O2,N,CO và không khí thì

và

.

Vậy

1.3.2) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy:
Đối với động cơ diesel có
vì

Thay

(đã chọn

đối với động cơ tăng áp)

vậy

ta

có:

số

ta

được:


Vậy :

kg/kmol.K

1.3.3) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí:
Theo

công

thức:

Theo số liệu ở trên ta có:

=>

.

1.3.4) Chỉ số nén đa biến trung bình n1:
Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc rất nhiều yếu tố như tỷ lệ hòa
khí,loại buồng cháy,các thông số kết cấu động cơ. chỉ số nén đa biến trung

bình được xác định một cách gần đúng theo phương trình cân bằng nhiệt:

Xét khi Qac=0 ta có:


Với giá trị n1=(1.32-1.39) ta dùng phương pháp mò nghiệm để giải gần đúng
bằng cách cho giá trị n1 chạy trong khoảng trên đến khi vế phải trừ vế trái
nhỏ hơn 0.2%. vậy ta tìm được n1= 1.3682,khi đó vp-vt=0.000163<0.2%.
1.3.5) Áp suất cuối quá trình nén:
Áp suất cuối quá trình nén được xác định theo công thức:
Vậy

.

1.3.6) Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc:
Ta có:
1.3.7) Hệ số thay đổi phần tử khí lý thuyết

Theo công thức:

Đối với động cơ diesel (

.

.

nên :

Theo tính chất nhiên liệu, đối với nhiên liệu diesel thì H=0.126,O=0.004

Nên

1.3.8) Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế:


Do ảnh hưởng của khí sót còn lại trong xylanh nên hệ số biến đổi phân tử

khí thực tế

Vậy

sẽ là:

.

1.3.9) Hệ số phân tử khí tại điểm z:

Với

là phần nhiên liệu đã cháy tại điểm z.giả thiết số nhiên liệu đã cháy

tỷ lệ với hệ số lợi dụng nhiệt thì

.

Suy ra

1.4.0) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại z:

Vậy

:

Nên:

.

1.4.1) Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz:
Đối với động cơ diesel (

nên ta có phương trình:

.

Với

(theo yêu cầu thiết kế pz=10.9Mpa)

Suy ra :

Giải phương trình bậc hai ta được hai nghiệm chọn nghiêm dương
Tz=1989.4 K
1.4.2) Hệ số giản nở sớm :
Đối với động cơ diesel có hỗn hợp cháy không đồng nhất thì:


Vậy

Như vậy động cơ diesel thỏa mãn điều kiện :

1.4.3) Hệ số giản nở sau .

Ta có:

=13.94.

1.4.4) Chỉ số giản nở đa biến n2:
Ở nhiệt độ (1200-2600)K sai khác tỷ nhiệt không đáng kể vì vậy n 2
được tính như sau:

Với các giá trị đã tính được ở trên và

,

. n2

có giá trị trong khoảng (1.15-1.25) vậy bằng phương pháp mò nghiệm ta tìm
được n2=1.223.ở giá trị này tương úng với vế phải phương trình là 0.223227
và vế trái phương trình là 0.223 vậy hai vế chênh lệch nhau không quá 0.2%
1.4.5) Nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb.


Ta có :

.

1.4.6) Áp suất cuối quá trình giản nở pb.
Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có:

Mpa

1.4.7) Nhiệt độ khí thải tính toán Trtt.

Vậy ta có

vậy ta chọn nhiệt độ khí

thải ban đầu hợp lý.
1.4.8) Thể tích công tác Vh.
Ta có:

Nên ta tìm được thể tích Vc theo quan hệ

.

1.4.9) Thiết lập đường cong nén và đường cong giản nở.
Do quá trình nén từ thể tích Va đến thể tích Vc là quá trình nén đa biến nên ta
có :


.đặt



nên ta có :

Ta chọn giá trị biểu diễn của thể tích V c trên đồ thị là 10mm,vậy ta thiết lập
được tỷ lệ xích của trục hoành(trục biểu thị thể tích V)

• Xây dựng đường giản nở:

Tương tự như đường nén ta có:

Đặt

ta có

.

Ta chọn giá trị biểu diễn của áp suất cực đại pz trên đồ thị là 218mm nên ta
tính được tỷ lệ xích của trục tung(trục biểu thị áp suất) là:

vậy thay các giá trị đã tính ở trên đồng thời cho
thông số sau:

Bảng 1-1: Bảng giá trị đồ thị công động cơ diesel

ta có bảng


1Vc

i

Vlít

Vmm

pmm

1

0.039

10

1

6.830 136.6 1

13.3

1.473

4.638 92.8

pgn

pmm

10.90

218

6
Vc

1.327 0.052

1.413

5
2Vc

2

0.079

0
20

2.581

2.646 52.9

2.334

6.600

132.0

30

4.496

1.519 30.4

3.833

4.020

80.4

40

6.664

1.025 20.5

5.449

2.827

56.5

2
3Vc

3

0.118
8

4Vc

4

0.158
4

5Vc

5

0.198

50

9.043

0.755 15.1

7.159

2.152

43.0

6Vc

6

0.237

60

11.60

0.589 11.8

8.947

1.722

34.4

10.80

1.426

28.5

1.211

24.2

0.338 6.8

14.691 1.049

21.0

6
7Vc

7

0.277

6
70

14.331 0.477 9.5

2
8Vc

8

0.316

3
80

8
9Vc

9

0.356

17.20

0.397 7.9

3
90

4

20.21

12.72
0

1

10Vc

10

0.396

100

23.345 0.293 5.9

16.711 0.922

18.4

11Vc

11

0.435

110

26.597 0.257 5.1

18.77

0.820

16.4

0.738

14.8

6
12Vc

12

0.475

7
120

29.960 0.228 4.6

20.88


2
13Vc

13

0.514

5
130

33.427 0.204 4.1

0.669

13.4

0.611

12.2

0.561

11.2

0.154 3.1

29.692 0.519

10.4

0.142 2.8

31.977 0.482

9.6

180

52.175 0.131 2.6

34.292 0.449

9.0

185

54.16

35.461 0.434

8.7

8
14Vc

14

0.554

3
140

36.994 0.185 3.7

4
15Vc

15

0.594

16

0.633

150

160

6
17Vc

17

0.673

40.65

0.168 3.4

18

0.712

44.41

27.43
8

0
170

2
18Vc

25.21
8

6
16Vc

23.03

48.25
0

8
18.5Vc 18.5

0.732
6

1.3)

0.126 2.5

8

Vẽ đồ thị công:
Ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở theo thông số đã tính toán

ở bảng 1-2. Từ các số liệu tính toán ở trên ta tìm được các điểm đặc biệt của
đồ thị công:
• Điểm cuối kỳ nạp a: có pa=0.126Mpa,Va=0.7326 lít.
• Điểm cuối kỳ nén c: có pc=6.83Mpa,Vc=0.0396 lít.
• Điểm cuối kỳ cháy z: có pz=10.9Mpa,Vz=0.0525 lít.


• Điểm cuối kỳ giản nở b: có pb=0.434Mpa,Vb=0.7326 lít.
- Vẽ vòng tròn Brick:
Ta chọn tỷ lệ xích của đường kính nữa vòng tròn brick là:

•

Tính OO’: theo brick ta có OO’=

=7.085 vậy ta có giá trị biểu diễn

của OO’ trên đồ thị là OO’bd=

• Xác định điểm phun sớm c’:
Từ vòng tròn brick vẽ đường thẳng qua O’ hợp với AB một góc
cắt vòng tròn brick tại một điểm,từ điểm đó dóng lên đồ thị

công cắt đường nén tại c’(điểm này chính là điểm phun sớm nhiên liệu vào
xylanh động cơ).
• Tương tự như xác định điểm phun sớm ta tìm được điểm mở sớm xupap
nạp r’ nằm trên đường thải,điểm đóng muộn xupap nạp a’nằm trên đường
nén.điểm mở sớm xupap xả b’nằm trên đường giản nở và điểm đóng
muộn xupap r’’ nằm trên đường nạp.