Bài tập lớn nguyên lý động cơ đốt trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

BÀI TẬP LỚN
NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Cao Văn
Sinh viên thực hiện :
Mã sinh viên

:

Lưu văn Hoàng
151300660

Lớp : Cơ khí giao thông công chính 1-K56
Đề số

: 09 – Động cơ xăng 1RZ

HÀ NỘI - 2017


BÀI TẬP LỚN MÔN
NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Cao Văn
Đề số : 09 - Động cơ xăng 1RZ
Họ và Tên sinh viên : Lưu văn Hoàng
Mã sinh viên : 151300660
Lớp : Cơ khí giao thông công chính 1- K56
STT

Phân loại

Thông số

1

Loại động cơ

Xăng

2

Kiểu động cơ

1RZ

3

Đường kính xy lanh

86 (mm)

4

Hành trình piston

86 (mm)

5

Lắp trên xe

6

Dung tích xylanh

7

Tỷ số nén

09

8

Số kỳ

09

9

Nemax/ne

100,6/5400

10

Nemax/nm

16,5/2600

Toyota Hiace
1,998 (lít)


Chương I : Nhiệm vụ tính toán
1, Nhiệm vụ
+ Tính toán thiết kế động cơ.
+ Tính toán kiểm nghiệm động cơ ( bôi trơn, làm mát ) hệ
thống phối khí.
2, Lựa chọn chế độ tính toán
- Nhận xét : Để xây dựng đặc tính ngoài của động cơ ở chế
độ “ Toàn tải ” người ta tính toán nhiệt động cơ ở 3 chế
độ :
nmin = 0,2.5400 = 1080 (v/ph)
nM = 0,6.5400 = 3240 (v/ph)
ne = 5400 (v/ph)

CHƯƠNG II : Tính nhiên liệu và hỗn hợp sản phẩm cháy
1, Chọn nhiên liệu và thành phần nhiên liệu.

C
85 (%)

Xăng

H
15(%)

O

Hu
10400 ( kcal/kg)

2,Chọn hệ số dư không khí α
-

Với động cơ xăng : α = 0.9

3, Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg
nhiên liệu xăng.
L0 = ( gc + 8gh )


= ( .0,85 + 8.0,15 ) =15 (kg)
4,Lượng không khí thục tế đốt cháy 1kg nhiên liệu.
L = αL0 = 0,9.15=13,5 (kg)
5,Thành phần sản phẩm cháy của động cơ xăng .
Gco2 = [gc (2α-1 ) + 6gh (α -1 )] = [0,85 (1,8 -1 ) + 6.0,15( 0,9-1)
= 2,15 (kg)
Gco = [ 2(1- α)(gc +3gh)] = [2(1-0,9)(0,85 +3.0,15)] = 0,6 (kg)
Gh2O = 9gh =9.0,15 =1,35 (kg)
GN2 =0,77.αL0 =0,77.0,9.0,15 = 10,4 (kg)
Kiểm tra lại αL0 +1 =13,5 + 1 = 14,5(kg) =Gspc
Gspc =Gco2 + Gco + Gh2O + GN2 = 2,15 + 0,6 + 1,35 + 10,4 =14,5 (kg)
6, Phần tram khối lượng sản phẩm cháy
gi = . Ta có : gco2 = = 0,148 , gh2O = = 0,093
gco = , gN2 =
= gco2 + gco + gh2o + gN2 =0,148 + 0,041 + 0,093 + 0,78 =1
7, Hằng số khí nạp trước lúc cháy

Rhht =gkk.Rkk – gxăng.Rxăng
Ta có : gkk =

gxăng =

Rkk =29,27 kGm/kg.độ ;

Rxăng =8,5 kGm/kg.độ


 Rhht = kGm/kg.độ
8, Hằng số khí của sản phẩm cháy Rspc :
Rspc = ; Rco2 =19,3 kGm/kg.độ ; Rco =30,3 kGm/kg.độ
Rh2o =47,1 kGm/kg.độ ; RN2 =30,3 kGm/kg.độ ;
Ro2 =26,5 kGm/kg.độ .
Ta có : R spc = 0,148.19,3 +0,041.30,3 + 0,093.47,1 + 0,718.30,3
= 30,23 kGm/kg.độ
9, Hệ số biến đổi phần tử lý thuyết
β=
10, Nhiệt dung riêng của sản phẩm cháy
a, Trước lúc cháy

Cvhht =gkk .Cvkk + gxăng.Cvxăng

Ta có : Cvkk = 0,165 + 0,000017Tc (kcal/kg.độ ) ;
Cvxăng = 0,35(kcal/kg.độ) ;
Cvhht = c) +
= 0,93.(0,165 + 0,000017Tc ) +
= 0,178 + 0,000017Tc
b, Sau lúc cháy :

Cvspc =

Cvco2 = 0,186 + 0,000028 Tz
Cvco = 0,171 + 0,000018 Tz


Cvo2 = 0,15 + 0,000016 Tz
Cvh2o = 0,317 + 0,000067 Tz
Cvh2 = 0,169 + 0,0000017 Tz
Tính : Cvspc =
=0,148(0,186+0,000028Tz)+ 0,041(0,171+0,000018Tz ) +0,093(0,317
+ 0,000067Tz) + 0,718( 0,169 + 0,000017Tz ) = 0,185 + 23.10-5 Tz

CHƯƠNG III: QUÁ TRÌNH NẠP
1, Xác định áp suất trung bình cuối quá trình nạp
Công thức gần đúng của của giáo sư Leenin J.M :

  n 2   Vh'2  1  ε − δ  2 
.
.
Pa = P0 1 − 
 
6  2  2 
  520.10   f tb  ξ  ε − 1  

3,5

Trong đó :
n : Là tốc độ quay tại chế độ tính toán ( đơn vị vòng/phút )

Vh : Là thể tích công tác của một xylanh ( đơn vị là m3 ).
P0 : Là áp suất khí quyển ( đơn vị kg/m2 )
ftb : Là tiết diện lưu thông cần thiết .Nó đc tính bằng công thức
ftb = fe.(ne /1000) .đơn vị là [cm2/lít]
+ Với động cơ xăng : fe =2,5 ÷ 3,0 (cm2/lít.1000v/phút)


ξ : Là hệ số tổn thất đường ống nạp . (ξ =0,65 ÷ 0,85 ).
•

Đối với động cơ xăng ta chọn như sau :
fe =2,5.10-4.m2/lít.1000v/phút ; ; ξ = 0,65

=> Ta có : ftb = fe. = 2,5.10-4. =1,35.10-3 (m3/lít ).


Với n=nmin =1080 (v/ph ) :

Pa= 1. 0,988(kg/cm2)



Với n=nM=3240 (v/ph) :

Pa=1.kg/cm2)



Với n=ne = 5400 (v/ph) :

Pa =1.0,740(kg/cm2)
Tóm lại :
n = nmin = 1080 (v/ph)  Pa = 0,988 (kg/cm2)
n = nM = 3240 (v/ph)  Pa = 0,901 (kg/cm2)
n = ne = 5400(v/ph)  Pa = 0,740 (kg/cm2)

•
•
•

2, Hệ số khí sót
r

Trong đó :

=


•
•
•

T’o = To + t = to + t + 273
: là hệ số biến nhiệt ( =)
Pr và Tr : là áp suất ,nhiệt độ đầu cuối quá trình
nạp nêu trong bảng sau :

Pr (kg/cm2)

T r(

To(

n = nmin = 1080 (v/ph)

1,06

1000

30

327

n = nM = 3240 (v/ph)

1,18

1100

25

322

n = ne = 5400 (v/ph)

1,29

1200

20

317

o

Giá trị Pr được tính bằng công thức :

Pr = +1 (kg/cm2).
Giá trị của Tr và cho trong bảng được quy ước từ đầu .
Từ các giá trị trong bảng ta tìm được hệ số khí sót ứng với các giá
trị tương ứng như sau :
Với n = nmin =1080 (v/ph) :

•

r

Với n = nM = 3240 (v/ph) :

•

r

•

= = = 0,0408

= = = 0,0459
Với n = ne = 5400 (v/ph) :

r

= = = 0,0585

3, Nhiệt độ cuối kỳ nạp
Đối với động cơ 4 kỳ không tăng áp

Ta =
Trong đó : =t0 + t + 273( K)

ᴪ

:là tỉ lệ nhiệt dung của khí trước và sau khí cháy .Ở động cơ

xăng thì

ᴪ =1,2

= Tr. (K)
với : m là chỉ số dãn nở đa biến t của khí sót từ r đến r’.
•

Khi n =nmin = 1080 (v/ph) :
T’r =1000.= 980,81 K
Suy ra :

•

Ta = = 357,30 K

Khi n =nM =3240 (v/ph) :
T’r = 1100.= 1021,25 K
Suy ra : Ta =

•

= 358,50K

Khi n = ne =5400(v/ph) :
T’r = 1200. =1029,72K
Suy ra : Ta = = 363,75K.


4, Khối lượng hỗn hợp (Xăng + không khí) nạp vào xylanh động
cơ trong một chu trình
Gck =G180.d (mg/ckl)
Trong đó :
G180 : là khối lượng hỗn hợp tươi (hay không khí ) nạp
chính trong piston đi từ điểm chết trên đến điểm chết dưới
G180= .106 (mg/ckl)
Với : Pa là áp suất cuối quá trình nạp (đổi ra kg/m2)
V’h = 0,001(m3)
Ta : là nhiệt độ trung bình cuối kỳ nạp (K)
Ra = Rhht =27,383 KG.m/kg.độ
Động cơ xăng

nmin
0,90,95

•

nm
1,00 1,05

ne
1,1 1,2

n= nmin =1080 (v/ph)
Gck= .106.0,9 =988,69

•

n= nM = 3240 (v/ph)
Gck = .106.1 = 998,73

•

n =ne =5400 (v/ph)
Gck = .106.1,1 = 889,27
5, Mức tiêu hao năng lượng trong một chu trình


•
•
•

Công thức tính :
Khi n = nmin= 1080 (v/ph)
Khi n =nM = 3240 (v/ph)

Khi n = ne = 5400 (v/ph)

Gnl =
Gnl = = 68,18
Gnl = = 68,88
Gnl = = 61,33

6,Hệ số nạp
Glt = .106

v= = ;

Trong đó : Glt =.106 = 1209,499
V’h =0,001 (m3),
P0 = 10000 (kg/cm2 )
•

Khi n =nmin =1080 (v/ph)
v = = 0,817

•

Khi n = nM =3240 (v/ph) :
v=

•

=0,826

Khi n= ne =5400 (v/ph) :

v = 0,735

Bảng tổng kết chương 3 (Số liệu đã tính toán được ở trên ).


Thông

Pa

T’r

Tr

Pr

Ta

Gnl

Gck

Số
nmin=1080

0,988

980,81

1000

0,0408

1,06

357,30

68,18

988,69

0,817

nM = 3240

0,901

1021,2
5

1100

0,0459

1,18

358,50

68,88

998,73

0,826

ne =

0,740

1029,7
2

1200

0,0585

1,29

363,75

61,33

889,27

0,735

5400

Chương IV : Quá trình nén


Tính áp suất ở cuối quá trình nén Pc

Pc =Pa . (kg/cm2 )
Trong đó :
n1 – là chỉ số nén đa biến được tính theo công thức sau :
n1= 1,38- 0,03.
Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc : Tc =Ta. ).



Khi ntt = nmin =1080(v/ph) n1 =1,38- 0,03. =1,247
suy ra : Pc = 0,988.91,247 = 15,300(kg/cm2)
và Tc = 357,30.91,247-1 = 614,79 ).




Khi ntt =nM =3240 (v/ph) n1 =1,38-0,03. =1,336
suy ra :
Pc = 0,901.91,336 = 16,97(kg/cm2)
và Tc = 358,50.91,336-1 = 750,09 ).



Khi ntt = ne =5400(v/ph) n1 =1,38-0,03. =1,377
suy ra : Pc =0,740.91,377 = 15,25
và Tc = 363,75.91,377-1 = 832,82 ).

Bảng tổng kết chương 4 (số liệu đã tính toán được):

Thông số

n1

Pc (kg/cm2)

Tc )

nmin = 1080

1,247

15,30

614,79

nM = 3240

1,336

16,97

750,09

ne = 5400

1,377

15,25

832,82

Chương V : Tính toán quá trình cháy
1,Tính nhiệt độ cuối quá trình cháy
*Khi <1 =Cvsfc.Tz -Cvhht.Tc
Trong đó :
Gnlckl : là mức nhiên liệu trong một chu trình sống với V’h =1 lít


: là hệ số dư không khí
l0 : lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nguyên liệu
Bảng thông số cho động cơ xăng :

Loại động cơ

ξnmin

ξnM

ξne

Động cơ xăng

0,85

0,89

0,91

•

Khi n=nmin =1080(v/ph)

= (0,185+ 23.10-6Tz)Tz – (0,178 + 15,8.10-6Tc)Tc
502,69 =0,185Tz +23.10-6.T2z – (0,178+15,8.10-6.614,79).614,79
502,69 = 0,185Tz + 23.10-6.T2z -115,40
Tz=2539,35
•

Khi n= nM= 3240 (v/ph)

= (0,185+ 23.10-6Tz)Tz

– (0,178 +15,8.10 T T
-6

c)

c

532,84 = 0,185Tz + 23.10-6Tz – 142,40
Tz=2726,05
•

Khi n =ne= 5400(v/ph)

= (0,185+ 23.10-6Tz)Tz – (0,178 + 15,8.10-6Tc)Tc
559,52 = 0,185Tz + 23.10-6T2z – (0,178 +15,8.10-6.832,82).832,82
559,52 = 0,185Tz + 23.10-6T2z -159,20


Tz =2864,70

Xác định áp suất của quá trình : Pz =.Pc.
•

Khi n =nmin =1080 (v/ph)

Pz = = 68,50 (kg/cm2)
•

Khi n =nM =3240(v/ph)
Pz = = 66,85 (kg/cm2)

•

Khi n =ne = 5400(v/ph)
Pz = = 56,86 (kg/cm2)
Bảng tổng kết chương V :

Thông số

Pz(kg/cm2)
Tz(kg/cm2)

T.độ
nmin=1080

68,50

2539,25

nM =3240

66,85

2726,05

ne = 5400

56,86

2864,70


Chương VI : Quá trình giãn nở

1,Các thông số của quá trình giãn nở
Chỉ số giãn nở đa biến n2 :
•

n2 =1,2 + 0,03.
Khi ntt =nmin =1080(v/ph) n2 = 1,2 + 0,03. =1,35

•

Khi ntt = nM =3240(v/ph) n2 =1,2 + 0,03. = 1,25

•

Khi ntt =ne =5400(v/ph) n2 =1,2 + 0,03. = 1,23

2,Áp suất cuối quá trình giãn nở (Pb)
Đối với động cơ xăng : Pb =
•

Khi ntt = nmin =1080(v/ph) Pb = =3,53

•

Khi ntt =nM =3240(v/ph) Pb = = 4,29

•

Khi ntt =ne =5400(v/ph) Pb = = 3,81


3,Nhiệt độ cuối quá tình giãn nở
Tb = Tz.
•

Khi ntt = nmin=1080(v/ph) Tb =2539,25. =1176,85K

•

Khi ntt = nM = 3240(v/ph) Tb = 2726,05. =1573,88K

•

Khi ntt = ne =5400(v/ph) Tb = 2864,70. =1728,24K
Bảng tổng kết chương VI :

T.số

n2

Tb(K)
Pb(kg/cm2)

T.độ
nmin = 1080

1,35

3,53

1176,85

nM = 3240

1,25

4,29

1573,88

ne = 5400

1,23

3,81

1728,24

Chương VII : Các thông số cơ bản của chu
trình
Bài 1: Tính Áp suất trung bình thực tế Pe
1, Tính áp suất trung bình lý thuyết ở điều kiện nén va dãn nở đa
biến Pt’ ( ở chu trình lý thuyết nén và giãn nở đoạn nhiệt Pt)
+ Đối với động cơ xăng :

Pt’ =.

(kg/cm2)


Trong đó :
Pa : là Áp suất trung bình của quá trình nạp
Pc : là Áp suất của cuối quá trình nén
Pb : là Áp suất cuối quá trình giãn nở
n1 : là Chỉ số nén đa biến
n2 : là Chỉ số nén giãn nở đa biến
•

Khi n= nmin =1080(v/ph)
Pt’ =. = 9,875 (kg/cm2)

•

Khi n =nM =3240 (v/ph)
Pt’ = =10,823 (kg/cm2)

•

Khi n = ne =5400(v/ph)
Pt’ = = 9,418(kg/cm2)

2,Tính áp suất chỉ thị trung bình úng với đồ thị của chu trình Pi
+> , Đối với động cơ 4 kỳ :
Pi =.Pt’ - Pi (kg/cm2)
Trong đó :
= 0,92 0,97
Pi : Tính mất nhiệt cho công bơm ở động cơ không tăng áp (công nạp
và khí thải ) :


Pi = P a – Pr
•

Khi n=nmin =1080(v/ph)


Pi = 0,988 – 1,06 = -0,072

Suy ra : Pi = 0,95.9,875 – (- 0,072) = 9,453
•

Khi n =nM =3240 (v/ph)


Pi = 0,901 – 1.18 = -0,279
Suy ra :

•

Pi =0,95.10,823 – (-0,279) = 10,560

Khi n =ne =5400(v/ph)


Pi = 0,740 – 1,29 = -0,55
Suy ra :

Pi = 0,95.9,418 – (-0,55) =9,497

3,Tính hiệu suất cơ học của động cơ

= 1- ;

Pe =Pi.ηck

Trong đó :
Pck : Áp suất tổn hao vì nhiệt mất cho công cơ học
Pck =0,5 + 0,13.Wp (kg/cm2)
Wp = (m/s) ; S= 0,078m
Pi : Áp suất chỉ định trung bình
•

Khi n =nmin =1080(v/ph)
Wp = = 2,808 (m/s)

Pck = 0,5 + 0,13.2,808 = 0,865(kg/cm2)
ηck = 1- = 0,908 ;
Pe = 9,453.0,908 = 8,588(kg/cm2)
•

Khi n = nM = 3240(v/ph)
Wp = = 8,424 (m/s)
Pck = 0,5 + 0,13.8,424 =1,595 (kg/cm2)
ηck = 1- = 0,849
Pe = 10,560. 0,849 = 8,965 (kg/cm2)

•

Khi n =ne =5400(v/ph)
Wp = = 14,04(m/s)
Pck = 0,5 + 0,13.14,04 = 2,325 (kg/cm2)
ηck = 1- = 0,755
Pe = 9,497. 0,755 = 7,170 (kg/cm2)



Suất nhiên liệu tiêu hao chỉ thị

gi = 270000. ;
•

Khi n=nmin =1080(v/ph)

ge = ;

gi = 270000. = 194,649
•

ge = = 214,372
Khi n= nM =3240(v/ph)
gi =270000. = 176,164

ge = = 207,486
•

Khi n =ne =5400(v/ph)
gi =270000. = 174,302
suy ra :

ge = = 230,863

4,Mức tiêu thụ nhiên liệu trong 1h (Gnl)
Gnl = ge. Ne
Trong đó :

Ne =

(kg/h)

Đây là công suất của động cơ

Pe : là áp suất trung bình (kg/cm2)
PeN : là áp suất trung bình thực tế (kg/cm2)
Vh : là Thể tích công tác của 1 xylanh (lít)

i : là Số xylanh
n : là tốc độ vòng quay của động cơ (v/ph)
: là số kỳ của động cơ
Do chưa xác định được Vh của 1 xylanh nên tại các tốc độ quay
nmin ,nM ta phải xách định Ne dựa trên tỷ lệ :


=
Suy ra : Nemin =Nemax.
•

Khi n=nmin =1080(v/ph)
Nemin = 100,6 . = 24,099

•

Khi n =nM =3240(v/ph)
Nemin =100,6. = 75,471

•

Khi n =ne =5400(v/ph)
Nemin = Nemax = 100,6

5, Momen có ích của động cơ
Me =716,2. (kg.m)
Trong đó :
Ne : là công suất thục tế (hay còn gọi là mã lực )
n : là tốc độ quay (v/ph)
•

Khi n =nmin =1080(v/ph)
Suy ra :
Me = 716,2 . = 15,98 (kgm)

•

Khi n=nM =3240 (v/ph)
Suy ra :

•

Me =716,2. = 16,68 (kgm)

Khi n =ne =5400(v/ph)


Suy ra :

Me = 716,2. = 13,34 (kgm)

6, Mức tiêu thụ nhiên liệu trong 1h (Gnl)
Gnl =ge.Ne
•

Khi n=nmin =1080(v/ph)
Gnl = 214,372. 24,099 = 5166,15

•

Khi n=nM =3240(v/ph)
Gnl =207,486. 75,471 =15659,17

•

Khi n = ne =5400(v/ph)
Gnl = 230,863. 100,6 = 23224,82

7, Hiệu suất nhiệt
ηt = 1trong đó :

ηt : là hiệu suất nhiệt của quá trình
k : là trị số đoạn nhiệt quy ước xác định như sau :
k = 0,39. + 0,887 = 0,39. 0,9 + 0,887
= 1,238

Suy ra :

ηt =1- = 0,407

8, Hiệu suất chỉ thị
ηi =


Trong đó:
gi : là Suất hao nhiên liệu chỉ thị tính bằng kg/mlh
hu : là Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (Kcal/kg )
•

Khi n=nmin =1080(v/ph)

Suy ra :

•

Khi n =nM =3240(v/ph)
Suy ra :

•

ηi = = 0,312

ηi = = 0,345

Khi n =ne =5400(v/ph)
Suy ra :
ηi = = 0,348

9, Hiệu suất thục tế (tính đến mức hoàn thiện quá trình phối
khí ,cháy và công cơ học )
ηe =ni – nch =

•

Khi n =nmin =1080(v/ph)
ηe = = 0,283

•

Khi n =nM = 3240(v/ph)
ηe = = 0,293

Khi n =ne =5400(v/ph)

•

ηe = = 0,263

T.số
T.độ

Wp (m/s)

Pck

ηck

Pe(kg/cm2)

nmin

2,808

0,865

0,908

8,588

nM

8,424

1,595

0,849

8,965

ne

14,04

2,325

0,775

7,170

Gnl

ge

Bảng 1:
Bảng 2 :

T.số

T.độ

Ne

Me

nmin

24,099

15,98

5166,15

214,372

nM

75,471

16,68

15659,17

207,486

ne

100,6

13,34

23224,82

230,863

Bảng 3: