Hướng dẫn đồ án môn học động cơ đốt trong - P1

Đ2. Tính toán các quá trình của chu trình
công tác.
2.1. Tính toán quá trình trao đổi khí.
Mục đích của việc tính toán quá trình trao đổi khí là xác
định các thông số chủ yếu cuối quá trình nạp chính (ở điểm a)
nh áp suất p
a
và nhiệt độ T
a
.
Quá trình trao đổi khí ở các loại động cơ khác nhau có những
đặc điểm riêng nên ở đây trình bày đối với từng trờng hợp cụ thể.
a- ở động cơ bốn kỳ không tăng áp.
Thứ tự tính toán phụ thuộc vào phơng pháp tính đợc chọn tr-
ớc Nếu
chọn trớc hệ số nạp
v
thì tính theo thứ tự sau:
- Hệ số khí sót
r
.
Hệ số khí sót là tỷ số giữa lợng sản vật cháy M
r
chứa trong
thể tích buồng cháy V
c
ở cuối quá trình thải cỡng bức và lợng khí
nạp mới, nghĩa là:
1
r
r

M
M
=
Khi tính toán, giá trị của
r
đợc xác định theo biểu thức:
( )
vr0
0r
r
Tp1
Tp

=
Giá trị của
r
phụ

thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau nh tỷ số
nén , số vòng quay n, áp suất của khí sót p
r
và nhiệt độ T
r
ở cuối
quá trình thải cỡng bức.
Khi tỷ số nén cao thì khí cháy đợc d n nở nhiều nên Tã
r
giảm
và
r

tăng. Nhng khi đó lợng khí nạp M
1
cũng tăng nên
r
giảm.
33
Số vòng quay n càng cao thì vận tốc của các dòng khí nạp và
thải đều cao nên sức cản trong các đờng ống nạp và thải đều lớn.
Điều đó làm giảm hệ số nạp
v
và tăng p
r
nên
r
cao.
Giá trị của
r
thờng nằm trong các khoảng sau:
ở động cơ xăng bốn kỳ:
r
= 0,05 ữ 0,15
ở động cơ diesel bốn kỳ:
r
= 0,03 ữ 0,07
Giá trị của
r
đối với một số kiểu động cơ đợc giới thiệu ở
bảng 14.
Giá trị của

r
Bảng
14.
Kiểu động cơ Giá trị của
r
Kiểu động cơ Giá trị của

r
èầ-400
0,08ữ0,09
-35
0,037ữ0,040
è-20
0,079ữ0,085
-54
0,035ữ0,040
ầ-51
0,078ữ0,083
ấè-46
0,032ữ0,045
ầẩè
0,079ữ0,085 (đến 0,05)
ầẩậ-5è,ểéậ-
ầẩẹ
0,09ữ0,11
ấè-50
0,032ữ0,045
(đến 0,05)
ầẩẹ-120,
ầẩẹ-121

0,079ữ0,083
ầẩẹ-110
0,077ữ0,085
-6 và B-2
0,035ữ0,042
è-21
0,07ữ0,08
òầ-204 và-
òầ -206
0,05ữ0,08
(đến 0,10)
ầẩậ-129,-130
và 134
0,067ữ0,075
òầ-204B và
òầ-206B
0,05ữ0,08
(đến 0,10)
- Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
a
:
Giá trị của T
a
đợc xác định theo biểu thức:
34
r
rr0
a
1
TTT

T
+
++
=
[
0
K]
Rõ ràng giá trị của T
a
phụ thuộc chủ yếu vào độ sấy nóng khí
nạp T và nhiệt độ khí sót T
r
. Mà T lại phụ thuộc vào phụ tải
vàsố vòng quay của động cơ. Phụ tải càng lớn thì nhiệt độ của các
chi tiết động cơ càng cao nên T cao. Số vòng quay càng cao thì
vận tốc dòng khí nạp càng lớn, thời gian tiếp xúc giữa khí nạp và
các chi tiết nóng càng giảm nên T cũng giảm theo. Khi số vòng
quay tăng, nếu không có bộ tự động điều chỉnh góc phun sớm
nhiên liệu (ở động cơ diesel) hoặc góc đánh lửa sớm (ở động cơ
xăng) thì quá trình cháy rớt kéo dài. Kết quả là T
r
tăng nên T
a
cũng tăng. Thực tế cho thấy ảnh hởng của T đến T
a
cao hơn so
với T
r
.
- áp suất cuối quá trình nạp p

a
:
( )( )
[ ]
MPa
T
Tp11
p
0
a0vr
a

+
=
hoặc
( )







+

=
a
r
r
0

0v
a
T
T
p
T
p1
p
[MPa]
Nếu chọn trớc áp suất cuối quá trình nạp p
a
thì thứ tự tính
toán nh sau:
( )
( )


r
r
r a r
T T p
T p p
=
+

0

- Hệ số nạp:
( ) ( )

v
a
r r
p T
p T T T
=
+ +
0
0 0
1
- Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
a
: đợc tính theo biểu thức nh ở
phơng pháp trên.
b- ở động cơ diesel bốn kỳ tăng áp.
Thứ tự tính toán nh sau:
- áp suất cuối quá trình nạp:
35
p
a
= (0,88 ữ0,96) p
k
[MPa]
Trong đó: p
k
- áp suất của không khí sau máy nén, MPa.
Khi kiểm nghiệm động cơ có sẵn, giá trị của p
k

đ đã ợc biết tr-
ớc, khi thiết kế thì phải chọn p
k
trong các khoảng:
tăng áp thấp p
k
< 1,5 MPa.
tăng áp trung bình p
k
= 1,5ữ2,0.
tăng áp cao p
k
= 2,0 +2,8.
- Nhiệt độ của không khí sau máy nén:
T T
p
p
k
k
m
m
=







0

0
1
Trong đó:
m = 1,55ữ1,65- chỉ số đa biến trung bình của không khí trong
máy nén.
- Hệ số nạp:
( ) ( )


à
v
a
k
k
a
k
p
p
p
p
k=

+






1 1

1
1 1
1
( )
Trong đó: : hệ số nạp phụ
: hệ số sấy nóng khí nạp:
=
+T T
T
k
k

Tỷ số


nằm trong khoảng sau


= 0,98 ữ1,02
Giá trị cao của


nằm ở miền có n và p
k
cao.
k = 1,4 : chỉ số đoạn nhiệt của không khí.
= 0,8ữ0,88: hệ số quét buồng cháy. Giá trị của phụ thuộc
vào giá trị của p
k
và các góc mở sớm, đóng muộn của các xu páp.

Buồng cháy càng đợc quét sạch thì giá trị của càng thấp.
à
1
= 85ữ0,92: hệ số công nạp.Với động cơ có n cao và p
k
trung
bình, chọn à
1
= 0,88.
- Nhiệt độ cuối quá trình nạp:
36
( )
T
p T
p p
T
T
a
a k
v k r
k
r
=
+

1
Khi tăng áp bằng tua bin khí, ta có thể coi áp suất p
T
và
nhiệt độ T

T
của khí khi vào tua bin bằng áp suất p
r
và nhiệt độ T
r
của khí sót.
Cần chú ý chọn các trị số p
r
, T
r
, cho phơng án tăng áp tua bin
khí một cách hợp lý. Sau đây là một thí dụ:
ở động cơ buồng cháy thống nhất với = 14, n = 1500
v/ph và p
k
= 0,136 MPa thì p
r
= p
T
= 0,127 MPa; T
r
= T
T
= 850
0
K; n
0
= 1,6; à
1
= 0,88; = 0,85;

= 1 01,
.
- Hệ số khí sót


r
v K
k
p
p
T
Tr
=

1 1
1
0
c- ở động cơ hai kỳ
Quá trình tính toán đợc tiến hành theo thứ tự sau:
- Nhiệt độ khí nạp sau bơm quét khí:
[ ]
T T
p
p
K
k
k
m

m
o
=







0
0
1
- Nhiệt độ cuối quá trình nạp:
T
T T Tr
a
k r
r
=
+ +
+

1
[
0
K]
- áp suất cuối quá trình nạp:
p
a

= a.p
k
[MPa]
- Hệ số a trong biểu thức trên đợc chọn theo giá trị của áp
suất khí quét (xem bảng 15)
Sự phụ thuộc của a vào p
k
. Bảng
15.
áp suất khí quét p
k
(MPa)
Hệ số a
37