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   :      Lưu văn Hoàng
                                Mã sinh viên               :               151300660
                                Lớp : Cơ khí giao thông công chính 1­K56
                                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

            Toyota Hiace

6

            Dung tích xylanh

               1,998 (lít)

7

            Tỷ số nén

                    09

8

            Số kỳ

                    09


9

            Nemax/ne 

               100,6/5400

10

            Nemax/nm

               16,5/2600

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 (2α­1 ) + 6gh (α ­1 )] = [0,85 (1,8 ­1 ) + 6.0,15( 0,9­1)
          = 2,15 (kg)
   Gco  = [ 2(1­ α)(gc +3gh)] = [2(1­0,9)(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+0,000018T z ) +0,093(0,317  
+ 0,000067Tz) + 0,718( 0,169 + 0,000017Tz ) = 0,185 + 23.10­5 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 : 
                 
Trong đó :
 n : Là tốc độ quay tại chế độ tính toán ( đơn vị vòng/phút )
3

h

V  : Là thể tích công tác của một xylanh ( đơn vị là m  ).
2

0

P  : Là áp suất khí quyển ( đơn vị kg/m  )
tb

f   : Là tiết diện lưu thông cần thiết .Nó đc tính bằng công 
thức
tb

e

2

e

f  = f .(n  /1000)  .đơn vị là [cm /lít]
e

2

+ Với động cơ xăng : f  =2,5 ÷ 3,0 (cm /lít.1000v/phút)
: Là hệ số tổn thất đường ống nạp . ( =0,65 ÷ 0,85 ).
Đối với động cơ xăng ta chọn như sau :
         fe =2,5.10­4.m2/lít.1000v/phút ;   ;  = 0,65
=> Ta có : ftb = fe. = 2,5.10­4.  =1,35.10­3 (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)

  Tr(

  

 To(

      1,06

   1000

    30

    327

n = nM   = 3240  (v/ph)       1,18

   1100

    25

    322

n = ne      = 5400 (v/ph)

   1200

    20

    317

n = nmin = 1080 (v/ph)

      1,29

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 =   =  = 0,0408


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

       r =   =  = 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

        nm

       ne

    0,90,95

    1,00  1,05

  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 :      Gnl = 
Khi n = nmin= 1080 (v/ph)  Gnl =  = 68,18

Khi n =nM = 3240 (v/ph)    Gnl =  = 68,88
Khi n = ne = 5400 (v/ph)     Gnl =  = 61,33
6,Hệ số nạp 
                v =  =   ;                Glt  =   .106 
       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
Số

  Pa

  T’r

  Tr

  

nmin=1080

 0,988

 980,81

 1000

nM = 3240

 0,901

1021,25

ne =   5400

 0,740

  Pr

   Ta

   Gnl

   Gck 

   

0,0408   1,06

 357,30

 68,18

988,69

 0,817

 1100

0,0459   1,18

 358,50

 68,88

998,73

 0,826

1029,72  1200

0,0585   1,29

 363,75

 61,33

889,27

 0,735


                        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 = 357,30.91,247­1 = 614,79   ).



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



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

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

          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

    Thông số 

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

 Động cơ xăng

         0,85

         0,89

ξne   
      0,91

Khi n=nmin =1080(v/ph)

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

Khi n= nM= 3240 (v/ph)


– (0,178 +15,8.10 T T

 = (0,185+ 23.10­6Tz)Tz 

­6

c)

c

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

Khi n =ne= 5400(v/ph)
  = (0,185+ 23.10­6Tz)Tz – (0,178 + 15,8.10­6Tc)Tc
 559,52 = 0,185Tz + 23.10­6T2z – (0,178 +15,8.10­6.832,82).832,82
 559,52 = 0,185Tz + 23.10­6T2z ­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
T.độ

    Pz(kg/cm2)

Tz(kg/cm2)

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

    
Pb(kg/cm2)

    Tb(K)

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 :
    
         Trong đó : 

Pi =.Pt’ ­ Pi  (kg/cm2)
 = 0,92  0,97


Pi : Tính mất nhiệt cho công bơm ở động cơ không tăng áp (công 
nạp và khí thải ) :
                                                      Pi = Pa – 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)