Bi Tp Ln ng c t trong BI TP LN NGUYấN Lí NG C T TRONG Loi ng c Lp trờn xe S/D V h (lớt) Nemax/ne (ml/v/ph) Memax/nm (KG.m/v/ph) i 2.4L 14 Honda Accord EX 99/87 2,354 10,5 190/7000 22/4400 4 4L I. Mục đích, ý nghĩa Muốn thiết kế động cơ mới, hoặc sau đại tu phải tính nhiệt để nghiên cứu chu trình theo yêu cầu đề ra cho động cơ mới (tỷ số nén, công suất cực đại, mômen có ích lớn nhất) qua các thông số: tổn thất nhiệt, chỉ tiêu công suất, về hiệu suất, Qua đồ thị công, đờng đặc tính ngoài và đồ thị cân bằng nhiệt để xác định các kích thớc cơ bản của động cơ đủ đảm bảo chỉ tiêu công suất (và có khi đảm bảo điều kiện sử dụng cho trớc). II. Nhiệm vụ Bài tập lớn ĐCĐT bao gồm: Thuyết minh và 01 bản vẽ Thuyết minh: Khoảng 20 trang, viết tay hoặc đánh máy, gồm 10 chơng với nội dung tính nhiệt cho một loại động cơ cụ thể. Bản vẽ: Dùng giấy ôly A 0 , gồm 3 đồ thị: Đồ thị cân bằng nhiệt Xây dựng đờng đặc tính ngoài Đồ thị công Vẽ tay, có khung tên III. Nội dung tính toán cụ thể (Phần thuyết minh) Phân tích các dữ liệu có trong đề: - Loại động cơ: Xăng hay Diesel - Tỷ số nén của động cơ xăng và động cơ Diesel khác nhau - Chú ý đơn vị trong quá trình tính toán Chơng 1 Chọn các thông số cơ bản - và chọn chế độ tính toán Mai Vn Tiờn 1 Lp THTK C Khớ K47 Bi Tp Ln ng c t trong Từ dữ liệu đề cho đã biết N emax /n e ta tiến hành chọn các thông số cơ bản và chế độ tính toán nh sau: n min là tốc độ tối thiểu mà động cơ làm việc đợc ở chế độ toàn tải nếu thấp hơn một chút động cơ sẽ chết máy. n M : Tốc độ lúc đạt mômen có ích cực đại ở chế độ toàn tải (M emax ). n e : Tốc độ đạt công suất cực đại ở chế độ toàn tải (N emax ). Động cơ xăng không có hạn chế tốc độ: n min = (15ữ 20)% .n e = 20%.7000 = 1400 (vòng /phút). n M = 4400 50% .n e (vòng/ phút ). Chơng 2 Tính nhiên liệu và hỗn hợp các sản phẩm cháy 1. Chọn nhiên liệu và thành phần của nhiên liệu Chọn nhiên liệu cho động cơ xăng Do = 10,5 ta có cách chọn nh sau: Xăng có nhiệt trị thấp h u =10400 (Kcal/kg) Thành phần của xăng g C = 0,855 g H = 0,145 g O = 0 2. Chọn hệ số d không khí Vì tính nhiệt độ ở chế độ toàn tải nên phải chọn công suất: Với động cơ xăng = 0,9 Mai Vn Tiờn 2 Lp THTK C Khớ K47 Bi Tp Ln ng c t trong Lợng nhiệt tổn hao do thiếu ôxy cháy không hết vì <1. Theo lý thuyết =1 thì xăng cháy hoàn toàn nhng thực tế < 1 nên khi cháy bao giờ cũng tổn hao một lợng nhiệt h u h u = 14.740 (1- ) = 14740.(1 0,9) = 1474 (Kcal/Kg) 3. Lợng không khí lý thuyết l 0 cần để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu 957,14 23,0 145,0.8855,0. 3 8 23,0 .8. 3 8 0 = + = + HC gg l (Kg/Kgn.l) 4. Lợng không khí thực tế để đốt 1kg nhiên liệu l H = .l 0 = 0,9.14,450 = 13,461 (Kg/Kgn.l) 5. Thành phần sản phẩm cháy G i 2 CO G = 3 11 [ g C (2 - 1) + 6g H ( - 1) ]= = 3 11 [0,855.0,8 + 0,145.(0,1)] = 2,189 (Kg) G CO = 3 7 [ 2(1 - ) (g C + 3g H )] = = 3 7 .2.(1 0,9)(0,855 + 3.0,145) = 0,602 (Kg). OH 2 G = 9g H = 9.0,145 = 1,305 (Kg). 2 N G = 0,77 .l 0 = 0,77.0,9.14,957 = 10,365 (Kg). Kiểm tra lại: G i = l 0 + 1 = l + 1 1461,131957,14.9,0 ++ 461,14461,14 = 6. Tỷ lệ thành phần sản phẩm cháy g i Mai Vn Tiờn 3 Lp THTK C Khớ K47 Bi Tp Ln ng c t trong Ta có: %g CO2 = (G CO2 /G i ).100%= (G CO2 / Gspc).100% = = (2,189/14,461).100% = 15,137% %g CO = (G CO /G i ).100%= (G CO / Gspc).100% = = (0,062/14,461).100% = 4,163% %g H2O = (G H2O /G i ).100%= (G H2O / Gspc).100% = = (1,305/14,461).100% = 9,024% %g N2 = (G N2 /G i ).100%= (G N2 / Gspc).100% = = (10,365/14,461).100% = 71,675% %675,71%024,9%163,4%137,15 222 +++=+++= NOHCOCOi ggggg %999,99 = . 7. Hằng số của khí nạp trớc lúc cháy Đối với động cơ xăng Tỷ lệ của không khí: ( ) 931,0 1957,14.9,0 957,14.9,0 1 0 0 = + = + = al l g kk Tỷ lệ của xăng trong hỗn hợp: ( ) 609,0 1957,14.9,0 1 1 1 0 = + = + = al g xg Hằng số khí của hơi xăng R xg = 8,5 KGm/kg.độ Hằng số khí của hỗn hợp tơi R hht R hht =g kk .R kk + g xg .R xg = 0,931.29,27 +0,069.8,5 = 27,837. 8. Hằng số khí của sản phẩm cháy R spc R CO2 = 19,3 KGm/kg.độ R CO = 30,3 KGm/kg.độ R H2O = 47,1 KGm/kg.độ R N2 = 30,3 KGm/kg.độ Vậy ta có: Mai Vn Tiờn 4 Lp THTK C Khớ K47 Bi Tp Ln ng c t trong R spc = (g i R i ) = = 15,137%.19,3 + 4,163.30,3 + 9,024%.47,1 + 71,675.30,3 = = 30,151 9. Hệ số biến đổi phân tử = à spc / à hht = R spc /R hht = 30,151/27,834=1,083 10. Nhiệt dung của chất khí * Hỗn hợp tơi Đối với động cơ xăng Ta có nhiệt dung của hỗn hợp tơi C vhht C vhht = g kk .C vkk + g xg .C vxg Mà: Nhiệt dung của không khí: C vkk = 0,165 + 0,000017.T c Kcal/kg.độ Nhiệt dung của hơi xăng: C vxg = 0,35 Kcal/kg.độ ( ) C vhht T C 5 10.583,1178,0 35,0.069,0 c0,000017.T 0,165.931,0 += ++= * Sản phẩm cháy Nhiệt dung sản phẩm cháy C vspc C vspc = g i .C vi C VCO2 = 0,186 + 0,000028.T z Kcal/kg.độ C VCO = 0,171 + 0,000018.T z Kcal/kg.độ C VO2 = 0,150 + 0,000016.T z Kcal/kg.độ C H2O = 0,317 + 0,000067.T z Kcal/kg.độ C VN2 = 0,169 + 0,000017.T z Kcal/kg.độ Động cơ xăng C vspc = g i .C vi = g CO2 .C VCO2 + g CO .C VCO + g H2O .C H2O + g N2 .C N2 ( ) ( ) ++++= ZZ TT 000018,0171,0.04163,0000028,0186,0.15137,0 ( ) ( ) =++++ ZZ TT 000017,0169,0.71675,0000067,0317,0.09024,0 Z T 5 10.322,2185,0 += Mai Vn Tiờn 5 Lp THTK C Khớ K47 Bi Tp Ln ng c t trong Chơng 3 Quá trình nạp 1. Xác định áp suất trung bình của quá trình nạp Pa Tính theo nhiều tốc độ (n min , n M , n e ) ở chế độ toàn tải dùng công thức gần đúng sau đây của Giáo s tiến sĩ Lenin J.M Pa = 5,3 2 22 2' 6 2 0 1 . 1 10.520 1 tb h f V n P Trong đó: Po = 1 (KG/cm 2 ); n - Tốc độ vòng quay tại chế độ tính toán; V h - Thể tích công tác của 1 xi lanh qui ớc, tính bằng m 3 ; V h = 1 lít = 0,001m 3 . Vì cha xác định đợc V h thể tích công tác của 1 xi lanh; f tb = f e .(n e /1000) m 2 /lít - Tiết diện lu thông cần để phát huy N emax ở tốc độ n e (hay N ehd ở n hd ) ứng với thể tích công tác là 1 lít; f e : Tiết diện lu thông riêng ứng với 1 lít thể tích công tác và mỗi 1000vòng/phút; Với động cơ xăng: f e = 2,5ữ3,0 cm 2 /lít.1000v/phút. Chọn f e = 3 cm 2 /lít.1000v/phút = 3.10 -4 cm 2 /lít.1000v/phút. )/(0021,0 1000 7000 .10.3) 1000 .( 24 lm n ff e etb === 5.0 . . = ra ar TP TP = 10,5 : Tỷ số nén của động cơ. = 0,7: Hệ số tổn thất ở đờng ống nạp Pa = 5,3 2 22 2 6 2 15,10 5,05,10 . 7,0 1 . 0021,0 001,0 . 10.520 11 n a. Với n = n min = 1400 (Vòng/phút) Mai Vn Tiờn 6 Lp THTK C Khớ K47 Bi Tp Ln ng c t trong Ta có: )/(99325,0 15,10 5,05,10 . 7,0 1 . 0021,0 001,0 . 10.520 1400 1 2 5,3 2 22 2 6 2 min CmKG Pa n = = = b. Với n = n M = 4400 (Vòng/phút) Ta có: )/(93476,0 15,10 5,05,10 . 7,0 1 . 0021,0 001,0 . 10.520 4400 1 2 5,3 2 22 2 6 2 CmKG Pa nM = = = c. Với n = n e = 7000 (Vòng/phút) Ta có: )/(84086,0 15,10 5,05,10 . 7,0 1 . 0021,0 001,0 . 10.520 7000 1 2 5,3 2 22 2 6 2 CmKG Pa ne = = = 2. Xác định nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta Động cơ 4 kỳ không tăng áp Ta = .1 '' 0 r rr + + 0 K Trong đó: +) T o = t o + t + 273 t o = 15 o C - Nhiệt độ khí quyển ở điều kiện bình thờng theo tiêu chuẩn quốc tế; t - Nhiệt độ do các chi tiết nóng truyền cho hỗn hợp. +) r - Hệ số khí sót, đợc tính theo công thức sau: r = ( ) rra r . ' 0 Pr, Tr - áp suất và nhiệt độ đầu quá trình nạp. = 1,083 : Hệ số biến đổi phần tử; +) - Tỷ lệ nhiệt dung của khí trớc khi cháy và sau khi cháy; Mai Vn Tiờn 7 Lp THTK C Khớ K47 Bi Tp Ln ng c t trong = ( ) ( ) cvhht zvspc C C . . Đối với động cơ xăng: = 1,2 T r = m m r a r 1 . 0 K Với m = 1,38 - Chỉ số dãn nở đa biến. Bảng để chọn Pr, Tr, và t cho động cơ 4 kỳ. Bảng 1 Thông số Thứ nguyên Động cơ Cacbuara tơ n min n M n e Pr KG/cm 2 1,01 1,07 1,15 Tr o K 1000 1100 1200 t o C 30 25 20 a. Với n = n min = 1400 (Vòng/phút): Pr = 1,01 KG/cm 2 Tr = 1000 o K t = 30 o C Pa = 0,99325 (KG/Cm 2 ) = 1,2 = 1,083 Vậy: T o = t o + t + 273 = 15 + 30 + 237 = 318 o K r = ( ) 0315,0 1000.083,1).01,199325,0.5,10( 318.01,1 . ' 0 = = rra r T r = 406,995 01,1 99325,0 .1000. 38,1 138,1 1 = = m m r a r 0 K 673,342 2,1.0315,01 406,995.2,1.0315,0318 .1 '' 0 = + + = + + = r rr a T 0 K Mai Vn Tiờn 8 Lp THTK C Khớ K47 Bài Tập Lớn Động cơ đốt trong b. Víi n = n M = 4400 (Vßng/phót): Pr = 1,07 KG/cm 2 Tr = 1100 o K ∆t = 25 o C Pa = 0,93476 (KG/Cm 2 ) ψ = 1,2 β = 1,083 VËy: T o ’ = t o + ∆t + 273 = 15 + 25 + 237 = 313 o K γ r = ( ) 0321,0 1100.083,1).07,193476,0.5,10( 313.07,1 . ' 0 = − = ΤΡ−Ρ ΤΡ rra r βε T r ’= 82,1059 07,1 93476,0 .1100. 38,1 138,1 1 =       =         Ρ Ρ Τ − − m m r a r 0 K 7,340 2,1.0321,01 82,1059.2,1.0321,0313 .1 '' 0 = + + = + Τ+Τ =⇒ ψγ ψγ r rr a T 0 K c. Víi n = n e = 7000 (Vßng/phót): Pr = 1,15 KG/cm 2 Tr = 1200 o K ∆t = 20 o C Pa = 0,84086 (KG/Cm 2 ) ψ = 1,2 β = 1,083 VËy: T o ’ = t o + ∆t + 273 = 15 + 20 + 237 = 308 o K. γ r = ( ) 0355,0 1200.083,1).15,184086,0.5,10( 308.15,1 . ' 0 = − = ΤΡ−Ρ ΤΡ rra r βε Mai Văn Tiên 9 Lớp TĐHTK Cơ Khí K47 Bi Tp Ln ng c t trong T r = 88,1100 15,1 84086,0 .1200. 38,1 138,1 1 = = m m r a r 0 K 4,340 2,1.0355,01 88,1100.2,1.0355,0308 .1 '' 0 = + + = + + = r rr a T 0 K 3. Khối lợng nạp đợc trong 1 chu kỳ cho Vh = 1 lít G nl ở động cơ có 5000 vòng/ phút sẽ có 2500 chu kỳ n loại động cơ 4 kỳ. ở đây tính cho Vh = 1 lít vì ta cha xác định Vh của 1 xi lanh. G ckl = G 180 . d mg/ck lít. G 180 : Khối lợng hỗn hợp tơi (hay không khí) nạp cơ bản: ( ) ( ) 10 , 180 10. 1 5,0 = aa ha R V G mg/ckl Pa - áp suất trung bình cuối kỳ nạp KG/cm 2 ; V h = 0,001m 3 ; Ta - Nhiệt độ trung bình cuối kỳ nạp ( o K); Ra = Rhht = 27,8337 (KGm/kg.độ); d - Hệ số điền đầy xi lanh do tính góc đóng muộn 2 của xupap nạp, chọn nh sau: Bảng 2 Loại động cơ n min n M n e Động cơ các bua ra tơ (xăng) 0,9 1 1,2 a. Với n = n min = 1400 (Vòng/phút): d = 0,9 Pa = 0,99325 (KG/Cm 2 ) T a = 342,673 0 K V h = 1 lít = 0,001 (m 3 ) R a = 27,8337 KGm/Kgđộ G 180 : Khối lợng hỗn hợp tơi (hay không khí) nạp cơ bản: ( ) ( ) )/(19,1096 10. )15,10.(673,342.8337,27 )5,05,10.(001,0.99325,0 10. 1 5,0 1010 , 180 cklmg R V G aa ha = = = = Mai Vn Tiờn 10 Lp THTK C Khớ K47 [...]... Ln trong ng c t Gnlckl - Mức nhiên liệu trong một chu kỳ sống với Vh = 1 lít; Gckl - Khối lợng nạp đợc trong một chu kỳ cho Vh = 1 lít; - Hệ số d không khí; l0 - Lợng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu; - Hệ số sử dụng nhiệt có tính mất nhiệt vì phân ly các phần tử khí, chọn theo tốc độ Bảng 5 Loại động cơ Động cơ xăng nmin 0,85 nM 0,89 ne, hd 0,91 Ta đã biết đợc Tc tính trong. .. Pi = à.Pt - Pi = 0,95.11,48 + 0,30914 = 11,22 KG/cm2 * Tính hiệu suất cơ học của động cơ ch ch ch = 1- i Pch - áp suất tổn hao vì nhiệt mất cho công cơ học (khắc phục ma sát và chuyển động các cơ cấu phụ); Pi - áp suất chỉ thị trung bình ứng với đồ thị công của chu trình Động cơ không tăng áp hoặc tăng áp bằng tuốc bin khí Động cơ xăng Pch = 0,5 + 0,13.Vp (KG/cm2 ) Vp - Vận tốc trung bình của pittông... thớc cơ bản của động cơ Việc xác định các kích thớc cơ bản của động cơ xuất phát từ các thông số: Nemax - Công suất lớn nhất tại số vòng quay ne; Nehd - Công suất lớn nhất tại số vòng quay nhd; PeN - áp suất trung bình thực tế tại số vòng quay đạt Nemax, Nehd Từ công thức: Vh = Mai Vn Tiờn Nemax = e Vh i.n 450. 190.450.4 Nemax 450 = = 1,582(lít) 7,72.4.7000 Pe i.n 26 Lp THTK C Khớ K47 Bi Tp Ln trong. .. nhiệt của động cơ Trong phần cân bằng nhiệt này sẽ tính xem toàn bộ lợng nhiệt do hỗn hợp cháy phát ra Q1 (ở chu trình lý thuyết là lợng nhiệt cấp vào) phân bố nh thế nào cho phần nhiệt sinh công có ích thực sự (Ne) tức là Qe Phần nhiệt Qlm + x theo nớc làm mát và khí xả ra ngoài (ở chu trình lý thuyết đây là Q 2 đa ra nguồn lạnh, mất theo định luật 2 của nhiệt động học) Phần Qch mất cho công cơ học Phần... suất của động cơ Me = 716,2 * Hiệu suất nhiệt t (ứng với chu trình lý thuyết) Động cơ xăng t = 1- 1 k 1 k - Trị số đoạn nhiệt, xác định tuỳ thuộc , do = 0,9: 1 nên k = 0,39. + 0,887 = 1,238 t = 1 1 k 1 = 1 1 = 0,429 10,50, 238 * Hiệu suất chỉ thị (ứng với đồ thị công) i (mới tính đến mức hoàn thiện quá trình phối khí và cháy) 632 i = g h i u Mai Vn Tiờn 24 Lp THTK C Khớ K47 Bi Tp Ln trong a... thị trung bình ứng với đồ thị của chu trình Pi Đối với động cơ 4 kỳ Pi = à.Pt - Pi KG/cm2 à = 0,92ữ0,97 - Tổn hao nhiệt do vẽ tròn đồ thị; Pi = Pa - Pr Pi - Tính mất nhiệt cho công bơm ở động cơ không tăng áp (công nạp và thải khí) a ntt = nmin = 1400 (Vòng/phút): Pi = Pa Pr = 0,99325 1,01 = -0,01675 Mai Vn Tiờn 20 Lp THTK C Khớ K47 Bi Tp Ln trong ng c t Pi = à.Pt - Pi = 0,95.10,69 + 0,01675 = 10,1723... = 7000 (Vòng/phút): Tb = z n2 1 = 2777,25 = 1617,12 O K 1, 231 10,5 Chơng 7 Mai Vn Tiờn 19 Lp THTK C Khớ K47 Bi Tp Ln trong ng c t Các thông số cơ bản của chu trình 1 Tính áp suất trung bình thực tế Pe * Tính áp suất trung bình lý thuyết ở điều kiện nén và dãn nở đa biến Pt Động cơ xăng Pt ' = a 1 z b c a ( 1) n2 1 n1 1 KG/cm2 ntt = nmin = 1400 (Vòng/phút): 1 83,93 10,5.3,51... tế ge ge = gi gam/ml.h (gam/ mã lực, giờ) ch Trong đó: ch - Hiệu suất cơ học; gi - Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị Động cơ xăng: gi = 270000 a 0 v kg/m.l.h i Rhht 0 ( l 0 + 1) ntt = nmin = 1400 (Vòng/phút): g i = 270000 0 v i Rhht 0 ( l0 + 1) 1.0,851.10 3 = 270000 = 194,83(kg/m.l.h) 10,1723.27,837.288.14,461 Mai Vn Tiờn 22 Lp THTK C Khớ K47 Bi Tp Ln trong ng c t ge = b g i 194,83 = = 218,42 gam/ml.h... 190 (ml) 4 Mức tiêu thụ nhiên liệu trong 1 giờ Gnl Gnl = geNe Kg/h a ntt = nmin = 1400 (Vòng/phút): c Mai Vn Tiờn 23 Lp THTK C Khớ K47 Bi Tp Ln trong ng c t Gnl = geNe = 218,42.44,65 = 9752,453 Kg/h b ntt = nM = 4400 (Vòng/phút): Gnl = geNe = 197,4.146,58= 28934,89 Kg/h c Với ntt = ne = 7000 (Vòng/phút): Gnl = geNe = 216,02.190= 41043,8 Kg/h 5 Mô men có ích của động cơ Me Me = 716,2 a Ne KGm n Ne - Công... 1,15 273 / = = 9,5 0 9,5 308 = 0,716 5 Tính mức tiêu hao nhiên liệu trong một chu kỳ G nlckl ứng với Vh = 1 lít (cần để tính Tz ) Động cơ xăng Gnlckl = Gckl l0 + 1 a Với n = nmin = 1400 (Vòng/phút): Gckl = 986,571 (mg/ck lít) l0 + 1 = 14,461 Gnlckl = Mai Vn Tiờn Gckl 986,571 = = 68,223 l0 + 1 14,461 12 Lp THTK C Khớ K47 Bi Tp Ln trong ng c t b Với n = nM= 4400 (Vòng/phút): Gckl = 1037,61 (mg/ck lít) . các dữ liệu có trong đề: - Loại động cơ: Xăng hay Diesel - Tỷ số nén của động cơ xăng và động cơ Diesel khác nhau - Chú ý đơn vị trong quá trình tính toán Chơng 1 Chọn các thông số cơ bản - và. 223,68 461,14 571,986 1. 0 == + l G ckl α Mai Văn Tiên 12 Lớp TĐHTK Cơ Khí K47 Bài Tập Lớn Động cơ đốt trong b. Víi n = n M = 4400 (Vßng/phót): G ckl = 1037,61 (mg/ck lÝt). 1. 0 +l α = 14,461 G nlckl = 752,71 461,14 61,1037 1. 0 == + l G ckl α c n min = 1400 (Vòng/phút): Pa = 0,99325 (KG/Cm 2 ) Mai Vn Tiờn 11 Lp THTK C Khớ K47 Bài Tập Lớn Động cơ đốt trong Pr = 1,01 KG/cm 2 T o ’ = t o + ∆t + 273 = 15 + 30 + 237 = 318 o K 851,0 318 273 . 5,9 01,199325,0.5,10288 . 5,9 .5,10 / 0 = = − = Τ Ρ−Ρ =⇒ ra v η b.