Đang tải... (xem toàn văn)
Khi thực hiện đồ án môn học Động cơ đốt trong, các đồng chí học viên ngành xe có dịp được củng cố, mở rộng và nâng cao một bước kiến thức các môn học về động cơ đốt trong. Đồ án còn t
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 pa và nhiệt độ Ta.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 Mr chứa trong thể tích buồng cháy Vc ở cuối quá trình thải cỡng bức và lợng khí nạp mới, nghĩa là:1rrMM=Khi tính toán, giá trị của r đợc xác định theo biểu thức:( )vr00rrTp1Tp=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 pr và nhiệt độ Tr ở cuối quá trình thải cỡng bức.Khi tỷ số nén cao thì khí cháy đợc d n nở nhiều nên Tãr giảm và r tăng. Nhng khi đó lợng khí nạp M1 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 pr nên r cao.Giá trị của r thờng nằm trong các khoảng sau:ở động cơ xăng bốn kỳ: r = 0,05 ữ 0,15ở động cơ diesel bốn kỳ: r = 0,03 ữ 0,07Giá 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 rKiểu động cơ Giá trị của rèầ-4000,08ữ0,09-350,037ữ0,040è-200,079ữ0,085-540,035ữ0,040ầ-510,078ữ0,083ấè-460,032ữ0,045ầẩè0,079ữ0,085 (đến 0,05)ầẩậ-5è,ểéậ-ầẩẹ0,09ữ0,11ấè-500,032ữ0,045(đến 0,05)ầẩẹ-120, ầẩẹ-1210,079ữ0,083ầẩẹ-1100,077ữ0,085-6 và B-20,035ữ0,042è-210,07ữ0,08òầ-204 và- òầ -2060,05ữ0,08(đến 0,10)ầẩậ-129,-130 và 1340,067ữ0,075òầ-204B và òầ-206B0,05ữ0,08(đến 0,10)- Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:Giá trị của Ta đợc xác định theo biểu thức:34 rrr0a1TTTT+++= [0K]Rõ ràng giá trị của Ta phụ thuộc chủ yếu vào độ sấy nóng khí nạp T và nhiệt độ khí sót Tr. 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 Tr tăng nên Ta cũng tăng. Thực tế cho thấy ảnh hởng của T đến Ta cao hơn so với Tr.- áp suất cuối quá trình nạp pa:( )( )[ ]MPaTTp11p0a0vra+= hoặc( )+=arr00vaTTpTp1p [MPa]Nếu chọn trớc áp suất cuối quá trình nạp pa thì thứ tự tính toán nh sau:( )( )rrr a rT T pT p p=+0- Hệ số nạp:( ) ( ) var rp Tp T T T= + +00 01 - Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta: 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 pa = (0,88 ữ0,96) pk [MPa]Trong đó: pk- áp suất của không khí sau máy nén, MPa.Khi kiểm nghiệm động cơ có sẵn, giá trị của pk đ đã ợc biết tr-ớc, khi thiết kế thì phải chọn pk trong các khoảng:tăng áp thấp pk < 1,5 MPa.tăng áp trung bình pk = 1,5ữ2,0.tăng áp cao pk = 2,0 +2,8.- Nhiệt độ của không khí sau máy nén:T Tppkkmm=001Trong đó: m = 1,55ữ1,65- chỉ số đa biến trung bình của không khí trong máy nén.- Hệ số nạp:( ) ( ) à vakkakppppk= + 1 111 11( )Trong đó: : hệ số nạp phụ: hệ số sấy nóng khí nạp: =+T TTkkTỷ số nằm trong khoảng sau = 0,98 ữ1,02Giá trị cao của nằm ở miền có n và pk 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 pk và các góc mở sớm, đóng muộn của các xu páp. Buồng cháy càng đợc quét sạch thì giá trị của càng thấp.à1 = 85ữ0,92: hệ số công nạp.Với động cơ có n cao và pk trung bình, chọn à1 = 0,88.- Nhiệt độ cuối quá trình nạp:36 ( )Tp Tp pTTaa kv k rkr= + 1Khi tăng áp bằng tua bin khí, ta có thể coi áp suất pT và nhiệt độ TT của khí khi vào tua bin bằng áp suất pr và nhiệt độ Tr của khí sót.Cần chú ý chọn các trị số pr, Tr, 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 pk = 0,136 MPa thì pr = pT = 0,127 MPa; Tr = TT = 850 0K; n0 = 1,6; à1 = 0,88; = 0,85; = 1 01,.- Hệ số khí sót rv KkppTTr=1 110c- ở động cơ hai kỳQuá trình tính toán đợc tiến hành theo thứ tự sau:- Nhiệt độ khí nạp sau bơm quét khí:[ ]T TppKkkmmo=001- Nhiệt độ cuối quá trình nạp:TT T Trak rr=+ ++ 1 [0K]- áp suất cuối quá trình nạp:pa = a.pk [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 pk. Bảng 15.áp suất khí quét pk (MPa)Hệ số a37 0,13ữ0,15 0,88ữ0,950,20 0,95ữ0,98trên 0,21 1,05- Hệ số nạp đối với hành trình có ích của pít tông.( ) ( ) vthth a kth k k r rp Tp T T T= + +1 Trong đó:th là tỷ số nén thực tế ứng với hành trình có ích của pít tông.Giá trị của th trên các động cơ òầ-204 và òầ-206 là: th = 15.- Quan hệ giữa tỷ số nén thực th và tỷ số nén hình học ứng với toàn bộ hành trình của pít tông hhth = hh (1-) + Trong đó: là hệ số tổn hao hành trình của pít tông.Giá trị của đối với các động cơ òầ-204 và òầ-206 là: = 0,12- Hệ số nạp đối với toàn bộ hành trình của pít tông:( ) v vth= 12.2. Tính toán quá trình nén.a- Mục đích của việc tính toán quá trình nén là xác định các thông số nh áp suất pc và nhiệt độ Tc ở cuối quá trình nén. Phơng pháp chung để tính toán quá trình nén đối với các loại động cơ t-ơng tự nhau. Nhng ở động cơ hai kỳ phải dùng tỷ số nén thực để tính các thông số.b- Thứ tự tính toán:+ Đối với động cơ bốn kỳ:- áp suất cuối quá trình nén:pc = pa n1 [MPa].38 - Nhiệt độ cuối quá trình nén:Tc = Ta. 1n1 [0K].+ Đối với động cơ hai kỳ:- áp suất cuối quá trình nén:pc = pa thn1[MPa].- Nhiệt độ cuối quá trình nén:Tc = Ta thn1 [0K]Giá trị của pc và Tc đối với các loại động cơ nh sau:Động cơ xăng:pc = 0,6ữ1,2 [MPa]Tc = 600ữ700 [0K]Động cơ diesel buồng cháy không phân chia:pc = 4ữ6 [MPa]Tc = 750ữ900 [0K]Động cơ diesel buồng cháy phân chia:pc = 3ữ4 [MPa]Tc = 850ữ1050 [0K]Giá trị của pc đối với một số kiểu động cơ đợc giới thiệu ở bảng 16. Giá trị của pc đối với một số kiểu động cơ. Bảng 16.Kiểu động cơ Giá trị của pc, [MPa]-353,6ữ3,8 543,9ữ4,0ấè-463,9ữ4,0ấè-503,9ữ4,039 B-2 và -6 không cờng hoá3,5ữ3,7òầ-204 và òầ-2065,2ữ5,4òầ-204B và òầ-206B5,4ữ5,72.3. Tính toán quá trình cháy.a- Mục đích tính toán quá trình cháy là xác định các thông số cuối quá trình cháy nh áp suất pz và nhiệt độ Tz.b- Thứ tự tính toán:Việc tính toán đợc chia làm hai giai đoạn nh sau:+ Tính toán tơng quan nhiệt hoáMục đích việc tính toán tơng quan nhiệt hoá là xác định những đại lợng đặc trng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hoá để làm cơ sở cho việc tính toán nhiệt động. Thứ tự tính toán nh sau:- Lợng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu thể lỏng:Mg g gKmolkgnlC H O010 21 12 4 32= + ,Trong đó:gC, gH và g0: là thành phần nguyên tố tính theo khối lợng của cácbon, hyđrô và ô xy tơng ứng chứa trong 1 kg nhiên liệu. Trị số các thành phần ấy đối với xăng có thể lấy gần đúng theo các giá trị sau:gc = 0,855; gH = 0,145; gO = 0 ; và đối với nhiên liệu diesel:gc = 0,86; gH = 0,13; gO = 0,01.- Lợng không khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ ứng với 1 kg nhiên liệu Mt:40 Mt = Mo Kmolkgnl- Lợng hỗn hợp cháy M1 tơng ứng với lợng không khí thực tế Mt đối với động cơ diesel:M1 = Mt = Mo Kmolkgnlvà đối với động cơ xăng:M1 = Mo nl1à+KmolkgnlTrong đó:ànl: là trọng lợng phân tử của nhiên liệu (hay trọng lợng 1 Kmol hơi nhiên liệu). Đối với xăng ànl = 110 ữ114 KgKmolRõ ràng việc tính toán M1 ở hai loại động cơ có khác nhau. Trong động cơ diesel, quá trình tạo hỗn hợp xảy ra bên trong xy lanh với khoảng thời gian rất ngắn nên thể tích chiếm chỗ của hơi nhiên liệu không đáng kể so với thể tích của không khí. Do đó ta có thể bỏ qua thể tích chiếm chỗ của hơi nhiên liệu. Ngợc lại, trong động cơ xăng hỗn hợp cháy đợc tạo ở bên ngoài xy lanh với thời gian dài, xăng kịp bay hơi gần nh hoàn toàn nên thể tích chiếm chỗ của hơi xăng lớn nên ta phải tính đến thể tích ấy.- Số mol của sản vật cháy M2: Khi 1: 32g4gMMOH02++= Kmolkgnl. Khi < 1: 0HC2M79,02g12gM ++= Kmolkgnl.- Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết o:120MM=- Hệ số thay đổi phân tử thực tế:41 rr01 ++=Giá trị của phụ thuộc chủ yếu vào mà ít phụ thuộc vào thành phần của nhiên liệu. Sự phụ thuộc ấy nh sau: = 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 = 1,111,081,051,041,5+ Tính toán tơng quan nhiệt động.Quá trình cháy đối với từng loại động cơ có đặc điểm riêng nên ta xét việc tính toán tơng quan nhiệt động đối với từng trờng hợp cụ thể sau:* Đối với động cơ dieselThứ tự tính các thông số nh sau:- Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình nén àcvc.Để xác định àcvc ta có thể tra bảng, xác lập quan hệ giải tích giữa nhiệt dung riêng và nhiệt độ đối với các chất khí khác nhau trong hỗn hợp hoặc tính theo công thức gần đúng. Công thức tính toán gần đúng có dạng sau:àcvc = 20,223 + 1,742.10-3 Tc KJKmol dộ.Theo đơn vị cũ: àcvc = 4,83.4,187 + 4,187.0,416.10-3 Tc = = 4,83 + 0,416 .10-3 Tc KcalKmol dộ.- Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại điểm z.Phơng pháp tính toán chung tơng tự nh đối với àcvc. Nếu tính gần đúng, ta dùng công thức sau:àcvz z3T1038,155,1921,0098,20+++= dộKmolKJ- Nhiệt dung mol đẳng áp trung bình tại điểm z:42 [...]... ở động cơ diesel có buồng cháy không phân chia: Tz = 1950 ữ2100 [0K] ở động cơ diesel có buồng cháy phân chia: Tz = 1750 ữ 1950 [oK] - Tỷ số dãn nở sớm : = T Z P TC Giá trị của thờng nằm trong khoảng sau: = 1,2ữ1,7 Trị số của đối với một số kiểu động cơ đợc giới thiệu ở bảng 17 Giá Bảng 17 trị của đối với một số kiểu động Kiểu động cơ Giá trị của -3 5 1,5ữ1,6 -5 4 cơ 1,5ữ1,65 43 ấ -4 6 1,6ữ1,7 B-2... = Trong đó: th pz n2 = [MPa] ; Khi tính đối với động cơ hai kỳ, ta phải lấy tỷ số nén thực - Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở: Tb = Tz n 2 1 [0K] 45 Giá trị của pb và Tb đối với các loại động cơ khác nhau nh sau: Đối với động cơ xăng: pb = 0,35ữ0,5 [MPa] Tb = 1500ữ1700 [0K] Đối với động cơ disel: pb = 0,2ữ0,4 [MPa] Tb = 1000ữ1400 [0K] 2.5 Kiểm tra kết quả tính toán Sau khi kết thúc việc tính toán... cơ Giá trị của -3 5 1,5ữ1,6 -5 4 cơ 1,5ữ1,65 43 ấ -4 6 1,6ữ1,7 B-2 và -6 không cờng hoá 1,2ữ1,35 ò -2 04 và ò -2 06 1,2ữ1,3 ò -2 04B và ò -2 06B 1,3ữ1,35 ò -2 06 1,25ữ1,3 * Đối với động cơ xăng: Có hai trờng hợp tính toán đối với những giá trị khác nhau của Khi > 1 thì giá trị của àcvc và àcvz đợc xác định theo các biểu thức nh ở động cơ diesel và QT = 0 Khi 0,7 1 thì giá trị của àcvz đợc xác định theo... toán sau: * Đối với động cơ xăng: - áp suất cuối quá trình dãn nở: p p b = nz [MPa] 2 - Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở: T Tb = n Z [0K] 2 1 * Đối với động cơ diesel: ở động cơ diesel, quá trình cháy kết thúc trên hành trình dãn nở và qúa trình dãn nở còn lại đợc tính trên một phần của hành trình V b pít tông ứng với tỷ số dãn nở muộn = V Do đó các thông số của z quá trình dãn nở đợc tính với -. .. (1,55 +1,38) 1 0-3 Tz Kmol dộ ở trờng hợp này ta cần tính tổn thất nhiệt do cháy nhiên liệu không hoàn toàn theo biểu thức: KJ QT = 120.103 ( 1-) M0 kgnl - Nhiệt độ cuối quá trình cháy đợc xác định theo phơng trình nhiệt động sau: ( Q T Q T ) Z + à T = à T cvc c cvz Z M 1 (1 + r ) Việc giải phơng trình nhiệt động để xác định giá trị của Tz cũng tơng tự nh ở động cơ diesel - Tỷ số tăng áp... z Tc Giá trị của p nằm trong khoảng sau: P = 3ữ4,5 - áp suất cuối quá trình cháy: pz = P pc [MPa] 44 Giá trị của Tz và pz nằm trong các khoảng sau: Tz = 2400ữ2700 [0K] pz = 3,5ữ5 [MPa] 2.4 Tính toán quá trình dãn nở Mục đích việc tính toán quá trình dãn nở là xác định các giá trị áp suất pb và nhiệt độ Tb ở cuối quá trình dãn nở Phơng pháp tính toán đối với từng loại động cơ có những đặc điểm riêng... đây để kiểm tra kết quả việc chọn và tính các thông số T Tr = b p 3 b pr Riêng đối với động cơ xăng, ta có thể dùng công thức kinh nghiệm của giáo s Pêtrốp để kiểm tra: Khi 1 : Tr = 1450 1092 + + 0,14 n 494 Khi < 1: Tr = 1450 738 + 0,14 n + 1336 Trong đó: n- là số vòng quay ở chế độ tính toán [v/ph] So sánh giữa giá trị đã chọn của Tr và kết quả thu đợc theo các biểu thức kiểm tra vừa nêu... dộ - Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz đợc xác định theo phơng trình nhiệt động của quá trình cháy sau: QT Z + 8,314 p + à cv c TC = à cpz TZ M 1 (1 + T ) ( ) Sau khi thay các giá trị đã biết vào phơng trình trên, ta có dạng phơng trình bậc hai nh sau: Tz2 + BT Z + C = 0 Giải phơng trình trên và bỏ qua nghiệm âm vô nghĩa ta đợc giá trị của Tz Giá trị của Tz đối với các loại động cơ khác nhau nằm trong . động cơ. Bảng 17.Kiểu động cơ Giá trị của -3 51,5ữ1, 6-5 41,5ữ1,6543 ấ -4 61,6ữ1,7B-2 và -6 không cờng hoá1,2ữ1,35ò -2 04 và ò -2 061,2ữ1,3ò -2 04B và ò -2 06B1,3ữ1,35ò -2 06. 0,05)ầẩ -5 è,ểé - ẩẹ0,09ữ0,11ấ -5 00,032ữ0,045(đến 0,05)ầẩ -1 20, ầẩ -1 210,079ữ0,083ầẩ -1 100,077ữ0,08 5-6 và B-20,035ữ0,042 -2 10,07ữ0,08ò -2 04 v - òầ -2 060,05ữ0,08(đến