Tài liệu Bài tập lớn nguyên lý động cơ đốt trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN ĐỘNG CƠ ĐÔỐT 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 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. Xăng C 85 (%) 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. 1 8 1 8 L0 = 0.23 ( 3 gc + 8gh ) = 0.23 ( 3 .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 . 11 11 Gco2 = 3 [gc (2α-1 ) + 6gh (α -1 )] = 3 [0,85 (1,8 -1 ) + 6.0,15( 0,91) = 2,15 (kg) 7 7 Gco = 3 [ 2(1- α)(gc +3gh)] = 3 [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 : ∑ G=¿ ¿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 2,15 1,35 gi = Gspc . Ta có : gco2 = 14,5 = 0,148 , gh2O = 14,5 = 0,093 0,6 10,4 gco = 14,5 =0,041 , gN2 = 14,5 =0,78 ∑ g i = 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 α Lo 13,5 Ta có : gkk = 2 Lo+1 = 14,5 ; 1 Rkk =29,27 kGm/kg.độ ; 13,7 1 gxăng = 2 Lo+1 = 14,5 ; Rxăng =8,5 kGm/kg.độ 1  Rhht = 14,5 .29,27+ 14,5 .8,5=27,838 kGm/kg.độ 8, Hằng số khí của sản phẩm cháy Rspc : Rspc =∑ (gi, Ri) ; 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 Rspc 30,2 β = Rhht = 27,8 =1,084 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) ; 13,5 1 Cvhht = 14,5 ¿c) + 14,5 .0,35 0,35 = 0,93.(0,165 + 0,000017Tc ) + 14,5 = 0,178 + 0,000017Tc b, Sau lúc cháy : Cvspc =∑ ( gi ,Cv ) 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 = ∑ (gi, Cv) =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 : [ ( Pa =P0 1− 2 V 'h2 )( ) ( )] n 1 ε −δ . 2 . 2 6 520 . 10 f tb ξ ε−1 2 3,5 Trong đó : n : Là tốốc độ quay tại chếố độ tnh toán ( đ ơn v ị vòng/phút ) Vh : Là thể tch cống tác của một xylanh ( đ ơn v ị là m3 ). P0 : Là áp suấốt khí quyển ( đơn vị kg/m2 ) fb : Là tếốt diện lưu thống cấần thiếốt .Nó đc tnh bằầng cống th ức fb = fe.(ne /1000) .đơn vị là [cm2/lít] + Với động cơ xằng : fe =2,5 ÷ 3,0 (cm2/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 =2,5.10-4.m2/lít.1000v/phút ; δ =0,5 ;  = 0,65 => Ta có : ftb = fe. ne 5400 = 2,5.10-4. 1000 =1,35.10-3 (m3/lít ). 1000  Với n=nmin =1080 (v/ph ) : 10802 Pa= 1. 1− 520.106 [ ( )( 0,0012 1 9−0,5 2 −3 2 ( 1,35.10 ) 0,65 9−1 ) ( 2 3,5 )] =¿0,988(kg/cm2)  Với n=nM=3240 (v/ph) : [ ( 2 3240 Pa=1. 1− 6 520.10 )( 2 0.001 1 9−0,5 −3 2 1,35.10 0,65 9−1 ) ( 2 )] 3,5 =0,901 ¿kg/cm2)  Với n=ne = 5400 (v/ph) : 2 [ ( 1080 Pa =1. 1− 6 520.10 )( 2 0,001 1 9−0,5 −3 2 1,35.10 0,65 9−1 ) ( 2 )] 3,5 =¿ 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 γr = Pr T ΄ 0 ( εP a−Pr ) . β .T r Trong đó :  T’o = To + ∆ t = to + ∆ t + 273 M R spc spc  β : là hệ số biến nhiệt ( β = M = R =1,084 ) hht hht  Pr và Tr : là áp suất ,nhiệt độ đầu cuối quá trình nạp nêu trong bảng sau : Pr (kg/cm2) Tr(° K ¿ ∆ t (° K) T΄o(° K ¿ 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 = 0,55 n 2 10000 +1 (kg/cm ). Giá trị của Tr và ∆ t 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) : γr = Pr T ΄ 0 ( εP a−Pr ) . β .T r = 1,06.327 ( 9.0,988−1,06 ) .1,084 .1000 = 0,0408  Với n = nM = 3240 (v/ph) : γr = Pr T ΄ 0 ( εP a−Pr ) . β .T r = 1,18.322 ( 9.0,901−1,18 ) .1,084 .1100 = 0,0459  Với n = ne = 5400 (v/ph) : γr Pr T ΄ 0 ( εP a−Pr ) . β .T r = 1,29.317 ( 9.0,740−1,29 ) .1,084 .1200 = = 0,0585 3, Nhiệt độ cuối kỳ nạp Đối với động cơ 4 kỳ không tăng áp ' ' T +γ ᴪ T Ta = 01+ γr ᴪ 0 r Trong đó : T '0 =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 Pa T = Tr. Pr ' r ( ) m−1 m (° 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. 0,988 1,06 ( Suy ra : Ta = ) 1,38−1 1,38 ¿ ¿ = 980,81 ° K 327+1,2.0,0405 .980,81 = 357,30 ° K 1+ 0,0405.1,2  Khi n =nM =3240 (v/ph) : 0,901 T’r = 1100. 1,18 ( Suy ra : Ta = ) 1,38−1 1,38 = 1021,25 ° K 322+ 1,2.0,0459.1021,25 1+ 0,0459.1,2 = 358,50°K  Khi n = ne =5400(v/ph) : 0,740 T’r = 1200. 1,29 ( Suy ra : Ta = ) 1,38−1 1,38 =1029,72° K 317+1,2.0,0585 .1029,72 = 363,75° K. 1+ 0,0585.1,2 4, Khối lượng hỗn hợp (Xăng + không khí) nạp vào xylanh động cơ trong một chu trình Gck =G180. γ 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 P a . V 'h .(ε −0,15) G180= .106 (mg/ckl) R a . T a . (ε−1) 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 0,9÷ 0,95 nm 1,00 ÷ 1,05 ne 1,1 ÷ 1,2  n= nmin =1080 (v/ph)→ 0,988.104 .0,001.( 9−0,15) Gck= .106.0,9 =988,69 27,838.357,40 .(9−1)  n= nM = 3240 (v/ph)→ Gck = 0,901.104 .0,001.( 9−0,15) .106.1 = 998,73 27,838.358,50 .(9−1)  n =ne =5400 (v/ph) → 4 0,740.10 .0,001.( 9−0,15) Gck = .106.1,1 = 889,27 27,838.363,75 .(9−1) 5, Mức tiêu hao năng lượng trong một chu trình Công thức tính : G ck Gnl = ∝. l + 1 0 988,69  Khi n = nmin= 1080 (v/ph) → Gnl = 14,5 = 68,18 998,73  Khi n =nM = 3240 (v/ph) → Gnl = 14,5 = 68,88 889,27  Khi n = ne = 5400 (v/ph) → Gnl = 14,5 = 61,33 6,Hệ số nạp ηv = Gtt G¿ = Gck G¿ ; Glt = ' P0 .V h .106 R hht .T 0 10000.0,001 Trong đó : Glt = 27,838.(273+24) .106 = 1209,499 V’h =0,001 (m3), P0 = 10000 (kg/cm2 )  Khi n =nmin =1080 (v/ph) ηv = 988,69 1209,499 = 0,817  Khi n = nM =3240 (v/ph) : ηv = 998,73 1209,499 =0,826  Khi n= ne =5400 (v/ph) : ηv = 889,27 =¿ 1209,499 0,735 Bảng tổng kết chương 3 (Số liệu đã tính toán được ở trên ). Thông Pa T’r Tr γr Pr Ta Gnl Gck ηv 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 .ε n (kg/cm2 ) 1 Trong đó : n1 – là chỉ số nén đa biến được tính theo công thức sau : ηc n1= 1,38- 0,03. η tt Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc : Tc =Ta.ε n −1 ¿ ). 1 4800  Khi ntt = nmin =1080(v/ph) → n1 =1,38- 0,03. 1080 =1,247 suy ra : Pc = 0,988.91,247 = 15,300(kg/cm2) và Tc = 357,30.91,247-1 = 614,79 ¿ ). 4800  Khi ntt =nM =3240 (v/ph) → n1 =1,38-0,03. 3240 =1,336 suy ra : Pc = 0,901.91,336 = 16,97(kg/cm2) và Tc = 358,50.91,336-1 = 750,09 ¿ ). 4800  Khi ntt = ne =5400(v/ph) → n1 =1,38-0,03. 5400 =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 sôố 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 α <1 → ξ . ( hu −∆u ) . Gnlckl =Cvsfc.Tz -Cvhht.Tc Gckl . (1+ γ r) Trong đó : Gnlckl : là mức nhiên liệu trong một chu trình sống với V’h =1 lít α : 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) → 0,85. ( 10400−1474 ) .68,18 = (0,185+ 23.10-6Tz)Tz – (0,178 + 15,8.10-6Tc)Tc 988,69.(1+ 0,0408) → 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 ° K  Khi n= nM= 3240 (v/ph) → 0,89. ( 10400−1474 ) .68,88 = (0,185+ 23.10-6Tz)Tz 998,73.(1+0,0459) – (0,178 +15,8.10 T T -6 c) c →532,84 = 0,185Tz + 23.10-6Tz – 142,40 → Tz=2726,05 ° K  Khi n =ne= 5400(v/ph) → 0,91. ( 10400−1474 ) .61,33 889,27 (1+ 0,0585) = (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 ° K Tz Xác định áp suất của quá trình : Pz = β .Pc. T c  Khi n =nmin =1080 (v/ph) → Pz = 1,084.15,30. 2539,35 = 68,50 (kg/cm2) 614,79  Khi n =nM =3240(v/ph) → Pz = 1,084.16,97.2726,05 = 66,85 (kg/cm2) 750,09  Khi n =ne = 5400(v/ph) → Pz = 1,084.15,25.2864,70 = 56,86 (kg/cm2) 832,82 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 : ne n2 =1,2 + 0,03. n tt 5400  Khi ntt =nmin =1080(v/ph) → n2 = 1,2 + 0,03. 1080 =1,35 5400  Khi ntt = nM =3240(v/ph) → n2 =1,2 + 0,03. 3240 = 1,25 5400  Khi ntt =ne =5400(v/ph) → n2 =1,2 + 0,03. 5400 = 1,23 2,Áp suất cuối quá trình giãn nở (Pb) Đối với động cơ xăng : Pb = Pz εn 2  Khi ntt = nmin =1080(v/ph) → Pb = 68,5 1,35 =3,53 9