CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN NHIỆT 1. Chọn các thông số tính toán nhiệt 1. Áp suất không khí nạp ( ) -Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển: 1. Nhiệt độ không khí nạp mới ( ) - Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môi trường, nơi xe được sử dụng.
Điều này hết sức khó khăn đối với xe thiết kế để sử dụng ở những vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ trong ngày lớn. - Miền Nam nước ta thuộc khi vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là cho khu vực miền Nam, do đó: 1. Áp suất khí nạp trước xupap nạp ( ) -Động cơ tăng áp và động cơ hai kỳ: pk là áp suất khí nạp đã được nén sơ cấp trước trong máy nén tăng áp hoặc trong bơm quét khí. -Động cơ Diesel bốn kỳ tăng áp: chọn 1.
Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp ( ) -Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp nếu có két làm mát trung gian Tk được xác định bằng công thức: Trong đó: 2 -m :chỉ số nén đa biến trung bình của khí nén, phụ thuộc vào loại máy nén (m = 1,5÷1,65) , thông thường hiện nay chọn 1,5. - ΔTm :chênh lệch nhiệt độ của không khí trước và sau két làm mát. Áp suất cuối quá trình nạp ( ) -Áp suất cuối quá trình nạp ( ) thường được xác định bằng công thức thực nghiệm.Đối với động cơ Diesel 4 kỳ tăng áp : 1. Áp suất khí sót ( ) -Đối với động cơ Diesel ta có thể chọn: Chọn 1.
Nhiệt độ khí sót ( ) - Nhiệt độ khí sót phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Nếu quá trình giãn nở càng triệt để, nhiệt độ Tr càng thấp. Đối với động cơ Disel thì Chọn: 1. Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới Khi tiến hành tính toán nhiệt của động cơ người ta thường chọn trị số căn cứ vào số liệu thực nghiệm: Đông cơ diesel: Chọn 3 1.
Hệ số nạp thêm ( ) Hệ số nạp thêm biểu thị sự tương quan năng lượng tăng đối của hỗn hợp khí công tác sau khi nộp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ ở thể tích Hệ số nạp thêm trong giới hạn Chọn 1. Hệ số quét buồng cháy ( ) Đối với động cơ tăng áp chọn 1. Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (𝝀𝒕) Thông thường khi tính cho: -Động cơ xăng có α=0,85÷0,92; chọn λt=1,15 -Động cơ Diesel có ; chọn -Động cơ Diesel có ; chọn => Với ; chọn 1. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z ( ) -Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ( ) phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ, thể hiện lượng nhiệt phát ra đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu.
Với động cơ Diesel ta thường chọn , chọn 1. Hệ số lợi dụng tại điểm b ( ) Hệ số lợi dụng tại điểm b ( ) phụ thuộc vào nhiều yếu tố : tốc độ , động cơ , tỷ số nén. Đối với động cơ Diesel ta có thể chọn : 4 Ta chọn: 1. Chọn hệ số dư lưu lượng không khí ( ) Hệ số ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy.
Ta chọn hệ số dư lưu lượng không khí cho động cơ diesel tăng áp nằm trong khoảng Ta chọn: 5 1. Hệ số điền đầy đồ thị công (𝝋𝒅) Hệ số điền đầy đồ thị công φd đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực tế so với đồ thị công tính toán. Với động cơ Diesel, chọn 𝝋𝒅 = 𝟎, 𝟗 1. Tỷ số tăng áp (𝝀) -Tỷ số tăng áp 𝜆 là tỷ số giữa áp suất của hỗn hợp khí trong xi lanh ở cuối quá trình cháy & quá trình nén: 𝜆 = 𝑃𝑧 × 𝑃𝑐.
-Đối với động cơ Diesel 𝜆 = (1,35 ÷ 2,4) Ta chọn: 𝜆= 1,75 1. Tính toán nhiệt 1. Quá trình nạp + Hệ số nạp (𝜼𝒗): 1 Tk Pa Pa ηv = 1 Pr m. ( 1 1,5 ) ] 16−1 366,0912 +25 0,22 0,198 = 0,9043 Trong đó: m là chỉ số đa biến trung bình của không khí, chọn 𝑚 = 1.5 + Hệ số khí sót (𝜸𝒓 ): 𝛾r= (𝗌−1),𝜂𝑣.
𝜆2 𝑃𝑟 𝑇𝑘 0,3 0,106 366,0912 700 = 0,005573 𝑘 𝑟 + Nhiệt độ cuối quá trình nạp (𝐓𝐚): 7 m−1 T + ∆T + λ γ T pa m k t r r ( ) T𝑎 = pr 1 + γr 0,5 0,198 1,5 (366,0912+25)+1,11. Quá trình nén 0,00419. 𝑇 𝑘𝐽 + Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới: ̅𝑚̅̅𝑐̅ = 19,806 + = 19,806 + 2,095. 𝑇 𝑘𝑚𝑜𝑙°𝐾 [ ] 𝑣 2 + Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy: -Khi ∝ > 1 𝑡í𝑛ℎ 𝑐ℎ𝑜 độ𝑛𝑔 𝑐ơ 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 𝑡ℎ𝑒𝑜 𝑐ô𝑛𝑔 𝑡ℎứ𝑐 𝑠𝑎𝑢: Ta có: ̅𝑚̅̅𝑐̅’’ = (19,867 + 1,634 ∗ 10−5 ∗ 𝑇 1 184,36 + (427,38 + 𝑣 ∝ 𝑐 184,36∝ ) ) ∗ 10−5 ∗ 𝑇 1,634 12 =(19,867 + + (427,38 + ) ) 1,75 2 1,75 � � + Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén: m̅̅̅c̅v̅ + γr.10−3 v v + Xác định chỉ số nén đa biến trung bình (𝒏𝟏): 8,314 a′ + bv.
Quá trình cháy + Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo: 1 0 M = .nl] H O 21 C 12 Trong đó: C, H, O là thành phần của carbon, hydro, oxy tính theo khối lượng. Đối với nhiên liệu của động cơ Diesel ta có: C = 0,870; H = 0,126; O = 0,004 nên thay vào công thức tính 𝑀𝑜 ta được: 𝑀0 = 0,4357 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑘 + Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M𝟏: 𝑀1 = 𝛼 ∗ 𝑀0 = 0,7625(𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑘/𝑘𝑔, 𝑛𝑙) + Lượng sản vật cháy 𝐌𝟐: Do 𝛼 = 1,75 > 1 nên tính M2 theo công thức sau: 𝑂 𝐻 + 1,75 ∗ 0,4357 𝑀2 = + 𝛼 ∗ 𝑀0 = 0,004 0,126 + + 4 = 0,7941 (𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑉𝐶/𝑘𝑔, 𝑛𝑙) 32 4 32 + Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết β0: 10 𝑀2 𝛽0 = = 1,0415 (𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑉𝐶/𝑘𝑔, 0,7941 𝑀1 𝑛𝑙) 0,7624 = + Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β: β=1+ β0−1 =1+ 1,0415−1 = 1,0413 1+γ r 1+0,005573 + Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm (𝜷𝒛): 𝛽0 − 1 𝜉 𝛽𝑧 = 1 + ∗ 1,0415 − 1 0,8 1 + 𝛾� 𝑍 �∗� = 1 + = 1,0367 1 + 0,005573 0,9 𝑏 Trong đó: 𝑥𝑧 là phần nhiên liệu đã cháy tại điểm 𝑧, nếu giả thiết rằng số � nhiên liệu đã cháy tỉ lệ với hệ số lợi dụng nhiệt thì ta có: 𝜉 0,8 𝑧 𝑥𝑧 = = 𝑏 0,9 � � + Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn (∆𝑸𝑯): Đối với động cơ Diesel vì 𝛼 >1 : ∆𝑄𝐻 = 0 + Tỷ nhiệt mol đẳng tính trung bình của môi chất tại điểm Z: M (x γr + ) m̅̅̅c̅′ + M (1 − x )̅m̅c̅ 2 z ̅mv̅c̅′̅′ = β0 v 1 z v z γr M2 (xz + ) + M1(1 − xz) β0 )∗(19,8115 + 0,5∗4,1963∗10−3∗T𝔀)+0,7625∗(1− )∗(19,806+ ∗T𝔀) 0,8 0,005573 0,8 0,00419 0,7941∗( + 0,9 1,0415 0,8 0,9 2 = 0,7941∗( 0,005573 0,8 0, ) 9 + )+0,7625∗(1− 0,9 1,0415 = 19,8109+0,5.Tz + Nhiệt độ cuối quá trình cháy (𝐓𝐳): 11 𝜉𝑍 ∗ 𝑄𝐻 + (̅𝑚̅̅̅𝑐′̅ ̅ + 8,314𝜆)𝑇𝑐 = 𝛽 ∗ (̅𝑚̅̅̅𝑐̅"̅ + 8,314) ∗ 𝑇 𝑀1(1 + 𝑣𝑐 𝑧 𝑣𝑧 𝑍 𝛾𝑟) 12 0,8∗42530 + (19,8115 + 0,5.10-3T 2z Tz= 2434,5689 [K] QH = 42530 [KJ/kg.nl] + Áp suất cuối quá trình cháy (𝐩𝐳): 𝑃𝑍 = 1,75 ∗ 8,6672 = 𝜆𝑃𝑐 =15,1676[MN/m2] 1. Quá trình giãn nở β Tz 2434,5689 + Tỷ số giãn nở đầu: ρ = z. = 1,3372 λ T𝔀 1,75 1078,5543 𝝴 16 + Tỷ số giãn nở sau: δ = = 𝞀 = 11,9653 1,3372 + Xác định tỷ số giãn nở đa biến trung bình n2 n2 − 1 = 8,314 (ξ − ξ ).
(2434,5689 − ) −1 Ta có, nhiệt độ cuối quá trình giãn nở: T Tz 2434,5689 b = δ(𝚗2−1) = 11,9653𝚗2−1 => n2 = 1,2579 + Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở (𝐓𝐛): Tz 2434,5689 T = = = 1283,5878 [K] b δ(𝚗2−1) 11,96531,2579−1 + Áp suất cuối quá trình giãn nở (pb): 13 pb = pnz 15,1676 δ2= 1,2579 = 0,6683 [MN/m2] 11,9653 + Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr: Tr = Tb. ( pb 0,6683 + Sai số khí sót: ΔT |694,8169 − 700| = = 0,7 % < 5% r 700 ⟹ Thỏa mãn Tr 1. Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình + Tỷ số tăng áp (𝝀𝒑): pz pc 15,1676 λp = = = 1,75 8,6672 + Áp suất chỉ thị trung bình tính toán (𝐩′): � [λ (ρ − 1) + 𝞀λβ (1 − p𝔀 1 p′= �1 1 )− .3800 = 12,16 [m/s] p 30 30 Đối với động cơ đốt trong có buồng đốt thống nhất : a=0,089 ; b=0,01180 => pm=a+ b.14,4 + (0,106-0,198) = 0,1405 [MN/m2] + Áp suất có ích trung bình (𝐩𝐞): pe= pi – pm = 1,7208 – 0,1405= 1,5803 [MN/m2] + Hiệu suất chỉ thị (𝛈𝐢): Hiệu suất chỉ thị 𝜂𝑖 – tỷ số giữa phần nhiệt lượng chuyển thành công mà ta thu được và nhiệt lượng mà nhiên liệu tỏa ra khi đốt cháy 1𝑘𝑔 nhiên liệu dạng lỏng: M1piTk 0,7625.0,22 = 0,472 h v k + Hiệu suất có ích ( 𝛈𝐞): M1peTk 0,7625.0,22 = 0,4335 h v k + Tính suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị (𝐠𝐢): 3600 3600 gi= = = 180 [g/kW.0,472 + Tính suất tiêu hao nhiên liệu (𝐠𝐞): 3600 3600 ge= QH. Tính thông số kết cấu của động cơ - Tính toán các thông số dựa theo các thông số tính toán nhiệt ở trên: + Thể tích công tác của 1 xylanh Vh 16 30𝜏𝑁𝑒 30.4 17 +Thể tích buồng cháy Vc 𝑉ℎ ≈ 49,7592 [cm3] 𝗌−1 Vc= 746,3865 = 16−1 +Thể tích toàn bộ Va Va= Vh+Vc = 746,3875 + 49,7592 = 796,1404 [cm3] +Đường kính piston D D=3 4V 4.
9,46 = 10,6342 [cm] D 8,54 Tính toán các thông số dựa trên các thông số kết cấu : +Thể tích công tác của 1 xylanh Vh π.85,42 Vh = = ≈ 550 [cm3] 4 4 +Thể tích buồng cháy Vh 550 Vc= = 𝝴−1 ≈ 36,6667 [cm3] 16−1 +Thể tích toàn bộ Va= Vh +Vc= 550+ 36,6667 = 586,6667 [𝑐𝑚3] + Đường kính piston D = 3 4V 3 4.