Tải bản đầy đủ

Tính toán kết cấu động cơ đốt trong

LỜI NÓI ĐẦU
Ôtô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi
lại cá nhân cũng như vận chuyển hành khách, hàng hoá rất phổ biến. Sự gia tăng
nhanh chóng số lượng ôtô trong xã hội, đặc biệt là các loại ôtô đời mới đang kéo
theo nhu cầu đào tạo rất lớn về nguồn nhân lực phục vụ trong ngành công
nghiệp ôtô nhất là trong lĩnh vực thiết kế.
Trong quá trình học môn Lý thuyết động cơ đốt trong, tôi được thầy
giáo giao nhiệm vụ làm bài tập lớn. Vì bước đầu làm quen với công việc nên
không tránh khỏi những bỡ ngỡ và vướng mắc. Nhưng với sự quan tâm, động
viên, giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáo Kim Ngọc Duy, nên tôi đã cố
gắng hết sức để hoàn thành nhiệm vụ bài tập lớn. Qua việc làm bài tập lớn giúp
học viên chúng tôi nắm được các chu trình công tác, đặc tính ngoài động cơ...
Và những kiến thức này rất thiết thực và bổ ích để phục vụ cho quá trình học tập
và công tác sau này đối với học viên nghành công nghệ kỹ thuật ôtô quân sự
chúng tôi.
Tuy nhiên trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng rất nhiều không tránh
khỏi những thiếu sót. Vì vậy rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến
của các thầy để tôi có thể hoàn thiện bài tập của mình tốt hơn và cũng qua đó rút
ra được những kinh nghiệm trong quá trình làm bài tập, làm đồ án các môn học
tiếp theo.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Học viên thực hiện

Hoàng Nhật Minh

1


MỤC LỤC

2


PHẦN 1

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ

1.1 Mục đích tính toán
Mục đích của việc tính toán chu trình công tác là xác định các chỉ tiêu về
kinh tế, hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc của động cơ.
Kết quả tính toán cho phép xây dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình để
làm cơ sở cho việc tính toán động lực học, tính toán sức bền và sự mài mòn các
chi tiết của động cơ.
Phương pháp chung của việc tính toán chu trình công tác có thể áp dụng
để kiểm nghiệm động cơ sẵn có, động cơ được cải tiến hoặc thiết kế mới.
Việc tính toán kiểm nghiệm động cơ sẵn có cho ta các thông số để kiểm
tra tính kinh tế và hiệu quả của động cơ khi môi trường sử dụng hoặc chủng loại
nhiên liệu thay đổi. Đối vối trường hợp này ta phải dựa vào kết cấu cụ thể của
động cơ và môi trường sử dụng thực tế để chọn các số liệu ban đầu.
Đối vối động cơ được cải tiến hoặc được thiết kế mới, kết quả tính toán
cho phép xác định số lượng và kích thước của xy lanh động cơ cũng như mức độ
ảnh hưởng của sự thay đổi về mặt kết cấu để quyết định phương pháp hoàn thiện
các cơ cấu và hệ thống của động cơ theo hướng có lợi. Khi đó phải dựa vào kết
quả của việc phân tích thực nghiệm đối với các động cơ có kết cấu tương tự để
chọn các số liệu ban đầu.
Việc tính toán chu trình công tác còn được áp dụng khi cường hoá động
cơ và xây dựng đặc tính tốc độ bằng phương pháp phân tích lý thuyết nếu các
chế độ tốc độ khác nhau được khảo sát.

3



1.2

Chọn các số liệu ban đầu

1.2.1 Công suất có ích lớn nhất Nemax
Công suất có ích lớn nhất đã cho ở đề bài Nemax = 55,2 KW.
1.2.2 Số vòng quay trong một phút của trục khuỷu n
Số vòng quay trong một phút của trục khuỷu ứng với công suất cực đại đã
cho ở đề bài n = 5800 vg/ph.
1.2.3 Tốc độ trung bình của pit tông CTB
Giá trị của CTB được xác định như sau:

CTB

S .n 70.10−3.5800
m
=
=
≈ 13,533  ÷
30
30
s

1.2.4 Số xy lanh của động cơ i
Số xy lanh của động cơ đã cho i = 4 xy lanh.
1.2.5 Tỷ số giữa hành trình pit tông và đường kính xy lanh a=S/D
Tỷ số giữa hành trình pit tông và đường kính xy lanh

a=

S 70
= = 0,8537
D 82

1.2.6 Hệ số kết cấu λ
Hệ số kết cấu λ là tỷ số giữa bán kính quay của trục khuỷu R và chiều dài
của thanh truyền L.
Ta có bán kính quay của trục khuỷu chính bằng một nửa hành trình của
R=

pit tông:

S 70
=
= 35 ( mm )
2 2

λ=
Khi đó, ta có hệ số kết cấu

R 35
=
= 0,35
L 100

1.2.7 Tỷ số nén ε
4


Tỷ số nén đã cho ở đề bài: ε = 8,8

1.2.8 Hệ số dư lượng không khí α
Hệ số dư lượng không khí là tỷ số giữa lượng không khí nạp thực tế vào
xy lanh L1 và lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên
liệu Lo:
L
α= 1
L0
Giá trị của α phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kiểu động cơ, phương pháp
tạo hỗn hợp công tác, công dụng và chế độ sử dụng của động cơ. Khi tính toán ở
chế độ công suất lớn nhất ( Nemax) thì lượng không khí cần nạp thực tế vào xy
lanh là rất lớn do đó giá trị của α phải phù hợp .
Nếu giá trị của α nhỏ quá hay lớn quá thì lượng không khí cần nạp thực tế
vào xylanh sẽ không đáp ứng được những yêu cầu của quá trình cháy dẫn đến
chất lượng quá trình cháy của động cơ không đảm bảo. Vì những lý do đó ta
chọn α = 0,9
1.2.9 Nhiệt độ môi trường To
Nhiệt độ của môi trường cũng ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình
trao đổi khí. To càng cao thì không khí càng loãng nên khối lượng riêng càng
giảm. Giá trị của To thay đổi theo mùa và theo vùng khí hậu, để tiện tính toán thì
ta lấy giá trị trung bình của To cho cả năm, tức là ta chọn To= 240C = 2970K.
1.2.10 Áp suất của môi trường po
Giá trị của po phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển. Càng lên cao
thì p0 càng giảm nên không khí càng loãng và ngược lại càng xuống thấp thì p 0
càng tăng . Để tiện sử dụng trong tính toán ta thường lấy giá trị của p 0 ở độ cao
của mực nước biển , tức là po = 0,103 ( MPa)
1.2.11 Áp suất cuối quá trình nạp pa
Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi pa = (0,8 ÷ 0,9)pk
Ta chọn pa = 0,085 (MPa).
1.2.12 Áp suất khí thể cuối quá trình thải cưỡng bức pr
Áp suất khí thải pr = 0,11 ÷ 0,12 ( MPa). Chọn pr = 0,11 (MPa)

5


1.2.13 Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr
Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr có thể chọn ở phạm vi Tr = 900 ÷ 11000K
Ta chọn Tr = 10000K
1.2.14 Độ sấy nóng khí nạp ΔT
Độ sấy nóng khí nạp ΔT có thể chọn trong phạm vi:
ΔT = 10 ÷ 30 0K. Chọn ΔT = 100K
1.2.15 Chỉ số nén đa biến trung bình n1
Giá trị chỉ số nén đa biến trung bình n1 xác định theo công thức kinh
nghiệm của Pêtrốp:

n1 = 1, 41 −

100
= 1, 3928
n

1.2.16 Hệ số sử dụng nhiệt ξz
Hệ số sử dụng nhiệt là tỷ số giữa lượng nhiệt biến thành công chỉ thị và
tổng lượng nhiệt cung cấp từ đầu quá trình cháy do đốt cháy nhiên liệu (điểm C)
cho đến điểm Z:
ξz = 0,85 ÷ 0,92. Chọn ξz = 0,9
1.2.17 Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QT
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn
một đơn vị khối lượng hoặc thể tích nhiên liệu không kể đến nhiệt ẩm hóa hơi
của nước chứa trong sản vật cháy.

 KJ 
QT = 44.103 

 kgnl 
1.2.18 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2
Chỉ số dãn nở đa biến thực tế n2 thay đổi trong một khoảng rộng suốt quá
trình dãn nở . Để thuận tiện trong việc tính toán và vẫn đảm bảo một độ chính
xác nhất định thì ta dụng giá trị trung bình n2
n2 = 1,25
1.2.19 Áp suất khí quét pk
Đối với động cơ thải qua xu páp: pk = 0,14 ÷ 0,20 Mpa.

6


Chọn pk = 0,15 Mpa

1.3 Tính toán các quá trình của chu trình công tác
1.3.1 Tính toán quá trình trao đổi khí
1

Mục đích
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) như áp suất pn và nhiệt độ Ta

2

Hệ số khí sót γr
Hệ số khí sót là tỷ số giữa lượng sản vật cháy M r chứa trong thể tích
buồng cháy Vc ở cuối quá trình thải cưỡng bức và lượng khí nạp mới, nghĩa là:

γr =

Mr
M1

Giá trị của γr được xác định theo biểu thức:

γr =
3

=

( 297 + 10 ) .0,11
1000. ( 8,8.0, 085 − 0,11)

= 0, 0529

Hệ số nạp ηv

ηv =
=

4

( T0 + ∆T ) pr
Tr ( ε pa − pr )

ε paT0
( ε − 1) p0 ( T0 + ∆T + γ rTr )
8,8.0, 085.297
= 0,7683
( 8,8 − 1) .0,103. ( 297 + 10 + 0,0529.1000 )

Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta
T + ∆T + γ rTr 297 + 10 + 0, 0529.1000
Ta = 0
=
= 341,8372  o K 
1+ γ r
1 + 0, 0529
1.3.2 Tính toán quá trình nén

5

Mục đích
Mục đích của việc tính toán quá trình nén là xác định các thông số như áp
7


suất pc và nhiệt độ Tc ở cuối quá trình nén.
6

Áp suất cuối quá trình nén pc

pc = pa .ε n1 = 0, 085.8,81,3928 = 1, 7575
7

[ MPa ]

Nhiệt độ cuối quá trình nén Ta

Tc = Ta .ε n1 −1 = 341,8372.8,81,3928 −1 = 803,1787

 o K 

1.3.3 Tính toán quá trình cháy
8

Mục đích
Mục đích của quá trình cháy là xác định các thông số cuối quá trình cháy
như áp suất pz và nhiệt độ Tz

9

Tính toán tương quan nhiệt hóa
a) Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu thể
lỏng Mo

Mo =

1  gC g H gO   Kmol 
+


÷
0, 21  12
4 32   kgnl 

Trong đó: gC, gH, gO là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng của
cacbon, hydro và ô xy tương ứng chứa trong 1kg nhiên liệu. Trị số các thành
phần ấy đối với xăng lấy gần đúng như sau:
gC = 0,855; gH = 0,145; gO = 0
Khi đó ta có:
Mo =
=

1  gC g H gO 
+


÷
0, 21  12 4 32 
 Kmol 
1  0,855 0,145 0 
+
− ÷ = 0,5119 


0, 21  12
4
32 
 kgnl 

b) Lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ ứng với 1kg nhiên liệu Mt

8


 Kmol 
M t = α M o = 0,9.0,5119 = 0, 4607 

 kgnl 
c) Lượng hỗn hợp cháy M1 tương ứng với lượng không khí thực tế Mt
M1 = α M o +

1  Kmol 
µ nl  kgnl 

Với μnl là trọng lượng phân tử của nhiên liệu (hay trọng lượng của 1Kmol
hơi nhiên liệu). Đối với xăng μnl = 110 ÷ 114 [kg/Kmol]. Chọn μnl = 110 [kg/Kmol]
Khi đó ta có :
M1 = α M o +

 Kmol 
1
1
= 0,9.0,5119 +
= 0, 4698 

µnl
110
 kgnl 

d) Số mol của sản vật cháy M2
Với α = 0,9 ta có:

M2 =

gC g H
0,855 0,145
+
+ 0,79α M o =
+
+ 0, 79.0,9.0,5119
12
4
12
4
 Kmol 
= 0,5077 

 kgnl 

e) Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βo

βo =

M 2 0,5077
=
=1,0807
M 1 0, 4698

f) Hệ số thay đổi phân tử thực tế β

β=
10

β o + γ r 1, 0807 + 0, 0529
=
=1,0766
1+ γ r
1 + 0, 0529

Tính toán tương quan nhiệt động
a) Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình nén
μcvc
9


µcvc = 20,223 + 1,742.10−3.Tc
= 20, 223 + 1,742.10 −3.803,1787 = 21,6221

 KJ 
 Kmol.đô 



b) Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại điểm μcvz

µcvz = 18, 423 + 2,596α + ( 1,55 + 1,38α ) .10−3.Tz
= 18, 423 + 2,596.0,9 + ( 1,55 + 1,38.0,9 ) .10 −3.Tz
= 20, 759 + 2, 795.10 −3.Tz

 KJ 
 Kmol.đô 

c) Tổn thất nhiệt do cháy nhiên liệu không hoàn toàn ΔQT
∆QT = 120.103. ( 1 − α ) M o
= 120.103. ( 1 − 0,9 ) .0,5119 = 6142,8571

 KJ 
 kgnl 



d) Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz
( QT − ∆QT ) .ξ z + µ T = βµ T
cvc c
cvz z
M1 ( 1 + γ r )

( 44.10


3

− 6142,8571) .0,9

0,4698 ( 1 + 0,0529 )

+ 21,6221.803,1787 = 1,0766 ( 20,759 + 2,795.10 −3.Tz ) Tz

⇔ 3,01.10−3.Tz2 + 22,740.Tz − 86243,182 = 0
Tz1 = 2715,8461
⇔
Tz 2 = −9566,0083

Ta chọn Tz = 2715,8461 [0K]
e) Tỷ số tăng áp suất λp
T
2715,8461
λ p = β z = 1,0766.
= 3,6405
Tc
803,1787
f) Áp suất cuối quá trình cháy pz
pz = λp.pc = 3,6405.1,7575= 6,3982 [MPa]
1.3.4 Tính toán quá trình dãn nở
11

Mục đích
Mục đích việc tính toán quá trình dãn nở là xác định các giá trị áp suất p b

10


và nhiệt độ Tb ở cuối quá trình dãn nở.
12

Áp suất cuối quá trình dãn nở pb

pb =
13

pz 6,3982
=
= 0, 4221
ε n2
8,81,25

[ MPa ]

Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở Tb

Tb =

ε

Tz
n2 −1

=

2715,8461
= 1576,8286
8,81,25 −1

 o K 

1.3.5 Kiểm tra kết quả tính toán
Ta kiểm tra kết quả việc chọn và tính các thông số:
Tb

Tr ' =
3

pb
pr

=

1576,8286
3

= 1007,1587  0 K 
0, 4221
0,11

So sánh giá trị đã chọn của Tr với kết quả vừa tính ta được sai số:

∆Tr =

Tr '− Tr
1007,1587 − 1000
.100% =
.100% = 0,7159% < 5%
Tr
1000

Ta thấy sai số nhỏ hơn sai số cho phép. Như vậy, kết quả tính toán đảm
bảo yêu cầu.
1.4

Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của
động cơ

1.4.1 Các thông số chỉ thị
14

Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết pi’

11


p 'i =
=

pc  λ p 
1 
1 
1 
1


1



n −1 ÷
ε − 1  n2 − 1  ε n2 −1 ÷
 n1 − 1  ε 1  
1,757  3,641 
1 
1
1


1


1



1,3928 −1 ÷
8,8 − 1 1,25 − 1  8,81,25 −1 ÷
 1,3928 − 1  8,8


= 1,0466
15

[ MPa ]

Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi
pi = p’i . φđ = 1,0466.0,95 = 0,9943 [Mpa]
Với φđ là hệ số điền đầy đồ thị công. Giá trị của φđ nằm trong khoảng 0,9 ÷ 0,96.
Ta chọn φđ = 0,95

16

Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi
423. po .ηv .103
gi =
M 1. pi .To
423.0,103.0,768.103
=
= 241, 2711
0, 4698.0,9943.297

17

 g 
 KWh 



Hiệu suất chỉ thị ηi

ηi =

3600
3600
.100% =
.100% = 33,9113%
QT .gi
44.103.241, 2711.10 −3

1.4.2 Các thông số có ích
18

Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ
pcơ = 0,05 + 0,0155.CTB = 0,05 + 0,0155.13,533 = 0,2598 [MPa]

19

Áp suất có ích trung bình pe
pe = pi - pcơ = 0,994 – 0,2598 = 0,7345 [MPa]

20

Hiệu suất cơ khí ηcơ

12


=
ηcơ
21

Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge
ge =

22

pe 0,7345
=
= 0,7387
pi 0,9943

g i 241, 2711
 g 
=
= 326,5973 

ηco
0,7387
 KWh 

Hiệu suất có ích ηe
ηcơ = ηi . ηcơ = 33,9113.0,7387 = 25,0517%

23

Công suất có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán Ne

Ne =
24

pe .Vh .i.n 0,7345.0,37.4.5800
=
= 52,5419
30.τ
30.4

[ KW ]

Mô men xoắn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán Me

3.104.N e 3.104.52,5419
Me =
=
= 86,5066
π .n
π .5800

[ Nm]

1.4.3 Kiểm tra kết quả tính toán
So sánh giá trị đã cho của Nemax với kết quả Ne vừa tính ta được sai số:

∆N e =

N e − N e max
52,5419 − 55, 2
.100% =
.100% = 4,8153% < 5%
N e max
55, 2

Ta thấy sai số nhỏ hơn sai số cho phép. Như vậy, kết quả tính toán đảm
bảo yêu cầu.
PHẦN 2
2.1

DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ CỦA CHU TRÌNH CÔNG TÁC

Mục đích

Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn các quá trình của chu trình công tác
xảy ra trong xy lanh động cơ trên hệ tọa độ p-V. Việc dựng đồ thị được chia làm

13


hai bước: dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết và hiệu chỉnh đồ thị đó để được đồ
thị công chỉ thị thực tế.
Đồ thị công chỉ thị lý thuyết được dựng theo kết quả tính toán chu trình
công tác khi chưa xét các yếu tố ảnh hưởng của một số quá trình làm việc thực
tế trong động cơ.
Đồ thị công chỉ thị thực tế là đồ thị đã kể đến các yếu tố ảnh hưởng khác
nhau như góc đánh lửa sớm, góc mở sớm và đóng muộn các xu páp cũng như sự
thay đổi thể tích khi cháy.
2.2

Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết

Căn cứ vào các số liệu đã tính pa, pz, pb, n1, n2, ε ta lập bảng tính đường
nén và đường giản nở theo biến thiên của dung tích công tác Vc

Vc =
với

Vh 0,37
=
=0,0474 (dm 3 )
ε-1 8,8-1

và Vz= ρ.Vc = 1.0,0474 = 0,0474 (dm3)

Phương pháp tính các giá trị của quá trình nén và quá trình dãn nở như
sau:
n1

V 
pnVnn1 = pc .Vcn1 ⇒ pn = pc .  c ÷ = pc .e1n1
 Vn 
-Quá trính nén đa biến:
n2

pdVdn2 = pb .Van2

e1 =
-

Vc
V
; e2 = a
Vn
Vd

V 
⇒ pd = pb .  a ÷ = pb .e2n2
 Vd 

Quá trình giãn nở đa biến:

Với :
Sau đó ta chọn tỷ lệ xích μV và μp hợp lý để vẽ đồ thị công.
Ta có bảng tính các giá trị của quá trình nén và quá trình dãn nở:
14


STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

e1
1
1.6
2.2
2.8
3.4
4
4.6
5.2
5.8
6.4
7
7.6
8.2
8.8

Vn=Va/e1
0,4174
0,2609
0,1897
0,1491
0,1228
0,1044
0,0907
0,0803
0,0720
0,0652
0,0596
0,0549
0,0509
0,0474

pn=pa.e1n1
0,0850
0,1636
0,2549
0,3566
0,4674
0,5861
0,7120
0,8446
0,9834
1,1279
1,2778
1,4329
1,5929
1,7575

 dm3 
µV = 0, 001667 

 mm 

Chọn
diễn như sau:
STT

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

Vn



e2
1
1,6
2,2
2,8
3,4
4
4,6
5,2
5,8
6,4
7
7,6
8,2
8,8

Vd=Va/e2
0,4174
0,2609
0,1897
0,1491
0,1228
0,1044
0,0907
0,0803
0,0720
0,0652
0,0596
0,0549
0,0509
0,0474

 MPa 
µ p = 0, 01667 
 mm 

pn

Thực

B.diễn

Thực

B.diễn

0,4174
0,2609
0,1897
0,1491
0,1228
0,1044
0,0907
0,0803
0,0720
0,0652
0,0596
0,0549
0,0509
0,0474

250,4615
156,5385
113,8462
89,4505
73,6652
62,6154
54,4482
48,1657
43,1830
39,1346
35,7802
32,9555
30,5441
28,4615

0,0850
0,1636
0,2549
0,3566
0,4674
0,5861
0,7120
0,8446
0,9834
1,1279
1,2778
1,4329
1,5929
1,7575

5,1000
9,8145
15,2931
21,3979
28,0423
35,1657
42,7228
50,6780
59,0028
67,6733
76,6695
85,9740
95,5719
105,4498

pd=pb.e2n2
0,4221
0,7596
1,1310
1,5290
1,9490
2,3880
2,8438
3,3148
3,7996
4,2971
4,8065
5,3268
5,8576
6,3982

, ta có giá trị biểu

Vd
Thực
B.diễn

Thực

B.diễn

0,4174
0,2609
0,1897
0,1491
0,1228
0,1044
0,0907
0,0803
0,0720
0,0652
0,0596
0,0549
0,0509
0,0474

0,4221
0,7596
1,1310
1,5290
1,9490
2,3880
2,8438
3,3148
3,7996
4,2971
4,8065
5,3268
5,8576
6,3982

25,3282
45,5778
67,8628
91,7384
116,9371
143,2777
170,6283
198,8877
227,9758
257,8272
288,3874
319,6102
351,4560
383,8902

250,4615
156,5385
113,8462
89,4505
73,6652
62,6154
54,4482
48,1657
43,1830
39,1346
35,7802
32,9555
30,5441
28,4615

pd

Sau khi vẽ đường nén và đường dãn nở, vẽ tiếp đường biểu diễn đường
nạp và đường thải lý thuyết bằng hai đường thằng song song với trục hoành đi

15


 MPa 
µ p = 0, 01667 
 mm 

qua hai điểm pa và pr. Với
ta có đường nạp có giá trị biểu
diễn là 5,1 mm và đường thải có giá trị biểu diễn là 6,6 mm.
Ta có đồ thị công chỉ thị lý thuyết như sau:

2.3 Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế
2.3.1 Dựng vòng tròn Brick
Ta có hành trình piston chính bằng khoảng cách của từ điểm chết trên
(ĐCT) đến điểm chết dưới (ĐCD).

16


Giá trị biểu diễn của S = 250,4615 – 28,4615 = 222 [mm]
Vẽ đường thẳng song song với trục hoành (trục V) của đồ thị công p-V và
ở dưới đồ thị. Đường thẳng này cắt đường biểu diễn ĐCT và ĐCD tại lần lượt
hai điểm A và B. Độ dài AB chính là giá trị biểu diễn của S.
Lấy O là trung điểm AB, vẽ cung tròn AB có tâm O có đường kính
AB = 222 mm về phía dưới (để tiết kiệm diện tích).
Trên OB, lấy điểm O’ sao cho:
AB.λ 222.0,35
OO' =
=
= 19, 425
4
4

[ mm]

2.3.2 Hiệu chỉnh đồ thị
25

Hiệu chỉnh điểm bắt đầu quá trình nạp
Từ O’ ta vẽ về bên trái hai đường thẳng tạo với OO’ góc α1 và β2 lần lượt
bằng góc mở sớm xupáp nạp (α1=250) và đóng muộn của xupáp thải (β2=200),
bởi vì điểm mở sớm xupáp nạp nằm ở cuối quá trình thải và điểm đóng muộn
xupáp thải nằm ở đầu quá trình nạp, hai đường thẳng này cắt đường tròn Brick
tại hai điểm, từ hai điểm này gióng đường song song với trục tung cắt đường p a
và pr tại điểm r” và r’. Nối điểm r” trên đường thải (là giao điểm giữa đường p r
và trục thẳng đứng qua ĐCT) với r” ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải
r· ' rr "
sang quá trình nạp (khi đó ta có góc
được gọi là góc trùng điệp).
1.3.3. Hiệu chỉnh điểm đánh lửa sớm c’
Áp suất cuối quá trình nén thực tế do việc đánh lửa sớm ở điểm c ’ gây ra.
Xác định điểm c’ bằng phương pháp sau: Từ điểm O’ kẻ về bên trái một đường
thẳng hợp với OO’ một góc bằng góc đánh lửa sớm φ i = 150 (vì điểm đánh lửa
sớm nằm ở cuối quá trình nén), đường thẳng này cắt đường tròn Brick tại một
điểm. Từ điểm này ta kẻ một đường thẳng song song với trục tung và cắt đường
nén tại điểm c’.
1.3.3. Hiệu chỉnh điểm áp suất cuối quá trình nén c”
Một phần hỗn hợp bị cháy sớm nên áp suất cuối quá trình nén thực tế p ”c
(ứng với điểm c”) lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết p c đã tính (ứng
với điểm c). Điểm c” được xác định theo công thức sau:
p "c = (1,15 ÷ 1, 25) p c = (1,15 ÷ 1, 25).1, 7575 = 1, 25.1, 7575 = 2,1969 [ MPa ]

17


Ta xác định được tung độ của điểm c” trên đồ thị công:
p"
2,1969
yc " = c =
= 131,8122 [ mm ]
1
µp
60
1.3.4. Hiệu chỉnh điểm đạt pzmax thực tế:( điểm z')
Quá trình cháy xảy ra với thể tích tăng dần trong khi lượng hỗn hợp cháy
và tốc độ tỏa nhiệt của phản ứng cháy giảm dần. Kết quả là áp suất trong xilanh
động cơ thay đổi từ từ theo một đường cong liên tục và giá trị của áp suất lớn
nhất p’z nhỏ hơn pz ở chu trình lý thuyết. Giá trị của p’ z được xác định trong
khoảng sau:
p’z =(0,85 ÷ 0,9)pz = 0,9.6,3982 = 5,7584 MPa
Ta xác định được tung độ của điểm z’ trên đồ thị công:
p'
5, 7584
yz' = z =
= 345,5012 [ mm ]
1
µp
60
1.3.5. Hiệu chỉnh điểm kết thúc quá trình nạp thực tế: (điểm a’)
Do hiện tượng đóng muộn xupáp nạp nên trong thực tế quá trình nạp kết
thúc muộn hơn lý thuyết. Ta xác định biểm a’ bằng cách: Từ điểm O ’ trên đồ thị
Brick ta vẽ về bên phải một đường thẳng tạo với OO’ một góc bằng góc đóng
muộn xupáp nạp α2 = 400 (vì điểm đóng muộn xupáp nằm đầu quá trình nén),
đường thẳng này cắt vòng tròn Brick tại một điểm. Từ điểm này ta gióng song
song với trục tung cắt đường nén tại điểm a’.
1.3.5. Hiệu chỉnh điểm bắt đầu quá trình thải thực tế: (điểm b’)
Do hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải diễn ra sớm
hơn lý thuyết. Ta xác định biểm b’ bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta vẽ
về bên phải một đường thẳng tạo với OO’ một góc bằng góc mở sớm xupáp thải
β1 = 400 (vì điểm mở sớm xupáp thải nằm cuối quá trình dãn nở), đường thẳng
này cắt vòng tròn Brick tại một điểm. Từ điểm này, ta gióng song song với trục
tung cắt đường dãn nở tại điểm b’.
1.3.5. Hiệu chỉnh các điểm còn lại
Dựng điểm b” ở giữa đoạn thẳng ab. Chọn điểm b”’ trên đường thải sao
cho đường cong không bị gấp khúc. Vẽ đường cong lượn đều từ r’ lên r và
đường cong lượn đều qua các điểm b’, b”, b”’ sao cho các đường cong ấy không
bị gãy khúc.
Ta có đồ thị công chỉ thị đã hiệu chỉnh như sau :

18


Ta có đồ thị công chỉ thị thực tế của động cơ sau khi đã hoàn thành hiệu
chỉnh và xóa bỏ các diện tích thừa :

19


PHẦN 3

DỰNG ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ

3.1 Mục đích

20


Đặc tính ngoài là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của các chỉ tiêu như công
suất có ích Ne, mô men xoắn có ích Me, lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ
Gnl và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge vào số vòng quay của trục khuỷu n
[vg/ph] khi bướm ga mở hoàn toàn. Đồ thị này được dùng để đánh giá sự thay
đổi các chỉ tiêu chính của động cơ khi số vòng quay thay đổi và chọn số vòng
quay sử dụng một cách hợp lý khi khai thác.
3.2 Tính toán đường đặc tính ngoài động cơ
3.2.1 Công suất có ích
 n  n  2  n 3 
N e = N e max  +  ÷ −  ÷ 
 nN  nN   nN  

[ KW ]

Với :
Nemax là công suất có ích lớn nhất tính được, [KW]
nN là số vòng quay ứng với công suất lớn nhất, [vg/ph]
3.2.2 Mô men có ích
2

n  n  
M e = M 1 +
− ÷ 
 nN  nN  
N
e

[ Nm]

Với :
MeN là mô men xoắn có ích lớn nhất ứng với số vòng quay nN, [Nm]
3.2.3 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích
2




n
n
g e = g eN 1, 2 −
+ 0,8  ÷ 
nN

 nN  

 g 
 KWh 

Với :

geN là suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với số vòng quay nN,

3.2.4 Mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian
21

 g 
 KWh 


 kg 
 h 

Gnl = g e .N e

Với :

ge được tính bằng

 kg 
 KWh 

và Ne được tính bằng [KW]

3.2.5 Kết quả tính toán các chỉ tiêu
Với nmin = 600 [vg/ph] và nmax = 5800 [vg/ph], ta có bảng kết quả tính toán
các chỉ tiêu như sau:
Thông số
Số vòng quay n
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
4200
4400
4600
4800
5000
5200
5400

Ne [KW]
5,9395
8,1089
10,3516
12,6545
15,0049
17,3897
19,7961
22,2111
24,6218
27,0153
29,3786
31,6988
33,9630
36,1583
38,2717
40,2903
42,2012
43,9914
45,6481
47,1583
48,5090
49,6874
50,6806
51,4755
52,0594
22

Me [Nm]
94,5298
96,7928
98,8500
100,7015
102,3473
103,7874
105,0217
106,0504
106,8732
107,4904
107,9019
108,1076
108,1076
107,9019
107,4904
106,8732
106,0504
105,0217
103,7874
102,3473
100,7015
98,8500
96,7928
94,5298
92,0612

 g 
 KWh 

ge
360,9270
351,8397
343,3738
335,5293
328,3061
321,7042
315,7237
310,3646
305,6268
301,5103
298,0152
295,1415
292,8891
291,2580
290,2483
289,8600
290,0930
290,9474
292,4231
294,5201
297,2385
300,5783
304,5394
309,1219
314,3257

 kg 
 h 

Gnl
2,1437
2,8530
3,5545
4,2460
4,9262
5,5944
6,2501
6,8935
7,5251
8,1454
8,7553
9,3556
9,9474
10,5314
11,1083
11,6785
12,2423
12,7992
13,3486
13,8891
14,4188
14,9350
15,4342
15,9122
16,3636


5600
5800

52,4191
52,5419

89,3868
86,5066

320,1508
326,5973

16,7820
17,1601

Sau khi tính toán được kết quả ở bảng trên, ta tiến hành lấy tỷ lệ xích để
vẽ đồ thị đặc tính ngoài như sau:

µ Ne = 0, 2
µ M e = 0, 4

 KW 
 mm 
 Nm 
 mm 

g


µ ge = 5 
 KWh.mm 
 kg 
µGnl = 0,1 
 h.mm 
Sau khi chọn tỷ lệ xích thích hợp, ta vẽ được đồ thị đặc tính ngoài của
động cơ như sau:

23


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Quốc Toản, Lý thuyết động cơ đốt trong, Trường CĐ Kỹ thuật Vinhem-pich, 2008.
[2] Hà Quang Minh, Lý thuyết động cơ đốt trong, Học viện Kỹ thuật Quân sự,
2002.
[3] Vy Hữu Thành – Vũ Anh Tuấn, Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt
trong, Học viện Kỹ thuật Quân sự, 1999.
Và một số tài liệu tham khảo từ mạng Internet.

24



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×