ĐỒ án môn học ĐỘNG cơ đốt TRONG đề tài thiết kế động cơ xăng, không tăng áp, có công suất nen=117 KW, tốc độ quay nn=5400, dùng trên xe ô tô LEXUS RX 300

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG  ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ĐỀ TÀI : Thiết kế động cơ xăng, không tăng áp, có công suất GVHD : ĐOÀN PHƯỚC THỌ LỚP : 61.CNOT3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG



ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

ĐỀ TÀI : Thiết kế động cơ xăng, không tăng áp, có công suất

GVHD : ĐOÀN PHƯỚC THỌ

LỚP : 61.CNOT3

SVTH : VÕ CHÁNH HUY

HOÀNG KIM LONG

CHƯƠNG 2: CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO ĐỘNG CƠ

Đơn vị và kí hiệu Khoảng giá trị và lý do Gía trị được chọn và công thức

n Động cơ xe du lịch 3800÷600 5400

C TB Động cơ xăng trên xe du lịch:

D=8387=0,954

l =0,262

6.5÷10 =V V h c+1 = 10.5

α Động cơ xăng khi có bộ làm

đậm: 0.85÷0.9 α=L L10= 0.9

P o ( MN

m2 ) Gía trị ở độ cao của mựcnước biển là 0.103 0.103

P r

P z(MPa) Động cơ buồng cháy không

phân chia 7÷9 9

Q T(KJ/kgnl) Đối với xăng là 44.103 44.103

1- Công suất có ích lớn nhất Nemax = 117 Kw

2- Momem xoắn có ích lớn nhất Me = 210 Nm

3- Số vòng quay trong 1 phút của trục khuỷu ứng với công suất lớn nhất: n=5400 vòng/phút

4- Tốc độ trung bình của pít tông CTB = S.n30 =0,083.540030 =14.94 ( m s ) 5- Số xylanh của động cơ: i=6

6- Tỷ số giữa hành trình piston và đường kính xylanh: a=D S=8387=0,954

7- Hệ số kết cấu : =R l =0,262

8- Hệ số nén : =V V h

c+1 = 10.5

Trong đó: Vh là thể tích công tác của 1 xylanh:

Vh =π 0.087.0.087.0.0834 =0,4934( dm3)

Vc là thể tích buồng cháy:

Vc = V h

−1=5,2.10-2 (dm3)

9- Hệ số dư lượng không khí : α=L L1

0= 0.9 ( tự chọn dựa vào kiểu động cơ,phương pháp tạo hỗn hợp và chế độ sử dụng của động cơ)

10- Nhiệt độ môi trường To = 297K ( nhiệt độ trung bình nước ta là 24◦C 11- Áp suất môi trường p0 = 0.103 MN m2 ( giá trị p0 ở độ cao của mực nước biển)

12- Hệ số nạp ηv = 0.75 ( chọn theo kiểu động cơ )

13- Áp suất khí thể ở cuối quá trình thải cưỡng bức pr :

Động cơ xăng pr = 0.11÷0.12 ( Mpa ), chọn pr=0.11 ( Mpa )

14- Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr :

Động cơ xăng : Tr = 900÷1100K chọn Tr = 1000K

15- Độ sấy nóng khí nạp ∆T :

Động cơ xăng : ∆T= 10÷30K chọn 15K

16- Chỉ số nén đa biến trung bình n1 :

Động cơ xăng : n1 = 1,34÷1,37, chọn n1 = 1,37

17- Hệ số sử dụng nhiệt ξ :

Động cơ xăng : ξ = 0,85÷0,92, chon ξ = 0,85.

18- Áp suất cuối quá trình cháy của động cơ diesel pz= 9 (Mpa) (vì là buồng cháy không phân chia)

19- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu Qr :

Với 1 kg nhiên liệu, đối với động cơ xăng : Qr = 44.103 (kgml KJ )

20- Chỉ số giãn nỡ đa biến trung bình n2 :

Vì chọn hệ số sử dụng nhiệt thấp nên chĩ số giãn nở đa biến trung bình thấp Đối với động cơ xăng n2 = 1,23÷1,27, chọn n2 =1.23

VÌ LÀ ĐỘNG CƠ 4 KỲ NÊN KHÔNG CẦN CHỌN THÊM CÁC THÔNG

SỐ NHƯ TRONG BÀI HƯỚNG DẪN

II, TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH CỦA CHU TRÌNH CÔNG TÁC

2.1 Tính toán quá trình trao đổi khí.

-Hệ số khí sót :

γ r= T o p r

T r (ε−1) p o η v=(10,5−1).0,75 0,103.1000279.011 =0,0445

-Nhiệt độ cuối quá trình nạp :

T a=T o +∆ T +γ r T r

- Áp suất cuối kì nạp:

p a ¿(ε−1)(1+γ r)p o η v T a

ε T o

¿(10,5−1) (1+0,0445)0,75.0,103 341,31

10,5.297

=0,0838 MPa

2.2 Tính toán quá trình nén :

-Áp suất cuối quá trình nén :

p c = p a ε n1=0,0838 10,51,37=2,1MPa

-Nhiệt độ cuối quá trình nén :

T c =T a ε n1 −1=341,31.10,51,37−1=814,68 ° K

-2.3 Tính toán quá trình cháy.

+Tính toán tương quan nhiệt hóa.

Lượng không khí lý thuyết cần biết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu thể lỏng

M o= 10,21(g c

12+

g H

g o

32)( Kmol kgnl )

Trong đo đối với nhiên liệu xăng : g c =0,855; g H =0,145 ; go=0

0,21(0,855

12 + 0,1454 )=0,5119( Kmol

-Lượng không khí thực tế nạp vào xylanh động cơ ứng với 1kg nhiên liệu M t:

kgnl )

-Lượng hỗn hợp cháy M1tương ứng với lượng khí thể thực tế M t đối với động cơ

xăng:

M1=α M0+ 1μ

nl=0,9.0,5119+ 1112=0,4696 ( Kmol kgnl )

-Trong đó : μ nl là năng lượng phân tử của nhiên liệu

Đối với động cơ xăng μ nl =110-114,chọn μ nl=112( Kmol kgnl )

-Số mol của sản vật c háy M2:

Khi α=0,9<1 : M2=g c

12+

g h

2 +0,79α M0( Kmol kgnl )

M2= 0,85512 + 0,1452 +0,79.0 9.0,5119=0,5077( Kmol kgnl )

-Hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β o:

β o=M2

M1=0,50770,4696=1,0811( Kmol kgnl )

-Hệ số thay đổi phân tử thực tế β :

β= β o +γ r 1+γ r = 1,0811+0,04451+0,0445 =1,0776

+Tính toán tương quan nhiệt động.

-Khi 0,7 < a < 1 thì giá trị của μ cpz được xác định theo biểu thức gần đúng sau

μ cpz =18,423+2,596 a+(1,55+1,38 a)10−3.T Z

¿18,423+2,596.0,9+(1,55+1,38.0,9)10−3.T Z=20,7594+2,792 10−3.T Z( KJ

Kmol độ)

-Nhiệt dung mol đẳng tích của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình nén :

μ cvc=20,223+1,74.10−3T c

¿20,223+1,74 10−3814,68

=21,642 (Kmol.độ KJ )

-Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn : ∆ Q T=120 10−3(1−a)M o=120 103(1−0,9).0,5119

¿6142,857( KJ kgnl)

-Nhiệt độ cuối quá trình cháy T Z được xác định theo phương pháp nhiệt động của

quá trình cháy sau :

¿¿¿

(¿)⇔(44.103−6142,875).0,85

−3.T Z ).T z

⇔83229,703=22,37 T z+3,0086.10−3T z2

-Giải phương trình ta được:

T z 1 =2723,21° K

T z 2 =−10158,56° K

-Chọn T z1 =2723,21° K

-Tỷ số tăng áp suất:

γ p=βT T z

C =1,0776.2723,21814,68 =3,602

-Áp suất cuối quá trình cháy:

p z =γ p p c=3,602.2,1=7,5642(Mpa)

2.4 Tính toán quá trình dãn nở

-Áp suất cuối quá trình cháy:

p b= p z

δ n2= 7,5643 10,51,23−1=0,42(Mpa) -Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở:

T b= T z

δ n2 −1= 2723,21

10,51,23−1=1585,65° K

2.5 Kiểm tra kết quả tính toán:

-Sau khi kêt thúc việc tính toán các quá trình của chu trình công tác, ta có thể đung công thức kinh nghiệm sau đây để kiểm tra kết quả việc chọn và tính các thông số

T r= T b

3

√p b

P r

= 1585,65

3

0,11

=1014,5° K

-Sai số Δ= 1000−1014,5100 100 %=0,55 %

III ,XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHU TRÌNH CÔNG TÁC

VÀ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ

3.1 Các thông số chỉ thị

a) Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p i ,:

p i ,=ε−1 p c [ λ p

n2−1(1− 1

δ n2 −1)− 1n

δ n1 −1) ](MPa)

¿10,5−12,1 [ 3,602

10,51,37−1−1) ]=1,099(MPa)

b) Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p i :

trong đo φ d =0,9÷ 0,98 chọn φ d=0,98

p i = p i , φ d =1,099 0,98=1,077( MPa)

c) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị:

g i=423 P o η v103

M1 p i T o = 423 0,103.0,75 10

3

d) Hiệu suất chỉ thị.

η i=3600Q

T g i=44000.217,49 103600.1000 3=0,376

-Trong đó Q T được tính bằng (KJ/kgl) và g i được tính bằng (kg/KWh)

3.2 Các thông số có ích:

- Áp suất tổn hao cơ khí trung bình P cơ

- Áp suất có ích trung bình

P e =1,077−0.2024=0,873(MPa)

- Hiệu suất cơ khí :

η cơ=P e

p i= 0,8731,077=0,8105

-Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:

g e=η g i

cơ=217,490,8105=268,34 ( g KWh)

-Hiệu suất có ích

η e =η i η cơ=0,371.0,8105=0,3

-Công suất có ích của động cơ ở số vung quay tính toán :

N e=P e 30τ V h in= 0,873.0,4934 6.540030.4 =116,299(KW )

-Mô men xoăn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán

M e=3.10

4N e

4.72.116,299

Δ N e=N emax −N e

-Kết quả tính N e và M e nhỏ hơn 3%, vậy thông sô thỏa yêu cầu.

-Vậy các thông số đã chọn là chính xác

ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ

1 Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công

Điểm a : điểm cuối quá trình hút, có áp suất pa và thể tích Va

Va=Vs + Vc

Mà Vc= V h

0,4934 10,5−1=0,052 ( dm3 )

Vh=0,4934 (dm3)

Vậy Va=0,5454 ( dm3 )

Pa= 0.0835 (Mpa)

Điểm c : điểm cuối hành trình nén

Vc= 0,052 (dm3)

Pc= 2,1 (Mpa)

Điểm z : điểm cuối quá trình cháy

Vz=Vc= 0.052 (dm3) ( vì động cơ xăng không tăng áp nên tỷ số dãn nở sớm

=1)

Pz=7.6723 (Mpa)

Điểm b : điểm cuối quá trình dãn nở

Vb=Va=0.5454 (dm3)

Pb=0.42 (Mpa)

Điểm r : điểm cuối quá trình xả

Vr=Vc=0.052 (dm3)

Pr=0.11 (Mpa)

Lập bảng các điểm trên đường nén và dãn nở đa biến

Vì động cơ xăng không tăng áp nên tỷ số dãn nở muộn bằng hệ số nén

e1 (dm3)=Vd

Pn=Pa.e1n1( Mpa) Pd=Pd.e2n2 (Mpa)

e1=e2 Vn(dm3)=Vd Pn Pd Đườngcháy Đườngnạp Đườngxả 1.0 0.5454 0.0838 0.4200 2.1000 0.0838 0.4200 2.0 0.2727 0.2166 0.9852 2.64737 0.0806 0.3890 3.0 0.1818 0.3775 1.6220 3.19474 0.0774 0.3580 4.0 0.1364 0.5600 2.3110 3.74211 0.0743 0.3270 5.0 0.1100 0.7600 3.0410 4.28948 0.0711 0.2960 6.0 0.0910 0.9760 3.8100 4.83685 0.0679 0.2650 7.0 0.0780 1.2100 4.6000 5.38422 0.0647 0.2340 8.0 0.0682 1.4470 5.4210 5.93159 0.0615 0.2030 9.0 0.0606 1.7000 6.2660 6.47896 0.0584 0.1720 10.0 0.0545 1.9645 7.1326 7.02633 0.0552 0.1410 10.5 0.0520 2.1000 7.5737 7.5737 0.0520 0.1100

0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000

0.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.3500

0.4000

0.4500

Đồ thị công chỉ thị lý thuyết

Đường nạp Đường xả

Hiệu chính đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế

Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế khi kê đến các yếu tố ánh hưởng như góc đánh lửa sớm: Góc mở sớm hay góc đóng muộn xupáp cũng như ánh hưởng của sự thay đổi thê tích khi cháy Đề dựng đồ thị công chỉ thị thực tế a’-c’-c’’-z’-b’-b’’-a’ ta gạch bỏ các diện tích I, II, III và

IV trong đồ thị công chỉ thị lý thuyết

Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ.

Mục đích: đề biểu thị 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 khuÿu (n (v/ph)) khi bướm ga mở hoàn toàn Qua đó để đánh giá sự thay đồi các chỉ tiêu chính của động cơ khi số vòng quay trục khuỷu thay đôi

Đề dựng đường đặc tính, ta chọn trước một số giá trị trung gian của số vòng quay n trong giới hạn giữa nmin và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của Ne, Me, Gnl, ge theo các biêu thức sau:

 Ne = Nemax.[n n

N +( n n

N)2−( n n

N)3] (KW)

 Me = M e N[1+( n

n N)−( n

n N)2

 g e =g e N [1,2−( n

n N)+0.8.( n

n N)2

](g/KW.h)

Trong đó :

Memax: Công suất có ích lớn nhất được tính ( KW)

n N: Số vòng quay ứng với công suất lớn nhất (v/ph)

M e N: Mô men xoăn có ích ứng với sô vòng quay nụ (Nm)

g e N: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với số vòng quay n N (g/KWh)

Ne, Me, g e: Là các giá trị biến thiên của công suất, mô mem xoắn và các

suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với từng giá trị số vòng quay được chọn trước

*Giá trị biến thiên của Gnl được xác định theo từng cặp giá trị tương ứng của g evà Ne theo biểu thức:

Gnl=g e.Ne (kg/h)

Trong đó:

g; được tính bằng (kg/KW.h) và N : (KW)

Ta có Nemax = 117 (KW), tương ứng với số vòng Ne, Me, g e, Gnl ứng với từng

giá trị n

ph) Ne (KW) Me (N.m) ge (g/kWh) Gnl (kg/h)

600 14.28395062 230.7407407 294.842716 4.211518796

800 19.52080476 236.5020576 286.9655199 5.601797885

1000 24.93598537 241.6872428 279.677273 6.974028387

1200 30.49382716 246.2962963 272.9779753 8.324143198

1400 36.15866484 250.3292181 266.8676269 9.649577077

1600 41.8948331 253.7860082 261.3462277 10.94905659

1800 47.66666667 256.6666667 256.4137778 12.22239007

2000 53.43850023 258.9711934 252.0702771 13.47025756

2200 59.1746685 260.6995885 248.3157257 14.69400075

2400 64.83950617 261.8518519 245.1501235 15.89541294

2600 70.39734797 262.4279835 242.5734705 17.07652901

2800 75.81252858 262.4279835 240.5857668 18.23941532

3000 81.04938272 261.8518519 239.1870123 19.3859597

3200 86.07224508 260.6995885 238.3772071 20.51766139

3400 90.84545039 258.9711934 238.1563512 21.63542098

3600 95.33333333 256.6666667 238.5244444 22.73933037

3800 99.50022862 253.7860082 239.481487 23.8284627

4000 103.310471 250.3292181 241.0274787 24.90066234

4200 106.7283951 246.2962963 243.1624198 25.9523348

4400 109.7183356 241.6872428 245.88631 26.97823669

4600 112.2446273 236.5020576 249.1991495 27.97126567

4800 114.2716049 230.7407407 253.1009383 28.92225043

5000 115.7636031 224.4032922 257.5916763 29.81974058

5200 116.6849566 217.4897119 262.6713635 30.64979664

600 80010001200140016001800200022002400260028003000320034003600380040004200440046004800500052005400

0

50

100

150

200

250

300

350

Đường đặc tính ngoài của động cơ

Ne (KW) Me (N.m) ge (g/kWh) Gnl (kg/h)