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

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... 2.5 Kiểm tra

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

N en =117 KW , tốc độ quay n n=5400, dùng trên xe ô tô LEXUS RX-300.

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: 14.94

10÷15

a Động cơ xăng 0.8÷0.12 a= S=83=0,954

D 87

R

=0,262

l

ℇ

Động cơ xăng xupap treo

=

V h

+1= 10.5

α Động cơ xăng khi có bộ làm

α=

L1

= 0.9 đậm: 0.85÷0.9 L0

T o (° K ) Nhiệt độ trung bình nước ta 297

297

P (MN) Gía trị ở độ cao của mực 0.103

0.75÷0.82

P

(MPa)

T r (° K) Động cơ xăng 900÷1100 1000

P

z (MPa) Động cơ buồng cháy không 9

phân chia 7÷9

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

n

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 n

=

0,083.5400

=14.94 (

m

)

5- Số xylanh của động cơ: i=6

6- Tỷ số giữa hành trình piston và đường kính xylanh: a=

S

=

83

=0,954

7- Hệ số kết cấu : =

R

=0,262

l

8- Hệ số nén : = V h +1 = 10.5

V c

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

4

Vc là thể tích buồng cháy:

Vc = − V 1h = 5,2.10-2 (dm3)

Hệ số dư lượng không khí : α= L1

= 0.9 ( tự chọn dựa vào kiểu động

L0

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 ( giá trị p0 ở độ cao của mực nước

2

m

biển)

12- Hệ số nạp η

v = 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

=

279.011

T r (ε−1) p o η v (10,5−1).0,75 0,103 1000 -Nhiệt độ cuối quá trình nạp :

T a= T o +∆ T +γ

r T

r = 279+15+0,0445.1000 = 341,31°K

1+γ r1+0,0445

- Áp suất cuối kì nạp:

p ¿(ε−1) (1+ γ r ) p o η v T a

¿(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 =2,1 MPa

-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

4H − 32 go )( Kmol

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

12 + 0,145

4 )=0,5119( Kmol

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

kgnl ) -Lượng hỗn hợp cháy M 1tương ứng với lượng khí thể thực tế M t đối với động cơ xăng:

M 1=α M0+ 1

=0,9.0,5119+ 1

=0,4696 (

-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 M 2:

Khi α=0,9<1 : M2 = 12g c + g

2h + 0,79 α M0 ( Kmol

kgnl )

+ 0,145

+0,79.0 9 0,5119=0,5077

122

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

β o= M 2 = 0,5077 =1,0811( Kmol )

M 1 0,4696kgnl

-Hệ số thay đổi phân tử thực tế β :

Kmol

( Kmol kgnl )

β= β o +γ r = 1,0811+0,0445 =1,0776

1 + γ r 1+ 0,0445

+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 T Z =20,7594 +2,792 10 T Z(Kmol độ ) -Nhiệt dung mol đẳng tích của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình nén :

μ cvc =20,223+1,74.10−3 T c

¿ 20,223+1,74 10−3 814,68

=21,642 ( KJ

)

Kmol độ

-Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn :

∆ Q T =120 10−3 (1−a ) M o=120 103 (1−0,9) 0,5119

-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

+21,642.814,68=1,0776.(20,7594 +2,792.10− 3

T Z ) T z 0,4696 ( 1+ 0,0445 )

-Giải phương trình ta được:

-Chọn T z 1=2723,21° K

-Tỷ số tăng áp suất:

γ p=

βT z

=

1,0776.2723,21

=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:

δn2 10,51,23−1

-Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở:

T

b

=

T

z

δn2 −1

10,51,23−1

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

=

1585,65

=1014,5° K

0,42

3 p b 3

0,11

100

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:

[

) ](MPa)

p i= ε −1 n2−1 (1− δn2 −1 )− (1−

n1−1 δn1 −1

¿ 10,5−1 [ 1,27−1 (1− 10,51,23−1−1 )− 1,37−1 (1− 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 v 103 = 423 0,103.0,75 103 =217,49( g

M1 p i T o 0,4697.1,077.297 KWh

d) Hiệu suất chỉ thị.

44000.217,49 103

i

Q

i

-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

p cơ =0,025+0,012 C TB=0,025+

0,012.14,94=0.204 - Áp suất có ích trung bình

P e =1,077−0.2024=0,873(MPa)

- Hiệu suất cơ khí :

η cơ =

P

e

=

0,873

=0,8105

p i

1,077 -Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:

e

-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 :

h in

= 0,873.0,4934 6 5400 =116,299( KW )

30 τ30.4

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

M e=3.10 4 N e = 3.104 .72 116,299 =205,64 ( Nm)

Δ N e=

N

e

=¿ 117−116,299∨ ¿ 100 %=0,6589 %<3 %

117

N emax

-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 V c = ε V−h1= 10,50,4934−1

=0,052 ( dm3 ) V h =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

V a

(dm3)=Vd

e1

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

Vn Đường Đường Đường

2.6473

3.1947

3.7421

4.2894

4.8368

5.3842

5.9315

6.4789

7.0263

Đồ thị công chỉ thị lý thuyết

0.4500

0.4000

0.3500

0.3000

0.2500

0.2000

0.1500

0.1000

0.0500

0.0000

0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.0000

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:

n N

 Me = M e N [1+( n

 g e =g N e [ 1,2−( n nN )+0.8 ( n nN ) ] (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 N e : 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)

N e, M e, 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

253.786008 261.346227 10.9490565

260.699588 248.315725 14.6940007

81.0493827 261.851851 239.187012

99.5002286 253.786008

250.329218 241.027478 24.9006623

106.728395 246.296296 243.162419

5400 117 210 268.34 31.39578

Đường đặc tính ngoài của động cơ

350 300 250 200 150 100 50 0

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