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... Lượng không

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

C TB Động cơ xăng trên xe du lịch:

D= 83 87=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 L 1 0 = 0.9

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

P o ( MN

m 2 ) Gía trị ở độ cao của mực nước biển là 0.103 0.103

P r

T r (° K) Động cơ xăng 900÷1100 1000

P z (MPa) Động cơ buồng cháy không

phân chia 7÷9 9

Q T (KJ/kgnl) Đối với xăng là 44.10 3 44.10 3

1- Công suất có ích lớn nhất N emax = 117 Kw 2- Momem xoắn có ích lớn nhất M e = 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 C TB = S.n 30 = 0,083.5400 30 =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 83 87=0,954

7- Hệ số kết cấu : = R l =0,262

8- Hệ số nén : = V V h

c +1 = 10.5 Trong đó: V h là thể tích công tác của 1 xylanh:

V h = π 0.087.0.087.0.083 4 =0,4934 ( dm 3 )

V c là thể tích buồng cháy:

V c = V h

−1 = 5,2.10 -2 (dm 3 )

9- Hệ số dư lượng không khí : α= L L 1

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 T o = 297K ( nhiệt độ trung bình nước ta là 24◦C 11- Áp suất môi trường p 0 = 0.103 MN

m 2 ( giá trị p 0 ở độ cao của mực nước 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 p r : Động cơ xăng p r = 0.11÷0.12 ( Mpa ), chọn p r =0.11 ( Mpa )

14- Nhiệt độ cuối quá trình thải T r : Động cơ xăng : T r = 900÷1100K chọn T r = 1000K 15- Độ sấy nóng khí nạp ∆T :

Động cơ xăng : ∆T= 10÷30K chọn 15K 16- Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 : Động cơ xăng : n 1 = 1,34÷1,37, chọn n 1 = 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 p z = 9 (Mpa) (vì là buồng cháy không phân chia)

19- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu Q r : Với 1 kg nhiên liệu, đối với động cơ xăng : Q r = 44.10 3 ( kgml ) KJ

20- Chỉ số giãn nỡ đa biến trung bình n 2 :

Vì chọn hệ số sử dụng nhiệt thấp nên chĩ số giãn nở đa biến trung bình thấp Đối với động cơ xăng n 2 = 1,23÷1,27, chọn n 2 =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 = 279.011

( 10,5−1 ) 0,75 0,103.1000 =0,0445

-Nhiệt độ cuối quá trình nạp :

T a = T o +∆ T +γ r T r

1+γ r = 279+15+0,0445.1000 1+0,0445 = 341,31°K

- 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 10,5.297 ) 0,75.0,103 341,31 =0,0838 MPa

2.2 Tính toán quá trình nén :

-Áp suất cuối quá trình nén :

p c = p a ε n 1 =0,0838 10,5 1,37 =2,1MPa

-Nhiệt độ cuối quá trình nén :

T c =T a ε n 1 −1 =341,31.10,5 1,37−1 =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 = 1 0,21 ( g c

12 +

g H

4 −

g o

32 ) ( Kmol kgnl )

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

M o = 1 0,21 ( 0,855

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 :

M t =α M 0 =0,9.0,5119=0,46071( Kmol

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

M 1 =α M 0 + 1 μ

nl =0,9.0,5119+ 1 112 =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 M 2 :

Khi α=0,9<1 : M 2 = g c

12 +

g h

2 +0,79α M 0 ( Kmol

kgnl )

M 2 = 0,855 12 + 0,145 2 +0,79.0 9.0,5119=0,5077( Kmol kgnl )

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

β o = M 2

M 1 =0,5077 0,4696 =1,0811( Kmol kgnl )

-Hệ số thay đổi phân tử thực tế β :

β= β o +γ r

1+γ r = 1,0811+0,0445 1+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 ( Kmol độ KJ ) -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 ( Kmol.độ KJ )

-Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn :

∆ Q T =120 10 −3 (1−a) M o =120 10 3 (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 :

¿¿¿

(¿)⇔ (44.10 3 −6142,875 ).0,85

0,4696 ( 1+0,0445 ) +21,642.814,68=1,0776.(20,7594 +2,792.10 −3 .T Z ).T z

⇔83229,703=22,37 T z +3,0086.10 −3 T z 2

-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 z

T C =1,0776.2723,21 814,68 =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 n 2 = 7,5643 10,5 1,23−1 =0,42(Mpa) -Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở:

T b = T z

δ n 2 −1 = 2723,21 10,5 1,23−1 =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

√ 0,42 0,11

=1014,5° K

-Sai số Δ= 1000−1014,5 100 100 %=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 , = p c

ε−1 [ λ p

n 2 −1 ( 1− 1

δ n 2 −1 ) − 1

n 1 −1 ( 1− 1

δ n 1 −1 ) ] (MPa)

¿ 10,5−1 2,1 [ 3,602

1,27−1 ( 1− 1

10,5 1,23−1−1 ) − 1,37−1 1 ( 1− 1

10,5 1,37−1−1 ) ] =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 10 3

M 1 p i T o = 423 0,103.0,75 10

3

0,4697.1,077.297 =217,49( g KWh )

d) Hiệu suất chỉ thị.

η i =3600 Q

T g i = 44000.217,49 10 3600.1000 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

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

p i = 0,873 1,077 =0,8105 -Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:

g e = g i

η cơ =217,49 0,8105 =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 V h in 30τ = 0,873.0,4934 6.5400 30.4 =116,299(KW ) -Mô men xoăn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán.

M e = 3.10 4 N e

π n = 3.10

4 72.116,299

π.5400 =205,64 ( Nm )

Δ N e = N emax −N e

N emax =¿ 117−116,299∨ ¿

117 .100 %=0,6589 %<3%¿

-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 V a

V a =V s + V c

Mà V c = V h

ε−1 =

0,4934 10,5−1=0,052 ( dm 3 )

V h =0,4934 (dm 3 ) Vậy V a =0,5454 ( dm 3 )

P a = 0.0835 (Mpa) Điểm c : điểm cuối hành trình nén

V c = 0,052 (dm 3 )

P c = 2,1 (Mpa) Điểm z : điểm cuối quá trình cháy

V z =V c = 0.052 (dm 3 ) ( vì động cơ xăng không tăng áp nên tỷ số dãn nở sớm

=1)

P z =7.6723 (Mpa) Điểm b : điểm cuối quá trình dãn nở

V b= V a =0.5454 (dm 3 )

P b =0.42 (Mpa) Điểm r : điểm cuối quá trình xả

V r =V c =0.052 (dm 3 )

P r =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

e 1 (dm 3 )=V d

P n= P a e 1 n 1 ( Mpa) P d =P d .e 2 n 2 (Mpa)

e1=e2 Vn (dm3)=Vd Pn Pd Đường cháy Đường nạp Đường xả 1.0 0.5454 0.0838 0.4200 2.1000 0.0838 0.4200 2.0 0.2727 0.2166 0.9852 2.6473 7 0.0806 0.3890 3.0 0.1818 0.3775 1.6220 3.1947 4 0.0774 0.3580 4.0 0.1364 0.5600 2.3110 3.7421 1 0.0743 0.3270 5.0 0.1100 0.7600 3.0410 4.2894 8 0.0711 0.2960 6.0 0.0910 0.9760 3.8100 4.8368 5 0.0679 0.2650 7.0 0.0780 1.2100 4.6000 5.3842 2 0.0647 0.2340 8.0 0.0682 1.4470 5.4210 5.9315 9 0.0615 0.2030 9.0 0.0606 1.7000 6.2660 6.4789 6 0.0584 0.1720 10.0 0.0545 1.9645 7.1326 7.0263 3 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 (N e ),

mô men xoắn có ích (M e ), lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ (G nl ) và suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g e ) 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 n min và n max rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của N e , M e , G nl , g e theo các biêu thức sau:

 N e = N emax .[ n n

N +( n

n N ) 2 −( n

n N ) 3 ] (KW)

 M e = 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 :

M emax : 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)

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 G nl được xác định theo từng cặp giá trị tương

ứng của g e và N e theo biểu thức:

G nl= g e N e (kg/h) Trong đó:

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

Ta có N emax = 117 (KW), tương ứng với số vòng N e , M e , g e , G nl ứng với từng giá trị n.

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

600 14.2839506 2 230.740740 7 294.842716 4.21151879 6

800 19.5208047 6 236.502057 6 286.965519 9 5.60179788 5

1000 24.9359853 7 241.687242 8 279.677273 6.97402838 7

1200 30.4938271 6 246.296296 3 272.977975 3 8.32414319 8

1400 36.1586648 4 250.329218 1 266.867626 9 9.64957707 7

1600 41.8948331 253.786008 2 261.346227 7 10.9490565 9

1800 47.6666666 7 256.666666 7 256.413777 8 12.2223900 7

2000 53.4385002 3 258.971193 4 252.070277 1 13.4702575 6

2200 59.1746685 260.699588 5 248.315725 7 14.6940007 5

2400 64.8395061 7 261.851851 9 245.150123 5 15.8954129 4

2600 70.3973479 7 262.427983 5 242.573470 5 17.0765290 1

2800 75.8125285 8 262.427983 5 240.585766 8 18.2394153 2

3000 81.0493827 2 261.851851 9 239.187012 3 19.3859597

3200 86.0722450 8 260.699588 5 238.377207 1 20.5176613 9

3400 90.8454503 9 258.971193 4 238.156351 2 21.6354209 8

3600 95.3333333 3 256.666666 7 238.524444 4 22.7393303 7

3800 99.5002286 2 253.786008 2 239.481487 23.8284627

4000 103.310471 250.329218 1 241.027478 7 24.9006623 4

4200 106.728395 1 246.296296 3 243.162419 8 25.9523348

4400 109.718335 6 241.687242 8 245.88631 26.9782366 9

4600 112.244627 3 236.502057 6 249.199149 5 27.9712656 7

4800 114.271604 9 230.740740 7 253.100938 3 28.9222504 3

115.763603 224.403292 257.591676 29.8197405