đồ án học phần động cơ đốt trong

hướng dẫn đồ án môn học động cơ đốt trong×đồ án động cơ đốt trong ife×đô án động cơ đôt trong 6 xilanhhướng dẫn đồ án môn học động cơ đốt trong×đồ án động cơ đốt trong ife×đô án động cơ đôt trong 6 xilanhhướng dẫn đồ án môn học động cơ đốt trong×đồ án động cơ đốt trong ife×đô án động cơ đôt trong 6 xilanhhướng dẫn đồ án môn học động cơ đốt trong×đồ án động cơ đốt trong ife×đô án động cơ đôt trong 6 xilanh

Lời cảm ơn

Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thuỷ, máy bay

và các máy công tác như máy phát điện, bơm nước… Động cơ đốt trong là nguồn cung cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới Chính vì vậy việc tính toán và thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quan trọng đối với các sinh viên chuyên ngành động cơ đốt trong

Đồ án tính toán thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong là đồ án đòi hỏi người thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức của các môn học cơ sở Trong quá trình hoàn thành đồ án không những đã giúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học và còn giúp

em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên ngành của mình cũng như các kiến thức tổng hợp khác Đồ án này cũng là một bước tập dượt rất quan trọng cho em trước khi tiến hành làm đồ án tốt nghiệp sau này

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất, song

do những hạn chế về kiến thức cũng như những kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình làm không tránh được sai sót chính vì vậy em rất mong được sự đóng góp của các thầy cô cũng như toàn thể các bạn để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Hữu Lý cũng như toàn thể các thầy cô giáo trong Bộ môn Động Cơ Đốt Trong đã tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành đồ án tốt đẹp

Sinh viên

Phạm Văn Tuấn

MỤC LỤC

Phần 1: Tính Nhiệt ……… 3

1.1 Các thông số chọn ………….……….4

1.2 Tính toán các quá trình công tác ……… 6

1.3 Vẽ và hiệu đỉnh đồ thị công ……….18

Phần 2 tính toán động học động lực học ……… 23

Phần 3 : tính nghiệm bền xéc măng ……… 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Giáo trình tính toán động cơ đốt trong

2. File pdf tính toán động cơ đốt trong

Phần 1: Tính Nhiệt.

Số liệu ban đầu của đồ án môn học ĐCĐT

Các số liệu của phần tính toán nhiệt

T

T

Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú

không tăng áp

phù hợp 9,4

1.1 Các thông số chọn.

1) áp suất môi trường p 0

- Áp suất môi trường p0 là áp suất khí quyển Với động cơ không tăng áp ta có

áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupap nạp nên ta chọn:

Pk=0P0 = 0,1(Mpa)

2) Nhiệt độ môi trường T 0

- Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm Với động cơ không tăng áp ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupap nạp

Tk=T0 = 240C = 2970K

3) Áp suất cuối quá trình nạp p a

- Áp suất cuối quá trình nạp pavới động cơ không tăng áp ta có thể chọn trong phạm vi:

Pa = (0,8 – 0,9)p0 = 0.8.p0 = 0,08.0,1 = 0.08 (MPa)

4) Áp suất khí thải p r :

- Áp suất khí thải pr có thể chọn trong phạm vi:

pr = (1,10-1,15).pk = 1,11pk = 1,11.0,1 = 0,111 (MPa)

5) Mức độ sấy nóng môi chất

Mức độ sấy nóng môi chất chủ yếu phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel Với động cơ Xăng ta chọn:

6) Nhiệt độ khí sót (khí thải) T r :

Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào chủng loại động cơ Thông thường ta có thể chọn:

Tr = (800 – 1000) = 8800K

7) Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt : t

Hệ số hiệu đính tỉ nhiệtt được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiệu đính:

t = 1.16

8) Hệ số quét buồng cháy 2 :

Với các động cơ không tăng áp ta thường chọn hệ số quét buồng cháy 2 là:

2 = 1

9) Hệ số nạp thêm 1 :

Hệ số nạp thêm 1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thông thường ta có thể chọn:

1 = (1,02 – 1,07) = 1.03

10) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξz

:

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z z

ξ

phụ thuộc vào chu trình công tác của động

cơ Với các loại động cơ Xăng ta thường chọn:

0,85 0,92 0,88

z

11) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξb

:

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b b

ξ

tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel Với các loại động cơ Xăng ta chọn:

0,85 0,95 0,9

b

12) Hệ số hiệu đính đồ thị công ϕd

:

Hệ số hiệu đính đồ thị công d

ϕ

phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel Với các động cơ Xăng ta chọn:

0,92 0,97 0,97

d

1.2 Tính toán các quá trình công tác:

1.2.1 Tính toán quá trình nạp:

1) Hệ số khí sót γr

:

Hệ số khí sót γr

được tính theo công thức:

2

1

r

r t

a

p p

λ γ

ε λ λ λ

 

 ÷

 

+ ∆

=

Trong đó mlà chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn:

m = 1,45 1,5 = 1,5

Thay số vào công thức tính γr

ta được:

2) Nhiệt độ cuối quá trình nạp a

T

:

Nhiệt độ cuối quá trình nạp a

T

được tính theo công thức:

( )

1

1

m m a

k t r r

r a

r

p

p T

λ γ γ

−

 

 ÷

 

=

+

Thay số vào công thức tính a

T

ta được:

T a =

3) Hệ số nạp ηv

:

Hệ số nạp ηv

được xác định theo công thức:

1

1

m

ε

 

 ÷

 

Thay số vào công thức tính ηv

ta được:

= 0,7496

4) Lượng khí nạp mới 1

M

:

Lượng khí nạp mới 1

M

được xác định theo công thức:

M=

Trong đó:

e

p

là áp suất có ích trung bình được xác định theo công thức:

30 .

.

e e

h

N p

V n i

τ

=

h

V

là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức:

2

4

h

D S

V =π

Thay số vào các công thức trên ta được:

Vh = = 0.656 (l)

Pe = = 1,105 (MP a )

M1 = = 0.488 (kmol / kg.nl)

5) Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu 0

M

:

Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu 0

M

được tính theo công thức:

0

1

0, 21 12 4 32

C H O

M =  + − 

Đối với nhiên liệu của động cơ Xăng ta có: C=0,855;H =0,145;O=0 nên thay

vào công thức tính 0

M

ta được:

0 0,512( / )

M = kmol kg nl

6) Hệ số dư lượng không khí α :

Đối với động cơ Xăng hệ số dư lượng không khí α được xác định theo công thức:

1 0

1

nl

M

M

µ α

−

=

Trong đó: µnl = 114

Thay số vào công thức tính hệ số dư lượng không khí α ta được:

= 0,937

1.2.2 Tính toán quá trình nén:

1) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:

19,806 0,00209 ( / )

v

mc = + T kJ kmol do

2) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:

Với các động cơ Xăng có hệ số dư lượng không khí do đó tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí được xác định theo công thức:

17,977 3,504 360,34 252,4 .10

2

v

Thay số ta được:

2

v

'' 21, 279 0,00597

v

3) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén

'

v

mc

tính theo công thức:

v r v v

r

γ

+

+

Thay số ta được:

' 19,89 0,0023 ( / )

v

mc = + T kJ kmol do

Do ta có:

'

2

v

v v

b

mc = +a T

4) Chỉ số nén đa biến trung bình 1

n

:

Chỉ số nén đa biến trung bình 1

n

được xác định bằng cách giải phương trình:

( 1 )

8,314 1

v v a

n

a b T ε −

− =

Thay n1=1,368 vào hai vế của phương trình ta được:

n1 – 1= 0.368

và

= 0,36823

Vậy ta có sai số giữa hai vế của phương trình là:

= 0,169 < 0,2%

Vậy ta có nghiệm của phương trình là:n1 = 1,368

5) áp suất cuối quá trình nén c

p

:

áp suất cuối quá trình nén c

p

được xác định theo công thức:

1

p = p ε

Thay số ta xác định được:

Pc = 0,08.9,41,368 = 1,715 (MPa)

6) Nhiệt độ cuối quá trình nén c

T

:

Nhiệt độ cuối quá trình nén c

T

được xác định theo công thức:

1 1

c a

T =T ε −

Thay số ta được:

Tc = 351,216 9,41,368-1 = 801,097 (K)

7) Lượng môi chất công tác của quá trình nén c

M

:

Lượng môi chất công tác của quá trình nén c

M

được xác định theo công thức: ( )

M =M +M =M + γ

Thay số ta được:

Mc = 0,488.(1+0,06066) = 0,5179 (kmol / kg.nl)

1.2.3 Tính toán quá trình cháy:

1) Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β0

:

Ta có hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β0

được xác định theo công thức:

0

1

Với động cơ xăng ta sử dụng công thức :

0 0

0

1

0, 21( 1) M ( )

4 32 1

nl

H O M

α

µ β

α

µ

= +

+

Thay số ta được:

= 1+ = 1,07

2) Hệ số thay đổi phân tử thực tế β

:

Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β

được xác định theo công thức:

0

1

r r

β γ

β

γ

+

=

+ Thay số ta xác được:

= = 1,066

3) Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z βz

:

Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z βz

được xác định theo công thức:

1

r

β

γ

−

= +

+ Trong đó ta có:

0,97778 0,9

z z

b

ξ

χ

ξ

Thay số ta được:

= 1+ 0,97778 = 1,0647

4) Lượng sản vật cháy 2

M

:

Ta có lượng sản vật cháy 2

M

được xác định theo công thức:

M =M + ∆ =M β M

Thay số ta được:

M2 = 1,07.0,488 = 0,523 (kmol / kg.nl)

5) Nhiệt độ tại điểm z z

T

:

Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z z

T

được xác định bằng cách giải phương trình sau:

( ) ( )v c z vz z

r

H

M

Q Q

.

1

.

)

1

β γ

+

∆

−

(**) Trong đó:

H

Q

là nhiệt trị thấp của nhiên liệu Xăng ta có:

44000( / )

H

Q = kJ kg nl

Q

∆

là nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1kg nhiên liệu.trong điều kiện α<1 xác định như sau:

Q

∆

=120.10

3

(1-α )M0 Thay số ta được:

Q

∆

= 120.103.(1-0,937)0,512 = 3883,268 (KJ kg.nl

vz

mc

là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được xác định theo công thức:

''

0

0

2

r

v

r

b

γ

β γ

β

 + + −

Thay số vào ta xác định được:

=

= 21,252+0,00295T z

Mặt khác ta có:

''

2

v

vz v z

b

mc = +a T

Thay các giá trị vào phương trình (**) ta tính

0,88(44000 0)

19,89 0.0023 801, 097 1, 0647.(21, 279 0, 0059 ).

0, 488 1 0, 06066 − + + T z = + T T z z

+

2

0,0063T z + 22,656T z− 84643,98 0 =

Tz =2286.92 (K)

6) Áp suất tại điểm z z

p

:

Ta có áp suất tại điểm z z

p

được xác định theo công thức:

.

z c

p = λ p

Trong đó λ là hệ số tăng áp :

2286,92

801, 097

z

z

c

T

T

Thay số ta được:

Pz = 3,039.1.715= 5,213(MPa)

1.2.4 Tính toán quá trình giãn nở:

1) Hệ số giãn nở sớm ρ

:

Hệ số giãn nở sớm ρ

được xác định theo công thức sau:

.

z z c

T T

β

ρ

λ

=

Với động cơ xăng ta có: ρ =1

2) Hệ số giãn nở sau δ

:

Ta có hệ số giãn nở sau δ

được xác định theo công thức:

ε

δ

ρ

=

Với động cơ xăng :

= = 9,4

3) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình 2

n

:

Ta có chỉ số giãn nở đa biến trung bình 2

n

được xác định từ phương trình cân bằng sau:

'' 1

8,314 1

.

.

vz z b

r z b

n

ξ ξ

γ β

− =

Trong đó: b

T

là nhiệt trị tại điểm b và được xác định theo công thức:

2 1

z

b n

T T

δ −

=

Ta chọn n =1,182 : n – 1 = 0,182

Thay số vào ta được:

Tb = = 1521,04(K)

QH*: là nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Với động cơ xăng :

Thay n2 =1,182 ta được:

n2 – 1 = 0,182

'' 1

8,314

ξ ξ

γ β

=

−

Vậy ta có sai số giữa hai vế của phương trình là:

n2 = .100 = 0,1766

n2 = 1,182

4) áp suất cuối quá trình giãn nở b

p

:

áp suất cuối quá trình giãn nở b

p

được xác định trong công thức:

2

z

b n

p

p

δ

=

Thay số vào ta được:

Pb = = 0,369 (MPa)

5) Tính nhiệt độ khí thải rt

T

Nhiệt độ khí thải được tính theo công thức:

1

.

m m r

rt b

b

p

T T

p

−

Thay số vào ta xác định được:

Trt = 1521,04.=1019,266(K)

Vậy ta có sai số khi tính toán và chọn nhiệt độ khí thải là:

= 100% = 100% = 13,663%

15%

rt

T

→ ∆ <

Vậy giá trị nhiệt độ khí thải chọn và tính toán thoả mãn yêu cầu

1.2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác

1) áp suất chỉ thị trung bình

'

i

p

:

Với động cơ Xăng áp suất chỉ thị trung bình

'

i

p

được xác định theo công thức:

1

1 1 ( 1

1 ) 1

1 1 ( 1

1 2

'

−

−

−

−

−

−

−

−

P p

ε ε

λ ε

Thay số vào công thức trên ta được:

= = 0.83

2) áp suất chỉ thị trung bình thực tế i

p

:

Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình trong thực tế được xác định theo công thức:

'

i i d

p = p ϕ

Với φd = 0,97

Thay số vào công thức trên ta được:

Pi = 0,83.0,97 = 0,806 (MPa)

3) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị i

g

:

Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị i

g

:

3 1

432.10

.

v k i

i k

p g

M p T

η

=

Vậy thay số vào ta xác định được:

gi = =277,189 (g / KW.h)

4) Hiệu suất chỉ thị i

η

Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị:

3

3,6.10

.

i

i H

g Q

η =

Thay số ta được:

i = = 0,295

5) áp suất tổn thất cơ giới m

p

:

áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ Ta có tốc

độ trung bình của động cơ là:

Vtb = = = 6,96 (m/s)

Do Vtb = 6,96 nên áp suất tổn thất cơ giới được tính cho động cơ xăng có

6 i và S/D > 1

Vậy ta có công thức xác định m

p

là:

Pm = 0,05+0,015 Vtb

Thay số ta được:

6) áp suất có ích trung bình e

p

:

Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo công thức:

p = −p p

Thay số vào công thức trên ta được:

Pe = 0,806 – 0,1544 = 0,651 (MPa)

7) Hiệu suất cơ giới ηm

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:

e m

i

p

p

η =

Thay số vào công thức trên ta được:

m = = 0,808

8) Suất tiêu hao nhiên liệu e

g

:

Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là:

i e

m

g

g

η

=

Vậy thay số vào ta được:

ge = = 342,92 (g / KW.h)

9) Hiệu suất có ích ηe

:

Ta có công thức xác định hiệu suất có ích ηe

được xác định theo công thức:

.

e m i

Thay số vào công thức trên ta được:

e = 0,808 0,295= 0,0,238

10) Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức:

Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức:

.30.

.

e h

e

N

V

p i n

τ

=

Vậy thay số vào ta được:

Vh = =1,135 (l)

Ta có công thức kiểm nghiệm đường kính xy lanh kn

D

:

4.

.

h kn

V D

S

π

=

Thay số vào ta được:

Dkn = =1,277(dm) =127,7(mm)

Vậy ta xác định được sai số đường kính giữa tính toán và thực tế là:

= = = 0,2969 (dm)

> 0,1 (dm)

Vậy đường kính xy lanh giữa tính toán và thực tế không thoả mãn yêu cầu Sai số với đề bài