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, khơng tăng áp, có cơng suất

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

GVHD : ĐỒN 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
N emax (KW )
M emax ( Nm)
n
C TB
i
a

λ
ℇ
α
T o (° K )
Po (

MN
)
m2
ηv

Pr
(MPa)
T r (° K)
∆ T (° K)
ξz
n1
P z(MPa)
Q T (KJ/kgnl)
n2

Khoảng giá trị và lý do

Gía trị được chọn và cơng thức
117
210
Động cơ xe du lịch 3800÷600 5400
Động cơ xăng trên xe du lịch: 14.94
10÷15
Xe ơ tơ 4÷8

6
S 83
Động cơ xăng 0.8÷0.12
a= = =0,954
D 87
R
1/5.1÷1/3.2
= =0,262
l
Vh
Động cơ xăng xupap treo
= +1 = 10.5
6.5÷10
Vc
L1
Động cơ xăng khi có bộ làm
α=
= 0.9
đậm: 0.85÷0.9
L0
Nhiệt độ trung bình nước ta 297
297
Gía trị ở độ cao của mực
0.103
nước biển là 0.103
Động cơ xăng xupap treo
0.75
0.75÷0.82
Động cơ xăng 0.11÷0.12
0.11

Động cơ xăng 900÷1100
Động cơ xăng 10÷30
Động cơ xăng 0.85÷0.92
Động cơ xăng 1.34÷1.37
Động cơ buồng cháy khơng
phân chia 7÷9
Đối với xăng là 44.103
Động cơ xăng là 1.23

1000
15
0.85
1.37
9
44.103
1.23


1-

Cơng suất có ích lớn nhất Nemax = 117 Kw

2-

Momem xoắn có ích lớn nhất Me = 210 Nm

3-

Số vịng quay trong 1 phút của trục khuỷu ứng với công suất lớn nhất:

n=5400 vòng/phút
S . n 0,083.5400
m
=
=14.94 ( )
30
30
s

4-

Tốc độ trung bình của pít tơng CTB =

5-

Số xylanh của động cơ: i=6

6-

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

7-

R
Hệ số kết cấu : = =0,262
l

8-

Hệ số nén : =

S 83
= =0,954
D 87

Vh
+1 = 10.5
Vc

Trong đó: Vh là thể tích cơng tác của 1 xylanh:
Vh =

π .0 .087 .0 .087.0 .083
=0,4934 ( dm3)
4

Vc là thể tích buồng cháy:
Vc =

Vh
= 5,2.10-2 (dm3)
−1

9-

Hệ số dư lượng khơng 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 mơi trường p0 = 0.103

MN
( giá trị p0 ở độ cao của mực nước
m2

biển)

ηv = 0.75 ( chọn theo kiểu động cơ )

12-

Hệ số nạp

13-

Áp suất khí thể ở cuối q 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 q 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 (

20-

KJ
)
kgml

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 THƠNG
SỐ NHƯ TRONG BÀI HƯỚNG DẪN.

II, TÍNH TỐN CÁC Q TRÌNH CỦA CHU TRÌNH CƠNG TÁC
2.1 Tính tốn q trình trao đổi khí.
-Hệ số khí sót :
γr =

T o pr
279.011
=
=0,0445
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 r
1+0,0445

- Áp suất cuối kì nạp:
pa ¿

( ε−1 ) ( 1+ γ r ) po η v T a
εTo
¿

(10,5−1 ) (1+ 0,0445 ) 0,75.0,103 .341,31
10,5.297

=0,0838 MPa
2.2 Tính tốn q trình nén :
-Áp suất cuối q trình nén :
pc = pa . ε n =0,0838 .10,51,37 =2,1 MPa
1

-Nhiệt độ cuối quá trình nén :
T c =T a . ε

n1 −1

=341,31.10,5

1,37−1

=814,68 ° K

-2.3 Tính tốn q trình cháy.
+Tính tốn tương quan nhiệt hóa.

Lượng khơng khí lý thuyết cần biết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu thể lỏng.
M o=

(

)

1 g c g H g o Kmol
+ −
(
)
0,21 12 4 32 kgnl

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

(

)

1 0,855 0,145
Kmol
+
=0,5119(
)

0,21 12
4
Kgn

-Lượng khơng 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 1tương ứng với lượng khí thể thực tế M t đối với động cơ
xăng:


M 1=α . M 0 +

1
1
Kmol
=0,9.0,5119+
=0,4696 (
)
μ nl
112
kgnl

-Trong đó : μnl là năng lượng phân tử của nhiên liệu .
Đối với động cơ xăng μnl =110-114,chọn μnl =112(

Kmol
)
kgnl

-Số mol của sản vật c háy M 2:
Khi α =0,9< 1 : M 2=

g c gh
Kmol
+ + 0,79 α . M 0 (
)
12 2
kgnl

M 2=

0,855 0,145
Kmol
+
+0,79.0 .9 .0,5119=0,5077(
)
12
2
kgnl

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

β o=

M 2 0,5077

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

-Hệ số thay đổi phân tử thực tế β :
β=

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

+Tính tốn tương quan nhiệt động.
-Khi 0,7 < a < 1 thì giá trị của μcpz được xác định theo biểu thức gần đúng sau

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

−3

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

-Nhiệt dung mol đẳng tích của hỗn hợp cơng tác ở cuối q trình nén :
−3

μcvc =20,223+1,74.10 T c

−3

¿ 20,223+1,74. 10 814,68

=21,642 (

KJ
)
Kmol . độ

KJ
)
Kmol . độ


-Tổn thất nhiệt do cháy khơng hồn tồn :
−3
3
∆ QT =120. 10 ( 1−a ) M o=120. 10 ( 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
0,4696 (1+ 0,0445 )

−3

+21,642.814,68=1,0776.(20,7594 +2,792.10 . T Z ). T z

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

-Giải phương trình ta được:
T z 1=2723,21° K
T z 2=−10158,56° K

-Chọn T z 1=2723,21° K
-Tỷ số tăng áp suất:
γ p=

β T z 1,0776.2723,21
=
=3,602
TC
814,68

-Áp suất cuối quá trình cháy:
p z=γ p . p c=3,602.2,1=7,5642(Mpa)

2.4 Tính tốn q trình dãn nở
-Áp suất cuối quá trình cháy:

pb =

pz
δ

n2

=

7,5643
=0,42 (Mpa)
1,23−1
10,5

-Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở:
T b=

Tz
δ

n2−1

=

2723,21
=1585,65° K
10,51,23−1


2.5 Kiểm tra kết quả tính tốn:

-Sau khi kêt thúc việc tính tốn các q trình của chu trình cơng tác, ta có thể
đung cơng thức kinh nghiệm sau đây để kiểm tra kết quả việc chọn và tính các
thơng số.
T r=

Tb

Δ=

1585,65
=1014,5° K
3 0,42
0,11

√ √
3

-Sai số

=

pb
Pr

1000−1014,5
.100 %=0,55 %
100

III ,XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHU TRÌNH CƠNG 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:
,

pi =

¿

[

[ (

)

(

)]

pc
λp
1
1
1
1− n −1 −
1− n −1 (MPa)
ε −1 n2−1
n1−1
δ
δ

(

2

)

1

(

)]

2,1
3,602
1
1
1
1−
−
1−
=1,099( MPa)
1,23−1−1
1,37−1−1
10,5−1 1,27−1
1,37−1
10,5
10,5

b) Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi :
trong đo φ d=0,9÷ 0,98 chọn φ d=0,98

pi= pi, . φd =1,099. 0,98=1,077( MPa)

c) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị:
3

gi =

423. Po ηv 10 423. 0,103.0,75 . 103
g
=
=217,49(
)
M 1 pi T o
0,4697.1,077.297
KWh


d) Hiệu suất chỉ thị.
ηi =

3600
3600.1000
=
=0,376
QT gi 44000.217,49 . 103

-Trong đó QT được tính bằng (KJ/kgl) và gi được tính bằng (kg/KWh)

3.2 Các thơng số có ích:
- Áp suất tổn hao cơ khí trung bình Pcơ

pcơ =0,025+0,012. CTB =0,025+ 0,012.14,94=0.204

- Áp suất có ích trung bình
Pe =1,077−0.2024=0,873(MPa)

- Hiệu suất cơ khí :
ηcơ =

Pe 0,873
=
=0,8105
pi 1,077

-Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:
ge =

gi 217,49
g
=
=268,34 (
)
ηcơ 0,8105
KWh

-Hiệu suất có ích
ηe =ηi η cơ =0,371.0,8105=0,3

-Cơng suất có ích của động cơ ở số vung quay tính tốn :
N e=

Pe V h in 0,873.0,4934 .6 .5400
=
=116,299( KW )
30 τ
30.4

-Mơ men xoăn có ích của động cơ ở số vịng quay tính tốn.
4

3.10 N e 3.10 4 .72 .116,299
M e=
=
=205,64 ( Nm )
π .n
π .5400
Δ N e=

N emax −N e
=¿ 117−116,299∨ ¿ .100 %=0,6589 % <3 % ¿
N emax
117

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


-Vậy các thơng số đã chọn là chính xác

ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ.
1.

Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị cơng.
Điểm a : điểm cuối q trình hút, có áp suất pa và thể tích Va
Va=Vs + Vc
V
0,4934
Mà Vc= h =
=0,052 ( dm3 )
10,5−1
ε−1
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 khơng 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
e 1= e 2=1÷ε

Pn=Pa.e n1 ( Mpa)

1

Vn=

Va
(dm3)=Vd
e1

Pd=Pd.e n2 (Mpa)
2


e1=e2
1.0

Vn
(dm3)=Vd
0.5454

Pn
0.0838

Pd
0.4200

2.0

0.2727

0.2166

0.9852

3.0

0.1818

0.3775

1.6220

4.0

0.1364

0.5600

2.3110

5.0

0.1100

0.7600

3.0410

6.0

0.0910

0.9760

3.8100

7.0

0.0780

1.2100

4.6000

8.0

0.0682

1.4470

5.4210

9.0

0.0606

1.7000

6.2660

10.0

10.5

0.0545
0.0520

1.9645
2.1000

7.1326
7.5737

Đường
cháy
2.1000
2.6473
7
3.1947
4
3.7421
1
4.2894
8
4.8368
5
5.3842
2
5.9315
9
6.4789
6

7.0263
3
7.5737

Đường
nạp
0.0838

Đường
xả
0.4200

0.0806

0.3890

0.0774

0.3580

0.0743

0.3270

0.0711

0.2960

0.0679

0.2650

0.0647

0.2340

0.0615

0.2030

0.0584

0.1720

0.0552
0.0520

0.1410
0.1100


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
0.0000

0.1000

0.2000

Pn
Đường nạp

0.3000

0.4000

Pd
Đường xả

0.5000

0.6000

Đường cháy

Hiệu chính đồ thị cơng 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 cơng 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 ngồi của động cơ.
Mục đích: đề biểu thị sự phụ thuộc của các chỉ tiêu như cơng suất có ích (N e),
mơ men xoắn có ích (Me), lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ (G nl) và suất
tiêu hao nhiên liệu có ích (ge) vào số vòng quay của trục khuÿu (n (v/ph)) khi
bướm ga mở hồn tồn. Qua đó để đánh giá sự thay đồi các chỉ tiêu chính của
động cơ khi số vịng quay trục khuỷu thay đơi.
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 2
n 3
+(
)
−(
) ] (KW)
 Ne = Nemax.[
n N nN
nN
N

 Me = M e [1+

( )( )

n
n 2
−
]

nN
nN

(N.m)


( ) ( )

N

 ge =g e .[ 1,2−

2

n
n
+0.8 .
] (g/KW.h)
nN
nN

Trong đó :
Memax: Cơng suất có ích lớn nhất được tính ( KW)
n N : Số vịng quay ứng với công suất lớn nhất (v/ph)

M Ne : Mô men xoăn có ích ứng với sơ vịng quay nụ (Nm).
ge : Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với số vòng quay n N (g/KWh)
N

Ne, Me, ge : 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 ge và Ne theo biểu thức:
Gnl= ge .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 N e, Me, ge , Gnl ứng với từng
giá trị n.


n(v/
ph)
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)
14.2839506
2
19.5208047
6
24.9359853
7
30.4938271
6
36.1586648
4
41.8948331
47.6666666
7
53.4385002
3
59.1746685
64.8395061
7
70.3973479
7

75.8125285
8
81.0493827
2
86.0722450
8
90.8454503
9
95.3333333
3
99.5002286
2
103.310471
106.728395
1
109.718335
6
112.244627
3
114.271604
9
115.763603
1
116.684956
6
117

Me (N.m)
230.740740
7

236.502057
6
241.687242
8
246.296296
3
250.329218
1
253.786008
2
256.666666
7
258.971193
4
260.699588
5
261.851851
9
262.427983
5
262.427983
5
261.851851
9
260.699588
5
258.971193
4
256.666666
7

253.786008
2
250.329218
1
246.296296
3
241.687242
8
236.502057
6
230.740740
7
224.403292
2
217.489711
9
210

ge (g/kWh)
294.842716
286.965519
9
279.677273
272.977975
3
266.867626
9
261.346227
7
256.413777

8
252.070277
1
248.315725
7
245.150123
5
242.573470
5
240.585766
8
239.187012
3
238.377207
1
238.156351
2
238.524444
4
239.481487
241.027478
7
243.162419
8
245.88631
249.199149
5
253.100938
3
257.591676

3
262.671363
5
268.34

Gnl (kg/h)
4.21151879
6
5.60179788
5
6.97402838
7
8.32414319
8
9.64957707
7
10.9490565
9
12.2223900
7
13.4702575
6
14.6940007
5
15.8954129
4
17.0765290
1
18.2394153
2

19.3859597
20.5176613
9
21.6354209
8
22.7393303
7
23.8284627
24.9006623
4
25.9523348
26.9782366
9
27.9712656
7
28.9222504
3
29.8197405
8
30.6497966
4
31.39578


Đường đặc tính ngồi của động cơ
350
300
250
200
150

100
50
0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540

Ne (KW)

Me (N.m)

ge (g/kWh)

Gnl (kg/h)