đồ án động cơ đốt trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP
TPHCM

ĐỒ ÁN
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

GVHD : NGUYỄN QUỐC SỸ
SVTH : Trần Văn Nam
13019751
Danh Minh Nhựt
13027021
Lê Hồng Phúc
13035371


1 CÁC THÔNG CHO TRƯỚC ĐỘNG CƠ ( ĐỘNG CƠ MẪU )
Kiểu động cơ : Động cơ G16A, 4 xilanh thẳng hàng
Công suất động cơ : Ne = 68 kW
Số vòng quay n = 5750 vòng/phút
Số kỳ 4
Đường kính xilanh D = 75mm
Hành trình piston S = 90mm
1.7 Tỷ số nén ε = 9,5
1.8 Moment xoắn có ích lớn nhất Memax = 127 N.m
1.9 Số xilanh i = 4
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6

2 CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT:
2.1 Áp suất không khí nạp p0:
p0 = 0,1 MN/m2 = 1,0 bar = 0,1 MPa
2.2 Nhiệt độ không khí nạp mới T0:
tkk=240C (là nhiệt độ không khí trung bình ở nước ta từ 220C – 270C)
T0=24+273=297 0K
2.3 Áp suất khí nạp trước xuppap nạp (pk):
Đối với động cơ xăng 4 kì không tăng áp thì pk=p0 =0,1 MN/m2 = 1,0 bar = 0,1 MPa
2.4 Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (Tk):
Đối với động cơ xăng 4 kì không tăng áp thì Tk=T0 =297 0K
2.5 Áp suất cuối quá trình nạp pa:
Đối với động cơ không tăng áp áp suất cuối quá trình nạp pa
Pa= (0,8 ÷ 0,95).p0
chọn pa= 0,85.p0=0,85.0,1= 0,085 MN/m2
2.6 Áp suất khí sót (pr):
pr= pth + Δ pr trong đó: pth là áp suất khí thải ra ngoài
Δ pr là áp suất thất thoát qua xuppap xả, đường ống xả
Thông thường pr được xác định theo công thức thực nghiệm:
pr = (0,11 ÷ 0,12) MPa
chọn pr = 0,11 MPa
2.7 Nhiệt độ khí sót Tr:
Đối với động cơ xăng thì Tr=(900 ÷ 1100) 0K


Chọn Tr=975 0K
2.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới:
Đối với động cơ xăng: Δ T = (10 ÷ 30) 0K
Chọn Δ T = 20 0K
2.9 Hệ số nạp thêm λ1:

λ1=1,02 ÷ 1,07 chọn λ1=1,02
2.10 Hệ số quét buồng cháy λ2:
Đối với động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy thì chọn λ2=1
2.11 Hệ số dư lượng không khí α:
α=
Với M0 là số kmol không khí cần đốt cháy hết 1kg nhiên liệu
M1 là số kmol không khí thực tế đi vào xy lanh
Trong tính toán nhiệt ĐCĐT đối với động cơ xăng thì α=0,85 ÷ 0,95
Chọn α=0,9
2.12 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt:
Đối với động cơ xăng α=0,9 thì chọn λt = 1,15
2.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (ξz):
Động cơ xăng: ξz =0,75 ÷ 0,92
Chọn ξz =0,8
2.14 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξb):
Động cơ xăng: ξb=0,85 ÷ 0,95
Chọn ξb=0,9
2.15 Hệ số điền đầy đồ thị công (φd):
Hệ số điền đầy đủ đồ thị công sẽ đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công
thực tế so với đồ thị công tính toán
φd=0,93 ÷ 0,97
Chọn φd =0,95
THÔNG SỐ CHỌN BAN ĐẦU
1

Áp suất không khí nạp

p0

0.1

MPa


2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Nhiệt độ không khí nạp
Áp suất khí nạp trước xupap nạp
Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp
Áp suất cuối quá trình nạp
Áp suất khí sót
Nhiệt độ khí sót
Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới
Hệ số nạp thêm
Hệ số quét buồng cháy
Hệ số dư lượng không khí
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt

Hệ sốlợi dụng nhiệt tại z
Hệ sốlợi dụng nhiệt tại b
Hệ số điền đầy đồ thị công

T0
pk
Tk
pa
pr
Tr
∆T
λ1
λ2
α
λt
ξz
‫غ‬b
φd

297
0.1
297
0,085
0,11
975
20
1,02
1
0,9
1,15

0,8
0.9
0.95

0

K
MPa
0
K
MPa
MPa
0
K
0
K

3 TÍNH TOÁN NHIỆT
1.

Quá trình nạp

Hệ số nạp
v

=...

v

= . . .=0,77

m = 1.5 chỉ số nén đa biến trung bình của không khí
Hệ số khí sót
r

=..

r

=.. = 0.05

Nhiệt độ cuối hành trình nạp
Ta =
Ta = = 351 K
2.

Quá trình nén

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới :
=19,806 + = kj/kmolđộ
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy :
”

=19,806 + + kj/kmolđộ

”

=19,806 +

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí khí hỗn hợp công tác:

19,806 +

kj/kmolđộ

Chỉ số nén đa biến

=1,37
Áp suất cuối quá trình nén:
.

=0,085.9,51,37 = 1,857

Mpa

Nhiệt độ cuối quá trình nén :
= .=

3.

351.9,51,37-1=807 K

Quá trình cháy

Lượng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu :
M0 =
M0 = =0,512
Lượng khí thực tế nạp vào xilanh M1
M 1 =0 +

= 0,9.0,512+ =0,469

với = 110 trọng lượng phân tử của xăng
Lương sản vật cháy
M2 = Mo
M2 = .0,512 =0,507
Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết:
o

== 1,08

Hệ số thay đổi phân tử thực tế:
=
Hệ số thay đổi phân tử tại z:
Trong đó phần nhiên liệu đã cháy tại điểm z


Nhiệt độ cuối quá trình cháyz
Trong đó là nhiệt trị thấp

=
19,806 + a
19,806 + = 20,54
Thay tất cả vào (**) ta được:
Giải hệ trên ta được: K
Tỷ số tăng áp suất:
p =
p = = 3,71
Áp suất tại điểm z:

Tỷ số giãn nở sớm:
=
Tỷ số giãn nở sau:
4.

Quá trình giãn nở:

Chỉ số giãn nở đa biến trung bình:

Thế các thông số đã biết trong đó

-1=
Từ phương trình trên ta thấy có thể chấp nhận được
Áp suất cuối quá trình giãn nở :
Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở :


Kiểm tra nhiệt độ khí sót :
(tính) =
(tính) = = 1059 K
Kiểm tra : =(tính) - = 1059 – 975 =84 K =8,6% <10
Vậy .
5.

Tính toán các thông số của chu trình công tác

Áp suất trung bình chỉ thị lý thuyết :

Áp suất trung bình chỉ thị thực tế :
= 1,09. 0,95 =1,0355

Chọn = 0,94
Chọn = 0,95
Áp suất tổn thất cơ khí :
+b.=0,024+ 0,0053.17,25+ (0,11-0,085)= 0,14 (Mpa)
i = 4 , >1 động cơ phun xăng => a= 0,024, b= 0,0053
Vp = = = 17,25
Áp suất có ích trung bình:
1,0355 – 0,14= 0,8955
Hiệu suất cơ giới :
M

=

= 0,865

Hiệu suất chỉ thị :
i

=

= 0,354

Hiệu suất có ích :
e

=

= 0,306

Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị :

gi =

= = 0,231 kg/kW.h = 231 g/kW.h


Suất tiêu hao nhiên liệu có ích :

= = 0,267 kg/kW.h = 267 g/kW.h

ge =
6.

Tính thông số kết cấu động cơ

Thể tích công tác Vh của 1 xi lanh động cơ
(lít)
Thể tích công tác Vh của 4 xi lanh động cơ
Vhi =

3

)

i: số xilanh của động cơ
Ne công suất động cơ thiết kế (KW)
ne số vòng quay của động cơ ở công suất thiết kế
Pe áp suất có ích trung bình

(MN/m2)

Đường kính pittong :
D= = (dm) = 74,9 mm
Hành trình pitong
S=
Bảng số liệu thông số tính toán
STT

Tên gọi
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Số vòng quay trục khuỷu
Công suất có ích
Tỷ số nén
Hành trình piston
Đường kính xilanh
Nhiệt độ không khí nạp

Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt
Hệ số quét buồng cháy
Hệ số dư lượng không khí
Hệ số khí sót
Hệ số nạp
Hệ sốlợi dụng nhiệt tại z
Hệ sốlợi dụng nhiệt tại b
Chỉ số nén đa biến trung bình
của quá trính nén hỗn hợp

Kí
hiệu
n
Ne
S
D
T0
∆T
λt
λ2
α
ξz
‫غ‬b
n1

Thông
số
5750
68

9,5
90
75
297
20
1,15
1
0,9
0,05
0,77
0,8
0.9
1,37

Đơn vị
Vòng/phút
kW
mm
mm
0
K
0
K


16
17
18
19
20

21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

công tác
Chỉ số dãn nở đa biến trung
bình của quá trình dãn nở sản
vật cháy
Nhiệt độ khí sót
Nhiệt độ cuối quá trình nạp
Nhiệt độ cuối quá trình nén
Nhiệt độ cuối quá trình cháy
Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở
Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp
Áp suất không khí nạp
Áp suất cuối quá trình nạp
Áp suất khí sót

Áp suất cuối quá trình nén
Áp suất cuối quá trình cháy
Áp suất cuối quá trình dãn nở
Áp suất khí nạp trước xupap nạp
Tỷ số tăng áp ( tính toán nhiệt )
Áp suất chỉ thị trung bình tính toán
Áp suất chỉ thị trung bình thực tế
Áp suất tổn thất cơ khí
Áp suất có ích trung bình
Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích

n2

1,23

Tr
Ta
Tc
Tz
Tb
Tk
p0
pa
pr
pc
pz
pb
pk

975
351
807
2806
1671
297
0.1
0,085
0,11
1,857
6,89
0,432
0.1
3,71
1,09
1,0355
0,14
0,8955
0,231
0,267

pi’
pi
pm
pe
gi
ge

0

K
K
0
K
0
K
0
K
0
K
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
0

MPa
MPa
MPa
MPa
kg/kW.h
kg/kW.h


7.
a.

vẽ đồ thị công chỉ thị
xát định các điểm đặc biệt của đồ thị công

==
=
Vc =
Vc = 0,0466 dm3
Va =Vh +Vc
Va =0,396 +0,0466 0,4426 dm3
Điểm c (Vc ; pc) điểm cuối hành trình nén tính toán
c (0,0466 ; 0,857)
Điểm z (Vz ; pz) điểm cuối hành trình cháy tính toán
z (0,0466 ; 6,89) đối với động cơ xăng Vz = Vc
Điểm b (Vb ; pb) điểm cuối hành trình dãn nở tính toán
b (0,4426 ; 0,432) với Vb = Va
Điểm r (Vc ; pr) điểm cuối hành trình thải
r (0,0466 ; 0,11)
b.

dựng đường cong nén

áp suất và thể tích khí tại điểm a
áp suất và thể tích khí tại 1 điểm bất kỳ trên đường cong nén
Bằng cách cho các giá trị Vxn đi từ đến lần lượt xác định được các
giá trị ,với bước nhảy 20 cm3
c.

dựng đường cong dãn nở

áp suất và thể tích khí tại điểm z

áp suất và thể tích khí tại 1 điểm bất kỳ trên đường cong dãn nở
Bằng cách cho các giá trị Vxd đi từ đến lần lượt xác định được các
giá trị ,với bước nhảy 20 cm3


V(cm3)

Đường cong nén pn
(MPa)
Vz = Vc = 46,6
pc =1,857
60
1,313
80
0,886
100
0,652
120
0,508
140
0,411
160
0,343
180
0,292
200
0,252
220
0,221
240

0,197
260
0,176
280
0,159
300
0,145
320
0,133
340
0,122
360
0,113
380
0,105
400
0,098
420
0,091
440
0,086
Va = 442,6
pa = 0,085
dựng và hiệu đính đồ thị công

d.

Đường dãn nở pp
(MPa)
pz = 6,89

5,049
3,544
2,694
2,152
1,781
1,511
1,307
1,148
1,021
0,918
0,832
0,759
0,697
0,644
0,598
0,557
0,521
0,489
0,461
0,435
pb = 0,432

Để xây dựng đồ thị công của động cơ cần phải thực hiện các bước
hiệu chỉnh dưới đây :
•

Dùng đồ thị Brích xát định điểm đánh lửa sớm c’ và các điểm
phối khí (mở sớm và đóng muộn các xupap nạp, thải r’, a’, b’,r n )
trên đồ thị công bằng cách:
- Dựng phía dưới đồ thị công nửa vòng tròn có bán kính R ,tâm

O là trung điểm của đoạn Vh .
- Lấy từ tâm O một khoảng OO’ vẽ phía phải với :

OO’ =
Trong đó ,chọn
-

Từ tâm O’ ta vẽ các tia kết hợp với đường kính nửa vòng tròn
tâm O đã vẽ ở trên các góc này tham khảo bảng dưới đây :

Loại động cơ

Xupap nạp

Xupap thải


•

Ô tô máy kéo
5
10
30
35
0
- Từ giao điểm các tia cắt nửa vòng tròn tâm O đã vẽ ở trên ta
dóng các đường song song với trục tung cắt đồ thị công và từ
các điểm này ta xát định được các điểm ( c’, r’, a’, b’, r”) trên
đồ thị công
Hiệu đính phần đường cong của quá trình nén và cháy trên đồ thị

công :
- ở động cơ xăng áp suất cực đại điểm z có tung độ p’ z = 0,85
pz.
- điểm z” là trung điểm đoạn thẳng qua điểm z’ song song với
trục hoành và cắt đường cong dãn nở .
- điểm c” lấy trên đoạn cz’ với cc” = cz’/3
- điểm b” là trung điểm của đoạn ab
Dùng thước cong nối liền tất cả các điểm xác định trên thành 1
đường cong liên tục ta được đồ thị công chỉ thị của động cơ tính

toán. Đồ

thị phối
khí của động
cơ xăng 4 kỳ