Thiết kế động cơ xăng, (không tăng áp), có công suất danh nghĩa nen = 106 KW, tốc độ quay danh nghĩa nn = 6000 rpm , dùng để trên xe ô tô KIA carens 2 0 144 hp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ


ĐỒ ÁN MƠN HỌC

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

ĐỀ TÀI : Thiết kế động cơ xăng , (khơng tăng áp) ,
có cơng suất danh nghĩa Nen = 106 KW , tốc độ quay danh nghĩa
nn = 6000 rpm , dùng để trên xe ô tô KIA carens 2.0 144 hp .

Giáo viên hướng dẫn : TS. LÊ BÁ KHANG
Sinh viên thực hiện
Lớp

: TRẦN DUY ĐẠT

: 50CKOT

MSSV : 50132162

Nha Trang


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự hội nhập và phát triển của đất nước, công nghiệp ôtô đang được
đầu tư phát triển mạnh mẽ. Và yêu cầu cấp thiết được đặt ra là đào tạo đội ngũ kỹ
sư, công nhân ô tơ lành nghề góp phần xây dựng một nền cơng nghiệp đủ mạnh để
tạo tiền đề phát triển đất nước. Điều đó địi hỏi sinh viên cần trao dồi kiến thức, tìm
tịi sáng tạo và áp dụng nhanh chóng vào thực tiễn sản xuất.

Vì vậy mơn học “ Đồ án động cơ đốt trong” là rất cần thiết cho sinh viên
chúng em có vốn hành trang trước khi ra trường. Đây là một môn quan trọng trong
nội dung học tập nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp vận dụng các kiến thức
đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể.
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã có gắng tìm tịi và ngun cứu một
số tài liệu. Mặc dù vậy nhưng do thời lượng môn học và trình độ có hạn nên trong
q trình làm đồ án khơng thể tránh những thiếu sót . Em rất mong nhận được góp
ý của thầy ! em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện


PHẦN 1: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN
PHƯƠNG ÁN
1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ
- Đặc điểm động cơ thiết kế
+ Động cơ thiết kế là động cơ Xăng 4 kỳ
+ Động cơ có 4 xy lanh được bố trí thẳng hàng
+ Cơng suất danh nghĩa của động cơ Nn= 106 kW
+ Số vòng quay danh nghĩa nn= 6000 v/p

- Động cơ thiết kế hiện đang được trang bị trên xe ô tô KIA carens 2.0
144 hp
1.2. TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY
1.2.1. Loại nhiên liệu.
- Nhiên liệu dùng cho động cơ là xăng
C = 0,855 ; H = 0,145 ; O = 0 ; S = 0 (TL1/tr 39)
1.2.2 Buồng đốt.
-Buồng cháy hình bán cầu

-Loại này có đặc điểm là diện tích bề mặt buồng đốt nhỏ gọn. Trong buồng đốt bố
trí một supap nạp và một supap thải, hai supap này bố trí về 2 phía khác nhau. Trục
cam bố trí ở giữa nắp máy và dùng cị mổ để điều khiển sự đóng mở của supap. Sự
bố trí này rất thuận lợi cho việc nạp hỗn hợp khí và thải khí cháy ra ngồi.


1.2.3 Hệ thống nhiên liệu:
- Hệ thống nhiên liệu cung cấp nhiên liệu đến động cơ. Ngồi ra, nó cịn có chức
năng loại bỏ những chất bẩn và bụi cũng như điều chỉnh việc cung cấp nhiên liệu.
- Ta chọn hệ thống phun nhiên liệu EFI cho động cơ:

1-Bình nhiên liệu: bình dùng để lưu trữ nhiên liệu
2 -Bơm nhiên liệu: bơm nhiên liệu từ bình chứa đến động cơ.
3 -Lọc nhiên liệu: nó bao gồm có một phần tử lọc để loại bỏ các chất
bẩn trong nhiên liệu.
4 -Bộ điều áp nhiên liệu: điều chỉnh áp suất nhiên liệu luôn ở một giá
trị tối ưu, đảm bảo việc phun nhiên liệu ổn định.
5 -Vòi phun: phun nhiên liệu vào đường ống nạp cho các xi lanh
tương ứng.
6- Nắp bình nhiên liệu: đậy kín bình nhiên liệu. Có gắn một van để
giữ cho áp suất trong bình khơng đổi.
*Bơm Nhiên Liệu:
Bơm nhiên liệu từ bình nhiên liệu đến động cơ, do đó cho phép ống nhiên liệu giữ
được một áp suất nhất định.
Có loại bơm trong bình được đặt bên trong bình nhiên liệu và loại bơm trên đường
ống đặt ở giữa đường ống dẫn.
Có nhiều cách dẫn động bơm nhiên liệu khác nhau; Hệ thống EFI (Phun nhiêu liệu
điện tử) dùng bơm có mơtơ dẫn động bằng điện.


Loại điện:
Bơm trong bình (loại tuabin)
Bơm trên đường ống (loại rơto)


1 Mơtơ
2 Cánh bơm loại tuabin
*Vịi Phun Nhiên liệu
-Theo các tín hiệu từ ECU, cuộn dây sẽ hút píttơng và mở van để phun nhiên liệu.
Nhiên liệu phun ra từ vịi phun được hồ trộn với khơng khí, hỗn hợp này được đưa
đến các xi lanh.
Để đạt được tỷ lệ hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu tối ưu, ECU điều khiển thời điểm
phun và lượng phun. Lượng phun được điều chỉnh bằng khoảng thời gian phun.

Bộ Điều Áp Nhiên Liệu


Điều chỉnh áp suất nhiên liệu đến một áp suất nhất định, do vậy việc cung cấp nhiên
liệu luôn được ổn định.

1 Bộ điều áp nhiên liệu
2 Cụm bơm nhiên liệu
1.3. HỆ THỐNG NẠP - XẢ
Đối với động cơ 4 kỳ:
-

Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ điều khiển q trình thay đổi mơi chất cơng tác
trong động cơ. Thải sạch khí thải khỏi xylanh và nạp đầy khơng khí mới vào
xylanh động cơ

-

Điều kiện làm việc:
Tải trọng cơ học cao
Nhiệt độ cao
Tải trọng va đập tốt

-

Yêu cầu:
Đóng mở đúng quy luật và thời điểm
Độ mở lớn
Đóng kín xupap thải khơng tự mở trong q trình nạp
Ít mịn, tiếng ồn nhỏ, dễ dàng điều chỉnh sữa chữa, giá thành chế tạo
thấp

Từ đó ta chọn:
-

Chọn cơ cấu phân phối khí kiểu xu páp treo


-

Kiểu truyền động gián tiếp trục cam được truyền động qua trung gian bởi
bánh răng trung gian ( bánh răng nghiêng) ăn khớp êm dịu bền.

-

Trục cam lắp ở thân máy điều khiển xupap qua trung gian của con đội đũa

đẩy cần mổ

-

Phương pháp dẫn động: cam-con đội - đũa đẩy - địn gánh vì kết cấu đơn
giản, Là loại cơ cấu phối khí được dùng phổ biến,có kết cấu dơn giản, dễ chế
tạo dễ điều chỉnh, giá thành không cao lắm.

-

Điều chỉnh khe hở nhiệt xu páp bằng tay( khe hở nhiệt là khe hở được tạo ra
bởi tất cả các chi tiết từ trục cam đến xupáp khi xupáp đóng. Khe hở này
được biểu thị bằng khoảng cách giữa đi xupáp và đầu cị mổ khi xupáp
đóng)

1.4. HỆ THỐNG LÀM MÁT


Khi động cơ đốt trong làm việc nhiệt lượng do nó sinh ra rất lớn. Nên cần có hệ
thống làm mát để hạ nhiệt cho các chi tiết của động cơ và đảm bảo cho các chi tiết
động cơ làm việc ở nhiệt độ thích hợp. Duy trì mức nhiệt 85-950C tốt nhất cho động
cơ ở từng chế độ hoạt
-

động, khi khởi động động cơ được làm nóng nhanh, khi hoạt động ở cực đỉnh
động cơ phải giải nhiệt tốt

-

Việc chạy động cơ quá nóng có thể gây ra :

 Đánh lửa sớm
 Kích nổ
 Piston và xupap bị cháy
 Các chi tiết có ứng suất nhiệt lớn , sức bền giảm
 Hệ thống bôi trơn hỏng
 200-3000C dầu nhớt bị cháy nhóm piston bị bó kẹt vì giản nở

Hệ thống lám mát điều khiển nhiệt độ động cơ đến giá trị tối ưu (80 đến 90OC theo
nhiệt độ nước làm mát) bằng cách tuần hoàn nước làm mát khắp trong động cơ.
Quạt làm mát sẽ làm nguội nước làm mát trong két nước và bơm nước sẽ

tuần hoàn nước làm mát qua nắp quy lát và thân máy.


1 Két nước , 2 Bình chứa , 3 Nắp két nước , 4 Quạt làm mát ,
5 Bơm nước , 6 Van hằng nhiệt
Dịng
chảy

nước

làm

mát

-

Lực

đẩy

của
bơm
nước

làm

cho
nước

làm

mát
tuần

hồn trong mạch nước làm mát. Nước làm mát hấp thụ nhiệt từ động cơ và phân
tán vào khơng khí qua két nước. Nước làm mát đã được làm nguội sau đó quay
trở về động cơ.

*Két Nước Làm Mát


Két nước làm nguội nước làm mát có nhiệt độ cao. Nước làm mát trong két nước
trở nên nguội đi khi các ống và cánh tản nhiệt của nó tiếp xúc với luồng khơng khí
tạo bới quạt làm mát và luồng khơng khí tạo ra bởi sự chuyền động của xe.

*Nắp két nước

Nắp két nước có một van áp suất dùng để nén nước làm mát.
Nhiệt độ của nước làm ở áp suất cao tăng lên vượt quá 1000C, điều này tạo nên sự

khác biệt lớn giữa nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ khơng khí. Kết quả là hiệu quả
làm mát được cải thiện.
Van áp suất mở và đưa nước làm mát đến bình chứa khi áp suất két nước tăng lên.


Van chân không mở để xả nước làm mát từ bình chứa khi áp suất cao két nước
giảm xuống.
A Áp suất tăng lên trong quá trình tăng áp (nhiệt độ cao)
B Áp suất giảm đi trong quá trình giảm áp (nguội)
*Quạt làm mát
Quạt này hướng lượng khơng khí lớn đến két nước nhằm nâng cao hiệu quả
làm mát.

1.5.

THỐNG BÔI TRƠN:

HỆ


-

Trong động cơ nhiều chi tiết chuyển động ma sát với nhau do đó khi trượt
lên nhau sẽ sinh nhiệt, tiêu hao cơng suất và mịn nhanh, gây ra tiếng ồng cho
động cơ. Để tránh tác hại trên người ta cho 1 lớp dầu giữa 2 mặt cọ sát nên
phải có hệ thống bơi trơn.

-

Hệ thơng bơi trơn thực hiện các chức năng:

-

Giảm ma sát của các bộ phận chuyển động
 Hấp thụ và giải nhiệt
 Làm kín các bạc piston và các thành xylanh
 Làm sạch và àm trang ngập các bộ phận chuyển động
 Giảm tiếng ồn của động cơ

-

Ta chọn hệ thống bôi trơn cưỡng bức cacte ướt: dầu nhờn trong hệ thống
được bơm dầu đưa đến các bề mặt ma sát dưới 1 áp suất cần thiết và gần như
nó đửm bảo tốt u cầu bơi trơn làm mát tẩy rữa bề mặt ma sát ổ trục của hệ
thồng bơi trơn. Gồm có cacte bơm dầu bầu lọc thô bầu lọc tinh, két làm mát
dầu nhờn và các đường ống dẫn dầu, đồng hồ báo áp suất và đồng hồ báo
nhiệt độ của dầu, ngoài ra còn các các van.

-

Ưu điểm:
Đáp ứng đày đủ các chỉ tiêu : cung cấp khá đầy đủ số lượng, chất lượng và
cả độ tin cậy của hệ thống bôi trơn

-

Nhược điểm:
Chứa dầu trong cacte nên khi động cơ làm việc ở độ ngiêng lớn dầu nhờn
dịn về 1 phía làm cho việc hút dầu khó khăn vì vậy lượng dầu cung cấp
không đảm bảo đúng yêu cầu.

Nguyên lý hoạt động:
Bơm dầu 3 được dẫn động từ trục khuỷu. Dầu bôi trơn trong cácte
1 được hút vào bơm qua lưới lọc thô 2, lưới lọc để lọc sơ bộ tạp chất có kích thước
lớn. Sau khi qua bơm dầu có áp suất cao dầu đi vào bầu lọc tinh 4 tại đây dầu được
lọc sạch rồi đưa lên bình làm mát 5, dầu được làm mát rồi đưa lên đường ống dẫn
dầu chính 6 đi bơi trơn cho các bộ phận rồi đi về cacte.
1.6. HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG:
Vì động cơ khơng thể tự khởi động nên cần có 1 ngoại lực để khởi động cho
động cơ. Máy khởi động khởi động động cơ bằng cách cho bánh đà trên trục khủyu
quay thông qua vệc cài khớp. Máy khởi động truyền cơ năng cho trục khuỷu nên
hào khí được hút vào bên trong xylanh được nén và đốt cháy để quay động cơ.
Yêu cầu:
 Máy khởi động phải tạo ra momen lớn từ nguồn điện hạn chế của accu đồng
thời phải gọn nhẹ vì vậy nên dùng moto điện 1 chiều phải đáp ứng đủ số
vòng quay cho bánh đà 80-100 vịng/phút.
 Nhiệt độ làm việc khơng quá giới hạn cho phép
 Đảm bảo khởi động lại được nhiều lần
 Tỷ số truyền của bánh răng máy khởi động và bánh đà nằm trong khoảng
(9:18)

Ta chọn:
Hệ thống truyền động từ máy khởi động đến bánh đà thông qua hộp giảm tốc
vì loại này kích thước máy khởi động nhỏ. Moto có số vịng quay lớn mà bánh răng
ăn khớp có momen lớn nhờ hộp giảm tốc


1-Khóa điện
2,3-Cuộn dây hút của solenoi

4,5-Stato, roto của mơ tơ đề

6-Ly hợp 1 chiều
7, 8- Bánh răng

Nguyên lý hoạt động của hệ thống :
Khi đóng khóa điện, các cuộn dây hút và giữ của solenoi 2,3 có điện sẽ hút
trục của bánh răng 7 chuyển động qua trái ăn khớp với bánh răng 8 của động cơ.
Đồng thời khi này đĩa tiếp điểm đóng các tiếp điểm để cung cấp điện cho máy khởi
động nên motơ đề sẽ có điện và sẽ quay bánh răng 7, do đó làm quay bánh răng 8,
cuối cùng làm quay trục khuỷu động cơ giúp động cơ khởi động, khi này cuộn hút 3
bị cắt điện cịn cuộn giữ 2 thì vãn có điện để duy trì việc ăn khớp. Khớp ly hợp 1
chiều có tác dụng cắt dứt dịng mơmen truyền từ động cơ lên motơ đề khi nó đã nổ.

1.7. ĐỘNG CƠ MẪU
Bảng 1-1: Đặc điểm kỹ thuật của động cơ mẫu

T
T

Đặc điểm kĩ thuật

1

Dung tích xilanh (cm3)

Động cơ mẫu
1998

1999

Ghi chú
2999


2

3
4
5
6
7
8
9

Số xilanh (cái)

4 Xylanh
thẳng hàng

4 Xylanh 4 Xylanh
thẳng
thẳng
hàng
hàng
Công suất cực đại (mã 145 / 6000 145/ 6000 146/3800
lực/rpm)
Mô men xoắn cực đại 189 / 4250
185 /
294/2000

(Nm/rpm)
4500
Sử dụng nhiên liệu
Tốc độ tối đa (km/h)
Tiêu thụ nhiên
liệu (city,L/100km)
Tiệu thụ nhiên liệu
(highway,L/100km)
Tiệu thụ nhiên liệu
(combined,L/100km)

Xăng
190
10.8

Xăng
194
11.2

Diesel
180
13

6.6

6.2

9

8.1

8.5

11

1.8 KÍNH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ
Thơng số
Đường kính
xylanh (D)
Hành trình piston
(S)
Dung tích cơng tác
của xylanh (Vs)

Đơn vị

Trị số

Tài liệu tham khảo

mm

101,303

mm

121,563

3

mm

Vs 

D 2
.S = 979,299
4

[1,tr.04]

1.9 TỔNG HỢP CÁC THƠNG SỐ
Bảng 1-2 . Tổng hợp các thơng số cho trước và lựa chọn

TT
1

Tên
thông số
Công suất danh nghĩa

Ký
hiệu

Đơn
vị

Nen

kW

Trị
số
106

Tài liệu
tham
khảo
Đ/c mẫu


2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

Tốc độ quay danh nghĩa
Hệ số kỳ
Số xy lanh
Áp suất khí nạp
Áp suất khí quyển
Nhiệt độ khí quyển
Độ ẩm tương đối của khơng khí
Hàm lượng C trong nhiên liệu
Hàm lượng H2 trong nhiên liệu
Hàm lượng S trong nhiên liệu
Hàm lượng O2 trong nhiên liệu
Phân tử lượng của nhiên liệu
Nhiệt trị của nhiên liệu
Hệ số dư lượng khơng khí
Hệ số khí sót
Mức độ làm mát khí nạp
Hệ số Kpa (………………………..)
Tổn thất áp suất trong bình làm mát khí
nạp

Hệ số Kpr (……………………)
Nhiệt độ khí sót
Mức độ sấy nóng khí mới
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt
Hệ số nạp thêm
Tỷ số nén
Chỉ số nén đa biến trung bình
Chỉ số dãn nở đa biến trung bình
Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm z
Hệ số điền đầy đồ thị
Hiệu suất cơ học
Tỷ số động học
Bảng 1-3 . Tổng hợp kết quả tính.

nn
Z
i
pk
P0
T0
0
C
H
S
O2
f
H

r
Tm

Kpa

rpm

6000
2
Cái
4
2
N/m
103000
bar
1,03
0
K
297
%
70
0,855
0,145
0
0
Kg/kmol 115
KJ/kg
43960
0,9
0,02
0
0,8

p m

bar

Kpr
Tr
Tk
1
2


K
0

n1
n2
z
Kpi
m
KD

C

[1,tr.106]

0
1,05
980
20
1,16

1,02
10
1,35
1,26
0,87
0,92
0,9
1,2

1

Tên
thơng số
Số kg KK lý thuyết cần thiết ... 1 kg nhiên liệu

Ký
Đơn
hiệu
vị
L0
kg/kg

2
3
4

Số kmol KK lý thuyết cần thiết ... 1 kg nhiên liệu
Số kg KK thực tế cần thiết ... 1 kg nhiên liệu
Số kmol KK thực tế cần thiết ... 1 kg nhiên liệu

M0
L
M

TT

Đ/c mẫu
[1,tr.68]
Đ/c mẫu
[2,tr.17]
[1,tr.69]
[1,tr.69]
[1,tr.69]
[2,tr.51]
[2,tr.51]
[2,tr.51]
[2,tr.51]
[2,tr.51]
[2,tr.51]
[1,tr.129]
[1,tr.108]

kmol/kg
kg/kg
kmol/kg

[1,tr.107]
[1,tr.107]
[1,tr.108]
[1,tr.108]

[1,tr.109]
Đ/c mẫu
[2,tr.128]
[2,tr.188]
[2,tr.180]
[2,tr.195]
[2,tr.91]
[6,tr.25]

Kết quả
14,956
0,511
13,460
0,460


5

Số kg HHC ứng với 1 kg nhiên liệu

L1

kg/kg

14,460

6

Số kmol HHC ứng với 1 kg nhiên liệu

M1

kmol/kg

0,469

7

Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén

Ma

kmol/kg

0,469

8

Số kmol MCCT tại thời điểm cuối qua trình nén

Mc

kmol/kg

0,469

9

Hàm lượng CO2 trong sản phẩm cháy

MCO2 kmol/kg

0,056

10

Hàm lượng H2O trong sản phẩm cháy

MH2O kmol/kg

0,066

11

Hàm lượng SO2 trong sản phẩm cháy

MSO2 kmol/kg

0

12

Hàm lượng O2 trong sản phẩm cháy

MO2

kmol/kg

0

13

Hàm lượng N2 trong sản phẩm cháy

MN2

kmol/kg

0,363

14
15
16
17

Lượng sản phẩm cháy ứng với 1 kg nhiên liệu
Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết
Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z
Nhiệt độ khí nạp

M2
0
z

0,507
1,082
1,080
297

18

Mật độ khí nạp

Tk
k

kmol/kg
0
K
kg/m3

1,209

19

Áp suất cuối q trình nạp

pa

bar

0,824

20

Áp suất khí sót

pr

bar

1,081

21

Nhiệt độ cuối quá trình nạp

22

Hệ số nạp

Ta
v

-

0,792

23

Áp suất cuối quá trình nén

pc

bar

18,447

24

Nhiệt độ cuối quá trình nén

Tc

25

Hệ số tăng áp suất

ψ

26

Nhiệt độ tại điểm z

Tz

27

Áp suất cuối quá trình dãn nở

pb

28

Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở

Tb

29

Áp suất chỉ thị trung bình

30
31
32

0

K

0

K

-

333,074

745,659
3,980

0

K

2748,061

bar

3,429

0

K

1510,171

pi

bar

10,023

Áp suất có ích trung bình
Hiệu suất chỉ thị
Hiệu suất có ích

pe
i
e

bar
-

9,020
0,344
0,309

33

Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị

gi

g/kW.h

238,059

34

Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích

ge

g/kW.h

265,024

35

Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ

Ge

kg/h

28,095

36
37

38
39
40

Đường kính của xylanh
Hành trình của piston
Dung tích cơng tác của xylanh
Tổng nhiệt đưa vào động cơ trong 1đơn vị thời gian
Phần nhiệt biến thành cơ năng có ích

D
S
VS
QT
Qe

mm
mm
cm3
kW
kW

101,303
121,563
979,299
343,074
106


41

42
43

Tổn thất nhiệt do làm mát
Tổn thất nhiệt theo khí xả
Tổn thất cịn lại

Qm
Qx
Qcl

kW
kW
kW

68,614
154,889
13,568

PHẦN 2: TÍNH TỐN CÁC Q TRÌNH CƠNG TÁC
2.1. TÍNH MƠI CHẤT CƠNG TÁC
2.1.1. Lượng khơng khí


Số kg khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu
(L0):
1 8

 c  8h  s  o f 
0,23  3


1 8


 .0,855  8.0,145  0  0 
0,23  3

 14, 956

L0 



[kg/kg]
Số kmol khơng khí lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên
liệu(M0 )
1  c h s of 

.   
0,21  12 4 32 32 
1  0,855 0,145 

.

 0,511
0,21  12
4 

M0 



[3,tr.8]

Số kg khơng khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (L)
L =  .L0 .

[3,tr.8]
[kmol/kg]
[3,tr.8]

= 0,9.14,956 = 13,460
[kg/kg]



Số kmol khơng khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (M )
M   .M 0
[3,tr.8]
= 0,9.0,511 = 0,460

[kmol/kg]

2.1.2. Lượng hỗn hợp khí cơng tác


Số kg hỗn hợp cháy ứng với 1 kg nhiên liệu ( L1)
L1 = 1 + λ.L0
= 1 + 0,9.14,956= 14,460



[3,tr8]
[kg/kg]

Số kmol hỗn hợp cháy ứng với 1 kg hoặc 1 kmol nhiên liệu (M1)
M 1 .M 0 

1
f

[3,tr.8]


0,9.0,511 


1
0,459 0,460
115

Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén (Ma)
M a  M 1  M r  M 1 .(1  r )
0.46.(1  0,02) 0,469



[kmol/kg]
[3,tr.8]
[kmol/kg]

Số kmol MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén (Mc)
M c  M 1 .(1  r )  Ma 0.469

[kmol/kg]
2.1.3. Lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy không hồn tồn
M H 2 0,145

0,17 => chọn K=0,45
Ta có: K 
M CO 0,855


Hàm lượng CO2 và CO trong sản phẩm cháy
c
M co2 M CO
12




0,855
0,071
12

[kmol/kg]

Hàm lượng H2O trong sản phẩm cháy
M H 2O  M H 2 




[3,tr.8]

h
2

[3,tr.8]

0,145
0,0725
2

Hàm lượng SO2 trong sản phẩm cháy
S
32
0
 0
32

M SO2 



[kmol/kg]

Hàm lượng N2 trong sản phẩm cháy :
M N 0,79. .M 0
2

[3,tr.9]
[kmol/kg]
[3,tr.9]

0,79.0,9.0,511 0,363




Lượng sản phẩm cháy ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu (M 2). Khi nhiên
liệu lỏng cháy khơng hồn tồn (λ<1).
c h
M 2    0,79. .M 0
[3,tr.9]
12 2
0,855 0,145


 0,79.0,9.0,511 0,507 0,5
[kmol/kg]
12
2
Tổng lượng ô xy cần thiết trong trường hợp cháy khơng hồn tồn

M CO2 

M H 2O
o
M CO


0,21  M 0  f
2
2
32

 c
h o  o
 0,855 0,145 

 
  f   f =0,9. 
 =0,097
12
4


12
4
32
32



[5,tr.17]
[kmol/kg]




Hàm lượng các chất khí có trong sản phẩm cháy trong trường hợp cháy
khơng hồn tồn

1 
M CO 0,42 
M 0
1 K
= 0,42.

[5,tr.17]

1  0,9
.0,511 = 0,0148 0,015
1  0,45

[kmol/kg]

c
M CO2   M CO 0,071  0,015 0,056
12

[kmol/kg]

1 
M H 2 0,42 K 
M 0
1 K
= 0,42.0.45

[5,tr.18]

1  0,9
.0,511 = 0,0067
1  0,45

[kmol/kg]

h
M H 2O   M H 2 0,0725  0,0067 0,066
2

[kmol/kg]

2.1.4. Hệ số biến đổi phân tử
sự thay đổi số kmol của MCCT trước và sau khi nhiên liệu cháy



c h
1 
M  M 2   1  M 1    0,79  M 0    M 0 

12 2
 f 

of
h
8  1
0,21 1    M 0 
4

f
=

0,21.(1-0,9).0,511+

0,145
1

=0,0383 [kmol/kg]
4
115

Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết (0)
Đối với động cơ xăng với λ < 1
h

8  1
4
f

0,21.(1   ).M 0 

 0 1 
.M 0 

of

1
f
0,145 

0,21.(1  0,9).0,511 
1 



[3,tr.9]

4
1
0,9.0,511 
115

0
8 1
115 1,082

Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z ( z ) :
 1
1,082  1
 z 1  0
1 
1,080
1  r
1  0,02

[3,tr.9]


2.2. Q TRÌNH NẠP - XẢ

Áp suất khí nạp (pk )

pk = 1.03


[bar]

Áp suất sau máy nén (ps )
p s  p k  p m  p k

[3,tr.10]

1 .03

[bar]

Nhiệt độ khí nạp (Tk )
m 1

�P �m
Tk  T0 . � s �  Tm  T0  297 [K]
�P0 �


Mật độ khí nạp (k )
k 

Pk
Rk .Tk

Trong đó :

[3,tr.10]
RK : Hằng số kmol khí
8314
286,67
29
0,103.106
� k 
 1, 209
286,67.293

RK 



[3,tr.10]

 0,8.1, 03  0,824

 1, 05.1, 03  1, 081

[3,tr.10]
[bar]

Nhiệt độ cuối quá trình nạp (Ta )
Tk  Tk  1 .r .Tr
1  r
297  20  1,16.0, 02.980


 333, 074
1  0, 02

Ta 



[bar]

Áp suất khí sót (pr )
p r  K pr .p 0



[kg/m3]

Áp suất cuối quá trình nạp (pa )
p a  K pa . p k



[J/kg.độ]

Hệ số nạp (v )

[3,tr.10]
[K]


1

 p a Tk
.
. .
1  r   1 p k Ta
1
10 0,824 297
 1, 02.
.
.
.
 0, 792
1  0, 02 10  1 1, 03 333, 074

 v  2 .

2.3. QUÁ TRÌNH NÉN
2.3.1. Chọn tỉ số nén.
Theo động cơ mẫu ta có tỉ số nén là: 10:1.
2.3.2. Chỉ số nén đa biến trung bình.
Áp suất cuối quá trình nén (pc)

p c  p a . n
1

[3,tr.10]

[3, tr.10]

 0,824.101,35  18, 447


[bar]

Nhiệt độ cuối quá trình nén (Tc)
Tc Ta . n  1

[3,tr.10]
[K]

1

1,35 1

 333, 074.10


Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khơng khí
( Cv ) c 19806 
 19806 



 745, 659

4,19.Tc
2
4,19.745, 659
 21368,155
2

[J/kmol.deg]

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót :

 C  17,997  3,504. .10
"
v c

3



1
 360,34  252,4. .10 2.Tc
2

  17,997  3,504.0,9  .103 

1
 360,34  252, 4.0,9  .102.745,659
2

 23340,973


[J/kmol.deg]

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháy cuối quá trình nén:
''
 Cv'  c   Cv 1r . Cv 

[4,tr.21]
r


21368,155  0,02.23340,973
 21406,837
1  0, 02

[J/kmol.deg]

2.4. QUÁ TRÌNH CHÁY
Tổn thất nhiệt do cháy khơng hồn tồn (H)

H 115.10 6.(1   ).M 0

[3,tr.11]
115 .10 .(1  0,9).0,511 5876500
[J/kg]
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy tại điểm z:
6



 C  z 17,997  3,504. .10
''
v

3



1
 360,34  252,4. .10  2.Tz
2

[3,tr.20]


17,997  3,504.0,9 .10 3 

1
 360,34  252,4.0,9.10 2.Tz
2

= 21150,6+2,9375.TZ
 Nhiệt độ của môi chất công tác tại điểm z:
 z . H  H 
  Cv' c.Tc  z . Cv''  z .Tz
M 1.1  r 
�

[J/kmol.deg]
[3,tr.11]

0,87.  43960000  5876500 
 21399, 04.745, 659
0, 459.  1  0, 02 

1,08.(21150 ,6  2,9375.Tz ).Tz
� 3,1725.Tz2  22842, 648.Tz  86736391, 25  0

 Tz  2748, 061


Hệ số tăng áp suất ( )
  z .

Tz
Tc

 1, 080.


[K]

[3,tr.10]
2748, 061
 3,980
745, 659

Áp suất cháy cực đại (pz)
p z 0,85. . pc

[3,tr.10]

 0,85.3,980.18, 447  62, 406

[bar]

2.5. Q TRÌNH DÃN NỞ
Áp suất cuối q trình dãn nở (pb )


pz
 n2
62, 406

 3, 429
101,26

[3,tr.12]

pb 



[bar]

Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở (Tb ), [K]
Tb 

Tz

 n2  1
2748, 061

 1510,171
101,26 1
2.6. CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ


Áp suất chỉ thị trung bình (pi)


n   
1 
1 
1  
pi  K pi . p a .
.
.1  n  1  
.1  n  1   
  1  n2  1  
 n1  1  
 


[3,tr.12]
[K]

1

2

1

[3,tr.12]

�
�
101,35 �3,980 �
1 � 1
1 �

�
�
 0,92. �
0,824.
.�
.�
1  1,261 �
.�
1  1,351 �
�
�
10  1 �
1, 26  1 � 10
� 1,35  1 � 10
�
�
�
 10.023
[bar]


Áp suất có ích trung bình (pe)
p e  m . pi

[3,tr.12]


 0,9.10, 023  9, 020


Hiệu suất chỉ thị (i)
 .L0  1. pi
 i 10 2.
H f . v . k
 102.



[bar]
[3,tr.13]

 0,9.14,956  1 .10.23  0,344

43960.0,792.1, 209
Hiệu suất có ích (e)
 e  m . i

[3,tr.13]

 0,9.0,344  0,309


Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị (gi)
3,6.10 6
gi 
H f . i




3, 6.106
 238, 059
43960.0,344

[g/kW.h]

Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích (ge)
3,6.10 6
H f . e

[3,tr.13]

3, 6.106
 265, 024
43960.0,309

[g/kW.h]

ge 



[3,tr.13]

Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ (Ge)
Ge 10  3.g e .N e
3

 10 .265, 204.106  28, 095

[3,tr.13]
[kg/h]

2.7 CÂN BẰNG NHIỆT


Tổng lưu lượng nhiệt cấp cho động cơ  QT 
QT =




1
.Ge .H
3600
1
.28, 095.43960  343, 071
3600

[KJ/s]

Nhiệt lượng biến thành cơng có ích (Qe)
Qe  N e

[4,tr.23]

=106.103 [J/s] = 106


[4,tr.23]

[KW]

Nhiệt tổn thất theo khí thải
 Tỷ nhiệt đẳng áp của sản phẩm cháy  C 'p' 

 C  C
''
p

''
v

 8314

 23340,973  8134  31654,973

[2,tr.81]
[J/Kmol.deg]


 Nhiệt dung riêng đẳng áp của môi chất mới  C p 

 C  C
p

v

 8314

[2,tr.81]

 21368,155  8314  29682,155

[J/Kmol.K]

 Nhiệt độ khí thải Tx 
Tx  Tb  1510,171

[K]

 Tổn thất theo khí thải  Q x 







Q x Ge . M 2 . C p'' .Tx  M 1 . C p .Tk




[2,tr.215]

28, 095
. 0,5.31654,973.1510,171  0, 46.29682,155.297   154889,569
3600

[J/s]
 qx 

Qx
.100%
QT




[4,tr.23]

154,889
.100%  45, 06%
343, 071

Tổn thất theo môi chất làm mát  Qm 
Ta có : q m 

Qm
.100%
QT

[4,tr.23]

Trong đó: qm = 12 ÷ 27 ; ta chọn qm = 20%
� Qm 



QT .qm 343, 071.20

 68, 614
100
100

Phần tổn thất còn lại  Qcl 
Qcl QT   Qe  Qm  Q x 
 343, 074   106  68, 614  154,889   13,568



[KJ/s]

Thành phần % của các thành phần nhiệt lượng
qT 100%
qe 

Qe
106
.100 
.100  30,89%
QT
343, 071

qx 

Qx
154,889
.100 

.100  45,06%
QT
343, 071

qm 20%
qcl  4, 05%

2.8. ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ
2.8.1.Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công:

[4,tr.23]
[KJ/s]