Thiết kế động cơ xăng

  • 14 trang
  • file: .doc

đang tải dữ liệu....

Tài liệu bị giới hạn, để xem hết nội dung vui lòng tải về máy tính.

Tải xuống - 14 trang

Nội dung text: Thiết kế động cơ xăng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
Họ và tên: Phạm Văn Lộc
Trần Tô Hiệu
Cao Văn Nghĩa
Lớp 48CKOT
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Đề tài: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ XĂNG (không tăng áp),
Công suất danh nghĩa Nen= 83 kW,
tốc độ quay danh nghĩa nn= 6000 rpm,
dùng trên xe ô tô Toyota auris 1.6VVT-i 124 hp
Nha Trang, tháng 11 năm 2009
Đồ án Động cơ đốt trong 1 Lớp 48CKOT
1.1.
Bảng 1-2: Đặc điểm kỹ thuật của động cơ mẫu
Ghi
TT Đặc điểm kĩ thuật Động cơ mẫu
chú
1 Dung tích xilanh (cm3) 2400 1598 1998
2 Số xilanh (cái) 4 4 6
3 Công suất cực đại (mã 185/4000 124/6600 126/3600
lực/rpm)
4 Mô men xoắn cực đại 400/2000÷2750 157/5200 300/1800÷2400
(Nm/rpm)
5 Sử dụng nhiên liệu Diesel Xăng Diesel
6 Tốc độ tối đa (km/h) 225 190 200
7 Tiêu thụ nhiên liệu 8,3 9 7,2
(city,L/100km)
8 Tiêu thụ nhiên liệu 5,5 5,9 4,8
(highway,L/100km)
9 Tiêu thụ nhiên liệu 6,3 7 5,7
(combined,L/100km)
1.2. KÍNH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ.
Thông số Đơn vị Trị số Tài liệu tham khảo
Đường kính xylanh (D) mm 80,5 http://www.cars-
Hành trình piston (S) mm 78,5 data.com
Dung tích công tác của
mm3 = 399965,08 [1,tr.04]
xylanh (Vs)
1.3. TỔNG HỢP CÁC THÔNG SỐ.
Bảng 1-3 . Tổng hợp các thông số cho trước và lựa chọn
Ký Tài liệu
TT Tên thông số Đơn vị Trị số
hiệu tham khảo
1 Công suất danh nghĩa Nen kW 83 Đ/c mẫu
2 Tốc độ quay danh nghĩa nn rpm 6000 Đ/c mẫu
3 Hệ số kỳ Z 2 [1,tr.68]
4 Số xy lanh i Cái 4 Đ/c mẫu
2
5 Áp suất khí nạp pk N/m 100000 [2,tr.17]
6 Áp suất khí quyển P0 bar 1 [1,tr.69]
0
7 Nhiệt độ khí quyển T0 K 293 [1,tr.69]
8 Độ ẩm tương đối của không khí 0 % 70 [1,tr.69]
GVHD: TS. Lê Bá Khang SVTH: Nhóm ĐC không tăng áp
Đồ án Động cơ đốt trong 2 Lớp 48CKOT
9 Hàm lượng C trong nhiên liệu C 0,855 [2,tr.51]
10 Hàm lượng H2 trong nhiên liệu H 0,145 [2,tr.51]
11 Hàm lượng S trong nhiên liệu S 0 [2,tr.51]
12 Hàm lượng O2 trong nhiên liệu O2 0 [2,tr.51]
13 Phân tử lượng của nhiên liệu f Kg/kmol 115 [2,tr.51]
14 Nhiệt trị của nhiên liệu H KJ/kg 43960 [2,tr.51]
15 Hệ số dư lượng không khí  0,9 [1,tr.129]
16 Hệ số khí sót r 0,02 [1,tr.108]
17 Mức độ làm mát khí nạp Tm 0
18 Hệ số Kpa Kpa 0,8 [1,tr.106]
Tổn thất áp suất trong bình làm
19 bar 0
mát khí nạp
20 Hệ số Kpr Kpr 1,05 [1,tr.107]
21 Nhiệt độ khí sót Tr 980 [1,tr.107]
22 Mức độ sấy nóng khí mới Tk 20 [1,tr.108]
23 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt 1 1,16 [1,tr.108]
24 Hệ số nạp thêm 2 1,02 [1,tr.109]
25 Tỷ số nén  10,2 Đ/c mẫu
26 Chỉ số nén đa biến trung bình n1 1,35 [2,tr.128]
27 Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2 1,26 [2,tr.188]
28 Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm z z 0,87 [2,tr.180]
29 Hệ số điền đầy đồ thị Kpi 0,92 [2,tr.195]
30 Hiệu suất cơ học m 0,9 [2,tr.91]
31 Tỷ số động học KD 0,7÷1,3 [6,tr.25]
Bảng 1-3 . Tổng hợp kết quả tính.

TT Tên thông số Đơn vị Kết quả
hiệu
1 Số kg KK lý thuyết cần thiết ... 1 kg nhiên liệu L0 kg/kg 14,956
2 Số kmol KK lý thuyết cần thiết ... 1 kg nhiên liệu M0 kmol/kg 0,511
3 Số kg KK thực tế cần thiết ... 1 kg nhiên liệu L kg/kg 13,460
4 Số kmol KK thực tế cần thiết ... 1 kg nhiên liệu M kmol/kg 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 0,460
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,
GVHD: TS. Lê Bá Khang SVTH: Nhóm ĐC không tăng áp
Đồ án Động cơ đốt trong 3 Lớp 48CKOT
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 Lượng sản phẩm cháy ứng với 1 kg nhiên liệu M2 kmol/kg 0,5
15 Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết - 1,082
16 Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z - 1,080
o
17 Nhiệt độ khí nạp Tk K 293
18 Mật độ khí nạp k kg/m3 1,191
19 Áp suất cuối quá trình nạp pa bar 0,8
20 Áp suất khí sót pr bar 1,05
0
21 Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta K 329,153
22 Hệ số nạp - 0,790
23 Áp suất cuối quá trình nén pc bar 18,395
0
24 Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc K 741,966
25 Hệ số tăng áp suất ψ - 3,997
0
26 Nhiệt độ tại điểm z Tz K 2745,955
27 Áp suất cuối quá trình dãn nở pb bar 3,350
0
28 Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở Tb K 1501,265
29 Áp suất chỉ thị trung bình pi bar 9,878
30 Áp suất có ích trung bình pe bar 8,890
31 Hiệu suất chỉ thị - 0,345
32 Hiệu suất có ích - 0,310
33 Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị gi g/kW.h 237,370
34 Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích ge g/kW.h 264,170
35 Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ Ge kg/h 21,926
36 Đường kính của xylanh D mm 80,5
37 Hành trình của piston S mm 78,5
38 Dung tích công tác của xylanh VS cm3 399,9651
Tổng nhiệt đưa vào động cơ trong 1đơn vị thời
39 QT kW 267,740
gian
40 Phần nhiệt biến thành cơ năng có ích Qe kW 83
41 Tổn thất nhiệt do làm mát Qm kW 53,548
42 Tổn thất nhiệt theo khí xả Qx kW 120,310
43 Tổn thất còn lại Qcl kW 10,882
Phần 2. TÍNH CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
GVHD: TS. Lê Bá Khang SVTH: Nhóm ĐC không tăng áp
Đồ án Động cơ đốt trong 4 Lớp 48CKOT
2.1. TÍNH MÔI CHẤT CÔNG TÁC.
2.1.1. Lượng không khí.
 Số kg không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu
(L0):
[3,tr.8]
[kg/kg]
 Số kmol không khí lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu
(M0).
[3,tr.8]
[kmol/kg]
 Số kg không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (L).
L= [3,tr.8]
= 0,9.14,956 = 13,460 [kg/kg]
 Số kmol không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (M).
[3,tr.8]
= 0,9.0,511 = 0,460 [kmol/kg]
2.1.2. Lượng hỗn hợp khí công tác.
 Số kg hỗn hợp cháy ứng với 1 kg nhiên liệu (L1).
L1 = 1 + λ.L0 [3,tr.8]
= 1 + 0,9.14,956= 14,460 [kg/kg]
 Số kmol hỗn hợp cháy ứng với 1 kg hoặc 1 kmol nhiên liệu (M1)
[3,tr.8]
[kmol/kg]
 Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén (Ma)
[3,tr.8]
[kmol/kg]
 Số kmol MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén (Mc).
GVHD: TS. Lê Bá Khang SVTH: Nhóm ĐC không tăng áp
Đồ án Động cơ đốt trong 5 Lớp 48CKOT
[kmol/kg]
2.1.3. Lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy không hoàn toàn.
Ta có: => chọn K=0,45.
 Hàm lượng CO2 và CO trong sản phẩm cháy.
[3,tr.8]
[kmol/kg]
 Hàm lượng H2O trong sản phẩm cháy.
[3,tr.8]
[kmol/kg]
 Hàm lượng SO2 trong sản phẩm cháy.
[3,tr.9]
[kmol/kg]
 Hàm lượng N2 trong sản phẩm cháy.
[3,tr.9]
[kmol/kg]
 Lượng sản phẩm cháy ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu (M 2). Khi nhiên
liệu lỏng cháy không hoàn toàn (λ<1).
[3,tr.9]
[kmol/kg]
 Tổng lượng ô xy cần thiết trong trường hợp cháy không hoàn toàn.
M CO M H 2O o
M CO2   0,21  M 0  f [5,tr.17]
2 2 32
 c h o  o
    f   f = 0,9. = 0,097 [kmol/kg]
 12 4 32  32
 Hàm lượng các chất khí có trong sản phẩm cháy trong trường hợp cháy
không hoàn toàn.
GVHD: TS. Lê Bá Khang SVTH: Nhóm ĐC không tăng áp
Đồ án Động cơ đốt trong 6 Lớp 48CKOT
1 
M CO 0,42  M 0 [5,tr.17]
1 K
= 0,42. = 0,0148 0,015 [kmol/kg]
[kmol/kg]
1 
M H 2 0,42 K  M 0 [5,tr.18]
1 K
= = 0,0067 [kmol/kg]
[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
0,21 1   M 0  8  1
4 f
= 0,21.(1-0,9).0,511+ = 0,0383 [kmol/kg]
 Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết (0).
Đối với động cơ xăng với λ < 1.
[3,tr.9]
 Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z ( z ) :
[3,tr.9]
2.2. QUÁ TRÌNH NẠP - XẢ
 Áp suất khí nạp (pk ).
pk = 1 [bar]
GVHD: TS. Lê Bá Khang SVTH: Nhóm ĐC không tăng áp
Đồ án Động cơ đốt trong 7 Lớp 48CKOT
 Áp suất sau máy nén (ps ).
[3,tr.10]
[bar]
 Nhiệt độ khí nạp (Tk ).
[K]
 Mật độ khí nạp (k ).
[3,tr.10]
Trong đó : RK: Hằng số kmol khí.
[J/kg.độ]
[kg/m3]
 Áp suất cuối quá trình nạp (pa ).
[3,tr.10]
[bar]
 Áp suất khí sót (pr ).
[3,tr.10]
[bar]
 Nhiệt độ cuối quá trình nạp (Ta ).
[3,tr.10]
[K]
 Hệ số nạp (v ).
[3,tr.10]
2.3. QUÁ TRÌNH NÉN.
2.3.1. Chọn tỉ số nén.
Theo động cơ mẫu ta có tỉ số nén là: 10,2:1.
2.3.2. Chỉ số nén đa biến trung bình.
 Áp suất cuối quá trình nén (pc).
[3,tr.10]
[bar]
 Nhiệt độ cuối quá trình nén (Tc).
[3,tr.10]
[K]
 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí.
[3,tr.10]
[J/kmol.deg]
GVHD: TS. Lê Bá Khang SVTH: Nhóm ĐC không tăng áp
Đồ án Động cơ đốt trong 8 Lớp 48CKOT
,418
 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót.
[J/kmol.deg]
 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháy cuối quá trình nén.
[4,tr.21]
[J/kmol.deg]
2.4. QUÁ TRÌNH CHÁY.
 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn (H).
[3,tr.11]
[J/kg]
 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy tại điểm z.
[3,tr.20]
= 21150,6+2,9375.TZ [J/kmol.deg]
Nhiệt độ của môi chất công tác tại điểm z:
[3,tr.11
]
[K]
 Hệ số tăng áp suất ().
[3,tr.10]
 Áp suất cháy cực đại (pz).
[3,tr.10]
[bar]
2.5. QUÁ TRÌNH DÃN NỞ
 Áp suất cuối quá trình dãn nở (pb).
[3,tr.12]
[bar]
 Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở (Tb ), [K].
GVHD: TS. Lê Bá Khang SVTH: Nhóm ĐC không tăng áp
Đồ án Động cơ đốt trong 9 Lớp 48CKOT
[3,tr.12]
[K]
2.6. CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ
 Áp suất chỉ thị trung bình (pi)
[3,tr.12]
[bar]
 Áp suất có ích trung bình (pe).
[3,tr.12]
[bar]
 Hiệu suất chỉ thị (i).
[3,tr.13]
 Hiệu suất có ích (e).
[3,tr.13]
 Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị (gi).
[3,tr.13]
[g/kW.h]
 Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích (ge).
[3,tr.13]
[g/kW.h]
 Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ (Ge).
[3,tr.13]
[kg/h]
2.7. CÂN BẰNG NHIỆT.
 Tổng lưu lượng nhiệt cấp cho động cơ .
QT = [4,tr.23]
[KJ/s]
 Nhiệt lượng biến thành công có ích (Qe).
[4,tr.23]
3
= 83.10 [J/s] = 83 [KW]
 Nhiệt tổn thất theo khí thải.
GVHD: TS. Lê Bá Khang SVTH: Nhóm ĐC không tăng áp
Đồ án Động cơ đốt trong 10 Lớp 48CKOT
 Tỷ nhiệt đẳng áp của sản phẩm cháy .
[2,tr.81]
[J/Kmol.deg]
 Nhiệt dung riêng đẳng áp của môi chất mới .
[2,tr.81]
[J/Kmol.deg]
 Nhiệt độ khí thải .
[K]
 Tổn thất theo khí thải .
[2,tr.215]
[J/s]
[4,tr.23]
 Tổn thất theo môi chất làm mát
Ta có: [4,tr.23]
Trong đó: qm = 12 ÷ 27 ; ta chọn qm = 20%
[KJ/s]
 Phần tổn thất còn lại .
[4,tr.23]
[KJ/s]
 Thành phần % của các thành phần nhiệt lượng.
2.8. ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ.
GVHD: TS. Lê Bá Khang SVTH: Nhóm ĐC không tăng áp