Đồ Án Động Cơ Đốt Trong - Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM

tất cả các ký hiệu và chữ viết tắt đã được sử dụng trong bản thuyết minh cùng nghĩacủa chúng thành một danh mục đặt ở phần đầu của bản thuyết minh.Ghi chú: Các công thức phải đủ phần chữ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ

Họ tên ………

Lớp…………

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

QUI ĐỊNH VỀ VIỆC THỰC HIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Các ý trong các mục có thể ký hiệu bằng các dấu: -, +, , *…

2.4.2 Thứ tự hình, Biểu bảng và công thức toán học:

Hình vẽ, ảnh, đồ thị và biểu bảng được ghi bằng 2 nhóm có số Arap cách nhau bởi dấu chấm (.) hoặc gạch ngang (-)

Công thức toán học ghi theo số thứ tự bằng 2 nhóm số Arap cách nhau bởi dấu chấm (.)

Nhóm số đầu chỉ số thứ tự của chương, nhóm số sau chỉ số thứ tự của hình,biểu bảng hoặc công thức toán học Ví dụ: Hình 3-12: ; Bảng 3-12: ; (3.12) là hình,bảng và công thức thứ 12 của chương 3 Số thứ tự và tiêu đề của hình ghi phía dướihình, số thứ tự và tiêu đề của bảng ghi phía trên bảng, số thứ tự của công thức toán họcđược để trong ngoặc đơn và đặt phía lề bên phải Đối với các công thức toán học, phảichú thích những ký hiệu xuất hiện lần đầu tiên ngay dưới biểu thức Có thể tổng hợp

tất cả các ký hiệu và chữ viết tắt đã được sử dụng trong bản thuyết minh cùng nghĩacủa chúng thành một danh mục đặt ở phần đầu của bản thuyết minh.

Ghi chú: Các công thức phải đủ phần chữ và số, ví dụ:

hoặc bar], t[0

Bố trí Phụ lục (nếu có) ngay trước phần Tài liệu tham khảo

5 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tham khảo ở đây được hiểu là những ấn phẩm được lưu hành chínhthức hoặc lưu hành nội bộ của các tác giả, cơ quan cụ thể mà học viên đã có sử dụng

tư liệu trong đó Mọi ý kiến, kết luận, công thức thực nghiệm không phải của riêng tácgiả và trích dẫn từ các tài liệu tham khảo phải được ghi rõ nguồn gốc Không ghinguồn gốc các trích dẫn với những kiến thức phổ thông

Yêu cầu trung thực, chính xác trong sử dụng tài liệu tham khảo Sau mỗi lầntrích dẫn, sử dụng số liệu hoặc công thức, v.v của tài liệu nào, phải ghi trong ngoặc

vuông số thứ tự tài liệu đó Ví dụ : Thời gian mạ crom có thể tính theo công thức sau [3, tr 128] :

f D k

h t

Tài liệu tham khảo là sách, luận văn, báo cáo được ghi đầy đủ các thông tin

theo thứ tự như sau :

 Tên tác giả hoặc cơ quan ban hành

 Năm xuất bản (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)

 Tên sách, luận văn hoặc báo cáo (in nghiêng, dấu phẩy cuối tên)

 Nhà xuất bản (dấy phẩy cuối tên nhà xuất bản)

 Nơi xuất bản (dấu chấm kết thúc một tài liệu tham khảo)

Tài liệu tham khảo là bài báo trong tạp chí, bài trong một cuốn sách, v.v đượcghi như sau :

 Tên tác giả

 Năm công bố (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)

 Tên bài báo (đặt trong ngoặc kép, không in nghiêng, dấu phẩy cuối tên)

 Tên tạp chí hoặc sách (in nghiêng, dấu phẩy cuối tên)

 Tập của bộ sách

 Số tạp chí (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)

 Các số trang (gạch ngang giữa hai chữ số, dấu chấm kết thúc)

Ví dụ cách ghi tài liệu tham khảo :

1 Nguyễn Văn Ba (1995), Nghiên cứu ảnh hưởng của khe hở lắp ghép và tốc độ quay đến khả năng mang tải của ổ trục chân vịt dùng bạc lót gỗ, bôi trơn bằng nước biển, Luận văn thạc sĩ, trường Đại học Thuỷ sản.

2 Dương Đình Đối (1998), Sửa chữa máy tàu thủy, NXB Nông nghiệp.

3 UBND tỉnh Bình Thuận (2002), Báo cáo tổng kết 5 năm (1997-2002) thực hiện

chương trình khai thác hải sản xa bờ tại tỉnh Bình Thuận, UBND tỉnh Bình Thuận.

4 Anderson J E (1985), "The Relative Inefficiency of Quota, The Cheese Case",

American Economic Review, 75(1), pp 178-190.

6 CÁCH THỨC ĐÁNH GIÁ ĐAMH ĐCĐT

 Điểm kiểm tra dưới hình thức chấm bản thảo : 25 %

 Điểm thi tối thiểu và bảo vệ : 75 %

 Sinh viên có điểm kiểm tra và điểm thi tối thiểu đạt loại khá trở lên và cótinh thần học tập tốt sẽ được miễn công đoạn bảo vệ Trong trường hợp này,điểm ĐAMH là trung bình cộng của điểm kiểm tra và điểm thi tối thiểu

 ĐAMH ĐCĐT được đánh giá là không đạt yêu cầu nếu vi phạm một trongcác điều sau đây :

1) Không nộp bản thảo đúng thời gian qui định

2) Bản chính không đủ nội dung theo đề cương

3) Vi phạm các qui định khác về trình bày ĐAMH > 3 lần

7 TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 GS.TS Nguyễn Tất Tiến (1994, 2000), Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo

dục

2 PGS.TS Nguyễn Văn Nhận, TS Lê Bá Khang, Bài giảng Nguyên lý động cơ đốt trong 2007.

3 Văn Thị Bông (2002), Tính toán nhiệt và động lực học động cơ đốt trong, NXB

Đại Học Quốc Gia, Tp.HCM

4 Hồ Tấn Chẩn - Nguyễn Đức Phú - Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến (1996), Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong, tập1, 2, NXB Giáo Dục.

5 Nguyễn Văn Nhận (2007), Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt trong, No-1.

6 Nguyễn Văn Nhận (2007), Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt trong, No-2.

7 Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB Đại học Quốc Gia Tp.HCM.

8 Catalogue của hãng SX

NỘI DUNG

Lời nói đầu

1 GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ

- Số xy lanh và cách bố trí xy lanh: Động cơ được thiết kế là loại 4 kỳ hay 2 kỳ,

có … xylanh, bố trí thẳng hàng hay chữ V

+ Công suất danh nghĩa:

+ Số vòng quay danh nghĩa:

- Động cơ này được sử dụng trang bị trên phương tiện, ô tô loại nào ?

1.2 TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY

1) Loại nhiên liệu

- Nhiên liệu dùng cho động cơ là xăng hoặc điêzen

- Các thành phần có trong nhiên liệu: C, H, O, S [chọn tài liệu nào, trang số ] 2) Buồng đốt

- Phân tích chọn loại buồng cháy (thống nhất, cháy trước hay xoáy lốc)? Hình

vẽ minh họa

3) Hệ thống nhiên liệu

- Sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng hoặc điêzen (kèm CHK, BCA ) cổđiển, đời mới hay phun xăng điều khiển điện tử, phun dầu điều khiển điện tử(Common Rail), lý do (hệ thống này có thể tạo nên hoà khí có tỷ lệ lý tưởng cho từngxylanh ở mọi chế độ hoạt động của động cơ hay không)?

- Nhiên liệu được cung cấp theo hình thức (thời điểm, hay liên tục), thời điểmcung cấp và lượng nhiên liệu cung cấp ? ví dụ nhiên liệu điêzen được phun vào BCcủa động cơ theo từng thời điểm (phun một lần – động cơ kiểu cũ) chứ không liên tục(Common Rail – phun liên tục), Quá trình phun (thời điểm phun và lượng nhiên liệuđược phun) được thực hiện theo những yếu tố nào? Góc quay trục khuỷu và góc quaytrục cam hay tín hiệu khối lượng không khí đang nạp vào và tín hiệu về vận tốc trụckhuỷu của động cơ

- Vẽ sơ đồ cấu tạo, trình bày nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của hệthống có chú thích đầy đủ

1.3 HỆ THỐNG NẠP - XẢ

1, Đối với động cơ 4 kỳ

- Chọn cơ cấu phân phối khí kiểu xupáp treo hay xu páp đặt – lý do ?

Phương pháp dẫn động: bằng đai, trục cam hay cơ cấu cam con đội đũa đẩy đòn gánh, lý do ?

- Phương pháp điều chỉnh khe hở nhiệt xu páp và các cơ cấu liên quan như giảm

áp (nếu có) ?

- Vẽ sơ đồ cấu tạo, trình bày nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của hệ thống

có chú thích đầy đủ

2, Đối với động cơ 2 kỳ

- Phân tích chọn phương án quét khí: quét thẳng, quét vòng (thường chọn quét thẳng qua xu páp thải, có phải điều chỉnh khe hở nhiệt xu páp ?)

* Hình dáng và kích thước của cửa : chữ nhật, hình tròn (nên chọn hình dáng hình chữ nhật, cửa quét bố trí theo chu vi, 1 dãy)

* Kích thước của cửa :

Khi chọn kích thước và bố trí các cửa quét khí nên ưu tiên chiều rộng của cửa (nhưng không vượt quá giá trị cho phép) bằng cách tăng số cửa sổ (phải đảm bảo độ bền của các đường gân) như vậy sẽ giúp cho không khí được phân bố đều xung quanh xi lanh, giảm bớt mức độ hòa trộn giữa không khí mới nạp với sản phẩm cháy Việc tăng chiều rộng các cửa quét có tác dụng làm giảm tổn thất hành trình cho khí quét

- Vẽ sơ đồ cấu tạo, trình bày nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của hệ

thống có chú thích đầy đủ

1.4 HỆ THỐNG LÀM MÁT

- Lý do phải làm mát cho động cơ ?

- Phân tích chọn hệ thống làm mát (kiểu kín hay hở, đối với ô tô thường làm

mát kiểu kín, lấy nhiệt nhờ quạt gió…bởi nhiệt độ nước làm mát cao, thiết lập và

ổn định chế độ nhiệt có lợi nhất cho sự làm việc của động cơ ở chế độ tải định mức và các chế độ khác, giảm tổn thất nhiệt cho nước làm mát, tăng hiệu suất chỉ thị, giảm hao mòn lót xi lanh – xéc măng, tăng độ bền nhiệt cho lót xi lanh)

- Chọn loại nước làm mát ?

- Làm mát piston bằng ? làm mát vòi phun bằng ?

- Vẽ sơ đồ cấu tạo, trình bày nguyên lý hoạt động và chú thích liên quan

1.5 HỆ THỐNG BÔI TRƠN

- Lý do phải bôi trơn cho động cơ khi hoạt động, khi đứng yên ?

- Phân tích chọn hệ thống bôi trơn

- Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm

1.8 KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ

1, Đường kính của xylanh (D)

i n p k

z N D

e D

Đơn vị

Trị số

Tàiliệuthamkhảo

9 Hàm lượng C trong nhiên liệu C

Đơn

vị Kết quả

1 Số kg KK lý thuyết cần thiết 1 kg nhiên liệu L0 kg/kg

2 Số kmol KK lý thuyết cần thiết 1 kg nhiên liệu M0 kmol/kg

3 Số kg KK thực tế cần thiết 1 kg nhiên liệu L kg/kg

4 Số kmol KK thực tế cần thiết 1 kg nhiên liệu M kmol/kg

7 Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén Ma kmol/kg

8 Số kmol MCCT tại thời điểm cuối qua trình nén Mc kmol/kg

14 Lượng sản phẩm cháy ứng với 1 kg nhiên liệu M2 kmol/kg

-16 Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z z

29 Áp suất chỉ thị trung bình pi bar

39 Tổng nhiệt đưa vào động cơ trong 1đơn vị thời gian QT kW

liệu, sau đó tiếp nhận nhiệt năng sinh ra trong quá trình nhiên liệu cháy và dãn nở đểtạo ra cơ năng Tính MCCT là một trong những công đoạn đầu tiên trong quy trìnhtính toán chu chu trình nhiệt động của ĐCĐT Thông thường, người ta xác định sốlượng MCCT cần thiết tương ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu - 1 kg nhiên liệulỏng hoặc 1 kmol (hoặc 1 m3) nhiên liệu khí

2.1.1 Lượng không khí

Không khí được đưa vào không gian công tác của ĐCĐT nhằm 2 mục đích : đốtcháy nhiên liệu và quét buồng đốt

Lượng không khí cần thiết để đốt cháy một đơn vị số lượng nhiên liệu được xácđịnh trên cơ sở cân bằng khối lượng các phương trình phản ứng hoá học mô tả quátrình cháy nhiên liệu như sau :

m nCO O

r m n O

H

2 2

2

3

11 ]

[ 3

8 ]

O H kg h O

kg h H

[12]

O H kmol

h O kmol

h H

kg

2]

[4]

2

32 ]

[ 32 ]

[

1kmol C n H m O r n m r kmol O

O H kmol

m CO

kmol

2]

Từ các phương trình (2.1-2) ta có :

o s h c

0

f

o s h c

r m

n H O C

r m n

1

- Đối với nhiên liệu lỏng

1

0

f

o s h c

- Đối với nhiên liệu khí :

r m

nH O C

r m n

, 0

1

Để đảm bảo cho nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn thì lượng không khí thực

tế nạp vào không gian công tác của xylanh phải bằng hoặc lớn hơn lượng không khí líthuyết cần thiết (L0) được xác định bằng phương pháp trình bày ở trên Mặt khác, tronghoạt động thực tế của động cơ xăng và động cơ ga, có những chế độ làm việc yêu cầu

L < L0 Như vậy, L có thể lớn hơn, bằng hoặc nhỏ hơn L0

Lượng không khí thực tế cần thiết được xác định như sau :

 Số kg không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (L)

L =  L0 [kg/kg] (2.1-6)

M =  M0 [kmol/ kg] (2.1-7)

2.1.2 Lượng hỗn hợp khí công tác

 Số kg hỗn hợp cháy ứng với 1 kg nhiên liệu ( L 1 )

 Số kmol hỗn hợp cháy ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu (M 1 )

Hỗn hợp cháy (HHC) bao gồm không khí và nhiên liệu Ở động cơ diesel chạy

bằng nhiên liệu lỏng, HHC được hình thành bên trong không gian công tác của xylanhkhi nhiên liệu được phun vào ở cuối hành trình nén Thể tích nhiên liệu lỏng là rất nhỏ

so với thể tích của không khí nên khi tính số kmol HHC ở động cơ diesel chạy bằngnhiên liệu lỏng, người ta thường bỏ qua thể tích của nhiên liệu Với giả định như vậy,

số kmol HHC ứng với 1 kg nhiên liệu lỏng ở động cơ diesel được coi như bằng sốkmol không khí :

Ở động cơ xăng, HHC được hình thành từ bên ngoài không gian công tác củaxylanh, nên nếu xét về thể tích, ngoài thể tích không khí còn có thể tích hơi của 1 kgnhiên liệu, vì vậy :

f

M M



0

trong đó, f là phân tử lượng của nhiên liệu

Trong trường hợp động cơ chạy bằng nhiên liệu khí, M1 được xác định bằngcông thức :

 Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén (M a )

MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén bao gồm HHC và khí sót, như vậy :

Ma = M1 + Mr = M1 ( 1 + r ) [kmol/kg] (2.1-10)

 Số kmol MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén (M c )

MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén (Mc) cũng bao gồm HHC và khí sót,nhưng có số lượng nhỏ hơn lượng MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén (Ma) do lọtkhí qua khe hở giữa piston và xylanh Tuy nhiên, lượng khí lọt thường rất nhỏ trong

trường hợp động cơ có tình trạng kỹ thuật tốt, nên khi thiết kế sơ bộ có thể coi Mc =

Ma :

Mc = M1 ( 1 + r ) [kmol/kg] (2.1-11)

2.1.3 Lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy hoàn toàn

Khi tính toán MCCT, nhiên liệu được coi là sẽ cháy hoàn toàn khi có đủ hoặc

dư không khí (  1) và cháy không hoàn toàn khi  < 1

Sản phẩm cháy hoàn toàn bao gồm dioxide carbon (CO2), hơi nước (H2O), oxytlưu huỳnh (SO2), oxy dư (O2) và nitơ có trong không khí (N2) Kí hiệu M2 là số kmolsản phẩm cháy ,MCO2, MH2O, MSO2, MO2, MN2 là số kmol các chất khí CO2, H2O,

SO2 , O2 và N2 có trong sản phẩm cháy ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu, căn cứvào phương trình (2.1-2) ta có :

 Đối với nhiên liệu lỏng

0

MO      [kmol/kg] (2.1-12d)

079

0 1

2

f i

o h

M M

 1  0

21 ,

0

2 079

1

2.1.4 Lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy không hoàn toàn

Trong trường hợp  < 1, do thiếu oxy nên một phần C và H2 không được oxyhoá hoàn toàn thành CO2 và H2O và trong sản phẩm cháy sẽ có thêm CO và H2 Kếtquả phân tích thành phần sản phẩm cháy không hoàn toàn ở ĐCĐT cho thấy rằng : tỷ

số giữa hàm lượng hydro chưa cháy  MH2 và hàm lượng oxyt carbon (MCO) có trong

sản phẩm cháy hầu như không đổi và không phụ thuộc vào hệ số dư lượng không khí() Kí hiệu tỷ số này là K, ta có :

 Lượng CO 2 và CO

Phương trình phản ứng hoá học giữa C và O2 và phương trình cân bằng khốilượng trong điều kiện thiếu oxy có dạng như sau :

CO O

CO kg O

kg C

[

CO kmol O

kmol C

[

CO kg O

kg C

3

7]

[3

4]

[

CO kmol O

kmol C

12

1 ]

[ 24

1 ]

[

Kí hiệu C là phần carbon bị oxy hoá thành CO, ta có :

CO kg c O

kg c C

[ 3

4 ]

[ 24 ]

Khi toàn bộ số C trong nhiên liệu cháy thành CO2 và CO thì từ các phươngtrình (2.1-2d) và (2.1-18b), tổng số sản phẩm cháy C sẽ là :

12 12

) 1

( 122

c c c

M

C CO

O kmol h

H kg

2

1 ]

[ 4

1 ]

[ )

1



(2.1-20)Lượng H2 có trong sản phẩm cháy :

h

22



Tổng lượng H2O và H2 có trong sản phẩm cháy :

2 2

2

12 2

h h h

M

H O

,

0 2

(  C  c  MCO (2.1-24a)

Để đốt cháy C thành CO :

2 24

) 1

H

M h

, 0 2

2 2

f O

H CO

CO

o M

M M

32 32

4 12

f

o h c

4 12 2

2

1 2

12

f f

CO

CO CO

o o

h c M

K h M

4 12 32

4

2 1

21 ,

, 0

K K

, 0 2

K K

2.1.5 Hệ số biến đổi phân tử

So sánh các biểu thức (2.1-9) với (2.1-13), (2.1-15) và (2.1-23) ta thấy rằng sốkmol hỗn hợp cháy (M1) và số kmol sản phẩm cháy (M2) không bằng nhau Nếu kíhiệu M là đại lượng đánh giá sự thay đổi số kmol của MCCT trước và sau khi nhiênliệu cháy, ta có

 Đối với động cơ diesel, từ biểu thức (2.1-13) và (2.1-9a) :

32

o h M M

M

4 8

h M M

0 1

1 2

f

f

o h



1 4

h c M

, 0 2

1 1



4

8 1

21 ,

 Đối với nhiên liệu khí với   1, từ biểu thức (2.1-9c) và (2.1-15) :

r m

nH O C

r m

Từ (2.1-35d) thấy rằng : M phụ thuộc vào hàm lượng nguyên tử của các nguyên

tố hoá học có trong các chất khí CnHmOr và M có thể lớn hơn, bằng hoặc nhỏ hơn 0

 Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết ( 0 ) - Sự thay đổi số kmol của MCCT saukhi nhiên liệu cháy so với trước khi cháy được đánh giá bằng đại lượng gọi là Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết :

1 1

1 1

2

M

M M

M M