LỜI NÓI ĐẦU

    Ngày nay, vấn đề môi trường luôn được quan tâm không chỉ trong phạm vi của một quốc gia mà lan rộng ra toàn thế giới. Bên cạnh khí thải những ngành công nghiệp, khí thải giao thông thì rác thải cũng là một nguyên nhân không kém gây ảnh hưởng xấu đến môi trường, cảnh quan thiên nhiên và đặc biệt là sức khỏe con người trong quá trình đô thị hoá.

    Đề tài“Nghiên cứu sử dụng khí biogas trên động cơ Honda GX10” cũng đã được nhiều nhà khoa học cũng như sinh viên trường đại học đang quan tâm nghiên cứu và đạt được một số kết quả nhất định.

    Do thời gian và kiến thức đang còn hạn chế nên đề tài tốt nghiệp của em chắc không trách được những thiếu sót. Kính mong quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài cảu em được hoàn thiện hơn.

    Em xin chân thành cảm ơn!

                                                   …., ngày ….tháng…năm 20…

                                                  Sinh viên thực hiện

                                                 ……...……..….

1.GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ

    Động cơ HONDA GX110 là loại động cơ do hãng HONDA của nước Nhật sản xuất, nhiên liệu được dùng cho loại động cơ này là xăng, với những đặc điểm: Nhỏ gọn, dễ dàng khởi động bằng tay do được trang bị bằng hệ thống nén dây, xylanh đặt nghiêng 25⁰ so với phương nằm ngang làm giảm trọng lực trung tâm nhờ đó giảm độ rung và tiếng ồn, công suất cực đại 2,7kW nên động cơ được ứng dụng nhiều trong công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp...

1.1.NHỮNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ

- Công suất cực đại của động cơ                                       2,7 kW/4000 vòng/phút

- Nhiên liệu được dùng cho động cơ                                Xăng

- Số xi lanh                                                                          1

- Thể tích công tác                                                              107 cm³

- Đường kính xi lanh   D                                                    57  mm

- Hành trình của piston   S                                                 42  mm

- Tỷ số nén                                                                           7,8

- Số vòng quay định mức  n                                              4000 vòng/phút

- Suất tiêu hao nhiên liệu                                                  230 g/ml.h

- Khe hở bugi                                                                       0,7 ¸ 0,8 mm

- Góc mở sớm xupáp nạp  j₁                                                           15⁰

- Góc đóng muộn xupáp nạp  j₂                                                   53⁰

- Góc mở sớm xupáp thải  j₃                                            44⁰

- Góc đóng muộn xupáp thải  j₄                                      22⁰

- Góc đánh lửa sớm  j_đ                                                      29⁰

1.2.CÁC CHI TIẾT CỐ ĐỊNH CỦA ĐỘNG CƠ HONDA GX110

1.2.1. Thân máy.

          Thân máy của động cơ là một chi tiết lớn nhất, khối lượng của thân máy chiếm khoảng 50 ¸ 70 % tổng số khối lượng của động cơ. Trên thân máy được lắp các cụm chi tiết:

                   + Cụm trục khuỷu -bánh đà.

                   + Cụm trục cam dẫn động cơ cấu phối khí.

                   + Xi lanh.

                   + Quạt gió.

-Bên trong thân máy cũng là nơi chứa dầu bôi trơn.

-Bên ngoài thân máy có các gân tản nhiệt vì động cơ làm mát bằng không khí.

-Vật liệu chế tạo thân máy: Nhôm hợp kim.

1.2.2.Nắp máy.

          Nắp máy cùng với piston và xi lanh tạo thành buồng cháy của động cơ.

-Phía trên phần đối diện với đỉnh piston được bố trí các chi tiết như:

                   + Xupáp nạp.

                   + Xupáp thải.

                   + Bugi.

                   + Cò mổ.

- Bên ngoài nắp máy có các gân tản nhiệt.

-Vật liệu chế tạo nắp máy: Nhôm hợp kim.

1.2.3. Đệm nắp máy.

          Giữa thân máy và nắp máy có lắp một đệm nắp máy, tác dụng của đệm nắp máy dùng để bao kín buồng cháy không cho lọt khí ra ngoài.

- Vật liệu chế tạo: amiăng có viền thép ở mép của lỗ xylanh.

- Chiều dày của đệm: 1 mm.

1.2.4.Nắp che.

          Nắp che của động cơ HONDA GX110 dùng để chắn bụi và ngăn không cho dầu bôi trơn vung ra ngoài, trên nắp che còn bố trí lỗ thông hơi cacte.

- Vật liệu chế tạo: tôn mỏng.

1.3. CƠ CẤU TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN - PISTON.

1.3.1.Trục khuỷu.

          Trục khuỷu động cơ HONDA GX110 được đúc liền.

- Các bề mặt tiếp xúc được gia công đạt độ bóng và chính xác cao.

- Đường kính trục khuỷu: 22,2 mm.

- Đầu trục khuỷu lắp với bánh đà có dạng hình côn và có rãnh then bán nguyệt.

- Đường kính chốt khuỷu: 26 mm.

- Chiều dài chốt khuỷu: 24 mm.

-Vật liệu chế tạo: gang.

1.3.2.Thanh truyền.

          Thanh truyền được chế tạo bằng hợp kim nhôm.

- Đầu to thanh truyền lắp với chốt khuỷu nhờ hai bulông, bề mặt tiếp xúc với chốt khuỷu được gia công đạt độ bóng cao.

- Tiết diện thanh truyền có dạng hình chữ  I.

- Ở đầu to và đầu nhỏ thanh truyền có các rãnh và các lỗ để dầu nhớt vào bôi trơn các bề mặt lắp ghép giữa chốt khuỷu với đầu to thanh truyền và chốt piston với đầu nhỏ thanh truyền.

- Chiều dài của thanh truyền: 73 mm.

1.3.3. Piston.

          Piston của động cơ HONDA GX110 được chế tạo bằng hợp kim nhôm.

- Đầu piston phẳng.

- Trên piston có hai rãnh để lắp secmăng khí và một rãnh để lắp secmăng dầu, bề rộng của rãnh để lắp secmăng khí 1,5mm, bề rộng của rãnh để lắp secmăng dầu 2,5mm, chiều sâu các rãnh 3mm.

- Đường kính của piston: 57mm.

- Chiều dài của piston: 46mm.

- Thân piston được vát bớt hai bên hông.

1.4.CÁC HỆ THỐNG CỦA ĐỘNG CƠ.

1.4.1. Hệ thống phân phối khí.

          Động cơ HONDA GX110 dùng hệ thống phân phối khí xupáp treo.

- Đường kính của nấm xupáp nạp: 20mm.

- Đường kính của nấm xupáp thải: 17mm.

- Đường kính thân xupáp nạp: 5,4mm.

- Đường kính thân xupáp thải: 5,4mm.

- Chiều dài xupáp nạp: 62,6mm.

- Chiều dài xupáp thải: 60,8mm

- Xupáp được chế tạo bằng thép.

- Dẫn động xupáp nạp và xupáp thải bằng con đội hình nấm đáy bằng thông qua đũa đẩy và cò mổ, nhờ hai cam: cam nạp và cam thải bố trí trên trục cam.

- Trục cam được bố trí ở thân máy.

          + Đường kính của trục cam: 14mm.

          + Đường kính cơ sở của trục cam: 22mm.

          + Chiều cao của vấu cam: 5,7mm.

          + Chiều dài trục cam: 102mm

- Trục cam được chế tạo bằng gang.

- Dẫn động quay trục cam bằng bánh răng ở đầu trục cam và bánh răng ở trục khuỷu.

          + Trên các bánh răng có đánh dấu nên khi lắp ráp phải chú ý là dấu ở trên bánh răng trục cam phải trùng với dấu ở trên bánh răng trục khuỷu.

                                              Hình.1.3.Sơ đồ dẫn động trục cam

                   1-Bánh răng trục khuỷu                                  4-Dấu ở bánh răng trục cam

                   2-Trục khuỷu                                                   5-Bánh răng trục cam

                   3-Dấu ở bánh răng trục khuỷu                       6-Trục cam

                                     Hình.1.4.Sơ đồ hệ thống phân phối khí

                   1-Nắp máy                                                        6-Con đội

                   2-Lò xo                                                              7-Vấu cam

                   3-Thân xupáp                                                   8-Trục cam

                   4-Cò mổ                                                            9-Nấm xupáp

                   5-Đũa đẩy

1.4.2.Hệ thống làm mát.

          Động cơ HONDA GX110 được làm mát bằng không khí nhờ quạt gió và các gân tản nhiệt ở trên nắp máy và thân máy.

-Quạt gió.

          + Vật liệu chế tạo cánh quạt: Nhựa.

          + Đường kính quạt gió: 160mm.

          + Số cánh quạt: 25 cánh.

Khi động cơ hoat động nhờ gắn trên bánh đà nên quạt gió quay cùng với bánh đà tạo ra luồng gió thổi vào các gân tản nhiệt.

Hình.1.5.Sơ đồ hệ thống làm mát

                   1-Thân máy

                   2-Tấm hướng gió

                   3-Quạt gió

1.4.3.Hệ thống bôi trơn.

          Động cơ HONDA GX110 được bôi trơn bằng cách vung tóe dầu. Dầu được vung tóe nhờ một cần khuấy đúc liền với nắp đầu to thanh truyền.

Hình.1.6.Sơ đồ hệ thống bôi trơn

                   1-Cần khuấy                                                     3-Thanh truyền

                   2-Thân máy                                                      4-Piston

- Chiều dài của cần khuấy: 45mm.

          Khi động cơ hoạt động cần khuấy sẽ khuấy liên tục làm vung tóe dầu đi bôi trơn các bề mặt ma sát.

          * Nhận xét: Phương án bôi trơn bằng vung tóe dầu:

                   + Bôi trơn không có qui luật, lưu lượng không ổn định.

                   + Dầu va đập nên tuổi thọ giảm.

                   + Dầu tiếp xúc với nhiệt độ cao nên độ nhớt giảm, tiêu hao dầu.

                   + Chất lượng bôi trơn kém.

1.4.4.Hệ thống đánh lửa.

          Hệ thống đánh lửa bằng transito cho phép máy khởi động nhanh và hoạt động tin cậy.

- Thời điểm đánh lửa sớm 29⁰.

- Động cơ dùng loại bugi NGK hoặc ND.

1.4.5. Hệ thống nhiên liệu của động cơ.

          Hệ thống nhiên liệu của động cơHONDA GX110 thuộc loại tự chảy.

- Hệ thống nhiên liệu sẽ được trình bày kỹ ở phần khảo sát hệ thống nhiên liệu.

1.4.6. Kích thước động cơ HONDA GX110.

          Kích thước lớn nhất của động cơ: 380 ´ 320 ´ 310 (mm)

3. KHẢO SÁT KẾT CẤU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DÙNG XĂNG

          Hệ thống nhiên liệu dùng trên động cơ HONDA GX110 thuộc loại tự chảy.

                   + Không có bơm xăng

                   + Bình chứa nhiên liệu được đặt cao hơn bộ chế hòa khí.

Hình.3.1.Sơ đồ hệ thống nhiên liệu dùng xăng động cơ HONDA GX110

          1-Bình đựng xăng                                                               6-Đường ống thải

          2-Lọc thấm                                                                          7-Ống tiêu âm              

          3-Ống dẫn xăng                                                                   8-Đường ống nạp

          4-Lọc lắng                                                                            9-Lọc không khí

          5-Bộ chế hòa khí

3.1.BÌNH ĐỰNG XĂNG.

          - N hiệm vụ:

          Dự trữ nhiên liệu đảm bảo cho quá trình hoạt động của động cơ.

-Bình đựng xăng làm bằng tôn tráng kẽm, chiều dày 0,8 mm, bên ngoài có lớp sơn bảo vệ.

-Thể tích bình: 2,5 (lít), được xác định theo công thức sau:

                                                                                                                                    (3-1)

Trong đó: V_t -Thể tích thùng chứa

                   d- Hệ số dự  trữ

                   g_e-Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/kw.h)

                   N_e-Công suất cực đại của động cơ (kw)

                   t - Thời gian làm việc   (h)

                   r_nl-Khối lượng riêng của nhiên liệu  (g/kw.h)

Hình.3.2.Kết cấu bình đựng xăng

                   1-Bình đựng xăng

                   2-Nắp bình xăng

                   3-Lọc xăng

-Tấm thép trên và tấm thép dưới tạo thành bình chứa và tấm thép thứ ba dùng để lắp vào động cơ sau khi dán lớp keo để đảm bảo độ kín, chống lọt khí.

3.2.ỐNG DẪN XĂNG.

          Nhiệm vụ: Dẫn xăng từ bình chứa đến bộ chế hòa khí cung cấp cho động cơ hoạt động.

-Chiều dài ống dẫn xăng :    140  mm

-Đường kính ngoài của ống :    9  mm

-Đường kính trong của ống :    5   mm

-Ống dẫn xăng được làm bằng cao su chịu xăng

3.3.LỌC XĂNG:

          Nhiệm vụ: Dùng để tách các hạt tạp chất và tách nước lẫn lộn trong xăng.

-Lọc xăng trên hệ thống dẫn nhiên liệu từ bình chứa xăng đến bộ chế hòa khí gồm có hai loại lọc:

                   + Loại lọc thấm:

-Lọc thấm được đặt ngay đầu đường ống dẫn xăng từ bình chứa, dùng để lọc sạch các tạp chất rắn.

Hình.3.3.Kết cấu lọc thấm

                        1-Bình đựng xăng

                        2-Lọc thấm

                        3-Ống dẫn xăng

                   + Loại lọc lắng.

-Dùng để tách nước, nó được đặt trên đường ống dẫn xăng đến buồng phao.

Hình.3.4.Kết cấu lọc lắng

                        1-Xăng

                        2-Nước

3.4.LỌC KHÔNG KHÍ

          -Nhiệm vụ: Lọc sạch các tạp chất lẫn trong không khí trước khi đưa vào động cơ. Sự mài mòn nhanh các chi tiết bên trong như xylanh chủ yếu do bụi gây ra.

-Lọc không khí được dùng loại lọc thấm khô, lõi lọc làm bằng giấy, bên ngoài và bên trong có lưới bảo vệ.

Hình.3.5.Lọc không khí

                   1;2-Lưới bảo vệ

                   3-Giấy lọc

3.5.KẾT CẤU CACBUARATƠ

3.5.1.Vật liệu chế tạo

3.5.1.1.Thân

          Chế tạo bằng nhôm hợp kim, bằng phương pháp đúc.

3.5.1.2.Phao

          Chế tạo bằng chất nhựa, theo dạng hình vành khăn nhằm giảm thể tích buồng phao do đó giảm được kích thước bộ chế hòa khí.

3.5.1.3.Giclơ, vòi phun

          Chế tạo bằng đồng thanh

3.5.1.4.Bướm gió, bướm ga.

          Bướm gió chế tạo bằng lá thép mỏng.

Bướm ga chế tạo bằng nhôm.

Thanh bướm gió chế tạo bằng nhựa, thanh bướm ga chế tạo bằng nhôm.

3.5.2.Kết cấu

3.5.2.1.Họng

          Kết cấu dạng ống loa van, đường kính f = 10 mm.

3.5.2.2.Buồng hỗn hợp

          Nơi lắp bướm ga.

Nơi lắp ghép đệm để ngăn nhiệt từ dưới buồng cháy truyền lên.

Đường kính buồng hỗn hợp  f = 15 mm.

Chiều dài buồng hỗn hợp   l = 15,5  mm

3.5.2.3.Giclơ và vòi phun

          -Giclơ:

Đường kính f = 0,4 mm, đảm bảo mối quan hệ lưu lượng qua giclơ và chênh lệch áp suất trước và sau giclơ.

Chi tiết chế tạo đường kính trong chính xác và thay thế được.

Chiều dài giclơ    l_g = 1 mm.

Hình.3.6.Kết cấu giclơ

          -Vòi phun:

Đường kính lỗ vòi phun: f = 1,5 mm

3.5.2.4.Buồng phao

          Gồm có phao và van kim.

Đường kính đế van : 1 mm.

Khoảng cách từ trục quay đến van kim: 5 mm.

Góc côn đỉnh van kim: 30⁰.

Khối lượng van kim: 0,1 g.

Khoảng cách từ trục quay đến tâm của trục phao: 20 mm.

Khối lượng phao: 5 g.

Thể tích phao: 14 cm³.

Thể tích xăng chứa trong buồng phao: 25 cm³.

*.Bộ chế hòa khí của động cơ HONDA GX110 thuộc loại có buồng phao, làm việc theo kiểu hút, chỉ có một họng và một buồng hỗn hợp, dẫn động điều khiển bằng cơ khí.

3.5.3.Các hệ thống trong bộ chế hòa khí động cơ HONDA GX110.

-Hệ thống phun chính kết hợp với hệ thống không tải.

-Hệ thống khởi động bằng bướm gió.

3.5.3.1.Hệ thống phun chính.

          Hệ thống phun chính làm việc khi có tải tức là khi kết thúc hệ thống không tải, cung cấp nhiên liệu chính cho động cơ mà tăng độ mở bướm ga thì hỗn hợp nhạt dần.

3.5.3.2.Hệ thống không tải

Hình.3.7. Hệ thống không tải

          1-Lỗ cung cấp hỗn hợp không tải

          2,3,4-Các lỗ chuyển tiếp

          5-Ống hỗn hợp

          6-Thân bộ chế hòa khí

          7-Vít điều chỉnh hỗn hợp

          8-Lò xo

          9-Bướm ga

          Khi động cơ chạy không tải, bướm ga đóng gần kín, lưu lượng không khí qua họng khuếch tán nhỏ khiến cho độ chân không tại đây nhỏ nên khả năng hút xăng cũng như xé tơi và hòa trộn xăng với không khí kém. Do đó hệ thống chính không có khả năng cung cấp hỗn hợp cho động cơ chạy không tải. Trong khi đó độ chân không sau bướm ga lớn nên được tận dụng để hút xăng ra và tạo thành hỗn hợp cho động cơ chạy không tải.

Khi động cơ chuyển từ chế độ không tải về chế độ có tải, bướm ga mở to dần. Độ chân không sau bướm ga giảm đi dẫn tới lượng hỗn cung cấp qua hệ thống không tải giảm trong khi đó hệ thống chính chưa hoạt động vì độ chân không tại họng khuếch tán còn nhỏ khiến cho động cơ có thể bị chết máy. Để khắc phục hiện tượng này, trong hệ thống không tải có các lỗ chuyển tiếp 2,3,4. Khi bướm ga mở đến vị trí nào đó sao cho các lỗ 2,3,4 trở thành lỗ bổ sung hỗn hợp cho chế độ chuyển tiếp (không tải nhanh). Còn ở chế độ không tải, các lỗ 2,3,4 đóng vai trò cung cấp không khí vào ống hỗn hợp 5. Chế độ không tải được điều chỉnh sao cho động cơ làm việc ổn định ở số vòng quay nhỏ nhất có thể, nhằm tiết kiệm nhiên liệu.

3.5.3.3.Hệ thống khởi động.

          Khi khởi động tốc độ vòng quay của động cơ rất nhỏ thường chỉ khoảng 50 đến 100v/p nên tốc độ không khí qua họng rất nhỏ, nhiên liệu phun vào ít và chất lượng phun kém. Mặt khác, động cơ khi đó lạnh nên xăng khó bay hơi và dễ tạo thành màng trên thành ống nạp, hỗn hợp tạo thành thực tế rất loãng và động cơ khó khởi động. Vì vậy để khởi động động cơ dễ dàng phải cung cấp nhiên liệu làm đậm hỗn hợp.

          Trong khi khởi động, bướm gió đóng lại, do đó độ chân không trong họng khuếch tán cũng  như độ chân không sau bướm ga đều lớn. Hệ thống chính và hệ thống không tải đồng thời làm việc cung cấp cho động cơ hỗn hợp rất đậm để khởi động.

Hình.3.8.Sơ đồ nguyên lý bộ chế hòa khí động cơ HONDA GX110

                   1-Bướm gió                                                                5-Vòi phun       

                   2-Thân bộ chế hòa khí                                             6-Họng khuếch tán

                   3-Buồng phao                                                            7-Bướm ga

                   4-Giclơ nhiên liệu                                                    

Hình.3.9.Kết cấu bộ chế hòa khí động cơ HONDA GX110

                   1-Lọc lắng                                                                  5-Ống phun xăng

                   2-Khóa xăng                                                              6-Phao

                   3-Cần điều khiển bướm gió                                     7-Giclơ nhiên liệu

                   4-Vòi phun                                                                 8-Chén đựng xăng

3.5.4.Nguyên lý làm việc bộ chế hòa khí động cơ HONDA GX110:

           Không khí sau khi qua bầu lọc khí đi vào miệng hút rồi qua họng khuếch tán vào buồng hỗn hợp. Tiết diện lưu thông của họng khuếch tán bị thu hẹp đột ngột. Vì vậy, khi dòng khí này đi qua họng khuếch tán sẽ có tốc độ khoảng 25m/s tạo nên độ chân không lớn trong họng khuếch tán, làm hút nhiên liệu ra khỏi miệng lỗ phun chính.

          Ngoài ra, một phần không khí đi theo đường không khí vào các lỗ bọt kết hợp với xăng trong ống phun chính tạo nên dạng nhũ tương rồi phun ra khỏi miệng lỗ phun. Nếu động cơ vận hành ở chế độ không tải, bướm ga đóng lại thì hệ thống phun chính không làm việc, lúc đó dòng khí đi qua giclơ không khí không tải theo đường dẫn khí  cùng với xăng được hút lên tạo thành dạng nhũ tương, hỗn hợp theo đường dẫn qua vít điều chỉnh lỗ không tải rồi phun ra lỗ không tải.

          Hệ thống đường xăng chính đi như sau: Do sự chênh lệch áp suất (Dp) giữa buồng phao với họng khuếch tán, xăng được ép chảy qua giclơ chính 7 vào ống phun chính 5. Sau khi hỗn hợp với không khí tạo thành dạng nhũ tương rồi phun ra khỏi miệng vòi phun chính 4. Càng mở lớn bướm ga thì lượng không khí đi vào đường không khí càng nhiều do đó hỗn hợp nhạt dần.

4. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DÙNG BIOGAS

4.1.YÊU CẦU .

4.1.1.Yêu cầu đối với hỗn hợp .

          Quá trình hình thành hỗn hợp ảnh hưởng đến quá trình cháy, công suất, tính kinh tế của động cơ.

- Có thành phần thích hợp với từng chế độ làm việc của động cơ.

- Thành phần hỗn hợp phải đồng nhất.

- Thành phần của các chất khí trong nhiên liệu Biogas.

                   CH₄>50%

                   CO₂<50%

4.1.2. Yêu cầu đối với bộ hỗn hợp.

          Tạo hỗn hợp thỏa mãn các yêu cầu trên.

- Có thể điều chỉnh được hệ số dư lượng không khí a và hệ số nạp h_v

- Cản trở của bộ hỗn hợp với dòng khí là bé nhất.

- Đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh, tháo lắp.

4.2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DÙNG KHÍ BIOGAS

         Hệ thống nhiên liệu dùng khí Biogas bao gồm:

- Bình chứa nhiên liệu khí Biogas.

- Các van.

- Các đường ống dẫn nhiên liệu.

- Bình tách ẩm.

- Bình điều hòa.

- Van tiết lưu

- Bộ hỗn hợp.

Hình.4.1.Sơ đồ hệ thống sản xuất khí Biogas cung cấp cho động cơ

                  1-Bình sinh khí                                                10-Lưu lượng kế đo khí

                  2-Ap kế                                                             12-Động cơ

                  3,5,11-Các đường ống dẫn khí                       13-Bộ trao đổi nhiệt

                  4,9,15,17-Các van                                           14-Các đường ống dẫn nước

                  6-Bình tách ẩm                                                 16-Bơm nước tuần hoàn

                  7-Van xả ẩm                                                     18-Lưu lượng kế đo nước

                  8-Đo nồng độ CH₄,CO₂                                   19-Giá đỡ

Hình.4.2. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ sử dụng khí Biogas

          1-Bình chứa nhiên liệu khí Biogas                         10-Đường ống thải

          2- Đường ống dẫn khí Biogas                                  11-Piston        

          3-Van tiết lưu                                                             12-Thanh truyền

          4-Bình điều hòa                                                         13-Bướm ga

          5-Lọc gió                                                                    14-Thân bộ hỗn hợp

          6-Ống phun gas                                                         15-Bướm gió

          7-Xupáp nạp                                                              16-Lưu lượng kế

          8-Xupáp thải                                                              17-Bình tách ẩm

          9-Ống tiêu âm

          Hiện tại các bộ phận: Bình sinh khí, các van, các đường ống dẫn khí, bình điều hòa đã có sẵn. Do đó chỉ chọn phương án thiết kế bộ hỗn hợp.

4.2.1. Bộ hỗn hợp.

4.2.1.1.Nhiệm vụ.

         Bộ hỗn hợp có nhiệm vụ chuẩn bị hỗn hợp cháy bao gồm: khí Biogas và không khí cung cấp cho xylanh của động cơ theo các chế độ tải trọng khác nhau.

4.2.1.2.Phân loại bộ hỗn hợp.

Hình.4.2.Sơ đồ cấu tạo bộ hỗn hợp

                   (a)-Loại trực giao

                  (b)-Loại cùng chiều

*. Loại trực giao:

         Loại trực giao kết cấu đơn giản, hòa trộn giữa không khí và khí Biogas được dễ dàng. Đối với loại trực giao có thể bố trí đường ống dẫn khí Biogas tại một vị trí hoặc nhiều vị trí xung quanh họng bộ hỗn hợp.

*. Loại cùng chiều:

         Loại cùng chiều có kết cấu phức tạp hơn, khó bố trí lắp đặt, cản trở đối với dòng khí Biogas nhỏ nên lưu lượng lớn, do đó chỉ thích hợp cho loại động cơ yêu cầu lưu lượng hỗn hợp cung cấp lớn.

4.2.1.3.Cơ sở lý thuyết điều chỉnh thành phần hỗn hợp.

         Để đảm bảo động cơ làm việc cân bằng, ổn định khi phụ tải bên ngoài thay đổi thì công suất động cơ phát ra phải cân bằng với công suất tiêu thụ. Vì vậy bộ hỗn hợp phải điều chỉnh được thành phần hỗn hợp và khối lượng hỗn hợp sao cho công suất động cơ phát ra thỏa mãn được các đường đặc tính của nó như đặt tính tải, đặt tính tốc độ...Muốn vậy cần đảm bảo tỷ số hòa trộn thích hợp giữa khí Biogas và không khí ứng với từng chế độ làm việc của động cơ, có nghĩa là nếu chế độ làm việc của động cơ thay đổi thì không những thay đổi về số lượng, mà còn thay đổi về chất lượng hỗn hợp nạp vào động cơ. Khi động cơ chạy không tải hoặc chế độ tải nhỏ cần phải tăng lượng khí gas trong hỗn hợp, tức là phải làm đậm khí hỗn hợp. Tăng dần phụ tải thì một mặt phải tăng số lượng hỗn hợp đưa vào động cơ, mặt khác phải giảm bớt thành phần khí Biogas trong hỗn hợp tức là làm cho hỗn hợp loãng dần. Khi động cơ chạy toàn tải tức là khi cần phát ra công suất lớn nhất phải làm cho hỗn hợp giữa khí Biogas và không khí đậm lên.

4.2.1.4.Phương pháp điều chỉnh thành phần hỗn hợp.

          * Điều chỉnh chất lượng hỗn hợp:

         Điều chỉnh chất lượng hỗn hợp là sự thay đổi công suất động cơ thực hiện bằng cách thay đổi thành phần hỗn hợp mà không thay đổi số lượng hỗn hợp.

         Với phương pháp này chúng ta có thể thay đổi khối lượng khí Biogas đưa vào bộ hỗn hợp hoặc thay đổi lượng không khí đưa vào bộ hỗn hợp.

         * Điều chỉnh khối lượng hỗn hợp:

         Điều chỉnh theo phương pháp này là thay đổi công suất của động cơ nhờ sự thay đổi lượng hỗn hợp đưa vào động cơ mà không thay đổi thành phần hỗn hợp của nó.

         Với phương pháp này có thể thực hiện bằng cách thay đổi độ mở bướm hỗn hợp. Phương pháp này có nhược điểm là làm thay đổi sự tiết lưu của dòng nạp do đó tăng tổn thất lưu động của dòng khí hỗn hợp, làm giảm tính kinh tế của động cơ, giảm áp suất cuối quá trình nén.

         * Điều chỉnh theo chất và lượng:

         Phương pháp này thì việc điều chỉnh hỗn hợp nạp vào động cơ được kết hợp bởi hai phương pháp trên. Ở từng trường hợp điều chỉnh theo phương pháp nào hiệu quả thì dùng phương pháp đó.

4.2.1.5. Chọn phương án điều chỉnh hỗn hợp.

         Công suất động cơ dùng khí Biogas được tính theo công thức sau:

                                                                                                                                   (4-1)

         Trong đó:            A₁- Hằng số

                                     t - Số kỳ của động cơ

                                     v_h - Thể tích công tác của xylanh

                                    Q_h - Nhiệt trị thấp của nhiên liệu

                                    a - Hệ số dư lượng không khí

                                     L₀ - Lượng không khí cần thiết lý thuyết tính theo kg để đốt cháy hoàn toàn1kg nhiên liệu.

                                     r_k : Khối lượng riêng của khí hỗn hợp tại áp suất và nhiệt độ trước xupáp nạp.

                                     h_v : Hệ số nạp

                                     h_i : Hiệu suất chỉ thị

                                     h_m : Hiệu suất cơ giới

                                     n : Số vòng quay của động cơ

                                     i : Số xylanh.

         Với:

                                                                                                                                   (4-2)

         Trong đó :        A₂ -Hằng số

                      P_m-Ap suất tổn thất cơ giới trung bình

                                                                                                                                    (4-3)

          Từ biểu thức trên rút ra nhận xét sau:

          * Đối với phương pháp điều chỉnh theo chất:

         Sự thay đổi h_v có phụ thuộc vào quá trình công tác của động cơ nhưng ảnh hưởng này rất ít. Do đó có thể bỏ qua.

Ap suất cơ giới trung bình P_m chủ yếu phụ thuộc vào số vòng quay của trục khuỷu

Do đó khi tăng số vòng quay của trục khuỷu (n tăng làm cho áp suất cơ giới trung bình P_m tăng dẫn đến h_m giảm.

         h_i chủ yếu phụ thuộc vào a. Khi tăng số vòng quay trục khuỷu (n tăng) thì vận động hỗn hợp trong buồng cháy làm cho quá trình cháy nhanh, n tăng làm cho truyền nhiệt giảm và lọt khí giảm nên h_i có tăng theo vòng quay trục khuỷu nhưng không nhiều. Do đó ở trường hợp tải lớn hệ số dư lượng không khí a giảm, thời gian ứng với góc quay của trục khuỷu không đổi nên sẽ làm cho quá trình cháy kéo dài, p_i có tăng nhưng không nhiều do đó h_I =                     tăng vì vậytăng lên.

          Ở trường hợp tải bé a tăng sẽ làm cho hỗn hợp loãng, áp suất p_i giảm làm tỉ số giảm  xuống rất nhanh làm xấu tính kinh tế của động cơ.

*Đối với phương pháp điều chỉnh theo lượng:

            Ở trường hợp tải bé h_v giảm nhiều do tiết lưu dòng khí nạp (trở lực trên bướm ga) làm cho áp suất cực đại của chu trình giảm. Vì vậy, nếu giảm tải theo phương pháp điều chỉnh theo lượng là đóng bớt bướm ga do ảnh hưởng của P_m và h_v làm cho h_m có giảm nhưng không đáng kể.

          h_i thay đổi liên tục theo áp suất chỉ thị trung bình P_i, nhưng P_i lại phụ thuộc vào chất lượng của quá trình cháy nếu xét với một loại nhiên liệu nhất định. Tức là phụ thuộc vào hệ số dư lượng không khí a, mức độ hòa trộn và góc đánh lửa sớm. Do thời gian cháy của nhiên liệu ứng với góc quay của trục khuỷu không đổi và nhiệt độ, áp suất cuối quá trình cháy giảm liên tục theo chiều tăng a nên sẽ làm h_i  giảm liên tục.

*Kết luận:

Cả hai phương pháp điều chỉnh đều có mặt ưu và nhược điểm. Để sử dụng những ưu điểm của hai phương pháp ta chọn phương pháp điều chỉnh hỗn hợp, tức là điều chỉnh theo lượng bằng cần điều khiển bướm ga của hỗn hợp, điều chỉnh theo chất bằng cách thay đổi lượng khí Biogas vào hòa trộn trong buồng hỗn hợp. Việc này được thực hiện nhờ van tiết lưu ở đường khí Biogas vào.

4.2.1.6.Xây dựng đặc tính bộ hỗn hợp

         *.Xây dựng đường đặc tính a = f(DP_hh).

Hệ số dư lượng không khí a được tính: theo [1] trang 278:

                                                                                                                                   (4-4)

Trong đó:

             G_kk : Lưu lượng không khí thực tế (kg/s).

             G_g  : Lưu lượng khí Biogas (kg/s).

             L_o  : Lượng không khí lý thuyết cần dùng để đốt cháy hết 1 m³ khí Biogas

                         (Kg/kg nl).     

Gọi:           f_g, a_g : tiết diện và hệ số bóp dòng đường ga vào

                   w_g, g_g : tốc độ và mật độ khí Biogas vào

                   f_kk,a_kk : tiết diện và hệ số bóp dòng đường không khí vào

                    w_kk,g_kk: tốc độ và mật độ không khí vào

Ta có :

                   G_g= a_g.f_g.w_g.g_g           (kg/s)                                                                      (4-5)

                         G_kk= a_kk.f_kk.w_kk.g_kk  (kg/s)                                                                    (4-6)

Phương trình Becnuli tại mặt cắt 11-22:

                                                                                                                                    (4-7)

Trong đó:       z_đ - tổn thất động năng dòng khí gas do trở lực đường ống trong Melăngzơ. Bỏ qua tốc độ ban đầu và coi: w_o= 0.

Suy ra:           

                                                                                                                                    (4-8)  

Phương trình Becnuli tại mặt cắt 1’1’ _ 22.

                                                                                                                                    (4-9)

Trong đó: z_k
k - tổn thất động năng dòng không khí. Bỏ qua tốc độ ban đầu :w₀= 0

Suy ra:                                                                                                                        (4-10)

Đặt:                            

          m: hệ số lưu lượng

Ta có:                                                                                                                         (4-11)

                                                                                                                                    (4-12)

Gọi :            DP_hh=P_kk-P_hh

                     DP_g=P_g-P_kk

Ta có:

                                                                                                                                    (4-13)

                                                                                                                                    (4-14)

Với:

-Nếu DP_hh                ¥ thì a         C. Điều này không có ý nghĩa thực tế vì DP_hh không thể   tiến đến ¥.

-Nếu DP_g<0. Dạng đường cong là đường cong lõm điều này ngược với yêu cầu thực tế. Vì khi đó xảy ra hiện tượng: Không khí sẽ đi vào đường ống dẫn gas.

-Nếu DP_g>0. Điều này phù hợp với thực tế. Dạng đường cong là đương cong lồi.

- Nếu DP_g=DP_hh thìa         0.

          Đồ thị biểu thị quan hệ a với DP_hh như sau:

*.Tính toán đặc tính bộ hỗn hợp:

          Đường đặc tính của bộ hỗn hợp là hàm số biểu thị mối quan hệ giữa hệ số dư lượng không khí a của khí hỗn hợp với một trong các thông số thể hiện lưu lượng của khí hỗn hợp đi qua bộ hỗn hợp vào động cơ. Các thông số ấy gồm: Lưu lượng G_k của không khí đi qua bộ hỗn hợp, độ chân không Dp_h ở họng của bộ hỗn hợp, công suất Ne của động cơ...

          Dựa vào các số liệu  tính toán nhiệt động cơ và các số liệu thực nghiệm tính hệ số dư lượng không khí a ở ba chế độ.

-Chế độ khởi động.

          Hệ số dư lượng không khí a của khí hỗn hợp nạp vào động cơ được tính:

Trong đó: G_kk-Lưu lượng không khí thực tê.

                   G_kk = 1,5 m³/h

                   G_g-Lưu lượng khí Biogas.

                   Theo kết quả thực nghiệm

                   G_g = 0,24 m³/h = 4 lít/phút

                   L₀ -Lượng không khí lý thuyết cần dùng để đốt hết 1m³ khí Biogas .

                   L₀ = 5,6309 m³/m³Biogas

          Vậy:

- Chế độ chạy tiết kiệm nhất.

                   G_kk = 7,1843 m³/h

                   G_g = 0,9 m³/h (theo kết quả thực nghiệm)

                   L₀ = 5,6309 m³/m³Biogas

 - Chế độ chạy phát ra công suất lớn nhất.

                   G_kk = 6,92 m³/h

                   G_g = 1,2 m³/h (theo kết quả thực nghiệm)

                   L₀ = 5,6309 m³/m³Biogas

Hình.4.3.Đường đặc tính của bộ hỗn hợp

4.2.1.7.Chọn phương pháp thiết kế bộ hỗn hợp

- Bộ hỗn hợp có thể thiết kế theo các kiểu khác nhau nhằm mục đích tạo sự hòa trộn đồng đều hỗn hợp khí Biogas và không khí.

- Yêu cầu: sức cản bộ trộn nhỏ nhất, đơn giản, dễ chế tạo, tiện sử dụng. Đảm bảo lượng khí Biogas và không khí thích hợp ở từng chế độ công tác của động cơ.

- Yêu cầu kỹ thuật: khi lắp ráp kết cấu, kích thước phải phù hợp với các bộ phận khác liên quan trên động cơ HONDA GX110 mà không thay đối kết cấu nguyên thủy của động cơ.

- Kết cấu của các loại bộ hỗn hợp:

- Tất cả các dạng trên đều có một nguyên lý chung là tạo độ chân không ở họng để hút khí Biogas vào.

-Đối với loại (a) thuộc loại trực giao: Loại này đơn giãn, dễ chế tạo nhưng không tạo được sự hòa trộn tốt.

- Đối với loại (b) Cũng giống như loại (a) nhưng có thể điều chỉnh cho phù hợp giữa lượng khí gas và không khí bằng cách thêm hoặc bớt các lỗ phun.

- Đối với loại (c) nhằm tăng diện tích điều chỉnh các lỗ phun.

- Đối với loại (d): Loại này có diện tích điều chỉnh các lỗ lớn, mặt khác do đầu có dạng hình chóp nên tạo được sự xoáy của dòng khí, giúp hòa trộn giữa không khí và khí Biogas tốt hơn. Nên chọn loại này để thiết kế.

- Đối với loại (e), các lỗ được bố trí xung quanh họng: Loại này tạo sự hòa trộn giữa không khí và khí Biogas cũng tốt nhưng chế tạo phức tạp, khó khăn trong việc điều chỉnh, thêm hoặc bớt các lỗ do họng được đóng trong thân yêu cầu về độ kín và độ chính xác cao.

         *Viêc lựa chọn loại (d) để thiết kế có những ưu điểm sau:

- Đầu đường ống phun gas có dạng hình chóp nên giảm được sức cản đối với dòng không khí khi đi qua họng. Do đó tăng được hệ số nạp h_v.

- Rất dễ dàng trong việc điều chỉnh các lỗ phun gas (thêm hoặc bớt), vì đường ống phun gas và thân bộ hỗn hợp được làm rời và ghép lại bằng mối ghép ren.

- Diện tích bố trí các lỗ phun gas lớn hơn các loại (a),(b),(c).

- Kích thước bộ hỗn hợp nhỏ, gọn.

- Rất đơn giản.

- Dễ chế tạo.

- Điều chỉnh và tháo lắp dễ dàng.

4.2.1.8.Tính toán kích thước bộ trộn.

            Mục đích nhằm xác định kích thước đường ống phun khí Biogas, kích thước họng bộ hỗn hợp, kích thước buồng hỗn hợp.

            Để đảm bảo động cơ chạy ở chế độ tính là chế độ toàn tải.

*.Lượng tiêu hao khí hỗn hợp:

            Ở điều kiện: T_hh = 298⁰K và P_hh = 760 mmHg lưu lượng lớn nhất của khí hỗn hợp.

                   Q_hh = M₁.V_t      [m³/h]                                                                            (4-15)

                   Q_hh = 6,9125.1,187 = 8,2051 [m³/h]

*.Lượng khí Biogas cần thiết ở điều kiện T_hh = 298⁰K và P_hh = 760 mmHg khi chạy toàn tải.

                   Q_g = V_t =1,187  [m³/h]

          Chuyển về điều kiện áp suất P₀ = P_hh nhiệt độ T­_g = 298⁰K. Theo phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có:

                                                                                                                                    (4-16)

          Vậy:

*.Lượng không khí cần thiết khi chạy toàn tải ở điều kiện: T_hh = 298⁰K

và P_hh = 760 mmHg

                                                                                                                                    (4-17)

Chuyển về điều kiện nhiệt độ và áp suất môi trường.

                            P_kk = P₀ = 760 mmHg

                            T_kk = T₀ = 298⁰K

                                                                                                                                    (4-18)

                                                                                                                                    (4-19)

*.Lượng không khí lúc chạy loãng nhất.

          Đây là chế độ chạy tiết kiệm nhất. Theo lý thuyết chọn khi a = 1,25. Vì vậy ứng với góc mở bướm hỗn hợp 85% sẽ cần nhiều không khí hơn.

          Hệ số nạp h_v của động cơ lúc mở 85%, để đơn giản trong tính toán ta coi như hệ số nạp giảm rất ít và lấy bằng hệ số nạp lúc toàn tải: h_v = 0,7.

          Lúc đo:      Q_hh vẫn không thay đổi.

                            Q_hh = 8,2051         [m³/h]

2.TÍNH TOÁN NHIỆT.

2.1.TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ DÙNG XĂNG

Dựa vào những số liệu đã cho ban đầu để xác định các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động cơ, kiểm nghiệm động cơ.

2.1.1.Thông số động cơ.

- Công suất có ích của động cơ                                                       Ne : 2,7 kw

- Số vòng quay định mức                                                                 n    : 4000 v/p

- Đường kính xylanh                                                                        D   : 57 mm

- Hành trình của piston                                                                    s     : 42 mm

- Tỷ số nén                                                                                         e     : 7,8

- Suất tiêu hao nhiên liệu                                                                 g_e    : 230 g/ml.h

- Số xylanh                                                                                         i      : 1

- Số kỳ động cơ                                                                                 t      : 4

2.1.2. Thông số chọn

- Ap suất môi trường xung quanh                                                   p₀     : 0,1 MN/m²

- Nhiệt độ môi trường xung quanh                                                 T₀     : 298 ⁰K

- Hệ số dư lượng không khí (theo bảng 1.2)                                 a       : 0,92

- Ap suất tăng áp (không tăng áp )                                                 p_k≈p₀= 0,1 MN/m²

- Hệ số lợi dụng nhiệt tại z (bảng 1.3)                                           z_z       : 0,85

- Hệ số lợi dụng nhiệt tại b (bảng 1.4)                                           z_b       : 0,86

- Ap suất khí sót (bảng 1.5)                                                             p_r    :0,115 MN/m²

- Chỉ số giãn nở đa biến trung bình khí sót                                   m       : 1,5

- Độ sấy nóng khí nạp mới (bảng 1.6)                                           DT     : 20

- Nhiệt độ khí sót (bảng 1.5)                                                           T_r       : 919 ⁰K

- Ap suất cuối quá trình nạp                                                            p_a        :0,085 MN/m²

- Hệ số nạp thêm                                                                               l₁       : 1,03

-Hệ số quét buồng cháy (không quét)                                           l₂       : 1

- Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt                                                                l_t        : 1,16

- Hệ số điền đầy đồ thị                                                                     j_đ       : 0,97

2.1.3.Thông số tính toán:

2.1.3.1.Quá trình nạp:

1.      Nhiệt độ không khí trước xupáp nạp

               T_k = T₀ = 298 ⁰K (không tăng áp)                                        

2. Hệ số nạp:

                                                                                                                                    (2-1)  

                   h_v = 0,774

So với bảng (1-9) h_v = [0,75 ÷ 0,85]

 3.Hệ số khí sót:

                                                                                                                                    (2-2) 

                   g_r = 0,0707

So với bảng (1-5)     g_r = [0,07 ÷ 0,12]

4. Nhiệt độ cuối quá trình nạp:

                                                                                                                                    (2-3)

                    T_a = 360⁰K

So với bảng (1.6)         T_a = [340 ÷ 400]   ⁰K

2.1.3.2.Quá trình nén:

1.Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí

                   mc_v = 19,806 + 0,002095.T   [kJ/kmol ⁰k]                                         (2-4)

2. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy  (a < 1).             

          mc”_v = ( 17,997 + 3,504. a ) + 1/2.(360,34 + 252,4. a).10^-5.T [KJ/Kmol ⁰K]

                   mc”_v = 21,22068 + 0,002963.T   [KJ/Kmol ⁰K]                               (2-5)

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

                   Khi: g_r = 0,0707 > 0,06

                                                                                             [KJ/Kmol ⁰K]               (2-6)

                                                                                                                [KJ/Kmol⁰K]

                    mc’_v = 19,8995 + 0,002152.T   [KJ/Kmol ⁰K]

4.Chỉ số nén đa biến trung bình: n₁

          Tính gần đúng bằng phương trình nén đa biến

                                                                                                                                    (2-7)

Chọn: n_{1 ­}= 1,372

Vế trái của phương trình có giá trị: 0,372

Vế phải của phương trình:                                                                             

Vậy chọn: n₁ = 1,372

5.Ap suất cuối quá trình nén: p_c

                   p_c= p_a .eⁿ¹                                [MN/m²]                                                (2-8)

                   p_c = 0,085. 7,8^1,372  = 1,4235  [MN/m²]

So với bảng (1.10)    p_c = [ 0,9 ÷ 1,5]   MN/m²

6. Nhiệt độ cuối quá trình nén: T_c.

                   T_c = T_a .e^{n1 -1}         [^oK]                                                                           (2-9)

                   T_c = 360 . 7,8^1,372-1 = 774 ⁰K

So với bảng : (1.10) T_c = [ 600 ÷ 750] ⁰K

2.1.3.3. Quá trình cháy:

1. Lượng không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu:

                                                                       [Kmol k²/kg.nl]               (2-10)

Theo bảng  (1.11) đối với xăng:

                   C = 0,855

                   H = 0,145

                   Q_H = 43995 [KJ/kg ]

                                                                                       [Kmol k²/kg.nl]

2. Số mol khí nạp mới: M₁

                   M₁ = a . M₀ + 1/m_nl       [kmol h² / kg nl]                                            (2-11)

Theo bảng (1.11 ): m_nl = [ 110 ÷ 120]      kg/kmol

Chọn : m_nl = 114: Trọng lượng phân tử của xăng

                   M₁ = 0,92. 0,512 + 1/114 = 0,479  [kmol h²/kg nl]

                   M₁ = 0,479   [kmol h²/kg nl]

3. Lượng sản vật cháy: M₂

             Khi: a<1

                                                                  [kmol/kg nl]                                            (2-12)

                                                                                                                  [kmol/kg nl]

                   M₂  = 0,5158  [kmol/kg nl]

4. Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết: b₀

                                                                                                                                    (2-13)

                   b₀  = 1,075

5. Hệ số biến đổi phân tử thực tế: b

                                                                                                                                    (2-14)

                   b =  1,07

6. Hệ số biến đổi phân tử tại z: b_z

                                                                                                                                    (2-15)

7. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn

                    a< 1

                   DQ_H =120.10³.(1 - 0,92 ).0,512 = 4914      [KJ/kg nl]                      (2-16)

8. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z

                                                                                                [KJ/kmol ⁰ K]            (2-17)

Trong đó:  x_z là số phần nhiên liệu đã cháy tại z

                   mc^’_vz = 21,207 +0,002955T_z       [KJ/kmol⁰K]                                  (2-18)

9. Nhiệt độ cực đại của chu trình: T_z

          Nhiệt độ cực đại của chu trình T_z được tính theo phương trình sau:

                                                                                                                                    (2-19)

<=>            0,00316.T_z²  +  22,67944.T_z  - 81370 = 0

Giải phương trình bậc hai và loại nghiệm âm.

Ta tìm được T_z = 2626 [⁰K]

10. Ap suất cực đại của chu trình lý thuyết: p_z

                                                         [MN/m²]                                                            (2-20)

So với bảng (1.12)      p_z = [ 2,8 ÷ 0,6 ]  MN/m²

2.1.3.3.Quá trình giãn nở:

1. Tỷ số giãn nở sớm:

                   Động cơ xăng: r = 1

2. Tỷ số giãn nở sau:

                   Động cơ xăng: d = e  = 7,8

3. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở: T_b .

                                         [⁰K]                                                                                    (2-21)

4. Kiểm nghiệm lại trị số n₂

          n₂: Chọn theo bảng (1.13)

          n₂ = 1,24

          n₂ được kiểm nghiệm lại theo phương trình:

                                                                                                                                    (2-22)

Suy ra: n₂ = 1,24

Chọn  : n₂  = 1,24

5. Ap suất cuối quá trình giãn nở.

                                                         [MN/m²]                                                            (2-23)                                    

                   p_b = 0,40                        [MN/m²]

          Theo bảng   (1.13)      p_b = [ 0,34 ÷ 0,49 ]  MN/m²

6. Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót :    T_r

                                                                                                                                    (2-24)

Sai số so với chọn ban đầu:

2.1.3.4.Những thông số chỉ thị:

1. Ap suất chỉ thị trung bình lý thuyết: p_I^’

                                                                                                                                    (2-25)

                   p_i^’ = 0,9307         [MN/m²]

2. Ap suất chỉ thị trung bình thực tế.

                   p_i = j_đ. p_i^’            [MN/m²]                                                                    (2-26)

                   p_i = 0,97. 0,9307 = 0,9027    [MN/m²]

3. Hiệu suất chỉ thị: h_i

                                                                                                                                    (2-27)

                   h_i = 31,47 %

4. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị: g_i

                                                                                                                                    (2-28)

                   g_i = 260     [g/kw.h]

2.1.3.5.các chỉ tiêu có ích.

1. Ap suất tổn thất cơ giới trung bình: p_m

                   p­_m =a + b.c_m + p_r - p_a                                                                             (2-30)

                   c_m : Vận tốc trung bình của piston

                                                                                                                                    (2-31)

                   a,b : Chọn theo bảng  (1.15)

                   Vì: S/D = 42/57 = 0,73 <1

                   Chọn  a = 0,04

                              b = 0,0135

                   p_m = 0,04 + 0,0135.5,6 + 0,115 -0,085 = 0,1456     [MN/m²]

                   p_m = 0,1456    [MN/m²]

2. Ap suất có ích trung bình: p_e

                   p_e = p_i - p_m       [MN/m²]                                                                        (2-32)

                   p_e = 0,9027 - 0,1456 = 0,757    [MN/m²]

                   p_e = 0,757    [MN/m²]

3. Hiệu suất cơ giới: h_m

                                                                                                                                    (2-33)

                   h_m = 83,87 %

4. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích: g_e

                                                                                                                                    (2-34)

                   Sai số :

2.1.3.6.Kiểm nghiệm kích thước xylanh:

1.      Thể tích công tác của xylanh:

                                                                                                                                    (2-35)            

      Sai số : DV_h = V_h - V_ht

                    DV_h = 0,107 - 0,10697 = 0,00003    [lít]

2.      Đường kính xylanh:

                                                                                                                                    (2-36)

                   D - D_t = 57 - 56,97 = 0,03  [mm] <  0,1 [mm]

3. Hành trình của piston:

                                                                                                                                    (2-38)

2.2. TÍNH NHIỆT KHI ĐỘNG CƠ LÀM VIỆC BẰNG NHIÊN LIỆU KHÍ BIOGAS:

          Khí Biogas có thành phần như sau:

                   Hyđrô                 H₂                                 0,5%

                   Cacbon níc        CO₂                               40%

                   Ni tơ                    N₂                                 0,5%

                   Mê tan                CH₄                               59%

2.2.1.Lượng không khí cần thiết để đốt hết 1m³ khí Biogas (ở đktc):

                                                                                                                                    (2-39)

0,21: Lượng thành phần thể tích oxi trong không khí

C_nH_mO_r : Thành phần phần trăm của các chất khí có chứa một trong ba nguyên tố C,H,O

n,m,r : Số nguyên tử cacbon (C), hyđrô (H), oxi (O) trong cấu tạo phân tử của các chất khí thành phần của khí Biogas

                   M₀ = 5,6309        [m³k²/m³ khí biogas]

2.2.2.Thành phần theo thể tích của hỗn hợp nạp vào động cơ:

          Theo kinh nghiệm, đối với động cơ ga hệ số dư lượng nằm trong khoảng

1,05 ÷ 1,15 thì động cơ đạt Nemax

Chọn â = 1,05 để tính

Lượng hỗn hợp ứng với 1m³ khí Biogas là:

                   M₁ = 1 + a.M₀                                                                                                                     (2-40)

                   M₁ = 1 +  1,05.5,6309 = 6,9125         [m³k²/m³ khí biogas]

          Trong đó 1m³ khí biogas và 5,9125 m³ không khí. Trong tính toán giả thuyết thành phần oxi và nitơ trong không khí là : 21% và 79% nên:

          Thành phần trăm của các khí thành phần trong hỗn hợp.

2.2.3.Nhiệt trị nhiên liệu khí Biogas:

          Nhiệt trị thấp được tính theo công thức Menđeleep

          Q_H = ( 12,8CO + 10,8 H₂ + 35,8CH₄ + 56C₂H₂ + ...)                                 (2-41)

Thay thành phần  phần trăm của các khí thành phần. Ta có:

          Q_H = ( 10,8.0,005 + 35,8.0,59).10³ = 21176  [KJ/m³ ]

          Q_H = 21176  [KJ/m³ ] = 5057,56  [kcal/m³]

2.2.4.Tính toán nhiệt động cơ HONDA GX 110 dùng khí Biogas:

2.2.4.1.Thông số kỹ thuật của động cơ.

- Số xi lanh                                                                                             1

- Đường kính xi lanh   D                                                                       57 mm

- Hành trình piston       S                                                                       42 mm

- Tỷ số nén                   e                                                                         7,8

- Số vòng quay định mức  n                                                                 4000 v/p

- Công suất cực đại Nemax                                                                  2,7 kw

2.2.4.2.Thông số chọn để tính toán.

- Ap suất môi trường xung quanh                                                        p₀  : 0,1 MN/m²

- Nhiệt độ môi trường xung quanh                                                      T₀  :  298 ⁰K

- Nhiệt độ khí Biogas trước Melăngzơ                                               T_g  : 298  ⁰K

- Hệ số dư lượng không khí                                                                  e    : 1,05

- Hệ số nạp (do trở lực đường ống )                                                    h_v   :  0,72

- Hệ số lợi dụng nhiệt tại z                                                                   z_z   :  0,80

- Hệ số lợi dụng nhiệt tại b                                                                   z_b   :   0,90

- Ap suất khí sót                                                                                     p_r    :0,114 MN/m²

- Nhiệt độ khí sót                                                                                   T_r    :  990 ⁰K

- Độ sấy nóng khí nạp mới                                                                   DT  :  10⁰K

- Chỉ số giãn nở đa biến trung bình                                                     m    : 1,5

- Hệ số quét buồng cháy                                                                       l₂    : 1

- Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt                                                                     l_t    :  1,14

2. Tỷ nhiệt mol trung bình của sản vật cháy.

          -Thành phần và số lượng sản vật cháy của hỗn hợp khia ≥ 1

                   MH₂ = å m/2(C_nH_mO_r) = 0,005    [m³/m³khí biogas]

                   MCO₂ = ån(C_nH_mO_r) = 0,99    [m³/m³khí biogas]

                   MO₂ = 0,21(a - 1) M₀ = 0,0592    [m³/m³khí biogas]

                   MN₂ = 0,79. a .M₀ + N₂ = 4,6857  [m³/m³khí biogas]

                   N₂ : là thể tích khí N₂ trong khí biogas         

5. Ap suất cuối quá trình nén:

                   P_c = p_a .eⁿ¹          [MN/m² ]                                                                    (2-49)

                   P_c = 0,079.7,8^1,34 = 1,246      [MN/m²]

6. Nhiệt độ cuối quá trình nén:

                   T_c = T_a. e^n1-1         [⁰K]                                                                           (2-50)

                   T_c = 352.7,8^1,34-1 = 711 [⁰K]

* Quá trình cháy:

8. Mức tiêu hao khí Biogas khi động cơ đầy tải:

                   V_t = N_e .V_e       [m³/h]                                                                            (2-74)

                   V_t = 2,61.0,455 = 1,187   [m³/h]

9. Hiệu suất có ích của động cơ ga:

                   h_e = h_i . h_m                                                                                                                              (2-75)

                   h_e = 0,34.0,806 = 0,275 = 27,5%

                   h_e = 27,5%

KẾT LUẬN

     Sau một thời gian làm việc tập trung, khẩn trương dưới sự hướng dẫn chỉ bảo của các thầy giáo trong khoa, bộ môn, đặc biệt là thầy giáo:…………….. đến nay đồ án của em đã hoàn thành đúng thời hạn đảm bảo các nhiệm vụ được giao.

    Qua quá trình làm đồ án đã giúp em làm quen với những công việc cụ thể của người kỹ sư cơ khí trong tương lai, phương pháp làm việc độc lập, sáng tạo, khoa học, kỷ luật, đồng thời đồ án đã giúp bản thân tôi củng cố thêm các kiến thức đã được học cũng như học hỏi được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu.

    Cuối cùng em xin cám ơn thầy giáo:……………, cùng các thầy trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án này.                                                                                

    Em xin chân thành cảm ơn !

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"