ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG YAZ 451 m

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất, song do những hạn chế về kiến thức cũng như những kinh nghiệm thực tế nên trong quátrình làm không tránh được sai s

Lời nói đầu

Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động lựccho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thuỷ, máy bay và cácmáy công tác như máy phát điện, bơm nước… Động cơ đốt trong là nguồn cungcấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới Chính vì vậy việc tính toán và thiết kế

đồ án môn học động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quan trọng đối với các sinhviên chuyên ngành cơ khí

Đồ án tính toán thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong là đồ án đòi hỏi ngườithực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiếnthức của các môn học cơ sở Trong quá trình hoàn thành đồ án không những đãgiúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học và còn giúp em mở rộng

và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên ngành của mình cũng như các kiến thứctổng hợp khác Đồ án này cũng là một bước rất quan trọng cho em trước khi tiếnhành làm đồ án tốt nghiệp sau này

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất, song

do những hạn chế về kiến thức cũng như những kinh nghiệm thực tế nên trong quátrình làm không tránh được sai sót chính vì vậy em rất mong được sự đóng góp củacác thầy cô cũng như toàn thể các bạn để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Đỗ Thành Phương cũng nhưtoàn thể các thầy cô giáo trong Bộ môn Động Cơ Đốt Trong đã tạo mọi điều kiệngiúp em hoàn thành đồ án tốt đẹp

Sinh viênNguyễn Hữu Quảng

I/ CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN BAN ĐẦU.

I.1/ Bảng số liệu ban đầu.

I.2/ Các thông số chọn.

Các thông số cần chọn theo điều kiện môi trường, kết cấu động cơ bao gồm:

Áp suất môi trường po là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ:

I.2.2/ Nhiệt độ môi trường To

Lựa chọn nhiệt độ môi trường theo nhiệt độ bình quân cả năm

Ở nước ta chọn To = 297K

Do động cơ là động cơ không tăng áp nên chọn pa = (0,8 - 0,9 )po

Ta chọn pa = 0,085 MPa

Áp suất khí thải phụ thuộc vào nhiều thông số như pa Đối với động cơ xăng, ta cóthể chọn pr nằm trong phạm vi: pr = (0,11-0,12) Mpa

Ta lấy pr = 0,115 MPa

I.2.5/ Mức độ sấy nóng môi chất ΔTT

T phụ thuộc vào quá trình hình thành hòa khí bên trong hay ngoài xy lanh Vớiđộng cợ YAZ-451m là động cơ xăng hình thành hòa khí bên trong xy lanh nên mức độ sấy nóng T = 10-30 ֠K.

Tỷ nhiệt của môi chất thay đổi rất phức tạp nên thường phải căn cứ vào hệ số dưlượng không khí α để hiệu đính

Ta chọn t = 1,10

Với động cơ không tăng áp 2= 1

Phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí Thông thường 1= (1,02- 1,07 )

Ở đây ta chọn 1 = 1,03

Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nội năngvới lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

Đối với động cơ xăng z = (0,85-0,92)

Ở đây ta chọn z = 0,9

Đối với động cơ xăng có tỉ số nén nhỏ  b = (0,80 ÷ 0,90)

Ở đây ta chọn b = 0,8 (Tại điểm b lượng nhiệt trao đổi với vách xy lanh ra môi

trường ngoài lớn b = cb

Q

Q  Q )

 dThể hiện sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ so vớichu trình thực tế Chu trình công tác thực tế của động cơ điezen sai khác khá nhiều

so với chu trình tính toán lý thuyết với d = (0,90 – 0,96)

Ta chọn d = 0,95

II TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC

II.1/ Tính toán quá trình nạp

=> Ta tính được Mo = 0,512

II.1.5/ Hệ số dư lượng không khí α

Đối với động cơ xăng YAZ-451m có bộ làm đậm α=0,85-0,9

Ta Chọn α=0,9

0 nl

 (kmol/kg nl)Trong đó:

II.2/ Tính toán quá trình nén

II.2.1/ Chỉ số nén đa biến trung bình n 1

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc rất nhiều vào các thông số kết cấu và

thông số vận hành như kích thước xy lanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải, trạng thái nhiệt của động cơ…Tuy nhiên n1 tăng giảm theo quy luật tất cả các nhân

tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n1 giảm Giả thiết quá trình nén là đoạn

nhiệt của động cơ xăng ta chọn:

n1=1,35

II.2.5/ Áp suất cuối quá trình nén p c

II.3/ Tính toán quá trình cháy

II.3.1/ Lượng sản vật cháy M 2

II.3.5/ Nhiệt độ tại điểm z, T z :

Nhiệt độ Tz được tính bằng cách giải phương trình sau :

Giải phương trình bậc 2 trên, ta được Tz=2693K

II.3.6/ Áp suất tại điểm z, p z

Pz = z z c

c

T

p T

 =1,083 2693

713,8.1,09 = 4,45(MPa)

II.4/ Tính toán quá trình giãn nở.

II.4.2/ Hệ số giãn nở sau

 =6,6 (vì   1)

II.4.3/ Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n 2

Giá trị của n2 được xác định bằng công thức thực nghiệm Khi chọn bằng số liệu thực nghiệm, ta phải xem xét đặc điểm cấp nhiệt cho sản vật cháy trên đường giãn

nở Đặc điểm ấy lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như số vòng quay, kích thước xi lanh, phụ tải, mức độ làm mát,… Yếu tố nào làm cho sản vật cháy được cấp nhiệt hoặc hạn chế sự mất nhiệt đều làm cho n2 giảm và ngược lại Giá trị của

n2 có quan hệ mật thiết với z nên đối với động cơ xăng n2= 1,23 – 1,27

II.4.5/ Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở

Tb = Tzn 2 1



16806,6   (K)

II.4.6/ Kiểm tra nhiệt độ khí sót

Ta có nhiệt độ của khí thải được tính theo công thức sau:

II.5/ Tính toán các thông số chu trình công tác.

II.5.1/ Áp suất chỉ thị trung bình p’ i

Đối với động cơ xăng

423.10 0,1.0,75

0,47.0,855.297

  (g/kW.h)

II.5.4/ Hiệu suất chỉ thị  i

II.5.5/ Áp suất tổn thất cơ giới p m

Áp suất này được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính đối với tốc độ trung bìnhcủa piston, với vận tốc trung bình của piston được tính theo công thức:

vtb = S.n 0,095.4050 12,8

30  30  (m/s)Với động cơ xăng i =6,6 ta sử dụng công thức:

Pcơ= 0,05+ 0,0155 vtb = 0,25 (MPa)

II.5.6/ Hiệu suất cơ giới  m

Với động cơ xăng 4 kì co = 0,7 – 0,8

.S





=> Đảm bảo điều kiện.

III VẼ VÀ HIỆU ĐÍNH ĐỒ THỊ CÔNG

III.1/ Các số liệu đã có.

- Áp suất quá trình nạp: pa = 0,085 (MPa)

-Áp suất quá trính thải: pr = 0,115 (MPa)

-Áp suất tại điểm z: pz = 4,45 (MPa)

-Áp suất tại điểm b: pb = 0,42 (MPa)

- Áp suất tại điểm c: pc = 1,09 (MPa)

- Chỉ số nén đa biến n1: n1 = 1,35 ;

- Chỉ số giãn nở đa biến n2: n2 = 1,25

- Tỷ số nén ε = 6,6

III.2/ Xác định quá trình nén a-c và quá trình giãn nở z-b.

Để xác định các quá trình nén và giãn nở ta lập bảng sau:

V V

V i.V

px =

2

2 2

.

i i.Vc Giá trị biểu

diễn px=pc/(i^n1)

Giá trị biểudiễn px=pz/(i^n2)

Giá trị biểudiễn

III.3/ Vẽ đồ thị công.

Sau khi lập bảng tính quá trình nén và quá trình giãn nở ta tiến hành vẽ theo sốliệu của bảng trên, và vẽ tiếp quá trình nạp và quá trình thải lý thuyết bằng 2 đườngsong song với trục hoành đi qua 2 điểm pa và pr Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính

Giá trị biểu diễn bán kính đường tròn Brick (nửa hành trình piston) là:

Và giá trị biểu diễn đoạn OO’ trên đường tròn Brick tính được theo công thức:

đoạn biểu diễn lOO’ =

III.4 Hiệu đính đồ thị công

III.4.1/ Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: (điểm a).

Từ điểm O’ của đồ thị brick xác định góc đóng muộn β2 = 130o của xupap thải,bán kính náy cắt vòng Brick ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt pa ởd.Nối điểm r trên đường thải với a Ta có đường chuyển tiếp từ quá trình thải sangquá trình nạp

III.4.2/ Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm c)

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có sự phun sớm nên thường lớn hơn ápsuất cuối quá trình nén lý thuyết pc đã tính.Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quátrình nén thực tế pc’ có thể xác định theo công thứ sau :

III.4.3/ Hiệu đính điểm phun sớm (c”)

Do có hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén

lý thuyết tại điểm c” Điểm c” được xác định bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thịBrick

ta xác định góc phun sớm φi = 24o, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm

Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c” Nối điểmc” đến điểm c’ ta được đường nén thực tế

III.4.4/ Hiệu đính điểm đạt p zmax thực tế

Áp suất pz max thực tế trong quá trình cháy giãn nở không đạt trị số lý thuyết

do đó ta có cách hiệu đính điểm z của động cơ xăng như sau :

a) Cắt đồ thị công bởi đường 0,85pz Ta vẽ đường 0.85pz

Giá trị biểu diễn: 0,85.4, 45 189( )

b).Từ đồ thị Brick xác định góc 120 gióng xuống đoạn đẳng áp 0,85pz để xácđịnh điểm z

c) Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường giãn nở

III.4.5/ Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế: (điểm b)

Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải thực sựdiễn ra sớm hơn lý thuyết Ta xác định điểm b’ bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thịBrick ta xác định góc mở sớm xupáp thải β1 = 570o, bán kính này cắt đường trònBrick tại 1 điểm Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đườnggiãn nở tại điểm b’

III.4.6/ Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở (điểm b”)

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế p”b thường thấp hơn áp suất cuối quátrình giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm Theo công thức kinh nghiệm ta cóthể xác định được:

IV VẼ CÁC ĐƯỜNG BIỂU DIỄN CÁC QUY LUẬT ĐỘNG HỌC.

IV.1/ Đường biểu diễn hành trình piston x=f(α)

- Chọn tỉ lệ xích 0,60 (mm/độ)

- Chọn hệ trục toạ độ như trong hình vẽ

- Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 100, 20 0

, 1800

- Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 100, 20 0, …1800

tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f(α) ta được các điểm xác định chuyển vị xtương ứng với các góc 100,20 0, 1800

- Nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x = f(α)

IV.2/ Đường biểu diễn tốc độ piston v=f(α)

- Nối các điểm a, b, c tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ pistonthể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt đường trònbán kính R tạo với trục hoành góc α đến đường cong a, b, c

IV.3/ Đường biểu diễn gia tốc của piston j=f(x)

Theo tính toán ở trên thì λ = 0,264 > 1/4

=> Có 3 giá trị cực trị của gia tốc là:

+ Gia tốc cực đại:

2 max

Thay giá trị vào ta được:

j = f(x)

V TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC.

V.1/ Các khối lượng chuyển động tịnh tiến.

Khối lượng nhóm piston m pt được cho trong số liệu ban đầu của đề bài là:

P m.j m.R .(cos    .cos(2 )) (67)

 cos   cos2  P j m R  2 cos   cos2  ( )N

Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy ACp j max, từ điểm B tương ứng điểmchết dưới lấy BDp jmin; nối CD cắt trục hoành ở E; lấy EF về phía BD Nối CF

và FD, chia các đoạn này ra làm 8 phần, nối 11, 22,33, Vẽ đường bao trong tiếptuyến với 11, 22,33, ta được đường cong biểu diễn quan hệ  p j f x 

V.3/ Đường biểu diễn v = f(x).

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ v=f(x) dựa trên hai đồ thị là đồ thị

x = f(α) và đồ thị v = f(α) Ta tiến hành theo trình tự sau:

- Từ tâm các điểm đã chia độ trên cung của đồ thị Brick ta gióng các đườngsong song với trục tung tương ứng với các góc quay α = 100, 200, 1800

- Ta lấy giá trị của vận tốc v từ đồ thị v = f(α) tương ứng với các điểm 1, 2, 18trên vòng tròn bán kính R và đặt lên trên các đường song song trục tung tương ứng

ta sẽ được các điểm nằm trên đồ thị

- Nối các điểm nằm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ v = f(x)

Ta tiến hành khai triển đồ thị công p-V thành đồ thị pkt=f(α) để thuận tiện cho việc tính toán sau này Ta tiến hành khai triển đồ thị công theo trình tự sau:

- Chọn tỉ lệ xích α = 20/1mm Như vậy toàn bộ chu trình 7200 sẽ tương ứng với360mm

V.5/ Khai triển đồ thị pj = f(x) thành pj = f(α).

Ta tiến hành khai triển đồ thị pj = f(x) thành đồ thị pj = f(α) tương tự như cách

ta khai triển đồ thị công chỉ có điều cần chú ý là ở đồ thị trước là ta biểu diễn đồ thị-pj = f(x)

V.6/ Vẽ đồ thị p= f(α).

Ta tiến hành vẽ đồ thị p = f(α) bằng cách ta cộng hai đồ thị là đồ thị pj = f(α)

và đồ thị pkt = f(α)

V.7/ Vẽ lực tiếp tuyến T= f(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = f(α).

Ta có công thức xác định lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến như sau:

sin(   )

α ( độ) α (rad) P∑ (Mpa) sin(α+β)/cosβ T(Mpa) cos(α+β)/cosβ Z(Mpa)

Ta chọn tỉ lệ xích   2 /1mm0 và  p 34,66 (mm/MPa) sau đó dựa vào bảng sốliệu trên ta vẽ được đồ thị lực tiếp tuyến T f   và đồ thị lực pháp tuyến Z f   

V.8/ Vẽ đường T = f(α).

Ta có chu kỳ của momen tổng phụ thuộc vào số xylanh và số kỳ, chu kỳ này

bằng đúng góc công tác của các khuỷu:

Trong đó ta có:  là số kỳ của động cơ =4

i là số xylanh của động cơ i=4

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn T = f(α) cũng chính là ta vẽ đường biểu diễn

M= f(α) (do ta đã biết M = T.R).Các bước tiến hành như sau:

a/ Ta có bảng xác định các góc αi ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc của động

cơ IFA-W50 ; động cơ 4 kỳ, 4xylanh có thứ tự làm việc 1-3-4-2 là:

Z

T

α

 Diện tích của mômen tổng là: F∑ ≈ 4654 (mm )

=> ∑Ttb đại diện cho mômen cản Độ dài đoạn biểu diễn ∑Ttb trên đồ thị là:

∑Ttb = 4654

F

 = 13 (mm)

V.9/ Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.

Ta tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu theo các bước:

a/ Vẽ hệ trục toạ độ T-Z và dựa vào bảng tính T=f(α) và Z=f(α) đã tính ở bảng trên

ta xác định được các điểm 00 là điểm có toạ độ (T0, Z0), điểm 1 là điểm có toạ độ(T10, Z10) … điểm 72 là điểm có toạ độ (T720, Z720)

Đây chính là đồ thị ptt biểu diễn trên toạ độ T-Z do ta thấy tính từ gốc toạ độtại bất kỳ điểm nào ta đều có:

              p tt                 T Z              

(75)

b/ Tìm gốc toạ độ của phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu bằng cách đặt vecto pko (đạidiện cho lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu) lên đồ thị Ta có công thứcxác định lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu:

pko = 254,6.72,5.10-3.246,092 = 1,118 (Mpa)

=> Giá trị biểu diễn của pko = 1,118.34,66 = 40,9 (mm)

Vậy ta xác định được gốc 0 của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Nối 0

V.10/ Vẽ đường biểu diễn Q = f(α):

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn Q = f(α) theo trình tự các bước sau:

1 Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta lập được bảng giá trị của Q theogóc quay α của trục khuỷu như sau:

Q tb

25033 360

F 360

Q   = 69,5 (mm)

Vậy ta có hệ số va đập : max

tb

130 69,5

Q

  = 1,87 < 4.

V.11/ Đồ thị mài mòn chốt khuỷu.

Đồ thị mài mòn chốt khuỷu biểu diễn trạng thái mài mòn lý thuyết của chốt

khuỷu từ đó có thể xác định miền phụ tải bé nhất để khoan lỗ dầu bôi trơn chốtkhuỷu

Ta gọi là đồ thị mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta đã dùng các giả thiết sau:

- Phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ

n định mức

- Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200

- Độ mòn tỉ lệ thuận với phụ tải

- Không xét đến các điều kiện công nghệ và sử dụng, lắp ghép… ví dụ không xétđến vật liệu, độ cứng bề mặt, độ bóng, độ chặt lỏng, dầu mỡ bôi trơn…

Trên cơ sở đó ta tiến hành vẽ đồ thị mài mòn lý thuyết theo các bước sau:

a/ Chia vòng tròn tượng trưng mặt chốt khuỷu thành 24 phần, đánh số thứ tự

từ 0, 1, 2, 23

b/ Từ các điểm chia 0, 1, 2, 23 trên vòng tròn tâm O, gạch các cát tuyến 0-0, 1-0, 2-0, 23-0 cắt đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu ở các điểm a, b,c

c/ Ta xác định được tổng phụ tải tác dụng trên điểm 1 sẽ là:

d/ Chọn tỉ lệ xích  m 1/ 50 và từ đó tính các giá trị biểu diễn tổng phụ tải

i

Q và thể hiện trên đồ thị ta được đồ thị mài mòn chốt khuỷu.