BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ D12

BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ D12 Trình tự tính toán: Số liệu ban đầu: 1Kiểu động cơ: động cơ D12 (động cơ diezel không tăng áp). 2Số kỳ: =4. 3Số xilanh: i=1. 4Thứ tự nổ: 1243. 5Hành trình piston: S=115 (mm). 6Đường kính xilanh: D=95 (mm). 7Góc mở sớm xupáp nạp: 1 =10°. 8 Góc đóng muộn xupáp nạp: 2 =29°. 9 Góc mở sớm xupáp xả: 1 =32°. 10 Góc đóng muộn xupáp xả: 2 =7°. 11¬ Góc đánh lửa sớm: i =17°. 12 Chiều dài thanh truyền: ltt =205 (mm) 13 Công suất động cơ: N_e=12 (mã lực) =8,83 (KW).

SỐ LIỆU BAN ĐẦU CỦA BÀI TẬP LỚN ĐCĐT D12 SỐ 1

piston và chốt piston

5 Diện tích tiết diện suy yếu F I-I 2630 mm 2

6 Số lỗ thoát dầu

Đường kính lỗ thoát dầu d d

6 2

lỗ mm

vẽ

10 Chiều dài phần bệ tiếp xúc với

chốt

xéc măng

3 Khe hở miệng ở trạng thái tự do A 14,5 mm

4 Khe hở miệng ở trạng thái lắp

ghép

thanh truyền

3 Chiều dài đầu nhỏ thanh truyền l đ 34 mm

4 Bán kính góc lượn nối đầu nhỏ

với thân

5 Chiều rộng thân tại vị trí nối với

đầu nhỏ

7 Nhiệt độ làm việc của bạc lót và

đầu nhỏ thanh truyền

8 Các số liệu của thân thanh truyền

tại tiết diện tính toán (đo trên bản

vẽ hoăc tính theo tỷ lệ cấu tạo

thân thanh truyền)

H, h, B 30, 16, 20 mm

10 Khoảng cách giữa 2 đường tâm

bulông thanh truyền

bulông thanh truyền

trục khuỷu

2 Đường kính trong chốt khuỷu  ch 26

4 Đường kính trong cổ khuỷu  ck 0

5 Khối lượng riêng vật liệu làm

trục khuỷu

8 Các kích thước của má khuỷu b, h 31; 90 mm

9 Khối lượng ly tâm của má khuỷu

Khoảng cách từ trọng tâm phần

khối lượng ly tâm đến tâm quay

Khoảng cách a

m mk

r mk

a

0,72 0

34,5

kg mm

mm

10 Khối lượng đối trọng

Khoảng cách từ trọng tâm đối

trọng đến tâm quay

Khoảng cách c’ và c”

m đt

r đt

c’, c”

1,044 75

75,75

kg mm

mm

bánh đà

Các kích thước khác cần cho tính toán lấy từ bản vẽ chi tiết

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.

 Trình tự tính toán:

1.1 Số liệu ban đầu:

1-Kiểu động cơ: động cơ D12 (động cơ diezel không tăng áp).

2-Số kỳ: =4

3-Số xilanh: i=1

4-Thứ tự nổ: 1-2-4-3

5-Hành trình piston: S=115 (mm)

6-Đường kính xilanh: D=95 (mm)

8- Góc đóng muộn xupáp nạp: 2 =29°

9- Góc mở sớm xupáp xả: 1 =32°

10- Góc đóng muộn xupáp xả: 2 =7°

11- Góc đánh lửa sớm: i =17°

14- Số vòng quay động cơ: n= 2200 (v/ph)

16- Tỷ số nén: =17

1.2 Các thông số cần chọn

2) Nhiệt độ môi trường:To (K)

Ở nước ta T0=24 0C =297K.

3) Áp suất cuối quá trình nạp: p a(Mpa)

Áp suất phụ thuộc vào rất nhiều thông số như cùng loại động cơ, tính năng tốc độ n, hệ thống số trên đường nạp, tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét động cơ đang thuộc tính năng nào để lựa chọn p a Nói chung p a biến thiên trong phạm vi sau:

p a= (0.8÷0.9)p0=(0,8÷ 0,9 ).0,1=0,08÷ 0,09( MPa)

4) Áp suất khí thải: p r(Mpa)

p r=(1.10÷1.15)p k (1,05 ÷1,15).0,1 =0,105÷0,115 (Mpa)

5) Mức độ sấy nóng môi chất:ΔTT

Chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành khí hỗn hợp ở bên ngoài hay bên trong xi lanh

Đối với động cơ diezel ΔTT= 20÷40K

6) Nhiệt độ khí sót T r

7) Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t

Tỷ nhiệt của môi chất thay đổi rất phức tạp nên thường phải căn cứ vào hệ số dư lượng

Đối với loại động cơ diezel đang tính có α>1,4, có thể chọn λ t=1,10

Ta chọn λ1=1,06

Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nội năng ở điểm

z với lượng nhiệt phát ra khí đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

Đối với động cơ diezel, ξ z= 0,70 ÷0,85

Ta chọn ξ z=0,7

ξ b bao giờ cũng lớn hơn ξ z 0 Thông thường: đối với động cơ diezel ξ b=0,80÷0,90

Ta chọn ξ b=0,80

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu trình công tác thực tế do không xét đến pha phân phối khí, tổn thất lưu động của dòng khí, thời gian cháy và tốc độ tăng áp suất… Sự sai lệch giữa chu trình thực thế với chu

Ta chọn φ d=0,92

 Tính toán các chu trình công tác.

2.1Tính toán quá trình thay đổi môi chất:

1) Hệ số khí sót ❑r

❑r=λ2 (T k+ΔT )

T r

P r

P a

1

ε λ1−λ t λ2¿ ¿

=1(297+21)750 0,0870,11 17.1,06−1,1.11

¿ ¿0,03204

Trong đó: m-là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m=1,45÷1,5

Chọn m=1,5

2)Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a:

T a=

(T k+∆ T)+λ t❑r T r(p a

p r)

m −1 m

1+ ❑r

=(297+21)+1,1.0,03204 750(0,0870,11 )

1,5−1 1,5

331,81214(K)

3) Hệ số nạp:

❑v=ε−11 T k

T k+∆ T

p a

p k¿

=17−11 297+21297 0,0870,1 [17.1,06−1,06.1.(0,0870,11 )1,51 ]≈0,84981

M1=432 10

3 p k .❑v

g e p e T k =0,81407(Kmol kg )nhiênliệu

Trong đó: p e=30 N e. τ

V h n i =V30.8,83.4

h.2200 1=V30.8,83.4

h.2200 1=0,59089(MPa)

V h=π D42S=π 9542.115

5) Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu

M0=0,211 ¿)=0,211 ¿)=0,49464(kmol

6) Hệ số dư lượng không khí α

α= M1

M0=0,814070,49464=1,64578

2.2 Tính toán quá trình nén:

1) Tỷ lệ mol đẳng tích trung bình của không khí

2) Tỷ lệ mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy

Hệ số dư lượng không khí α >1, tính theo công thức sau:

m c v ''= (19,876 + 1.634α ) + 12( 427,86 + 187,36α ).10−5T

= (19,876 + 1,645781.634 ) + 12( 427,86 + 1,64578187,36 ).10 −5.297= 21,67327(kmol độ kJ )

'

mC v '=m C v+γ r mC v ' '

1+ γ r =19,0707+0,033 21,673271+ 0,03204 = 19,76778 ( kJ

kmol độ)

4) Chỉ số nén đa biến trung bình n1:

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thông số kết cấu vầ thông số vận hành như kích thước xi lanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải, trạng thái

được xác định bằng cách giải phương trình sau:

n1− 1= 8,314

a v '+b ' v

2 .T a ( e n1−1+ 1)

vế của phương trình thỏa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu

Ta có

γ r .m C ' ' v

1+ γ r =

b v '

2 T ⇒ b v

'

2=

21,67327.0,03204 (1+0,03204 ) 297 =0,00227

a v '

=m C v '

−b v '

2 T= 19,76778 – 0,00227.297=19,09499

n1− 1= 8,314

a v '

+b ' v

2 .T a ( e n1−1

+ 1)

19,76778+ 0,00227.331,812.(17n1−1+1) Sau khi chọn các giá trị của n1 ta thấy n1 =1,37739 thỏa mãn điều kiện bài toán

5) Áp suất cuối quá trình nén p c

p c=p a.ԑ n1=0,087.17 1,37739=4,3085 (Mpa)

T c=T a.ε n1−1=331,812.171,37739−1=966,61024 (K)

M e=M1+M r=M1(1+γr )= 0,81407(1+0,03204)=0,84015 (kmol/kg.nhiên liệu)

2.2 Tính toán quá trình cháy:

1)Hệ số thay đổi phân tứ lý thuyết β0:

β0=M2

M1=M1 +∆ M

αM0=1+ 0,0313

1,64578.0,49464=1,038847

(∆ M là độ tăng mol của động cơ, ∆ M=H4+ O

32=0,1254 + 0,004

32 =0,0313)

β=β0 +γ r

1+γ r =1,038847+0,032041+ 0,03204 =1,037641 3)Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z (do cháy chưa hết)

β z= 1+β0 −1

1+γ r χ2=1+1,038847−11+0,03204 0,875=1,032937

(Trong đó χ2=ξ z

ξ b=0,70,8=0,875)

M2=M1+∆ M=β0 M1=1,038847 0,81=0,845698 5) Nhiệt độ tại điểm z T z

ξ z Q H

M1(1+γr)+(m c v ''+8,314 λ)T e=β z m c ' ' pz T z

Trong đó:

Q H-nhiệt trị của dầu diezel,Q H=42500 ¿)

m c '' pz-tỷ lệ mol đẳng áp trung bình tại điểm z của sản vật cháy

m cpz

''=8,314+m cvz

'' (kJ/kmol.độ)

m c vz ''=

β0(X z−γ r

β0)mc v ' '+(1−Xz)m c v ''

β0(X z+γ r

β0)+1−Xz

=av ''

+b v ' '

2 T z

⇒m c vz ''= 20,07061 (kJ/kmol.độ)

mC} =8,314+ overline {{mC} rsub {vz} rsup {''}pz ¿= 28,38461 (kJ/kmol.độ)

0,7.42500

0,814.(1+0,032)+(21,67327+8,314.1) 966,61=1,03159 28,38461 TZ

Ta có:

(1− χ z) mC v

β0.(χ z+γ r

β0)+(1− χ z)

=b v ''

2 T Z ⇒ b v ' '

=0,002126

a v ''

=m C} - {{b} rsub {v} rsup {''}} over {2} {T} rsub {Zpz ¿=28,59635 – 0,001063 2173,3894 = 28,68461

6) Áp suất tại điểm z p z:

p z=λ p e

Với λ là hệ số tăng áp:

λ=β z . T z

T e

Đối với động cơ diezel hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông số

chọn Sau khi tính toán thì hệ số giãn nở ρ phải đảm bảo ρ < λ nếu không thì phải chọn lại λ

- λ được chọn sơ bộ trong khoảng 1,5 ÷ 2

Ở đây ta chọn λ=1.88

2.3 Tính toán quá trình giãn nở

1) Hệ số giãn nở sớm ρ:

T c λ

⟹ ρ=1,03764.2173,3894

1,88.966,61 =1,23538

2) Hệ số giãn nở sau δ

ρ=1,2353817 =13,7609

3) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2

n2-1 =

8,314 (ξ¿¿b−ξ z)Q¿H

M1(1+γ r) β (T z−T b)+ ´a vz ' '+´b vz ' '

2 (T z+T b)¿

Trong đó:

T b = T z

ε n2−1 nhiệt độ tại điểm b (K)

Q¿H- Nhiệt giá trị thấp của nhiên liệu, Q¿H= Q H 42500 (KJ/kg.nl)

n2-1 =

8,314 (0,8−0,75).42500

0,91 (1+0,031) 1,03369.(2144,1012−2144,1012

17n2−1 )

+27,438535+0.00108

2 (2144,1012+

2144,1012

17n2−1 )

trình trên ta so sánh, ta thấy sai số giữa 2 vế <0,2% nên n2 chọn là đúng

T b= T z

δ n2−1= 2144,1012

16,99681,28471−1=1123,14969 (K)

p b=p Z

13,7384 1,2614= 030418(Mpa)

6) Tính nhiệt độ khí thảiT rt

T rt=T b¿ = 9 ¿ = 800,18 (K)

đầu thõa mãn điều kiện không vượt quá 15%

2.4 Tính toán các thông số chu trình công tác

1) Áp suất chỉ thị trung bình p i '

p i ' = p c

2 −1(1− 1

ε n2−1)− 1

1

ε n1−1) (Mpa) Đối với động cơ diezel:

p i ' = ρ0

2 −1(1− 1

ε n2 −1)− 1

n1−1(1−

1

ε n1−1)

=0.8027 ( MPa)

2) Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p i

Do đó sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình Trong thực tế được xác định bằng công thức

p i=p i ' φ d=¿0.8027 0,92 = 0,73848 ( MPa)

3) Áp suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i

g i= 432 103η v P k

M1P i T k =432000.0,85 0,1

0,814.0,738.297= 205,61 4) Hiệu suất chỉ thị η i

η i= 3,6 103

g i Q H =0,41197

5) Áp suất tổn thất cơ giới P m

Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ Ta có tốc độ trung bình của động cơ là:

V tb=S n

30 =

115.10−3.2150

P m=0,015+0,0156.V tb=0,015+0,0156.8,241667= 0,14656

6)Áp suất có ích trung bình P e

Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo công thức

P e=P i−P m

sự chênh lệch nhiều nên có thể chấp nhận được

7)Hiệu suất cơ giới η m

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:

η m=P e

8)Áp suất tiêu hao nhiên liệu g e

g e=g i

η e=η m .η i = 0,33

10)Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức:

D kn=√4.V h

V h=N e .30 τ

Ta có sai số với đề bài là: 0,0242 mm < 0,1mm chấp nhận được

3 Vẽ và hiệu đính đồ thị công:

0,81515

17−1 =0,0509469(dm

3 )

Hệ số giãn nở sớm ρ: ρ=1,23505

Bảng tính quá trình nén và quá trình dãn nở:

Vẽ đồ thị công

Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên

công: Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng cách từ V a

đến V c

Thông số kết cấu động cơ là:

λ= R

L tt =

S

2 L tt

=

115 2.205

= 0,28 Khoảng cách OO':

Quá trình nén Quá trình giãn nở

p x=p c 1

x=p z ρ

n2

i n2

OO'= λ R2 = 0,28.57,52 = 14,91 (mm) 3.1) Hiệu đính điểm bắt buộc bắt đầu quá trình nạp (điểm a)

kính này cắt đường tròn tại điểm a’ Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục

nạp

3.2) Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm c’)

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm (động cơ diezel) và hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng) nên thường chọn áp suất cuối quá trình nén lý

công thức sau:

Vì đây là động cơ diesel

Từ đó xác định được tung độ điểm c’ trên đồ thị công

y c '

=P c '

η p = 5,5721

0,0324 = 171,9784 (mm)

μ p= p z

250

Do hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách ra khỏi đường nén lý thuyết tại điểm c” Điểm c’’ được xác định bằng cách Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định được góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm θ, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c’’ Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c,

3.4) Hiệu đính điểm đạt P zmax thực tế.

xăng Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền vào

khoảng 372° ÷ 375°(tức là 12° ÷ 15° sau điểm chết trên của quá trình cháy và giãn nở)

Hiệu đính điểm z của động cơ diezel:

- Xác định điểm z từ góc 15° Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc

tương ứng với 375° góc quay trục khuỷu, bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm

Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường p z tại điểm z.

- Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường dãn nở.

3.5) 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 sự diễn ra sớm hơn lý thuyết Ta xác định điểm b’ bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác

này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm b’

3.6) Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở: (điểm b’’)

trình giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm Theo công thức kinh nghiệm ta

có thể xác định được

y b ' ' = P b ' '

❑p = 0,03240,207 = 6,3889 (mm)

Phần II TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học:

Các đường biểu diễn này đều vẽ trên 1 hoành độ thống nhất ứng với hành trình

1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau:

1 Chọn tỉ lệ xích góc: thường dùng tỉ lệ xích ( 0,6 ÷ 0,7 ) (mm/độ)

Ta chọn 0,6 (mm/độ)

2 Chọn gốc tọa độ cách gốc cách đồ thị công khoảng 15 ÷ 18 cm

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

1.2 Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α) α) )

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α) Theo phương pháp đồ thị vòng Tiến hành theo các bước cụ thể sau:

1.Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R ,phía dưới đồ thị x = f(α) Sát mép dưới

của bản vẽ

2 Vẽ vòng tròn tâm O bán kính là R λ/2

3 Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/2

thành 18 phần theo chiều ngược nhau.

4 Từ các điểm chia trên nửa vòng tâm tròn bán kính là R kẻ các đường song song với tung độ, các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuất phát từ các điểm chia tương ứng trên bán kính là Rλ/2 tại các điểm a,b,c,….

5 Nối tại các điểm a,b,c,… Tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ piston thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng tròn bán kính

R tạo với trục hoành góc α đến đường cong a,b,c….

Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f(α) trên tọa độ độc cực 1.3 Đường biểu diễn gia tốc

của piston j = f(α) x).

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston theo phương pháp Tôlê ta vẽ theo các bước sau:

2 Ta tính được các giá trị:

Gia tốc cực đại:

j max=R ω2(1+λ) = 57,5 10 −3 230,3835 2 (1+ 0,28)= 3906,4345 (m

s2 )

Gia tốc cực tiểu :

s2 )

EF= ¿−3 R λ ω 2 =−3.57,5 10 −3 230,38352 0,28 = -2563,5977