BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL D240

BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL D240 Chương I TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1. Trình tự tính toán : 1.1 Số liệu ban đầu: 1 Công suất của động cơ Ne = 62,5175 (mã lực) 2 Số vòng quay của trục khuỷu n = 2250 (vòngphút) 3 Đường kính xilanh D = 110 (mm) 4 Hành trình của pittong S = 125 (mm) 5 Số xilanh i = 4 6 Tỷ số nén = 16,4 7 Thứ tự làm việc cuả xilanh 1 3 – 4 2 8 Suất tiêu hao nhiên liệu ge =255,6084 (gml.h) 9 Góc mở sớm và đống muộn của supap nạp 1 = 100 ; 2 = 400 10 Góc mở sớm và đóng muộn của supap thải 1 = 400 ; 2 = 100 11 Góc đánh lửa sớm φ = 22º 12 Chiều dài thanh truyền ltt = 230 (mm) 13 Khối lượng nhóm pittong m¬¬¬pt = 2,2 (kg) 14 Khối lượng nhóm thanh truyền mtt = 3,9 (kg) 1.2 Các thông số cần chọn 1. Áp suất môi trường : pk Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ .Với động cơ không tăng áp thì áp suất khí quyển bằng áp suất trước supap nạp nên ta chọn pk = p0 . Ở nước ta chọn pk = p0 = 0,1 (MPa) ¬ 2. Nhiệt độ môi trường : Tk Nhiệt độ môi trường được lựa chọn theo nhiệt độ bình quân cả năm. với động cơ không tăng áp ta có nhiệt độ môi trưòng bằng nhiệt độ trước supap nạp nên : Tk = T0 = 240C = 2970K 3. Áp suất cuối quá trình nạp : pa Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi : Pa = (0,8 ÷ 0,9).pk

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ Độc lập –Tự Do –Hạnh Phúc MÔN : ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Giáo viên hướng dẫn : PHẠM MINH HIẾU

Họ tên sinh viên : LÊ ĐỨC VIỆT

Lớp: ĐH Ô TÔ 2 - K14

Thời gian thực hiện : từ……….đến………

Dự kiến bảo vệ : ……….

I NỘI DUNG

Thực hiện trên Động cơ đốt trong D240 các nội dung sau:

A.Phần thuyết minh

1 Tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong.

2 Tính toán động học và động lực học có kèm sơ đồ.

B Phần bản vẽ

1 Bản vẽ động học va động lực học trên giấy kẻ ly kito

2 Bản vẽ chi tiết trên khổ giấy kito

II QUY ĐỊNH THỰC HIỆN

Sinh viên phải tham gia đầy đủ các buổi hướng dẫn hang tuần của Giáo viên hướng dẫn để đảm bảo tiến độ thực hiện như sau :

1 Tính toán chu trình công tác của Động cơ đốt trong 2 tuần

2 Tính toán động học và động lực học có kèm sơ đồ 4 tuần

4 Hoàn thành thuyết minh, bản vẽ và chuẩn bị cho bảo vệ 1 tuần TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT,ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN Giáo viên hướng dẫn:

Kết quả đánh giá:

Giáo viên chấm:

Chương I

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1. Trình tự tính toán:

1.1 Số liệu ban đầu:

1 - Công suất của động cơ Ne = 62,5175 (mã lực)

2 - Số vòng quay của trục khuỷu n = 2250 (vòng/phút)

3 - Đường kính xilanh D = 110 (mm)

4 - Hành trình của pittong S = 125 (mm)

5 - Số xilanh i = 4

6 - Tỷ số nén ε = 16,4

7 - Thứ tự làm việc cuả xilanh 1- 3 – 4 - 2

8 - Suất tiêu hao nhiên liệu ge =255,6084 (g/ml.h)

9 - Góc mở sớm và đống muộn của supap nạp α 1 = 100

; α 2 = 400

10 - Góc mở sớm và đóng muộn của supap thải β 1 = 400

; β 2 = 100

11- Góc đánh lửa sớm φ = 22º

12 - Chiều dài thanh truyền ltt = 230 (mm)

13 - Khối lượng nhóm pittong mpt = 2,2 (kg)

14 - Khối lượng nhóm thanh truyền mtt = 3,9 (kg)

1.2 Các thông số cần chọn

1 Áp suất môi trường : pk

Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động

cơ Với động cơ không tăng áp thì áp suất khí quyển bằng áp suất trướcsupap nạp nên ta chọn pk = p0

Ở nước ta chọn pk = p0 = 0,1 (MPa)

2 Nhiệt độ môi trường : Tk

Nhiệt độ môi trường được lựa chọn theo nhiệt độ bình quân cả năm.với động cơ không tăng áp ta có nhiệt độ môi trưòng bằng nhiệt độ trướcsupap nạp nên :

Tk = T0 = 240C = 2970K

3 Áp suất cuối quá trình nạp : pa

Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi :

Tr =700 ÷ 1000 0Kchọn Tr = 7700K

7 Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt: t

Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt được chọn theo hệ số dư lượng không khí α

để hiệu đính Thông thường có thể chọn α theo bảng sau:

t

Động cơ diesel chọn λ t=1 ,1

8 Hệ số quét buồng cháy λ2 :

Động cơ không tăng áp chọn λ2 =1

9 Hệ số nạp thêm λ1 :

Hệ số nạp thêm λ1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí thôngthường λ1 =1,02 ÷ 1,07 chọn λ1 =1,03

10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ( ξ z ) :

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ( ξ z ) phụ thuộc vào chu trình công

tác của động cơ, thể hiện lượng nhiệt phát ra đã cháy ở điểm z so với lượngnhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

Với động xăng chọn ξ z =0,7÷0,85 Chọn ξ z =0,75

11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ( ξ b) :

Với động cơ xăng ξ b =0,8÷0,9 chọn ξ b =0,85

16,4.1,03−1,03.1 ( 0,11

0,088)

1 1,5=0,0340

Trong đó : m là chỉ số giản nở đa biến trung bình của khí sót

m =1,45÷1,5 chọn m =1,5

2 Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta :

Nhiêt độ cuối quá trình nạp Ta được tính theo công thức :

0,088 0,1 .[16,4.1,03−1,1.1 (0,0880,11 )1,51 ]= 0,8147

Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0 đượctính theo công thức:

Đối với nhiên liệu của động cơ xăng ta có :C=0.87;H=0,126 ;O=0,004

Mo=0,211 .(0,8712 +

0,126

4 −

0,004

32 ) =0,4946 (kmol/kg nhiên liệu)

6 Hệ số dư lượng không khí α :

Đối với động cơ xăng cần phải xét đến hơi nhiên liệu ,vì vậy:

2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình cuả sản phẩm cháy :

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

3 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp :

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén tínhtheo công thức sau :

mc

mc v+γ r mc

v ″ 1+γ r =a v

4 Chỉ số nén đa biến trung bình n1 :

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu vàthông số vận hành như kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vòng quay,phụ tải trạng thái nhiệt độ của động cơ …Tuy nhiên n1 tăng giảm theo quyluật sau :

Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ làm cho n1 tăng

Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định bằng cách giải phươngtrình :

vế phải =0,3734 thoả mãn điều kiện

5 Áp suất cuối quá trình nén pc :

Áp suất cuối quá trình nén pc được xác định theo công thức sau :

Pc =0,088.16,41,3735=4,1027 (MPa)

6 Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc :

Được xác định theo công thức :

Tc=Ta.εn1 −1

Tc=342,099.16,41,3735-1=972,5168 (0K)

7 Lượng môi chất công tác của quá trình nén Mc

Lượng môi chất công tác của quá trìng nén Mc được xác định theo côngthức:

Mc=M1+Mr=M1.(1+ γ r ) =0,6831

1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βalignl ¿0¿¿¿ :

Ta có hệ số thay đổi phân tửlý thuyết β0 được xác định theo công thức:

Với động cơ xăng : β

2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: (Do khí sót)

Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác định theo công thức:

β= β0+γ r

1+ γ r

3 Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z ( β z ): (Do cháy chưa hết)

Ta có hệ số thay đổi phân tử thưc tế tại điêm z ( β z ) được xác địnhtheo công thức:

Đối với động cơ diesel ,nhiệt độ tại điểm z (Tz ) bằng cách giảiphương trình cháy :

ξ z .QH

M1(1+γ r)+(mc v

'

¿ +8,314 λ) Tc=βz m c pz ″ .T z¿ (*)Trong đó :

Q H : nhiệt trị thấp của nhiên liệu, thông thường có thể chọn

6 Áp suất tại điểm Z( pz) :

Ta có áp suất tại điểm Z( pz) được xác định theo công thức :

Chú ý : Hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông số chọn ,sau khi

tính toán hệ số giản nở ρ (ở quá trình giản nở) phải bảo đảm

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

1.6 Tính toán quá trình giản nở

3 Chỉ số giản nở đa biến trung bình n 2 : Ta có chỉ số giản nở đa biến trung

bình n 2 được xác định từ phương trình cân bằng sau :

4 Nhiệt độ cuối quá trình giản nở T b:

Ta có công thức xác định nhiệt độ cuối quá trình giản nở T b:

5 Áp suất cuối quá trình giản nở p b :

Áp suất cuối quá trình giản nở p b được xác định theo công thức :

ΔTTrt= | Trt− Tr|

Trt .100 %<15%

= 779,3082−770779,3082 .100 %=1,19 %< 15 %

Vậy T tr đã thoả mãn điều kiện trên

1.7 Tính toán các thông số chu kỳ công tác

1.Áp suất chỉ thị trung bình p i′ được xác định theo công thức:

= 0,8434.0,97=0,8181 (MPa)Trong đó ϕ d là số hiệu đính đồ thị công Chọn theo tính năng vàchủng loại động cơ

3 Suất tiêu hao nhiên liệu gi :

Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi :

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

vtb= S n

30 =125.225030.1000 =9,375 (m/s) , Theo số thực nghiệm có thể tính pm theo công thức sau : Động cơ diesel có i=4 và ꚍ=4 nên :

7 Hiệu suất cơ giới η m :

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới :

e/pi = 0,7028/0,8181=0,8590

8 Suất tiêu hao nhiên liệu ge :

Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là :

Sai số đường kính không đươc vượt quá 0,1 mm nên thoả mãn điềukiện.

1.8 Vẽ và hiệu đính đồ thị công

Căn cứ vào các số liệu đã tính pa , pc , pz , pb , n1 , n2 , ε ta lập đường nén vàđường giản nở theo biến thiên của dung tích công tác Vx =i.Vc (Vc: dung tíchbuồng cháy)

với Vc =

Vhε−1 =10,7−10,496 =0,05113 Xuất phát từ p.Vn =const , ta

i i.Vc

Giá trị biểu diễn(V)

i n1

(quá trình nén) Px=pc 1

i n1 Giá trị biểu diễn(Pc)

i n2

(quá trình giãn nở) Px=pz 1

i n2 Giá trị biểu diễn(P

12.5135025

5.11820392 6

Sau khi ta chọn tỷ lệ xích μV và μP hợp lý để vẽ đồ thị công Để trình

bày đẹp thường chọn chiều dài hoành độ tương ứng từ 1Vc÷ εVc là 220 mm trên

Để sau này khai triển đồ thị được dễ dàng, dễ xem,đường biểu diễn áp suất Pk

song song với hoành độ phải chọn đường đậm của giấy kẻ ly Đường 1Vc cũngphải đặt trên đường đậm của tung độ

Sau khi vẽ đường nén và đường giản nở , vẽ tiếp đường biểu diễn đường nạp

và đường thải lý thuyết bằng hai đường thằng song song với trục hoành đi qua haiđiểm pa và pr

Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị Cácbước hiệu đính như sau :

Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công :

S

2ltt=

92,8 2.144=0,3222

gtbdR= μs R= 46,4

0,4218=110 (mm)

Từ gtbd

OO ' và gtbdR ta có thể vẽ được vòng tròn Brick

1.9 Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị

1.3.1 Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp (điểm a):

Từ điểm O’ trên đường tròn Brick ta xác định góc đóng muộn của xupáp thải

β2 bán kính này cắt vòng tròn Brick tại điểm a’ ,từ điểm a’ gióng đường songsong với trục tung cắt đường pa tại điểm a Nối điểm r trên đường thải ( là giaođiểm giữa đường pr và trục tung) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thảisang quá trình nạp

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

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có hiện tượng đánh lửa sớm nên thườnglớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết pc đã tính Theo kinh nghiệm áp suấtcuối quá trình nén thực tế p c ' được xác định theo công thức sau

Đối với động cơ xăng : p c '=p c+1

1.3.3 Hiệu đính điểm phun sớm (điểm c ’’ ):

Do có hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khởi 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 hoặc góc đánh lửa sớm θ , bán kính này cắt

đường tròn Brick tại một điểm Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắtđường nén tại đỉêm c’’ Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’.

1.3.4.Hiệu đính điểm đạt p zmax thực tế :

Áp suất pzmax thực tế trong quá trình cháy - giản nở điểm đạt trị số áp suất caonhất là điểm thuộc miền 3720 ÷ 3750 (tức là 120÷150 sau điểm chết trên của quátrình cháy và giản nở)

 Hiệu đính điểm z của động cơ xăng :

- Cắt đồ thị công bởi 0,85pz =0,85.3,645=3,09825 (Mpa) , có giá trịbiểu diễn trên đồ thị công là: 170 mm

- Xác định điểm Z từ góc 120 Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác địnhgóc tương ứng với 3720 gó quay trục khuỷu ,bán kính này cắt vòng tròntại một điểm Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường0,85Pz tại điểm Z

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

1.3.5 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 sựdiễn ra sớm hơn lý thuyết Ta xác định biểm b’ bằng cách : Từ điểm O’ trên đườngtròn Brick ta xác định góc mở sớm của xupúp thải β1 , bán kính này cắt vòng

tròn Brick tại một điểm Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đườnggiản nở tại điểm b’

1.3.6 Hiệu đính diểm kết thúc quá trình giản nở (điểm b ’’ ) :

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

pb''= pr+ 1

2 ( pb− pr)

=0,115+0,5(0,2387-0,115)=0,17685 (Mpa)

Từ đó ta xác định tung độ của điểm b’’ là :

yb’’= pb’’/μ p = 0,17685/0,018225=9,703 (mm)

Sau khi xác định được các điểm b’ ,b’’ ta dùng các cung thích hợp nối vớiđường thải rr

ĐỒ THỊ CÔNG

Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một đường hoành độ thống nhất ứng với hành trình của pittông S = 2R Vì vậy đồ thị đều ứng với hoành độ tương ứngvới vh của đồ thị công ( từ điểm 1 vc đến  vc).

2.1.1 Đường biểu diễn hành trình pittông x = f ( ) :

Ta tiến hành vẽ đường hành trình của pittông theo trình tự sau:

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

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

3 Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 100, 200,

….1800

4 Gióng các điểm đã chia trên cung brick xuống các điểm 100, 200…1800

tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f ( ) ta được các điểm xác định chuyển vị

1'

0' 7'

3'

5' 2'

7 g

6

e 4'

R2

h

B 8

Đường biểu diễn hành trình của pittông X= f(α))

2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của pittông v = f ( ):

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn của pittông theo phương pháp đồ thị vòng.Tiến hành theo các bước cụ thể sau :

1 Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x = f ( ), sát mépdưới của bản vẽ

5 Nối các điểm a, b, c,….tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độpittông thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắtvòng tròn bán kính R tạo với trục hoành góc  đến đường cong a, b, c…

đồ thị này biểu diễn quan hệ v= f ( )trên tọa độ cực

Đường biểu diễn vận tốc của pittông V=f(α))

2.1.3 Đường biểu diễn gia tốc pittông j = f x( ):

Ta tiến hành vẽ đường biểu gia tốc của pistong theo phương pháp Toolê

Ta vẽ theo các bước sau:

1 Chọn tỉ lệ xích j=250 (m/s2.mm)

2 Ta tính được các giá trị:

- Tốc độ góc :

30

max max

j j

j

gtt gtbd

j  R    =-0,0464.554,732.(1-0,3222)=-9677,938 (m/s2)Vậy ta được giá trị biểu diễn jmin là :

min min

j j

j

gtt gtbd

EF EF

j

gtt gtbd

3 Từ điểm tương ứng điểm chết trên lấy AC = jmin, từ điểm B tương ứng điểmchết dưới lấy BD = jmin; nối liền CD cắt trục hoành tại E, lấy

2

3 .

phần, nối 11, 22, 33…Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33….Tađược các đường cong biểu diễn quan hệ j = f x( )

Đường biểu diễn gia tốc của pittông j=f(x)

ĐCD ĐCT