Thiết kế động cơ diesel 4 kỳ, 3 xylanh Đồ án động cơ đốt trong

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á ĐỒ ÁN HỌC PHẦN ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Sinh viên thực hiện Lò Mạnh Lực – MSV 20201029 Lớp DCOT 11 10 1 Khoa Cơ Khí MHP AET3216 Giảng viên PGS Đặng Tiến Hòa Bắc Ninh, 30 tháng 6, năm 2022 ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ DIESEL 4 KỲ, 3 XYLANH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á Sinh viên thực hiện Lò Mạnh Lực MSV 20201029 – Ngày sinh 07072002 Ngành Công nghệ Kỹ thuật ô tô Lớp DCOT 11 10 1 Khoa Cơ Khí Khóa K11 MHP AET3216.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á

Sinh viên thực hiện:

- Lò Mạnh Lực

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Trong thời đại đất nước đang trên con đường CNH – HĐH, từng bước phát triển đất nước Trong xu thế của thời đại khoa học kỹ thuật của thế giới ngày một phát triển cao Để hòa chung với sự phát triển đó đất nước ta đã có chủ trương phát triển một số ngành công nghiệp mũi nhọn, trong đó có ngành Cơ Khí Động Lực Để thực hiện được chủ trương đó đòi hỏi đất nước cần phải có một đội ngũ cán bộ, công nhân kỹ thuật có trình độ và tay nghề cao

Hiểu rõ điều đó trường Đại học Công Nghệ Đông Á không ngừng phát triển và nâng cao chất lượng đào tạo đội ngũ cán bộ, công nhân có tay nghề và trình độ cao mà còn đào tạo với số lượng đông đảo đáp ứng nhu cầu nguồn nhân lực cho đất nước

Khi đang còn là một sinh viên trong trường em nhận được phân công thực hiện đồ

án “Tính toán thiết kế động cơ diesel 4 kỳ, 3 xylanh” Đây là một điều kiện rất tốt cho

em có cơ hội xâu chuỗi kiến thức mà em đã được học tại trường, bước đầu đi sát vào thực

tế sản xuất, làm quen với công việc tính toán thiết kế ô tô

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU - 1

MỤC LỤC - 2

CHƯƠNG I THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ SAU KHI TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ - 8

I T ÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG - 8

II C Ơ CẤU KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN - 9

1 Pit-tông 9

2 Thanh truyền 10

3 Trục khuỷu 12

III H Ệ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ - 13

1 Xu – pap 13

2 Trục cam 13

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG - 15

I G IỚI THIỆU - 15

II C ÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ - 15

1 Loại động cơ 15

2 Công suất 15

3 Số vòng quay 15

4 Tỷ số nén 15

5 Các thông số kết cấu 15

III C HỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TÍNH TOÁN NHIỆT - 16

1 Áp suất không khí nạp (p 0 ) 16

2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T 0 ) 16

3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp (p k ) 16

4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (T k ) 16

5 Áp suất cuối quá trình nạp (p a ) 16

6 Chọn áp suất khí sót (p r ) 16

7 Nhiệt độ khí sót (Tr) 17

8 Độ tăng nhiệt độ khí mới (𝚫𝐓) 17

9 Chọn hệ số nạp thêm (𝛌𝟏) 17

10 Chọn hệ số quét buồng cháy (𝛌𝟐) 17

11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (𝛌𝐭) 17

12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (𝛏𝐳) 18

13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (𝛏𝐛) 18

14 Chọn hệ số dư lượng không khí 𝛂 18

15 Chọn hệ số điền đầy công đồ thị (𝛗𝐝) 18

IV T ÍNH TOÁN NHIỆT - 18

1 Quá trình nạp 18

2 Quá trình nén 20

3 Quá trình cháy 21

4 Quá trình giãn nở 23

5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình 24

6 Tính thông số kết cấu của động cơ 25

7 Bảng kết quả tính toán nhiệt động cơ 25

8 Vẽ đồ thị công chỉ thị 27

9 Lực khí thể P kt 33

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN - 37

I P HÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN - 37

II Đ ỘNG HỌC CỦA P IT – TÔNG - 37

1 Chuyển vị của Pit – tông 38

2 Vận tốc của Pit – tông 39

3 Gia tốc của Pit – tông 39

III Đ ỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN - 47

1 Sơ đồ lực và moment tác động lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền của một xylanh 47

2 Lực khí thể P kt 49

3 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động 50

a Khối lượng cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền - 51

b Lực quán tính (văng thẳng) của khối lượng chuyển động tịnh tiến - 54

c Lực quán tính (lực ly tâm) của khối lượng chuyển động quay P K - 55

4 Hệ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền 55

5 Mômen quay của trục khuỷu động cơ một xylanh 57

6 Mômen quay của trục khuỷu động cơ nhiều xylanh 58

7 Mômen quay trung bình của trục khuỷu động cơ nhiều xylanh 58

8 Lực tác dụng lên chốt khuỷu 59

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ KỸ THUẬT CƠ CẤU KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN - 67

I C ÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU - 67

II P IT – TÔNG - 68

1 Công dụng 68

2 Điều kiện làm việc của Pit – tông 69

3 Kết cấu 69

4 Tính toán bền Pit – tông 69

a Đỉnh Pit – tông - 69

b Đầu piston - 71

c Tính thân Pit – tông - 72

d Bệ chốt - 72

III C HỐT P IT – TÔNG - 73

1 Công dụng 73

2 Điều kiện làm việc và yêu cầu 73

3 Vật liệu chế tạo 73

4 Tính toán bền chốt Pit – tông 73

a Ứng suất uốn - 73

b Ứng suất cắt - 74

c Ứng suất tiếp xúc - 74

d Ứng suất biến dạng - 75

IV S ÉC – MĂNG - 76

1 Điều kiện làm việc 76

2 Vật liệu chế tạo 76

3 Tính toán bền séc – măng (Không đẳng áp) 76

a Ứng suất uốn séc – măng không đẳng áp khi séc – măng làm việc (Ứng suất công tác) - 77

b Ứng suất lắp ghép - 77

c Áp suất bình quân trên bề mặt séc – măng - 78

d Áp suất phân bố trên các điểm - 78

e Các khe hở - 78

V N HÓM THANH TRUYỀN - 79

1 Thông số kết cấu thanh truyền 79

2 Tính toán bền đầu nhỏ thanh truyền 80

a Khi chịu kéo - 80

b Khi chịu nén - 85

c Ứng suất biến dạng của đầu nhỏ thanh truyền - 87

d Hệ số an toàn của đầu nhỏ thanh truyền - 88

e Độ biến dạng của đầu nhỏ thanh truyền - 89

3 Tính toán bền thân thanh truyền 89

a Ứng suất nén tại tiết diện nhỏ nhất - 89

b Ứng suất nén và uốn dọc của tiết diện trung bình của thanh truyền - 89

4 Tính toán bền đầu to thanh truyền 90

5 Tính toán bền bu – lông thanh truyền 91

VI T RỤC KHUỶU - 92

1 Nhiệm vụ 92

2 Điều kiện làm việc 92

3 Yêu cầu kỹ thuật 92

4 Chọn phương án thiết kế 93

5 Thông số kết cấu 93

6 Kiểm nghiệm bền trục khuỷu 94

a Trong trường hợp khởi động - 95

b Trường hợp trục khuỷu chịu lực Z max - 97

c Trường hợp khuỷu trục chịu lực tiếp tuyến lớn nhất (T max ) - 99

d Trường hợp khuỷu trục chịu lực T max - 104

e Tính bền trục khuỷu khi xét đến ảnh hưởng của phụ tải động - 110

VII B ÁNH ĐÀ - 116

1 Công dụng của bánh đà 116

2 Vật liệu chế tạo 116

3 Tính sức bền và kích thước bánh đà 116

CHƯƠNG V THIẾT KẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ - 122

I N HIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU - 122

1 Nhiệm vụ 122

2 Yêu cầu 122

II P HÂN LOẠI CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ - 122

III C ÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ - 124

1 Phương án bố trí Xupap 124

a Cơ cấu phân phối khí Xupap đặt - 124

b Cơ ấu phân phối khí Xupap treo - 125

2 Phương án dẫn động Xupap 126

3 Phương án dẫn động trục cam 127

a Phương án dẫn động bằng bộ truyền bánh răng - 127

b Phương án dẫn động bằng xích - 127

c Phương án dẫn động bằng bộ truyền đai răng - 128

IV T HIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG - 129

V T HIẾT KẾ KỸ THUẬT - 129

1 Tính các thông số cơ bản và kết cấu Xupap 129

a Thông số Xupap theo tham khảo - 129

b Xác định kích thước của tiết diện lưu thông - 130

2 Tính toán cam 132

a Xác định đường kính trục cam - 132

b Xác định dạng cam - 134

3 Tính toán lò xo Xupap 136

4 Tính bền các chi tiết 138

a Quy dẫn khối lượng của chi tiết máy trong cơ cấu phân phối khí - 138

b Tính bền trục cam - 139

c Tính bền Xupap - 142

CHƯƠNG VI QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO XU – PAP - 144

I K ẾT CẤU VÀ YÊU CẦU SỬ DỤNG CỦA X U – PAP - 144

1 Kết cấu 144

a Nấm xupap - 144

b Thân xupap - 146

c Đuôi xupap - 147

2 Yêu cầu sử dụng 150

II C HỌN PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI - 150

1 Vật liệu 150

2 Chọn phương pháp gia công 151

III T RÌNH TỰ CÁC NGUYÊN CÔNG - 151

1 Các nguyên công chủ yếu để gia công xupap 151

2 Quy trình gồm các nguyên công chính 152

IV C ÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG - 152

1 Gia công chuẩn bị phôi 152

2 Tiện thân xupap 154

3 Tiện rãnh đuôi xu pap 154

4 Tiện tinh mặt nấm xu pap 155

5 Tiện côn mặt nấm xupap 155

6 Cắt bỏ lượng dư gia công 155

7 Kiểm tra 156

8 Nhiệt luyện 156

CHƯƠNG VIII QUY TRÌNH BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA - 157

I T HÁO NHÓM PIT - TÔNG , SÉC - MĂNG , THANH TRUYỀN - 157

1 Tháo nhóm piston, xéc măng và thanh truyền ra khỏi động cơ 157

a Tháo rời các cụm trên động cơ - 157

b Tháo rời các chi tiết của nhóm piston, xéc măng, thanh truyền - 158

2 Lắp nhóm piston xéc măng, thanh truyền 159

a Lắp pit-tông vào thanh truyền - 159

b Lắp xéc măng vào piston - 160

c Lắp nhóm pit-tông, séc măng, thanh truyền vào động cơ - 161

II K IỂM TRA TÌNH TRẠNG KỸ THUẬT NHÓM PIT - TÔNG , SÉC - MĂNG , THANH TRUYỀN - 163

1 Kiểm tra kỹ thuật piston 163

a Làm sạch pit-tông - 163

b Kiểm tra vết xước, nứt, vỡ pit-tông - 163

c Kiểm tra độ côn, độ ô van của pit-tông - 164

d Kiểm tra khe hở giữa pit-tông và xi lanh - 164

2 Kiểm tra kỹ thuật chốt piston 165

a Kiểm tra bề mặt chốt piston - 165

b Kiểm tra khe hở giữa chốt piston và bạc lót - 165

3 Kiểm tra kỹ thuật xéc măng 166

a Kiểm tra khe hở cạnh - 166

b Kiểm tra khe hở miệng séc măng - 166

c Kiểm tra khe hở lưng - 167

d Kiểm tra độ tròn của séc măng (độ lọt ánh sáng) - 167

4 Kiểm tra kỹ thuật thanh truyền 167

a Kiểm tra bu lông thanh truyền - 167

b Kiểm tra các lỗ dẫn dầu trên thân thanh truyền xem có bị tắc không - 168

c Kiểm tra khe hở giữa bạc đầu to thanh truyền và cổ trục khuỷu - 168

d Kiểm tra độ cong của thanh truyền - 168

e Kiểm tra độ xoắn của thanh truyền - 168

III SỬA CHỮA NHÓM PIT – TÔNG, SÉC – MĂNG, THANH TRUYỀN - 169

1 Sửa chữa Pit – tông 169

2 Sửa chữa chốt Pit – tông 169

3 Sửa chữa séc măng 171

4 Sửa chữa thanh truyền 171

IV THÁO LẮP NHÓM TRỤC KHUỶU, BÁNH ĐÀ - 172

1 Nhiệm vụ, cấu tạo của trục khuỷu 173

a Nhiệm vụ - 173

b Cấu tạo của trục khuỷu - 173

2 Nhiệm vụ và cấu tạo của bánh đà 174

a Nhiệm vụ - 174

b Cấu tạo - 174

3 Tháo lắp trục khuỷu - bánh đà 175

a Trình tự tháo - 175

b Lắp trục khuỷu, bánh đà - 177

V KIỂM TRA – SỬA CHỮA NHÓM TRỤC KHUỶU, BÁNH ĐÀ - 180

1 Những hư hỏng của trục khuỷu, bánh đà và nguyên nhân gây ra 180

a Cổ trục, cổ thanh truyền bị mòn - 181

b Trục khuỷu bị cong và xoắn - 181

c Trục khuỷu bị rạn nứt, gãy - 182

d Bề mặt của cổ trục, cổ thanh truyền, gối đỡ bị xước, cháy - 182

e Vành răng khởi động bị mòn, sứt mẻ - 183

f Bề mặt làm việc của bánh đà bị mòn, xước, cháy - 183

g Bánh đà bị rạn nứt - 183

2 Kiểm tra, sửa chữa trục khuỷu 183

a Kiểm tra trục khuỷu bị xước, cháy rỗ, rạn nứt - 183

b Kiểm tra độ mòn cổ trục và cổ thanh truyền - 184

c Kiểm tra độ cong, độ xoắn của trục khuỷu - 186

d Kiểm tra bán kính quay của trục khuỷu - 187

e Kiểm tra độ đảo của mặt bích lắp bánh đà - 187

f Kiểm tra khe hở giữa cổ trục, cổ thanh truyền và bạc lót - 188

g Kiểm tra khe hở hớng trục của trục khuỷu - 188

3 Kiểm tra, sửa chữa bánh đà 188

a Kiểm tra bánh đà bị mòn, xước, cháy bề mặt tiếp xúc với đĩa ma sát - 188

b Kiểm tra độ đảo của bánh đà - 189

c Kiểm tra các lỗ ren trên bánh đà - 189

VI THÁO LẮP CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ - 190

1 Trình tự tháo cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp máy 190

2 Trình tự lắp cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp máy 192

VII KIỂM TRA TÌNH TRẠNG KỸ THUẬT CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ - 194

1 Những hư hỏng thường gặp của cơ cấu phân phối khí và nguyên nhân 194

a Xupap đóng không kín - 194

b Khi động cơ làm việc có tiếng gõ ở xupap - 195

c Có tiếng kêu ở bộ phận dẫn động - 195

d Đầu cò mổ bị quá mòn hoặc trục cò mổ bị gãy - 196

2 Kiểm tra tình trạng kỹ thuật các chi tiết của cơ cấu phân phối khí 196

a Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của xupap và bệ đỡ xupap - 196

b Kiểm tra ống dẫn hướng xupap - 200

c Kiểm tra lò xo xupap - 201

d Kiểm tra con đội - 202

e Kiểm tra trục cam - 203

VII SỬA CHỮA CÁC CHI TIẾT CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ - 206

1 Sửa chữa xupap 206

a Sửa chữa bị mặt tán nấm xupap bị mòn, cháy rỗ - 206

b Sửa chữa thân xupap bị cong, mòn - 207

c Sửa chữa đuôi xupap bị mòn - 207

2 Sửa chữa bệ đỡ xupap 207

a Bệ đỡ xupap bị mòn, cháy rỗ nhẹ - 207

b Bệ đỡ xupap bị mòn nhiều - 208

c Bệ đỡ xupap bị mòn nặng hoặc cháy rỗ sâu - 208

3 Sửa chữa ống dẫn hướng xupap 209

4 Sửa chữa lò xo xupap 210

5 Sửa chữa dàn cò mổ 210

6 Sửa chữa con đội và ống dẫn hướng 210

7 Sửa chữa trục cam 211

a Sửa chữa trục cam bị cong - 211

b Sửa chữa trục cam bị mòn - 211

c Sửa chữa một số hư hỏng khác của trục cam - 211

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 213 LỜI KẾT - 214

CHƯƠNG I THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ SAU KHI TÍNH TOÁN

VÀ THIẾT KẾ

I Tính toán nhiệt động cơ đốt trong

TT Thông số Đơn vị α = 1,6 ` TT Thông số Đơn vị α = 1,6

II Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

2 Thanh truyền

8 Đường kính bệ chốt pit-tông (db) mm 34

9 Đường kính lỗ trên chốt pit-tông (do) mm 16

12 Chiều dày hướng kính t của séc-măng khí (t) mm 4,5

13 Chiều dày bờ rãnh séc-măng khí (a) mm 2,5

14 Chiều dày rãnh séc-măng khí (a1) mm 2,5

16 Chiều dày rãnh sec-măng dầu (a2) mm 4

STT Thông số Đơn vị Số liệu

1 Đường kính trong bạc lót đầu nhỏ thanh truyền (do) mm 26

2 Đường kính trong đầu nhỏ thanh truyền (d1) mm 31

3 Đường kính ngoài đầu nhỏ thanh truyền (d2) mm 39

4 Đường kính trong bạc lót đầu to thanh truyền (Do) mm 51

5 Đường kính trong đầu to thanh truyền (D1) mm 55

6 Đường kính ngoài đầu to thanh truyền (D2) mm 63

8 Khoảng cách tâm bulong thanh truyền (l2) mm 83

11 Khoảng cách 2 mép ngoài của thân thanh truyền (H) mm 27,7

12 Khoảng cách 2 mép trong của thân thanh truyền (h) mm 15,26

16 Khoảng cách 2 tâm đầu nhỏ và đầu to thanh truyền (l) mm 17077

3 Trục khuỷu

1 Đường kính ngoài chốt khuỷu (dch) mm 75

8 Đường kính ngoài cổ trục khuỷu (dct) mm 80

III Hệ thống phân phối khí

1 Xu – pap

6 Chiều rộng b của mặt côn trên xupap mm 2,5 2,5

8 Khoảng cách giữa hai đường tâm

4 Đường kính trung bình của lò xo (D) mm 28

5 Đường kính ngoài của lò xo (Dng) mm 32

7 Chiều cao ban đầu của lò xo (Ho) mm 38,64

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I Giới thiệu

Tính toán nhiệt đông cơ đốt trong (ĐCĐT) chủ yếu là xây dựng trên lý thuyết đồ thị công chỉ thị của một động cơ cần được thiết kế thông qua việc tính toán các thông số nhiệt đông học của chu trình công tác trong động cơ gồm các quá trình: Nạp – Nén – Cháy – Dãn nở

II Các thông số cho trước của động cơ

- Trường hợp thiết kế mới động cơ:

III Chọn các thông số cho tính toán nhiệt

- Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển: p0 = 0,1 MPa

- Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môi trường, nơi mà xe đang sử dụng, Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là tkk = 29°C do đó:

T0 = (tkk + 273) = 29 + 273 = 302 [K]

- Động cơ bốn kỳ không tăng áp: pk = p0 = 0,1 [MPa]

- Động cơ bốn kỳ không tăng áp: Tk = T0 = 302 [K]

- Đối với động cơ không tăng áp, áp suất cuối quá trình nạp trong xy lanh thường nhỏ hơn áp suất khí quyển do có tổn thất trên ống nạp và tịa bầu lọc gây nên

- Động cơ 4 kỳ không tăng áp thực nghiệm ta có: pa = (0,8÷0,9).p0

Chọn pa = 0,8.p0 = 0,08 [MPa]

- Là thông số quan trọng đánh giá mực độ thải sạch sản phẩm khí cháy ra khỏi xy lanh động cơ

- Giá trị áp suất khí sót pr phụ thuộc vào các yếu tố:

+ Diện tích thông qua các xu-pap xả + Biên độ, độ cao, góc mở sớm, đóng muộn của xu-pap xả

+ Động cơ có lắp tăng áp bằng khí xả hay không + Độ cản của bình tiêu âm, bộ xúc tác khí xả…

- Đối với động cơ diesel: pr = (1,10÷1,15).pk

- Đối với động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy nên chọn 𝛌𝟐 = 𝟏

12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (𝛏𝐳)

- Là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá trình cháy, hay tỷ lệ lượng nhiên liệu tại điểm Z Ta có:

- Căn cứ theo bảng 1.7[1] ta chọn 𝛏𝐳 = 𝟎, 𝟕

- Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (𝛏𝐛) phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốc độ động

cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến 𝛏𝐛 nhỏ

Ta chọn 𝛏𝐛 = 𝟎, 𝟗

- Khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu cần M0 (kmol) không khí Tuy nhiên, lượng không khí vào xy lanh M1 có thể nhỏ hơn hoặc lớn M0 Điều này được đánh giá bằng hệ số dư lượng không khí 𝛂 = 𝐌𝟏

𝐌𝟎

- M1: lượng không khí thực tế nạp vào xylanh (kmol)

- M0: lượng không khí lý thuyết cần thiết đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

Theo đề tài 𝛂 = 𝟏, 𝟖

- Hệ số điền đầy đồ thị công đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực

tế so với đồ thị công tính toán

Chọn 𝛗𝐝 = 𝟎, 𝟗𝟓

IV Tính toán nhiệt

1 Quá trình nạp

- Hệ số nạp (ηv):

=19,5−11 ×302+40302 ×0,080,1 × [19,5.1,03 − 1,15.1 (0,110,08)

1 1,5] = 0,71

- Trong đó m là chỉ số đa biến trung bình của không khí, chọn m = 1,5

= 1.(302+40)700 ×0,110,08× 1

19,5.1,03−1,03.1.(0,110,08)

1 1,5 = 0,04

Ta = Tk+∆T+λt.γr.Tr.(

Pa

Pr )

m−1 m

1+γr = 302+40+1,15.0,04.700.(

0,08 0,11 )

1,5−1 1,5

1+0,04 = 355,27 K

Nhiên liệu của động cơ diesel: C = 0,87; H = 0,126; O = 0,004

Đối với động cơ diesel còn phải xét đến hơi nhiên liệu, vì vậy:

α = M1−

1 μnl

M0 = 0,89−

1 120

0,49 = 1,8 Trong đó: μnl – Trọng lượng phân tử của diesel

μnl = 110 ÷ 120 chọn 𝛍𝐧𝐥 = 𝟏𝟐𝟎

2 Quá trình nén

- Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:

(mcv) = 19,806 + 0,00209T (kJ/kmol.độ)

- Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:

Khi hệ số dư lượng không khí α > 1 ta có:

(mcv′′) = (17,806 + 1,634

2 ) + 1

2(427,38 + 184,36α).10−5 T (kJ/kmol.độ) = 21,623 + 0,002649011T

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

(mcv′) = (mcv) + γr (mcv

′′)

1 + γr = a′v+

b′ v

2 T = 19,83438661 + 0,002109423 T (kJ/kmol độ) Vậy:

xz = 𝜉z

𝜉b =

0,70,9= 0,78

- Đối với động cơ diesel và  = 1,6 > 1

vz + b′′

vz T Thay các thông số và biến đổi (1) ta có:

A Tz2+ B Tz− C = 0 Với:

+ Tb – Nhiệt độ tại điểm b (°K)

 Nhiệt độ tại điểm b là: T b = 𝟏𝟗,𝟓𝟐𝟎𝟎𝟎,𝟔𝟕𝟏,𝟐𝟔𝟖𝟏−𝟏 = 902,23

- Nhiệt độ thực của khí thải:

- Áp suất tổn thương cơ giới:

Đối với động cơ diesel:

pm = 0,09 + 0,0138.vtb = 0,09 + 0,0138.(104/1000).300030 = 0,23

- Áp suất có ích trung bình:

- Kiểm nghiệm đường kính xylanh theo công thức:

Dkn = √4 Vh

π S = √

4.1,023,14.1,04= 1,12 dm = 112 mm

 So với thông số đầu bài D = 112 mm không vượt quá 0,1 mm nên thỏa mãn

7 Bảng kết quả tính toán nhiệt động cơ

- Cách xây dựng giản đồ công chỉ thị của động cơ tính toán tiến hành theo các bước dưới đây:

B1 Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công:

- Điểm a: Điểm cuối quá trình nạp, có áp suất pa và thể tích Va = Vh + Vc

Pxn, Vxn là áp suất và thể tích tại 1 điểm bất kỳ trên đường cong nén

Với n 1 = 1,3646 là chỉ số đa biến trung bình

- Bằng cách cho các giá trị Vxn đi từ Vc đến Va ta lần lượt xác định được các giá trị

pxn, kết quả tính toán được ghi trong bảng

B3: Dựng đường cong giãn nở:

- Phương trình của đường giãn nở đa biến P 𝐕𝐧𝟐 = const gọi xg là điểm bất

kì trên đường giãn nở thì:

Với n 2 = 1,2681 là chỉ số đa biến trung bình

Bảng 2 Tính toán quá trình nén và quá trình giãn nở

i.Vc in1 pxn = pc.in11 in2 pxg = pz.in21

B1: Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị công

B2: Xác định điểm O’ cách tâm O (dịch về phía ĐCD) của đường tròn Brick một khoảng:

OO’ = R.λ

2 =R2L2 = 52.0,252 = 6,50 (mm) Với: R – bán kính quay của khuỷu trục – R = 52 mm

λ – là hệ số kết cấu chọn ở mục I – Giới thiệu tổng quát về động

cơ λ =R

L = 0,25

L – là chiều dài thanh truyền – L = 208 mm

B3: Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:

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

Từ O’ của đồ thị Brick xác định đường đóng muộn β2 của xupap thải, bán kính này cắt vòng Brick ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt đường pa ở a

Tùy vào động cơ, nếu động cơ tăng áp thì quá trình nạp bắt đầu ngay ở thời điểm

mở sớm xupap nạp (vì áp suất tăng áp lớn), nếu động cơ không tăng áp thì áp suất nhỏ hơn

áp suất môi trường nên khi bắt đầu mở sớm xupap nạp khí nạp chưa thể vào được vì áp suất khí thải cao hơn

Nối điểm r trên đường thải với a Ta có đường tiếp tiếp chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp

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

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có sự đánh lửa sớm (động cơ xăng) hoặc phun sớm nhiên liệu (diesel) nên thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết pc đã tính Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực tế p’c có thể xác định theo công thức sau:

Với động cơ diesel: p’c = pc + 1

3(0pz− pc) = 5,82 (MPa)

Áp suất pmax thực tế trong quá trình cháy giãn nở không duy trì hằng số như động

cơ diesel (đoạn ứng với ρ Vc) nhưng cũng không đạt trị số lý thuyết như động cơ xăng Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm 372° ÷ 375° (tức là 12° ÷ 15° sau ĐCT của quá trình cháy và giãn nở)

Hiệu đính điểm z của động cơ diesel theo các bước:

+ Cắt đồ thị công bởi đường pz

+ Từ đồ thị Brick xác định góc 12° gióng xuống đoạn đẳng áp pz để xác định điểm z

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

d Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế (điểm b) Hiệu đính điểm b căn cứ vào góc mở sớm β1 = 55° của xupap thải

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế p’’b thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xupap thải mở sớm

Xác định p’’b theo công thức kinh nghiệm sau đây:

p’’b = pr + 1

2.(pb – pr) = 0,16 Sau khi xác định b’ và b’’ dùng cung thích hợp nối đường thải rr

 Như vậy ta đã có đồ thị công chỉ thị dùng cho phần tính toán động lực học

pkt – Áp suất trong xylanh động cơ

Fp – Diện tích tiết diện của Pit – tông [m2]

- Lực khí thể là một đại lượng thay đổi theo góc quay trục khuỷu: Pkt = f(), xác định được từ áp suất khí thể pkt ở tính toán nhiệt của động cơ tại chế độ công suất cực đại (Nemax)

- Ta có thể triển khai giản đồ công chỉ thị thành đồ thị Pkt = f() bằng phương pháp đồ thị Brich

3 Từ các điểm xác định được trên kẻ các đường song song với trục tung, chúng cắt các đường cong trên giản đồ công chỉ thị tại chu trình quá trình nạp, nén, dãn nỡ và thải các điểm tương ứng

4 Từ các điểm vừa xác định được trên kẻ các đường song song với trục hoành, chúng cắt các đường vuông góc với trục hoành của đồ thị Pkt = f() kẻ từ các góc  tương ứng 0o, 15o, 30o,…, 720o

5 Nối các điểm cắt trên lại thành một đường cong đều ta nhận được đồ thị lực khí thể Pkt tại chu trình quá trình nạp, nén, dãn nỡ và thải

6 Tại các đoạn cong của quá trình cháy (tính từ điểm c’-c-c”-z’-z” đến điểm tiếp xúc với đường cong dãn nở) và quá trình thải sớm (b’-b”) được vẽ theo trình tự như trên với bước nhảy tăng của  là 5o (từ góc 350o, 355o, …, 375o)

- Lực khí thể còn có thể được xác định bằng phương pháp giải tích kết hợp với phương pháp đồ thị Brich: Các giá trị lực khí thể P tại các quá trình nạp – nén – dãn nở - thải được xác định bằng các quan hệ sau:

+ Quá trình nạp (tính từ  = 3 đến  = 180o): pkt = pa

+ Quá trình nén (tính từ  = 180o đến  = 360o - s):

pkt = pa in 1 với i =1 đến ε Trong đó: + i = 1 tương ứng với  = 180o

+ i =  tương ứng với  = 360o – s + Quá trình dãn nở (tính từ  tương ứng với điểm cuối quá trình cháy tính toán là điểm Z trên giản đồ công chỉ thị đến  = 540o - 4)

Đối với động cơ xăng: pkt = pz

ε n2 với i =1 đến ε

+ Quá trình thải (tính từ  = 550o đến  = 720o)

- Tại các đoạn cong của quá trình cháy và quá trình thải sớm được vẽ theo phương pháp

đồ thị Brich, tương tự bước 6 Các giá trị tính toán của lực khí thể Pkt ghi vào bảng số liệu

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC

KHUỶU – THANH TRUYỀN

I Phân tích động học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền

- Nhiệm vụ phân tích động học của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền là thiết lập quy luật chuyển động của Pit – tông và thanh truyền trên cơ sở đã biết quy luật chuyển động của trục khuỷu với giả thiết trục khuỷu quay với vận tốc góc  = const

- Trong động cơ đốt trong kiểu Pit – tông, cụm khuỷu trục thanh truyền (Pit – tông, thanh truyền, trục khuỷu) chuyển động theo nguyên tắc sau:

+ Pit – tông chuyển động tịnh tiến lên xuống truyền lực khí thể cho thanh truyền

+ Thanh truyền chuyển động song phẳng trong mặt phẳng lắc của nó: Đầu nhỏ thanh truyền chuyển động tịnh tiến cùng với Pit – tông , đầu to thanh truyền chuyển động quay quanh 1 trục cố định là đường tâm của trục khuỷu Thanh truyền là chi tiết trung gian biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu

+ Trục khuỷu chuyển động quay quanh 1 trục cố định, truyền công suất ra ngoài

II Động học của Pit – tông

- Giả thiết: Trục khuỷu quay với vận tốc  = const, do đó góc quay của trục khuỷu

tỉ lệ thuận với thời gian t Ta có:

dω

dt = 0; α = ωt

- Vị trí của góc quay  là vị trí của chốt khuỷu khi chốt piston ở vị trí điểm chết trên Chiều dương của  là chiều kim đồng hồ

1 Chuyển vị của Pit – tông

- Khi trục khuỷu quay 1 góc  thì Pit – tông dịch chuyển 1 đoạn là Sp theo hình vẽ

+ R – Bán kính tay quay trục khuỷu

+ α – Góc quay trục khuỷu khi Pit – tông ở vị trí Sp (Sp tính từ ĐCT)

+ l – Chiều dài thanh truyền (tính từ tâm đầu nhỏ của thanh truyền đến tâm đầu to thanh truyền)

+ β – Góc lệch giữa đường tâm xylanh và đường tâm thanh truyền ứng với góc quay  của trục khuỷu

+ λ – Thông số kết cấu

- Khi áp dụng hệ thức lượng trong tam giác ta suy ra:

sinβ = Rl.sin α = λ.sin α

Do đó: cosβ = √l − sin2β = √l − λ2sin2α