Đồ án môn học động cơ diesel (buồng đốt xoáy lốc, không tăng áp) số kỳ,  4 công suất có ích, pmax (kw) …97 kw

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA C Ơ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ Họ và Tên SV Phan Thành Lợi MSSV 20145549 ❖ S[.]

TR ƯỜ NG ĐẠ I H Ọ C SPKT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA C Ơ KHÍ ĐỘ NG L Ự C Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ

Họ và Tên SV: Phan Thành Lợi MSSV: 20145549

❖ Số liệu ban đầu

Loại động cơ: Diesel (buồng đốt xoáy lốc, không tăng áp) Số kỳ,  4

Công suất có ích, Pmax (kW): …97 kW… Số vòng quay, n (vòng/phút): 4000

Tỉ số nén, ε: …….19,5:1………… Hệ số dư lượng không khí, α: … 1,4……

PHẦN 1: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT

TRONG 1.1THÔNG SỐ CHO TRƯỚC

-Tính Toán Động Cơ: Diesel (buồng đốt xoáy lốc)

-Công suất có ích : Pmax: 97kW/4000 rpm

1.2.2Nhiệt độ không khí nạp mới (T0):

Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môi trường, nơi xe được sử dụng Điều này hết sức khó khắn đối với các xe thiết kế sử dụng ở những vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ trong ngày lớn.

Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là t kk = 29𝐶,

do đó : T0 = (t kk + 273)= 302 K.

1.2.3Áp suất khí nạp trước xuppap nạp ( p k):

p k = p0 = 0,1013 (MN/m2)

1.2.4Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (T k):

Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp của động cơ có bốn kỳ không tăng áp:

T k = T0 = 302K.

1.2.5Áp suất cuối quá trình nạp (p a):

Động cơ bốn kì không tăng áp: p a = (0,8 ÷ 0,95).p0 (MN/m2), ta chọn:

Đối với động cơ Diesel thì T r = (700 ÷ 900)K, ta chọn T r =800K

1.2.8Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới ( ∆T ):

Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xilanh của động cơ do tiếp xúc với vách nóng lên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ ΔT.

Đối với động cơ Diesel thì, ∆T = 20 ÷ 40oC, ta chọn ∆T =30oC.

1.2.9Chọn hệ số nạp thêm ( λ1 ):

Hệ số nạp thêm biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp khí công tác sau khi nạp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ ở thể tích Va.

Hệ số nạp thêm thường được chọn trong giới hạn λ1 = 1,02 ÷ 1,07, ta chọn : λ1 = 1,03.

1.2.10Chọn hệ số quét buồng cháy (λ2):

Đối với những động cơ không có quét buồng cháy nên chọn λ2 = 1.

1.2.11Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (λ t ) :

Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp ⍺ và nhiệt độ khí sót Tr Theo thực nghiệm: đối với động cơ Diesel có: ⍺ = 1,25 ÷ 1,4

ta chọn: λ t = 1,12.

1.2.12Hệ số nhiệt lợi dụng tại điểm z (ξ z):

- Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá trình cháy, hay tỉ lệ lượng nhiên liệu đã cháy tại điểm Z phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ

- Bảng hệ số lợi dụng nhiệt tại Z

- Đối với động cơ Diesel ta chọn ξZ = 0,85

1.2.13Hệ số nhiệt lợi dụng tại điểm b ( ξ b ):

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.

- Bảng hệ số lợi dụng nhiệt tại b:

- Đối với động cơ Diesel ta chọn ξb = 0,9

1.2.14Chọn hệ số dư lượng không khí ( 𝛂):

Hệ số α ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy.

- Đối với động cơ đốt trong, tính toán nhiệt thường phải tính ở chế độ công suất cực đại,

hệ số dư lượng không khí chọn trong pham vi cho trong bảng sau:

- Ta chọn hệ số dư lượng không khí thuộc loại động cơ Diesel buồng đốt xoáy lốc có α=1,4

1.2.15Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (φ d):

- Hệ số điền đầy đủ đồ thị công φd đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực tế so với đồ thị công tính toán.

- Hệ số điền đầy đủ đồ thị φd chọn theo số liệu kinh nghiệm theo bảng sau

- Đối với động cơ Diesel có buồng cháy ngăn cách ta chọn φd = 0,94

Tính toán nhiệt nhằm xác định các thông số của chu trình lý thuyết và các chỉ tiêu kinh tế,

kỹ thuật của động cơ Đồ thị công chỉ thị của động cơ được xây dựng trên cơ sở các kết quả tính toán nhiệt và là các số liệu cơ bản cho các bước tính toán động lực học và tính toán thiết kế động cơ tiếp theo.

Trình tự các bước tính toán nhiệt

η v= 1

19,5−1 302302+30 0,0861050,1013 .[19,5 ×1,03−1,12× 1( 0,11

0,086105)1

1,5] =0,7843 -Hệ số khí sót (𝛾r) :

- Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:

Ta=

( Tk+ ΔT ) +λt.γr.Tr. ( pa

pr)(m−1 m )1+γr

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

Khi α > 1 tính cho động cơ Diesel theo công thức sau

Xác định chỉ số nén đa biến trung bình : n1

Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định một cách gần đúng theo phương trình cân

bằng nhiệt của quá trình nén, ta có:

- Áp suất quá trình nén : p c = p a ε n1 = 0,086105 19,51,3656 = 4,9738 MPa

- Nhiệt độ cuối quá trình nén: T c = T a ε n1 −1 = 346,095.19,51,3656−1 = 1025.255K

Thay các số liệu vào công thức trên ta tính được:

- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg dầu diesel: Mo = 0,4946 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑘

- Lượng khí nạp thực tế nạp vào xi lanh M1

- Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β

ξ b= 0,850,9 : Phần nhiên liệu đã cháy tại Z

- Tổn thất nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn ∆ Q H

Đối với động cơ Diesel α >1, ∆ Q H=0

- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại Z

- Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz

Đối với động cơ Diesel được tính theo công thức

0,85.42530

 T z=2905,7K

-Áp suất cuối quá trình cháy

-Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót

T r =T b ¿959,59

- Sai sốT T r

r=|959,59−800|

1.3.5Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình:

- Áp suất chỉ thị trung bình tính toán (ρi’):

- Tính suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị (gi)

1.3.6Tính toán các thông số kết cấu của động cơ:

- Thể tích công tác 1 xi lanh (Thực tế)

BẢNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN NHIỆT

4 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung

bình của hỗn hợp khí trong

quá trình nén

7 Tỷ số nén đa biến trung bình 1,3656

9 Nhiệt độ cuối quá trình nén 1025,255

10 Lượng không khí lý thuyết

13 Hệ số biến đổi phân tử khí lý

18 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung

bình của môi chất tại điểm z

19,8379+0,002113T

19 Nhiệt độ cuối quá trình cháy 2905,7

20 Áp suất cuối quá trình cháy 9,9476

23 Chỉ số giãn nở đa biến trung

BẢNG KẾT QUẢ CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHU TRÌNH

STT Kết quả các thông số đặc trưng của

chu trình

1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán 1,312

2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế 1,233

+ Từ tâm O’ ta vẽ các tia hợp với đường kính nửa vòng tròn tâm O các góc

+ Từ giao điểm các tia cắt nửa đường tròn tâm O, ta dóng các đường song song, cắt đồ thị công tại c’, r’, a’, b’, r’’.

Ta có các điểm đặc biệt như sau:

Điểm c’’ lấy trên đoạn cz’ với cc’’ = cz’/3

Điểm b’’ là trung điểm đoạn ab.

Nối tất cả các điểm trên lại thành một đường cong liên tục ta được đồ thị của động cơ tính toán.

+ Hiệu đính phần đường cong của quá trình cháy trên đồ thị công:

Ở động cơ diesel, điểm z’ có tọa độ (V z , p z)

Điểm z’’ là trung điểm đoạn thẳng qua z’ song song trục tung và cắt đường cong giãn nở tại điểm c’

- Dựng đường cong quá trình cháy

+ Quá trinh cháy trễ: Đặt áp suất tại vị trí góc quay trục khuỷu là 340° là Pc’ Nội suy đường cong từ 340°đến 360° (phun nhiên liệu sớm 20°) với áp suất tăng từ giá trị P’c đến

giá trị áp suất pc Như vậy ta có được đường cong nén.

+ Quá trinh cấp nhiệt đăng tích: Sau giai đoạn cháy trễ, thì màng lửa đa lan rộng làm cho

áp suất trong buồng đốt tăng nhanh từ pc đến pz trong khi piston vẫn ơ vị trí điểm chết trên (thể tích không đổi), nên quá trình này gọi là quá trình cấp nhiệt đẳng tích.

+ Quá trinh cấp nhiệt đăng áp: Khi màng lửa đã lan rộng và piston đang bắt đầu đi xuống thì dầu với áp lực cao vẫn tiếp tục phun vào buồng đốt, trong giai đoạn này mặc dù dầu tiếp tục được phun vào nhưng piston đang đi xuống nên áp xuất trong buồng đốt hầu như không đổi, quá trình này gọi là quá trình cấp nhiệt đẳng áp

-Dựng đường cong cháy dãn nở

Áp suất sinh ra sau quá trình cấp nhiệt hỗn hợp (cấp nhiệt đẳng tích và cấp nhiệt đẳng áp) với giá trị lớn nhất tại vị trí sau ĐCT 12° đẩy piston đi xuống làm quay trục khuỷu khi cháy được dãn nở theo chỉ số dãn nở đa biến n2 = 1,2682

Tương tự như quá trình nén, ta có:

+ Quá trinh thải cưỡng bức: Sau khi đến điểm chết dưới, piston tiếp tục đi lên điểm chết

trên và đẩy sản phẩm cháy còn lại ra ngoài.

PHẦN 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU

TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN 2.1Động Học Của Piston

Chú thích trên hình 1.21 :

x – chuyển vị của piston tính từ ĐCT theo góc quay trục khuỷu

L – chiều dài thanh truyền

R – bán kính quay của khuỷu trục

α - góc quay của khuỷu trục

β – góc lệch giữa đường tâm thanh truyền và đường tâm xylanh.

Gọi λ= R/L chính là thông số kết cấu (λ= 0,25÷0,29) Chọn λ = 0,25

Gọi λ= R Lchính là thông số kết cấu λ= R

2.1.1 Chuyển vị của piston

Áp dụng công thức gần đúng đối với cơ cấu giao tâm, ta có :

Khi trục khuỷu quay một góc αthì piston dịch chuyển được một khoảng S p so với vị trí ban đầu (ĐCT) Chuyển vị của piston trong xilanh động cơ tính bằng công thức sau:

dt =ω

V p=¿R× ω׿sin α + λ

2.sin2 α¿

V p =0,0485× 418,87 ׿sin(2α¿¿ [m/s]

Vận tốc trung bình của piston

V tb= S× n30 = (π2)×R× ω (m/s) - vận tốc trung bình của piston

Vận tốc max của piston

có lực khí thể trong xi lanh Pkt , lực quán tính chuyển động tịnh tiến Pj

Lực khí thể: P kt =(p kt − p0)× F p =( p kt − p0)× π D4 2

p0= 0,1 MPa: áp suất khí quyển.

p kt: áp suất trong xilanh động cơ

D: đường kính xi lanh động cơ.

Tuy nhiên trong quá trình tính toán thì Pkt thường được tính theo đơn vị diện tích

MN

m2

nên : P kt

F p=( p kt − p0)

2.2.2 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động:

a Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến

P j= −m j × j=−m j × R× ω2× (cosα +λ ×cos 2α¿[MN/m2]

Trong đó :

m j =m p +m A [kg/cm2] là khối lượng chuyển động tinh tiến bao gồm khối lượng nhóm

piston và thành phần khối lượng quy về đầu nhỏ thanh truyền.

R là bán kính quay của trục khuỷu.

D= 60÷100mm

Động cơ Diesel D=80÷120mm

Chú ý

Piston, mp (g/cm2)

 Hợp kim nhôm

 Hợp kim gang

8÷15 15÷25

15÷30 25÷40

Giá trị lớn hơn đối với động

cơ có D lớn

Thanh truyền, mtt (g/cm2) 10÷20 25÷40 Giá trị nhỏ sử

dụng cho động

cơ có tỷ số S/D<1

Trục khuỷu, mk (g/cm2)

 Thép rèn

 Thép đúc

15÷20 10÷20

20÷40 15÷30

Khi đó thành phần khối lượng quy về đầu nhỏ thanh truyền (mA) và đầu to thanh truyền (mB) được tính như sau :

m j =m p +m A = (18,1875 + 0,3×30,3125 )×10-3= 0,02728 (kg/cm2) = 0,0002728(MN/m2)

P j =−m j × R× ω2× (cosα +λ×cos 2α¿[MN/m2]

= - 0,0002728×0,0485× 418,87× (cosα + 0,25×cos2α) [MN/m2]

Lực ly tâm của khối lượng chuyển động quay

Lực quán tính của khối lượng chuyển động quay tác dụng lác dụng lên đường tâm

má khuỷu có độ lớn :

P k=−m r × R× ω2=const

Trong đó :

m r =m k +m B: là khối lượng chi tiết chuyển động quay của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

và bằng khối lượng chuyển động quay của trục khuỷu cộng với khối lượng quy về đầu to thanh truyền.

m r =m k +m B=( 18,1875 + 0,7×30,3125)×10-3 = 0,03941(kg/cm2) = 0,0003941 (MN/m2)

P k = - 0,0003941×0,0485×418,872

= - 3,3536 [MN/m2]

ĐỒ THỊ

370 0.044634 9.555808370.62

67 56 5453.12

0.833

2.9014

1.666

2.9000

2.5 0.007865

2.8975

3.333

2.8941

4.166

2.8843

5.833

333 0.00464

2.8779

6.666

2.8706

7.5 0.002865

2.8623

8.333

2.8530

9.166

2.8428

11.66

2.8065

2.7925

13.33

2.7776

14.16

2.7618

2.7451

15.83

2.7274

16.66

2.7089

2.6895

2.6692

19.16

2.6481

2.6261

2.6261

26.66

2.4212

33.33

2.1695

1.8792

46.66

1.5594

53.33

1.2198

0.8705

66.66

0.5212

73.33

0.1809

0.5212

300 0.28791

0.8705

306.6

1.2198

313.3

1.5594

1.8792

326.6

2.1695

333.3

2.4212

340 2.36587

2.6261

340 2.36587

2.6261

340.8

2.6481

341.6

2.6692

2.6895

343.3

2.7274

2.7451

345.8

2.7618

346.6

2.7776

2.7925

348.3

2.8065

349.1

2.8195

351.6

2.8530

2.8623

353.3

2.8706

354.1

667 4.98035

2.8779

2.8843

355.8

2.8897

356.6

2.8975

358.3

2.9000

359.1

2.9014

2.9019

2.9019

361.8

2.8994

2.8975

363.1

2.8950

363.7

2.8920

364.3

2.8884

2.8843

365.6

2.8796

366.2

2.8744

366.8

2.8623

368.1

2.8554

368.7

2.8480

369.3

2.8401

371.2

2.8131

371.8

2.8031

2.7925

373.1

2.7814

373.7

2.7698

374.3

2.7577

2.7451

2.7451

380.2

2.6205

385.4

2.2769

395.8

2.0647

401.0

1.8309

406.2

1.5800

421.8

0.7719

427.0

0.4996

432.2

0.2331

655.8

0.6516

661.6

0.9582

1.2630

333 1.55942

679.1

1.8406

2.1002

690.8

2.3319

708.3

2.8065

714.1

2.8779

2.9019

Vd = 0.7; %Vd=Vh the tich cong tac 1 xylanh

Sp = pi*B^2/4; % dien tich piston

%Góc xupap nap mo som: 20 do Truoc DCT

%Góc xupap nap dong muon: 30 do Truoc DCD

%Góc xupap xa mo som: 40 do Sau DCD

%Góc xupap xa dong muon: 15 do Sau DCT

%Góc danh lua som: 20 do

%HIEU CHI THAI – NAP

%QUA TRINH NAP

% QUA TRINH NEN

% Diem c’ qua Z qua

% QUA TRINH GIAN NO

% HIEU CHINH GIAN NO - THAI

% QUA TRINH THAI

title( 'DO THI P-V' );

xlabel( 'The tich V (dm3)' );

ylabel( 'Ap suat P (MN/m2)' );

title( 'DO THI P-Phi' );

xlabel( 'Goc quay truc khuyu (do)' );

ylabel( 'Ap suat P (MN/m2)' );

title( 'DO THI CHUYEN VI' );

xlabel( 'Goc quay truc khuyu (do)' );

ylabel( 'Chuyen vi x (dm)' ) ;

grid on

title( 'DO THI VAN TOC PISTON' );

xlabel( 'Goc quay truc k/s) ' );

%gia toc cua piston

title( 'DO THI GIA TOC PISTON' );

xlabel( 'Goc quay truc khuyu (do)' );

ylabel( 'Gia toc J (dm/s2) ' );

title( 'DO THI Pkt Pj P1' );

xlabel( 'Goc quay truc khuyu (Do)' );

ylabel( 'Pkt (MN/m2) Pj (MN/m2) P1 (MN/m2)' );

legend( 'Pkt' , 'Pj' , 'Ph1' );

grid on

%%% lap bang pv

xlswrite( 'PvDUYET.xlsx' ,[ap(:),V(:),P(:)]);

%%% lap bang gia tri ket qua tinh toan dong luc hoc

xlswrite( 'DongluchocDUYET.xlsx' ,

[ap(:),Pkt(:),Pj(:),Phl(:)]);

%%% lap bang gia tri ket qua tinh toan dong hoc

xlswrite( 'DonghocDUYET.xlsx' ,[a0(:),X0(:),Vt0(:),J0(:)]);