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 CƠ 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 Số l[.]

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

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 (T 0):

Nhiệt độ không khí nạp mơi phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môi trường, nơi xe được sử dụng Điều này hết sức khó khắn đối vơi các xe thiết kế sử dụng ở

những vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ trong ngày lơn Nươc ta thuộc khu vực nhiệt đơi, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là t kk = 29 , do đó : T 0 = (t kk + 273)= 302 K.

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

Động cơ bốn kỳ không tăng áp:

pk = p0 = 0,1013 (MN/m2)

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

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

T k= T 0 = 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 vơi 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 mơi khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xilanh của động cơ do tiếp xúc vơi vách nóng lên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ ΔT Đối vơi 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 vơi lượng khí công tác chiếm chỗ ở thể tích Va.

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

1.2.10Chọn hệ số quét buồng cháy (λ2):

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

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

Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt phụ thuộct vào thành phần⍺ của hỗn hợp ⍺ và nhiệt độ khí sót Tr Theo thực nghiệm: đối vơi 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 ( ):

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 cự̣c 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 thự̣c 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 =

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 bươc tính toán động lực học và

tính toán thiết kế động cơ tiếp theo.

Trình tự các bước tính toán nhiệt

- 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:

-Lượng khí nạp thự̣c tế nạp vào xi lanh M 1

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

M 1 0,69244

- Hệ số biến đổi phân tử khí thự̣c tế β

- 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

+(19,8396+ 8,314.2) 1025,255=1,07785(19,8379+8,314) T z

0,69244 (1 +0,02809)

 T z =2905,7 K

-Áp suất cuối quá trình cháy

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

Pi= ε −1 [ λp ( ρ−1)+ n2−1 (1− δn2 −1 )− (1− )]

n1−1 εn1 −1

- Trong đó là hệ số tăng áp ( λ

p=

pz

=

9,9476

pc 4,9738 4,9738

- 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 (Thự̣c tế)

BẢNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN NHIỆT

4 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung

bình của khí nạp mới

5 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung 21,0341+0,0027953 T

bình của sản phẩm cháy

6 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung 19.8396+0,002114 T

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

cần để đốt cháy 1kg nhiên

liệu

11 Lượng khí nạp mới thự̣c tế 0,69244

nạp vào xylanh

13 Hệ số biến đổi phân tử khí lý 1,08475

18 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung 19,8379+0,002113 T

bình của môi chất tại điểm z

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 1,2682

BẢNG KẾT QUẢ CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHU TRÌNH

STT Kết quả các thông số đặc trưng của Ký hiệu Giá trị Đơn vị

chu trình

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

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

1.3.7Vẽ đồ thị:

Dựng và hiệu đính đồ thị công:

+ Dùng đồ thị Brich xác định điểm đánh lửa sớm hoặc phun nhiên liệu sớm (c) và các điểm phân phối khí trên đồ thị công.

+ Dự̣ng phía dưới đồ thị công nửa đường tròn có bán kính R, tâm O là trung điểm Vh

+ Lấy từ O một khoảng OO’ về phía phải, với:

+ 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’

Trong đó, thông số kết cấu λ= R L = 2L

Gía trị i chạy từ 180° đến 340° (phun dầu sớm 20°) Vẽ đồ thị với các cặp giá trị tương ứng (P xn ,V xn)

- 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 vậ̣y 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 lự̣c 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 tự̣ 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

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:

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

Lự̣c khí thể: P kt =( p kt − p0 )× F p =( p kt − p0

p0 = 0,1 MPa: áp suất khí quyển.

pkt : áp suất trong xilanh động cơ

D: đường kính xi lanh động cơ.

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

Trong đó :

m j =mp+ mA [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.

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

dụng cho động

Trục khuỷu, mk (g/cm2)

Khi đó thành phần khối lượng quy về đầu nhỏ thanh truyền (mA) và đầu to thanh

truyền (mB) được tính như sau :

Lự̣c ly tâm của khối lượng chuyển động quay

Lự̣c quán tính của khối lượng chuyển động quay tác dụng lác dụng lên đường tâm má khuỷu có độ lớn :

ĐỒ THỊ

1-0.00548 2.8843

2.6261

2.6261

3.10208 2.7451

2-5.83293 2.8975

6.53173 2.9019

5-9.86925 2.8623

6.38014 2.7451

4-

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 Pb = min(P6);

% 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

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(:)]);