Tiểu Luận Đồ Án Động Cơ Đốt Trong.docx

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á TIỂU LUẬN HỌC PHẦN ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Sinh viên thực hiên Phạm Văn Dương Ngày sinh 09/04/2002 Lớp DC OT11 10 3 Khóa 11 Khoa Cơ khí Mã sinh v[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á

TIỂU LUẬN HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Sinh viên thực hiên : Phạm Văn Dương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á

PHẠM VĂN DƯƠNG

HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Họ và tên sinh viên: Phạm Văn Dương

Ngày sinh: 09/04/2002 Khóa: 11

Lớp: DCOT11.10.3 Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Bắc Ninh, tháng 6 năm 2021Chương 1

Số liệu ban đầu

1.1.Các thông số chọn

Số liệu ban đầu cần thiết cho quá trình tính toán bao gồm:

1 Công suất động cơ Ne=140 (kw)

2 Số vòng quay của trục khủy: n=1400 (vg/ph)

3 Đường kính xi lanh: D=150mm

4 Hành trình pittong: S=180

5 Số xi lanh: i=6

6 Tỉ số nén: ε=14,5

7 Thứ tự làm việc của các xi lanh: 1-5-3-6-2-4

8 Suất tiêu thụ nhiên liệu: ge=185 (g/ml.h)

9 Góc mở sớm supáp nạp: α1=20 độ

10 Góc đóng muộn supáp nạp: α2=48 độ

11 Góc mở sớm supáp xả: β1=48 độ

12 Góc đóng muộn supáp xả: β2=20 độ

13 Chiều dài thanh truyền: Ltt=320 mm

14 Khối lượng nhóm pittong: Mpt=2,37 kg

15 Khối lượng thanh truyền: mtt = 6,62 kg

16 Kiểu động cơ:3D6; động cơ diesel thẳng hàng không tăng áp

Tốc độ trượt trung bình của piston

- áp suất môi trường Pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ Pk thay đổi theo độ cao, ở nước ta có thể chọn:

Pk=0,1 (MPa)

1.1.2 Nhiệt độ môi trường Tk

- Lựa chọn nhiệt độ môi trường theo nhiệt độ bình quân cả năm Nước ta chọn:

Tk = 273 + 240C = 297 0K

1.1.3 Áp suất cuối quá trình nạp Pa

- Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chung loại động cơ, tính năngtốc độ, đường nạp, tiết diện lưu thông…

- Đối với động cơ không tăng áp:

- Thông thường đối với động cơ DIESEl cơ  = 1,2 ÷ 1,8 ta chon t = 1,5

1.1.8 Hệ số quét buồng cháy 2

- Đối với động cơ không tăng áp : 2 = 1

- Đối với động cơ này ta chọn : T = 25o

1.1.10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z: z

- 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 khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

- Do đó z phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ

- Đối với động cơ DIESEl z = 0,65 ÷ 0,85

Ta chọn : z = 0, 78

1.1.11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b: b

- Môi chất nhận được nhiệt nên b bao giờ cũng lớn hơn z

- Thông thường đối với động cơ DIESEL

b = 0,80 ÷ 0,90 , Ta chon : b = 0,82

1.1.12 Hệ số hiệu đỉnh đồ thị công

- 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 đó không xét đến pha phối khí, tổn thất lưu động của dòng khí, thời gian chạy và tốc độ tăng áp suất…Sự sai lệch giữa chu trình thực tế và chu trình tính toán lý thuyết của động cơ DIESEL nhiều hơn của động

cơ Xăng vì vậy hệ số d của động cơ DIESEL thường chọn trị số nhỏ, thường ta chọn trong khoảng : d = 0,92 ÷ 0,97

0,038

1.(297 25).0,115

1 0.115 1,45 800.0.09 14,5.1,05 1,1.1

e e

1 0

1,04

2,1

0, 4946

M M

b Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy

Thay các giá trị đã biết và chọn n1 = 1,3678, ta được :

 1,3678 1 

8,314 1,3678 1

b a

314 ,

8 1

n

1 n a v ' v

' 1

1.2.3 Tính toán quá trình cháy

1.2.3.1 Hệ số thay đổi phần tử lý thuyết

β0

0,126 0, 004

12,163.0, 4946



 

= 1,031.2.3.2.Hệ số thay đổi thực tế

1.2.3.4 Lượng sản vật cháy

M2 = M1 + M = o.M1 = 1,03 1,04 = 1,0712 (kmol/kg.nl)1.2.3.5 Nhiệt độ tại điểm Z Tz

Tính Tz bằng cách giải phương trình cháy của động cơĐối với động cơ diesel ta có:

0 0

α 32

0 4 1

γ β

γ1

1β1

ξ z Q H

M1.(1+γ r)+(mc vc '+8 , 314 λ) T c=β z mc pz''.T z

(**)Trong đó:

v z

r z v vz

mc mc

γ

β

.1β

γ

.β

0 0

0

'' 0 ''

314,8

"

" vz 

mc

 0,2438 = 0.27 với sai số như vậy có thể chấp nhận được

Từ phương trình trên n2 = 1,2438 thỏa mãn

1.2.4.2. Áp suất cuối quá trình giãn nở

H z

T T M

β γ 1

ξ ξ

314 , 8

'' 1

"

vz

b

2.2.4.3 Nhiệt dộ cuối quá trình giãn nở

Tb = 2 1 0,2438

1949,5

z n

800 772

.100 800



% = 3,5%

 Tr thỏa mãn khoảng giá trị cho phép  15%

Vậy Tr chọn như trên là đúng

CH¦¥NG II

Tính toán động học, động lực học2.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học

Các đường biểu diễn này vẽ trên một hoành độ thống nhất tương ứng với hoành độ pittong S=2R Vì vậy đồ thị đều lấy hoành độ tương ứng với Vh của đồ thị công ( từ điểm 1Vc đến εVc )

2.1.1 Đường biểu diễn hành trình pitiong x=f(𝛂)

Vẽ theo các bước sau:

1) Chọn tỉ lệ xích góc: μ∝= 2mm

2) Chọn tỷ lệ xích μp = 0,04886 MPA/mm

3) Chọn gốc tọa độ cách gốc đồ thị công cm

4) Từ tâm O’ của đồ thị Brich kẻ các bán kính ứng với 10o,20o, ,180o

5) Gióng các điểm đã chia trên cung Brich xuống các điểm 10o, 20o, ,

180o tương ứng trên trục tung của đồ thị x=f(α) để xác định chuyển vị x tương ứng

m m

b

r

p p

T T

r

) chän ( r

r 

6) Nối các giao điểm, ta có đồ thị x=f(α)

2.1.2 Đường biểu diễn của tốc độ pittong v=f(𝛂)

Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng Tiến hành cụ thể như sau:

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

2) Vẽ vòng tròn có bán kính R λ2 , tâm O

3) Chia nửa vòng R và vòng Rλ2 thành 18 phần theo chiều ngược nhau Từcác điểm chia trên vòng 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 vòng tròn Rλ2 tại các điểm a,b,c,

4) Nối các điểm a,b,c, tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ thể hiện bằng đoạn thẳng song song với tung độ từ điểm cắt vòng tròn

R của bán kính tạo với trục hoành 1 góc α đến đường cong abc

Đồ thị này biểu diễn quan hệ v=f(α)

2.1.3 Đường biểu diễn gia tốc của pittong

Vẽ đường này theo phương pháp Tôle.Chọn cùng hoành độ với trục x=f(α)

jmin ; nối CD cắt trục hoành ở E; lấy EF= -3Rλω2 về phía BD Nối CF và

FD, đẳng phận định hướng CF và FD, nối 11,22,33 Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11,22,33, ta có đường cong biểu diễn quan hệ j=f(x)

3.2 Tính toán động lực học

3.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến m bao gồm:

Khối lượng nhóm pittong mpt = 2,37 kgKhối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt pittong m1 có tính toán theo công thức kinh nghiệm sau:

Thanh truyền của động cơ ô tô: m1=(0,275 ÷ 0,285).mtt

m1 =0,28 5,62

m1 = 1,5736 kg3.2.2 Khối lượng chuyển động quay:

Khối lượng chuyển động quay của 1 khuỷu bao gồm:

Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt:

m2 = mtt – m1 = 5,62 – 1,5736 = 4,0464 kg

- Khối lượng của chốt trục khuỷu mch

- Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt: m0m

2) Lực quán tính chuyển động quay p k :

Lực này tính theo công thức sau: pk = mr.Rω2

np p

p

j

p

Dùng phương pháp đồ thị vòng ta xác định được đồ thị v=f(x) Muốn chuyển đồ thị trên tọa độ độc cực này thành đồ thị v=(x) biểu diễn trên cùng tọa độ với j= f(x) , ta phải chuyển đổi tọa độ qua đồ thị Brich Cách làm nhưsau

- Đặt giá trị của v này trên các tia song song với trục tung nhưng suất phát từ các gốc α tương ứng trên đồ thị Brich

- Nối các điểm mút ta có đường v=f(x) Khi đó, điểm Vmax ứng với điểm j=0

3.2.6 Vẽ đồ thị công p-v

Bước 1: Xác định các điểm trên đường nén với chỉ số đa biến n1

Phương trình đường nén pVn1=const, do đó nếu gọi x là điểm bất

kỳ trên đường nén thi:

V V

  với

nx c

V i

V  ta có pnx = 1

c n

p i

Trong đó n1 là chỉ số nén đa biến trung bình xác định qua các quá trình tính toán

Bước 2: Xây dựng đường con áp suất trên đường giãn nở

Phương trình của đường giãn nở đa biến:

V V

  Ta có Vz=p.Vc đặt

gnx c

V i

V  suy ra pgnx=

2 2

. n z n

p p i

Bước 3: Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở

Ta có ε=14,5 pc=3,49 MN/m2

p=0,99 MN/m2 pz=7,329 MN/m2

n1=1,3678 Vc=14,5−13,18 =0,235 dm3

2,69 19,74 0,05 0,367 7,5

2,82 122,6 12 29,93 0,033

4

0,1166

vậy các điểm đặc biệt đó là:

r(Vc;pr)=(0,235;0,115) a(Va;Pa)=(3,415;0,09)b(Va;pb)=(3,415;0,26S) c(Vc;pc)=(0,235;3,49)z(Vz;pz)=(0,235;7,329)

chọn tỷ lệ xích μp=0,04886 (N/mm2)

μα = 1,285 ( độ/ mm)

Vẽ đồ thị Brich trên đồ thị công Vẽ đường tròn lấy bán kính R, đường kính AB= S= 2R

Tức lấy ½ đoạn Vc đến Va trên biểu đồ

Lấy về phía bên phải tâm O ( phía ĐCD) trên AB một đoạn OO’ sao cho OO’=Rλ/2

Từ O’ kẻ sang các tia từ trái sang phải ứng với các góc từ 0o, 10o, 20o, ,180o Cáctia này cắt vòng tròn Brich và cắt đồ thị công

Từ đó xác định các điểm:

Góc phun sớm c’

Mở sớm b’, đóng muộn r’’ xupap thải

Mở sớm r’, đóng muộn a’ xupap nạp

* Hiệu chỉnh đồ thị công

Áp suất cực đại Pmax=0,9pz= 0,9.7,329=6,5861 Mpa

Trên đoạn cy lấy c’’ sao cho c’’c= 1/3 cy

Trên đoạn yz lấy z’’ sao cho z’’y= 1/2yz

Trên đoạn ba lấy b’’ sao cho b’’= ½ ba

giá trị của đường pT chính là khoảng cách pj với đường biểu diễn pkt của các quátrình nạp,nén,cháy giãn nở và thải của động cơ.

Khai triển đường pj = f(x) thành pj = f(α) cũng thông qua Brich để chuyển tọa độ.Nhưng ở P-α, phải đặt đúng vị trí âm dương của pj

3.2.8.Vẽ đồ thị pT = f(𝛂)

Như ta đã biết pT = pkt + pj Vì vậy ta đã có pkt = f(α) và pj = f(α) việc xây dựng đường pT = f(α) chỉ là việc cộng tọa độ các trị số tương ứng của pkt và pj Kết quả:

l Pk

T Ptt

N

Z

Ptt O

Vẽ hai đường này theo các bước sau:

- Bố trí hoành độ α ở phía dưới đường pkt , tỷ lệ xích μα =3 (độ/mm)

sin (α+ β)

cos

cos(α +β) cos β

sin (α+ β)

cos

cos(α +β) cos β

sin (α+ β)

cos

cos(α +β) cos β

α PT T Z

0,999995006

550

33,77

-0,121992578 -4,12

0,99366906

Khi trục khuỷu của xylanh thứ 1 nằm ở vị trí α1 = 0o

Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí α2 = 240o

Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí α3 = 480o

Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí α4 = 120o

Khuỷu trục của xylanh thứ 5 nằm ở vị trí α5 = 600o

Khuỷu trục của xylanh thứ 6 nằm ở vị trí α6 = 360o

Tính mômen tổng T = T1 + T2 + T3 + T4 + T5 + T6

sin (α+ β)

cos

cos(α +β) cos β

Dựa vào bảng tính T ở trên, tra các giá trị tương ứng mà Ti đã tịnh tiến theo α Sau đó, cộng tất cả các giá trị Ti lại ta có các giá trị của T.

24

-31,64

36 017,07

48

0 20,99

60 0

12,07

25

-34,02

37 058,19

49

0 17,27

61 0

10,1839,68

-5,19

14 0

11,28

26 0

35,38

-38

0 74,81

50 0

3,67

-62 0

7,25 34,6

-6,21

15 0

10,01

27 0

39,17

-39

0 63,91

51 0

11,91

63 0

3,47 36,98

45,28

0,21 13,03

43,68

40,39

35,07

-43

0 41,32

55 0

4,12

7,81

12,53

-33

-18,75

45 028,56

57 0

10,93

-69 06,18

34

-10,62

46 023,96

58 0

12,44

-70 05,23

-36 017,07

48 020,99

60 0

12,07

-72 00,12

+ Ni: công suất chỉ thị của động cơ

3.3.11.ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU

- Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị sốtrung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khitính sức bền ở trục

- Đặt giá trị của các cặp (T,Z) theo các góc  tương ứng lên hệ trục toạ độ

T - Z Ứng với mỗi cặp giá trị (T,Z) ta có một điểm, đánh dấu các điểm từ 0  72 ứng với các góc  từ 00 7200 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

- Dịch chuyển gốc toạ độ Trên trục 0’Z (theo chiều dương) ta lấy điểm 0 với 00'=PRo (lực quán tính ly tâm).

+ Lực quán tính ly tâm :

P R

o=m2.R ω2

F P [MN/m2]+ m2: khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu to

m2 = 4,0464 [kg]

o

2 6 R

Ro Pr0

Xác định Qtb:

72

0 tb

2546,11

i i

nhất Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng

- Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây:

+ Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne

và tốc độ n định mức;

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200;+ Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải;

+ Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép

- Các bước tiến hành vẽ như sau:

+ Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ vòng tâm O, bánkính bất kì Chia vòng tròn này thành 24 phần bằng nhau, tức là chia theo 15o

theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, bắt đầu tại điểm 0 là giao điểm của vòngtròn O với trục OZ (theo chiều dương), tiếp tục đánh số thứ tự 1, 2, , 23 lênvòng tròn

+ Từ các điểm chia 0, 1, 2, , 23 của vòng tròn O, ta kẻ các tia quatâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải tại nhiều điểm, có bao nhiêuđiểm cắt đồ thị thì sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại điểm chia đó Do đó ta có :

ΣQ'Q'i=Q'i0+Q'i1+ +Q'in

Trong đó:

+ i : Tại mọi điểm chia bất kì thứ i

+ 0, 1, , n: Số điểm giao nhau của tia chia với đồ thị phụ tải tại 1 điểm chia.

- Lập bảng ghi kết quả Q’i

- Tính Qitheo các dòng:

Q Σi=Σ Q'0+Σ Q'1+ + Σ Q'23

- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu, chia vòng tròn thành

24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0, 1, , 23 theo chiều ngược

chiều kim đồng hồ

- Vẽ các tia ứng với số lần chia

- Lần lượt đặt các giá trị Q0, Q1, Q2, …, Q23 lên các tia tương ứng theochiều từ ngoài vào tâm vòng tròn Nối các đầu mút lại ta có dạng đồ thị mài

mòn chốt khuỷu

Chương 3 Tính bền chốt piston

SỐ LIỆU TÍNH BỀN CHỐT PISTON

2 Điều kiện làm việc

Trong quá trình làm việc, chốt pit tông chịu tác dụng của lực khí cháy, lực quán tính chuyển động tịnh tiến và làm việc ở nhiệt độ cao, khó bôi trơn do đó, chốt pit tông chóng bị màI mòn

3 Vật liệu chế tạo

Chốt pit tông được làm bằng thép hợp kim qua nhiệt luyện, mài và đánh bóng

để nâng cao khả năng chịu mài mòn bề mặt, đồng thời bên trong vẫn dẻo dai đểchịu được tải trọng thay đổi cũng như va đập

4 Cấu tạo

Đa số chốt pit tông có cấu tạo đơn giản là hình trụ rỗng hoặc ngoài là hình trụ, còn mặt trong là lỗ thẳng, lỗ bậc, lỗ côn để giảm trọng lượng

Chốt pit tông

5 Phương pháp lắp ghép chốt pit tông

Chốt pit tông được lắp ghép với pit tông và đầu nhỏ thanh truyền theo ba

phương pháp sau:

a Lắp cố định với pit tông bằng một vít hãm (hình 20 - 18 a)

Với phương pháp này, chốt phảI được lắp tự do trong đầu nhỏ thanh truyền Do không phảI giảI quyết vấn đề bôI trơn cho bệ chốt nên có thể rút ngắn được chiều dài của bệ chốt để tăng được chiều rộng của đầu nhỏ thanh truyền, giảm được áp suất tiếp xúc

Trong khi làm việc, chốt pit tông sẽ quay trong đầu nhỏ thanh truyền ưu điểm của phương pháp này là giảm được độ mòn và ít bị võng, nhưng mòn không đều, hay phát sinh va đập gây nên tiếng gõ, nên chỉ dùng đối với pit tông làm bằng gang có bạc lót bằng đồng

b Lắp cố định với đầu nhỏ thanh truyền bằng bu lông (hình 20 - 18 b)

Khi đó chốt pit tông phảI được lắp tự do trong bệ chốt Cũng như phương pháp trên, do không phảI bôI trơn cho đầu nhỏ thanh truyền nên có thể thu hẹp bề rộng đầu nhỏ thanh truyền và như vậy tăng được chiều dài của bệ chốt, giảm được áp suất tiếp xúc tại đây Tuy nhiên, mặt phẳng chịu lực của chốt ít thay đổinên tính chịu mỏi kém, chốt pit tông cũng bị mòn không đều, độ võng lớn, chế tạo và lắp ghép phức tạp, nên hiện nay ít dùng

c Lắp tự do (hình 20 - 18 c)

Lắp tự do còn gọi là lắp bơi, nghĩa là chốt pit tông không cố định trong đầu nhỏ thanh truyền và trong bệ chốt Trong quá trình làm việc, chốt pit tông có thể xoay quanh đường tâm của nó

Khi lắp ghép, mối ghép giữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng,còn mối ghép với bệ chốt là mối ghép trung gian, có độ dôI (0,01 ÷ 0,02 mm đối

với động cơ ô tô, máy kéo) Trong quá trình làm việc, do nhiệt độ cao, pít tông bằng hợp kim nhôm giãn nở nhiều hơn chốt pit tông bằng thép tạo ra khe hở ở mối ghép này nên chốt pit tông có thể xoay tự do Khi đó mặt phẳng chịu lực thay đổi nên chốt mòn đều hơn và chịu mỏi tốt hơn Vì vậy, phương pháp lắp ghép này được dùng phổ biến hiện nay Tuy nhiên, phải giải quyết vấn đề bôi trơn ở cả hai mối ghép và phải có kết cấu hạn chế dịch chuyển dọc trục của chốt

để tránh cào xước xi lanh, thông thường dùng vòng hãm tiết diện tròn ở hai đầu chốt hoặc dùng nút kim loại mềm

Các phương pháp lắp ghép chốt pit tông

a) Chốt pit tông cố định với pit tông

b) Chốt pit tông cố định với đầu nhỏ thanh truyền

c) Chốt pit tông lắp tự do

3.1 Áp suất tiếp xúc bề mặt chốt

kb =

max 1

z cp

dcp : đường kính ngoài chốt piston, dcp = 42mm=0,042m

l1 : chiều dài tiếp xúc của bệ chốt, l1 = 30mm=0,03m

Áp suất tiếp xúc cho phép : kb = ( 20÷30)MN/m2

Vậy kb trong trường hợp này thỏa mãn

3.2 Tính kiểm nghiệm bền chốt piston