đồ án động cơ đốt trong

Nhằm giúp sinh viên biết cách tính toán các thông số, giúp sinh viên học lý thuyết tốt và nắm vững các công thức tính toán cũng như kiểm nghiệm bền, đảm bảo cho một chiếc xe vận hành và hoạt động tốt.

LờI NóI ĐầU

Trong thời đại đất nớc đang trên con đờng CNH – HĐH, từng bớc phát

triển đất nớc 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 nớc ta đã có chủ trơng phát

triển một số ngành công nghiệp mũi nhọn, trong đó có ngành Cơ Khý Động Lực

Để thc hiện đợc chủ trơng đó đòi hỏi đất nớc cần phải có một đội ngũ cán bộ,

công nhân kỹ thuật có trình độ và tay nghề cao

Hiểu rõ điều đó trờng ĐHSPKT Vinh không ngừng phát triển và nâng cao

chất lợng đào tạo đội ngũ cán bộ, công nhân có tay nghề và trình độ cao mà còn

đào tạo với số lợng đông đảo đáp ứng nhu cầu nguồn nhân lực cho đất nớc

Khi đang còn là một sinh viên trong trờng chúng em đợc phân công thực

hiện đồ án “Tớnh Toỏn –Kết Cấu Động Cơ Đốt Trong” Đây là một điều kiện rất

tốt cho chúng em có cơ hội xâu chuỗi kiến thức mà chúng em đã đợc học tại

tr-ờng ,bớc đầu đi sát vào thực tế sản xuất ,làm quen với công việc tính toán thiết kế

ô tô

Trong quá trình tính toán chúng em đã đợc sự quan tâm chỉ dẫn,sự giúp đỡ

nhiệt tình của giáo viên hớng dẫn và các thầy cô giáo trong khoa cơ khí động lực

Tuy vậy nhng không thể tránh những hạn chế , thiếu sót trong quá trình tính

toán

Để hoàn thành tốt, khắc phục đợc những hạn chế và thiếu sót đó chúng em

rất mong đợc sự đóng góp ý kiến ,sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và các bạn để

sau này ra trờng bắt tay vào công việc ,trong quá trình công tác chúng em hoàn

thành công việc một cách tốt nhất

Vinh, ngày thỏng năm 2015

Sinh viên thực hiện:

Phạm Văn Tuấn

PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRèNH CễNG TÁC

TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I ) Trỡnh tự tớnh toỏn :

Loại đông cơ: 3D6-động cơ Diesel 1 hàng, không tăng áp, buồng cháy

thống nhất

1- Công suất của động cơ : Ne =150 (mã lực) = 111 kW

2- Số vòng quay của trục khuỷu : n =1600(vg/ph)

8- Thứ tự làm việc của xi lanh : (1-5-3-6-2-4)

9- Suất tiêu hao nhiên liệu : g e =192 (g/ml.h)

10- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1;α2: α1=20(độ),α2 =48 (độ) 11- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải  1 , 2: 1=48(độ), 2=20 (độ) 12- Chiều dài thanh truyền: ltt = 320 (mm)

13- Số kỳ :   4

14- Góc phun sớm : 30o

i

 

15-Khối lượng thanh truyền: mtt = 5,62 (kg)

16- Khối lượng nhóm piston: mpt = 2,37 (kg)

1.2 )Các thông số cần chọn :

1 )Áp suất môi trường :p k

Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào đông cơ (với đông cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên tachọn pk =po

Ở nước ta nên chọn pk =po = 0,1 (MPa)

2 )Nhiệt độ môi trường :T k

Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm

Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt

độ trước xupáp nạp nên : Tk =T0 =24ºC =297ºK

3 )Áp suất cuối quá trình nạp :p a

Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ ,tính năng tốc độ n ,hệ số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét đông cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa

Áp suất cuối quá trình nạp ta lấy pa =0,085 (MPa)

4 )Áp suất khí thải P :

Áp suất khí thải cũng phụ thuộc giống như p

Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi :

p= 0,1 (MPa)

5 )Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T

Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành hỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xy lanh

Vì đây là đ/c điezel nên chọn ∆T= 38 o

Ở đây ta chọn λ = 1,1

8 )Hệ số quét buồng cháy λ :

Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta chọn λ =1

9 )Hệ số nạp thêm λ

Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thông thường ta có thể chọn λ =1,02÷1,07 ; ta chọn λ =1,02

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

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ.Với đây là đ/c điezen nên ta chọn ξ=0,78

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

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là

động cơ điezel ξ bao giờ cũng lớn hơn ξ

Do đây là đ/c điezel ta chọn ξ=0,9

12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ :

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ

tính toán của động cơ xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số φ của đ/c xăngthường chọn hệ số lớn.Nhưng đây là đ/c xăng nên ta chọn φ =0,934

II )Tính toán các quá trình công tác :

2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T

Nhiệt độ cuối quá trình nạp T đươc tính theo công thức:

1 0,038

o a

30.111.10 4

0, 44 3,14.0,15 0,18

.1600.6 4



(MPa)

Vậy : M =

3 432.10 0,1.0,82

1, 41 192.0, 44.297  (kmol/kg) nhiên liệu

5 )Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M :

Lượng kk lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M được tính theo công thức :

M = .( )

12 4 32

  (kmol/kg) nhiên liệu

Vì đây là đ/c diesel nên ta chọn C=0,87 ; H=0,126; O=0,004

M = (0,87 0,126 0,004) 0, 495

12  4  32  (kmol/kg) nhiên liệu

6 )Hệ số dư lượng không khí α

Vì đây là động cơ nên :

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

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hh trong quá trình nén tính theo công thức sau :

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thong số kết cấu và thong số vận hành như kích thước xy lanh ,loại buồng cháy,số vòng quay ,phụ tải,trạng thái nhiệt độ của động cơ…Tuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau :

Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng.Chỉ sốnén đa biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau :

n-1 =

Chú ý : Thông thường để xác định được n ta chọn n trong khoảng

1,340÷1,390 Rất hiếm trường hợp đạt n trong khoảng 1,400 ÷ 1,410

→ (theo sách Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong - trang 128 )

Vì vậy ta chọn n theo điều kiện bài toán cho đến khi nao thõa mãn điều kiện bài toán :thay n vào VT và VP của phương trình trên và so sánh,nếu sai số giữa 2 vế của phương trình thõa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu

8,314 19,950 0,002.350.(15,5n  1)

8,314 19,950 0,7.(15,5n  1)

Sau khi chọn các giá trị của n ta thấy n = 1,367 thõa mãn điều kiện bài toán

5 )Áp suất cuối quá trình nén P :

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

P = P ε = 0,085.15,5 1,367 = 3,607 (MPa)

6 )Nhiệt độ cuối quá trình nén T

Nhiệt độ cuối quá trình nén T được xác định theo công thức

T = T ε = 350.15,5 1,367 1  = 957,0 ( ºK )

7 )Lượng môi chất công tác của quá trình nén M :

Lượng môi chất công tác của quá trình nén M được xác định theo công thức :

M = M+ M = M.(1  r) = 1,41.(1+0,038) = 1,464

2.3 )Tính toán quá trình cháy :

1 )Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β :

Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β được xác định theo công thức :

β = = = 1+

Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo công M của các loại động cơ được xác định theo công thức sau:

ΔM của các loại động cơ được xác định theo công M = 0,21.(1-α)M + ( +  )

Đối với động cơ Diesel thì

4 32

M

  

2 )Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót )

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

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

Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế tại điểm z β được xác định theo công thức :

Ta có lượng sản vật cháy M đươc xác định theo công thức :

M= M +ΔM của các loại động cơ được xác định theo công M = β M = 1,407.0,67 = 0, 93

5 )Nhiệt độ tại điểm z T :

6 Áp suất tại điểm z pz :

Áp suất tại điểm z pz được xác định theo công thức:

pz .pc (MPa)

Với : 1,37.1287, 213 1,843

957

z z c

T T

2

2

8,314 1

5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p :

Áp suất cuối quá trình giãn nở P được xác định theo CT :

0,001 139,819.42500 %

5 )Áp suất tổn thất cơ giới P :

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

Ta có sai số so với đề bài là :0,017 (mm)

III ) Vẽ và hiệu đính đồ thị công :

Căn cứ vào các số liệu đã tính p r , p , p , p , p ,n, n, ε ta lập bảng tính đường

nén và đường giãn nở theo biến thiên của dung tích công tác V = i.V

V : Dung tích buồng cháy

V V





 =0,219

3.1 ) Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén :

- Phương trình đường nén đa biến :

n : Chỉ số nén đa biến trung bình n = 1,367

P : Áp suất cuối quá trình nén P = 3,607 ( MPa)

3.2 ) Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở :

- Phương trình của đường giãn nở đa biến :

T T

3.4 ) Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công :

gtbd = = 90 134,93

0,667  ( mm )

3.5 ) Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị :

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

Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải β , bán kính này cắt đường tròn tại điểm a’ Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt đường P tại điểm a Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa đường P và trục tung ) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp

2 ) Hiệu định áp suất cuối quá trình nén : ( điểm c’)

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm (động cơ điezel )

và hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng ) nên thường chọn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết P đã tính Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực

tế P’ được xác định theo công thức sau :

Đối với động cơ điezel :

P’ = P + ( P - P ) = 3,607 + ( 6,647- 3,607 ) = 4,6303 ( MPa ) Từ đóxác định được tung độ điểm c’trên đồ thị công : 4,6203 186,0

0,022744

3 ) Hiệu chỉnh điểm phun sớm : ( điểm c’’ )

Do hiện tương phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết tại điểm c’’ Điểm c’’ được xác định bằng cách Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định được góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm θ, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm

Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c’’ Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’

4 )Hiệu đính điểm đạt P thực tế

Áp suất p thực tế trong quá trình cháy - giãn nở không duy trì hằng số như động cơ điezel ( đoạn ứng với ρ.V ) nhưng cũng không đạt được trị số lý thuyết như động cơ xăng Theo thực nghiệm ,điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền vào khoảng 372° ÷ 375° ( tức là 12° ÷ 15° sau điểm chết trên của quá trình cháy và giãn nở )

Hiệu định điểm z của động cơ diesel :

- Xác định điểm z từ góc 15º Từ điểm O΄trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng với 375º góc quay truc khuỷu ,bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm

Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường P tại điểm z

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

5 ) Hiệu định 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

sự diễn ra sớm hơn lý thuyết Ta xác định điểm b bằng cách : Từ điểm O’trên đồthị Brick ta xác định góc mở sớm xupáp thải β,bán kính này cắt đường tròn Bricktại 1 điểm.Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn

nở tại điểm b’

6 ) Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở : ( điểm b’’ )

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

4,6203 202,74

0,0227

c c p

p y

I ) Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học :

Các đường biểu diễn này đều vẽ trên 1 hoành độ thống nhất ứng với hành trình piston S = 2R Vì vậy độ thị đều lấy hoành độ tương ứng với V của độ thị công ( từ điểm 1.V đến ε.V )

1.1 ) Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α)

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau :

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

2 Chọn gốc tọa độ cách gốc cách độ thị công khoảng 15 ÷ 18 cm

3 Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10° ,20° ,…….180°

4 Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm

10° ,20°,…….180° tương ứng trên trục tung của đồ thị của x = ƒ(α) ta được các điểm xác định chuyển vị x tương ứng với các góc 10°,20°,… 180°

5 nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ

x = f(α)

1.2 ) Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α)

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của píton v = f(α) Theo phương pháp đồ thị vòng Tiến hành theo các bước cụ thể sau:

1.Vẻ nửa vòng tròn tâm O bán kính R ,phía dưới đồ thị x = f(α) Sát mép dưới của bản vẽ

2 Vẽ vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/2

3 Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/

2 thành 18 phần theo chiều ngược nhau

4 Từ các điểm chia trên nửa vòng tâm tròn bán kính là R kẻ các đường songsong với tung độ , các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuất

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

Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f(α) trên tọa độ độc cực

Hinh 2.1: Dạng đồ thị v = f( )

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

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston theo phương pháp Tôlê ta

vẽ theo các bước sau :

gtbd = = 3216,0758 58

55  ( mm ) -Gia tốc cực tiểu :

j = –R.ω.( 1– λ ) = 0,09.167 (1 0, 2813) 2   1803,944 ( m/s )

Vậy ta được giá trị biểu diễn của j là :

gtbd = =1803,944 33

55  ( mm ) -Xác định vị trí của EF :

II )Tính toán động học :

2.1 )Các khối lượng chuyển động tịnh tiến :

- Khối lượng nhóm piton m = 2,37 Kg

- Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston

+ ) Khối lương thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m có thể tra trong các các sổ tay ,có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệu hoặc có thể tính gần đúng theo bản vẽ

+ ) Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiêm sau :

Đối với động cơ ô tô ta có :

Hình 2.2 : Xác định khối lượng khuỷu trục

Khối lượng chuyển động quay của một trục khuỷu bao gồm :

- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt :

m = mtt - m1 = 5,26 – 3,8691 = 1,3909 (Kg)

- Khối lượng của chốt trucj khuỷu : m

m = π .ρ

Trong đó ta có :

d : Là đường kính ngoài của chốt khuỷu : 85

δ : Là đường kính trong của chốt khuỷu : 44

l : Là chiều dài của chốt khuỷu : 70

ρ : Là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu

Lực quán tính chuyển động tịnh tiến :

P = - m.j = -m.R.ω.( cos α + λ.cos 2α ) = - 8,7.10.( cos α + λ.cos 2α )

Với thông số kết cấu λ ta co bảng tính P :

2.4 ) Vẽ đường biểu diễn lực quán tính :

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo pp Tolê nhưng hoành độ

đặt trùng với đường p ở đồ thị công và vẽ đường –p =ƒ(x) (tức cùng chiều với

j = ƒ(x))

Ta tiến hành theo bước sau :

1 ) Chọn tỷ lệ xích để của p là μ (cùng tỉ lệ xích với áp suất p ) (MPa/mm), tỉ

lệ xích μ cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = ƒ(x)

Chú ý :

Ở đây lực quán tính p sở dĩ có đơn vị là MPa (tính theo đơn vị áp suất ) bởi

vì được tính theo thành phần lực đơn vị (trên 1 đơn vị diện tích đỉnh piston )để tạo điều kiện cho công việc công tác dụng lực sau này của lực khí thể và lực quán tính

2 ) Ta tính được các giá trị :