Đồ án môn học động cơ đốt trong, đh cngtvt

đậm của tung độ.Sau khi vẽ đường nén và đường giản nở , vẽ tiếp đường biểu diễn đường nạp và đườngthải lý thuyết bằng hai đường thằng song song với trục hoành đi qua hai điểm pa và pr .S

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại cá nhâncũng như vận chuyển hành khách , hàng hoá rất phổ biến Sự gia tăng nhanh chóng sốlượng ôtô trong xã hội , đặc biệt là các loại ôtô đời mới đang kéo theo nhu cầu đào tạo rấtlớn về nguồn nhân lực phục vụ trong ngành công nghiệp ôtô

Sau khi học xong giáo trình ‘ động cơ đốt trong ’ chúng em được nhất là trong lĩnhvực thiết kế tổ bộ môn giao nhiệm vụ làm đồ án môn học Vì bước đầu làm quen vớicông việc tính toán , thiết kế ôtô nên không tránh khỏi những bỡ ngỡ và vướng mắc.Nhưng với sự quan tâm, động viên, giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn,cùng giáo viên giảng dạy và các thầy giáo trong khoa nên chúng em đã cố gắng hết sức

để hoàn thành đồ án trong thời gian được giao Qua đồ án này giúp sinh viên chúng emnắm được các lực tác dụng, công suất của động cơ và điều kiện đảm bảo bền của một sốnhóm chi tiết ôtô, máy kéo Vì thế nó rất thiết thực với sinh viên nghành công nghệ kỹthuật ôtô

Tuy nhiên trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng rất nhiều không tránh khỏi nhữngthiếu sót Vì vậy chúng em rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của cácthầy , các bạn để em có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn và cũng qua đó rút ra đượcnhững kinh nghiệm quý giá cho bản thân nhằm phục vụ tốt cho quá trình học tập và côngtác sau này

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội,tháng 12 năm 2015

Sinh viên thực hiện :

Trần Công Toàn

CHƯƠNG I:

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC

SỐ LIỆU BAN ĐẦU CỦA ĐỒ ÁN HỌC PHẦN MÔN HỌC ĐCĐT

CÁC SỐ LIỆU CỦA PHẦN TÍNH TOÁN NHIỆTT

I Các thông số cần chọn:

1 1 Áp suất môi trường: p k

Ở nước ta có thể chọn pk = p0 = 0,1 (MPa)

1.2 Nhiệt độ mụi trường: T k

Lựa chọn nhiệt độ môi trờng theo nhiệt độ bình quân cả năm

Nớc ta chọn: Tk = 273 + 24oC = 297 oK

1.3.Áp suất cuối quỏ trỡnh nạp: p a

độ n, hệ số cản trờn đường nạp, tiết diện lưu thụng…Vỡ vậy cần xem xột động cơ

Áp suất cuối quỏ trỡnh nạp pa cú thể chọn trong phạm vi:

Pa = (0,8 ữ 0,9).pk, chọn pa = 0,09 (Mpa)

1.4 Áp suất khớ thải: p r

chon trong phạm vi:

Pr =(1,05 ữ 1,15).pk, chọn pr = 0,107 ( Mpa)

1.5 Mức độ sấy núng mụi chất ΔTT :

hỗn hợp ở bờn ngoài hay bờn trong xilanh:

1.6 Nhiệt độ khớ sút (khớ thải): T r

triệt để thỡ nhiệt độ Tr càng thấp Thụng thường ta cú thể chon:

Tr =700 ữ 1000 0K, chọn Tr = 8500K

1.7 Hệ số hiệu đớnh tỉ nhiệt:t

Hệ số nạp thêm λ1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí Thông thường có thểchon: λ1 =1,02 ÷ 1,07, chọn λ1 =1,02

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

cơ, thể hiện lượng nhiệt phát ra đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháyhoàn toàn 1kg nhiên liệu

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

1.12 Hệ số hiệu đính đồ thị công ϕ d :

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

II Tính toán các quá trình công tác :

2.1.2.Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:

Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta được tính theo công thức:

Đối với nhiên liệu của động cơ Điêzen ta có:

C=0.87; H=0,126 ;O=0,004Thay các giá trị vào ta có:

Đối với động cơ Điêzen cần phải xét đến hơi nhiên liệu ,vì vậy:

1 0

M M

 

1 0

0.6911

1,3973

0, 4946

M M

Ta có: av"=20.69548; bv"/2=0.00261

2.2.3 :Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:

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

mc

av'=19.836; bv'/2=0.00211

a Chỉ số nén đa biến trung bình n1:

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu và thông số vậnhành như kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải trạng thái nhiệt độ

b Áp suất cuối quá trình nén pc:

Lượng môi chất công tác của quá trìng nén Mc được xác định theo công thức:

Mc=M1+Mr=M1.(1+ γ r )Thay các giá trị vào ta có: Mc =0,5183(1 0, 0246) 0,531  (kmol/kgn.l)

2.3 Tính toán quá trình cháy:

2.3.1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βalignlalignl ¿ 0 ¿¿¿ :

Ta có hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βalignl0 được xác định theo công thức:

2.3.2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: (Do khí sót)

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

Ta có hệ số thay đổi phân tử thưc tế tại điêm z ( βalignl z ) được xác định theo công thức:

2.3.5 Nhiệt độ tại điểm z (Tz ):

0,02461,0532(0,8426 ) (1 0,8426)

2.3.6 Áp suất tại điểm Z( pz):

.

p   p

Pz = λ.Pc = 1,97.4,690 = 9,2393 (MPa)

Với λ là hệ số tăng áp: λ=

βalignlz Tz

Tc =1, 04211093,161925,9 1,83

Chú ý: Hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông số chọn ,sau khi tính toán hệ số

1, 004

2.4.3 Chỉ số giản nở đa biến trung bình n2 :

 

2

8,314 1

n2 bằng cách thay giá trị n2 vừa mới chọn vào 2 vế của phương trình trên ta có:

vế trái = 0,2438 sai số =0,0004<0,2%

vế phải = 0,2434 thỏa mãn điều kiện

2.4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb:

Ta có công thức xác định nhiệt độ cuối quá trình giản nở T b:

b

(0K)2.4.5 Áp suất cuối quá trình giản nở pb :

pb= pz

δn2 1,2438

9, 2393

0,3527 13,81

(MPa)2.4.6 Tính nhiệt độ khí thải Trt :

Nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức:

Trt= Tb ( pr

pb)m−1 m

1,5 1 1.50,107

được vượt quá 15%, nghĩa là:

2.5 Tính toán các thông số chu kỳ công tác:

Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đo ta có áp suất chỉ thị trung bình thực

tế được xác định theo công thức:

pi= p

i′.ϕd 0,5873.0,97 0,569

2.5.3:Suất tiêu hao nhiên liệu gi:

Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi:

gi= 432 103 ηv pk

M1 pi Tk (g/kW.h)

3432.10 0,849.0,1

415,90,5218.0,569.297

i

(g/kW.h)2.5.4:Hiệu suất chỉ thị ηi :

Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị :

2.5.5:Áp suất tổn thất cơ giới pm :

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

vtb= S n

30 =145.220030 =10,633 (m/s)

Đối với động Điênzen cao tốc(vtb > 7 nên :

2.5.7:Hiệu suất cơ giới ηm :

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới :

ηm =❑

0,3980,569=0,699(%)2.5.8:Suất tiêu hao nhiên liệu ge:

Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là :

387,15

589,090,6572

i e

m

g g

Ta có : D kn=√4 V h

π S = √ 4 7.766 π 145 =1.199(dm)

Sai số đường kính là: ∆D= Dkn.100  Dchotruoc  119,9 120   0.1( mm )

Sai số đường kính không đươc vượt quá 0,1 mm nên thoả mãn điều kiện

III Vẽ và hiệu đính đồ thị công:

Căn cứ vào các số liệu đã tính pa , pc , pz , pb , n1 , n2 , ε ta lập bảng tính đường nén và

với Vx=i.Vc thay vào rút ra)

đậm của tung độ.

Sau khi vẽ đường nén và đường giản nở , vẽ tiếp đường biểu diễn đường nạp và đườngthải lý thuyết bằng hai đường thằng song song với trục hoành đi qua hai điểm pa và pr Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị Các bước hiệuđính như sau:

* Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công:

O O

S

gtt gtbd

114,750,6318

R R

* Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:

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

Từ điểm O ’ trên đường tròn Brick ta xác định góc đóng muộn của xupáp thải βalignl2

trục tung) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp (mm) 3.2 Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm c):

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có hiện tượng phun sớm nên thường lớn hơn

Đối với động cơ Điezen: pc ' = pc+ 1

3.3 Hiệu đính điểm phun sớm: (điểm c ’’ )

Do có hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khởi đường nén lý

thuyết tại điểm c ’’ Điểm c ’’ được xác định bằng cách: Từ điểm O ’ trên đồ thị Brick ta xác

điểm c ’’ với điểm c ’

3.4.Hiệu đính điểm đạt p zmax thực tế:

là điểm thuộc miền 3720 ÷ 3750 (tức là 120÷150 sau điểm chết trên của quá trình cháy vàgiản nở)

* Hiệu đính điểm z của động cơ Diezel:

- Xác định điểm Z từ góc 150 Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc tương

ta gióng song song với trục tung cắt đường Pz tại điểm Z

3.5 Hiệu đính 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

3.6 Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giản nở: (điểm b ’’ )

nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác

c a

I Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học:

Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một đường hoành độ thống nhất ứngvới hành

công (từ điểm 1 vc đến vc)

1.1 Đường biểu diễn hành trình piston x = f( ) :

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

c b

6'

1'

0' 7'

3'

5' 2'

7 g

5

6

e 4'

R2

V=f( 

h

B 8

với các góc 100, 200….1800

2.0.Đường biểu diễn hành trình của piston X= f(α)α))

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

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn của pittông theo phương pháp đồ thị vòng Tiếnhành theo các bước cụ thể sau :

bản vẽ

phần theo chiều ngược nhau

d Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn tâm O bán kính R kẻ các đường song songvới tung độ, các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuất phát từ các

e Nối các điểm a, b, c,….tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ piston thểhiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng tròn bán kính R tạo

đồ thị này biểu diễn quan hệ v= f( ) trên tọa độ cực

20

ĐCT

ĐCD

2.1Đường biểu diễn vận tốc của piston V=f(α)α))

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

Ta tiến hành vẽ đường biểu gia tốc của pistong theo phương pháp Toolê

Ta vẽ theo các bước sau:

Chú thích: λ thông số kết cấu động cơ

Vậy ta được giá trị biểu diễn jmax là:

max max

j j

j

gtt gtbd

j j

j

gtt gtbd

j

gtt gtbd

(mm)

dưới lấy BD = jmin; Nối liền CD cắt trục hoành tại E, lấy EF  3 R  2 về phía BD.

Nối CF và FD, chia các đoạn ra thành n phần, nối 11, 22, 33…

d Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33….Ta được các đường cong biểu diễnquan hệ j = f x( )

e

2.2Đường biểu diễn gia tốc của piston j=f(α)x)

II Tính toán động lực học :

2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:

(kg)

- Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m1:

Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m1 có thể tra trong các sổtay, 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 nghiệm sau:

+ Thanh truyền của động cơ ô tô :

thanh truyền đề bài đã cho

Vậy ta xác định được khối lượng tịnh tiến: m

m = mnpt + m1 =3,4+0,841= 4,241(kg)

2.2 Các khối lượng chuyển động quay:

Khối lượng chuyển động quay của một khuỷu bao gồm:

: Là đường kính trong của chốt khuỷu = 0 (mm)

lch: Là chiều dài của chốt khuỷu = 40 (mm)

ch

Khối lượng này tính gần đúng theo phương trình quy dẫn:

Với thông số kết cấu λ ta có bảng tính pj :

2.4 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính − pj= f ( x ) .

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo phương pháp Tôlê nhưng hoành độ

f=(x)) Tiến hành theo các bước sau :

xích μx cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = (x).

A C

1, 424

40,11 0,0355

j j

p p

p

gtt gtbd



(mm)+ Giá trị cực tiểu:

p

30 0,0355

gtbd



(mm)

C’F’ và F’D’, chia các đoạn này ra làm n phần nối 11, 22, 33… Vẽ đương bao trong tiếp

25

2.3 Đường biểu diễn v=f ( x)

x=f (α ) và v=f ( α ) (sử dụng phương pháp đồ thị vòng ).Ta tiến hành theo trình

tự sau:

1 Từ tâm các điểm đã chia độ trên cung của đồ thị Brich ta gióng các đường songsong với trục tung tương ứng với các góc quay α=100,200,300, 1800

2 Đặt các giá trị của vận tốc v này (đoạn thẳng biểu diễn giá trị của v có một đầu

thị) trên các tia song song với trục tung nhưng xuất phát từ các góc tương ứng trên

2.6 Khai triển đồ thị công P-V thành pkt= f (α ) :

Để thuận tiện cho việc tính toán sau này ta tiến hành khai triển đồ thị công P – Vthành đồ thị pkt= f (α ) Khai triển đồ thị công theo trình tự sau :

của đồ thị công khoảng 4 ÷ 5 cm

ĐCT

ĐCD

a 2 Chọn tỉ lê xích μp đúng bằng tỉ lệ xích μp khi vẽ đồ thị công (MN/

mm)

+ Khi khai triển cần cẩn thạn ở đoạn có độ dốc tăng trưởng và đột biến lớn của p từ

c Nối các điểm xác định được theo một đường cong trơn ta thu được đồ thị biểu diễnquan hệ pkt= f (α )

2.7 Khai triển đồ thị pj= f ( x) thành pj= f (α ) .

động cơ

Nếu động cơ ở tốc độ cao, đường này thế nào cũng cắt đường nén ac Động cơ tốc độ

∑ = pkt+ pj

thải của động cơ

(thông qua vòng tròn Brich) chỉ có điều cần chú ý là ở đồ thị trước là ta biểu diễn đồ thị

− pj= f ( x) nên cần phải lấy giá trị pj cho chính xác.

2.9 Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T =f (α ) và đồ thị lực pháp tuyến Z =f ( α ) :

Theo kết quả tính toán ở phần động lực học ta có công thức xác định lực tiếp tuyến và lựcpháp tuyến như sau :

Vẽ 2 đường này theo trình tự sau :

α(độ) α(Rad) β(Rad) α+β PΣ sin(α+β)/

cosβ

cos(α+β)/

ta xác định được các giá trị cho bảng dưới đây theo

Chú ý : kiểm tra các mối tương quan sau :

2.10 Vẽ đường biểu diễn ∑ T=(α ) của động cơ nhiều xilanh :

Động cơ nhiều xilanh có mômen tích luỹ vì vậy phải xác định mômen này

Ta xác định chu kỳ của mômen tổng phụ thuộc vào số xilanh và số kỳ,

Chu kỳ này bằng đúng góc công tác của các khuỷu :

Nếu trục khuỷu không phân bố các khuỷu theo đúng góc công tác (điều kiện đồng đềuchu trình) thì chu kỳ của mômen tổng cũng thay đổi

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn ∑ T=(α ) cũng chính là đường biểu diễn

∑ M=f (α ) (do ta đãbiết ∑ M= ∑ T R ) Ta vẽ đường biểu diễn này như sau :

a Lập bảng xác định các góc αi ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc

của động cơ,chẳng hạn đối với độnh cơ 4 kỳ,6 xilanh có thứ tự làm việc 5-3-6-2-4 :

d Vẽ đường ngang xác định ∑ Ttb (đại diện cho mômen cản) trực tiếp trên

μT -là tỉ lệ xích của lực tiếp tuyến.

(Với Ne= Me.ω.ηm )

So sánh 2 giá trị ∑ Ttb và ∑ Ttbt ta có : T = 0,44 – 0,42 = 0,02  5%.

a

T

2.11.Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu :

Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốtkhuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu sau khi có đồ thị này ta có thể xác định được trị sốtrung bình của phụ tải tác dung lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớnnhất và bé nhất Dùng đồ thị phụ tải có thể xác định được vùng chịu lực lớn nhất và bénhất để từ đó xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn

- Ta tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu theo các bước :

tại bất kỳ điểm nào (ví dụ ta nối điểm 380) ta đều có :

R =60 (mm) bán kính quay của trục khuỷu

Tìm điểm tác dụng của vecto chỉ cần kéo dài véctơ về phía gốc cho đến khi gặp vòng tròntượng trưng cho bề mặt chốt khuỷu tại điểm b Rất dễ thấy rằng véctơ Q là hợp lực củacác lực tác dụng lên chốt khuỷu

⃗

Q=⃗P ko + ⃗ T +⃗Z=⃗P ko + ⃗ P tt

T

Z

2.7.Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt trục khuỷu

điểm a trên phương kéo dài của AO cắt vòng tròn tượng trưng cho mặt chốt khuỷu

2.12.Vẽ đường biểu diễn Q=f ( α ) .

b Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta lập được bảng giá trị của Q theo góc

thị phụ tải tác dụng lên chốt Lực Q không bao giờ có giá trị âm.

360

q tb

2.13 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền :

Căn cứ vào đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu để vẽ Cách vẽ xuất phát từ nhữngnguyên lý sau :

- Chiều của lực tác dụng : Q ⃗0 , Q⃗1, Q ⃗2 , … Q ⃗72 trên đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu

to thanh truyền, nhưng trị số chúng bằng nhau

khuỷu là vị trí tương ứng với góc quay α1 +βalignl1 ,  2   2 ,  3 3 … α72+ βalignl72 của

đầu to thanh truyền Đồng thời chú ý, chiều quay của đầu to thanh truyền là ngược chiềuvới chiều quay chốt khuỷu

Các bước vẽ :

a.Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên một tờ giấy bóng, tâm của đầu to thanh truyền là O.b.Vẽ 1 vòng tròn bất kỳ tâm O Giao của đường tâm thanh truyền với vòng nói trên là

khuỷu, tương ứng với các góc quay α1 +βalignl1 ,  2   2 ,  3 3 α72+ βalignl72 (chú ý dấu

của βalignl )

d Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu sao cho tâm

O của 2 đồ thị là trùng nhau Lần lượt xoay tờ giấy bống sao cho các điểm 0, 10, 20, 30,

….720 lần lượt trùng với trục +Z của đồ thị phụ tải tác dụng lênchốt khuỷu Đồng thời