Đồ án động cơ đốt trong

LỜI NÓI ĐẦUĐộng cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thuỷ, máy bay và các máy công tác như máy phát điện, bơm nước…. Động cơ đốt trong là nguồn cung cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới. Chính vì vậy việc tính toán và thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quan trọng đối với các sinh viên chuyên ngành động cơ đốt trong.Đồ án tính toán thiết kế động cơ đốt trong đòi hỏi người thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức của các môn học cơ sở. Trong quá trình hoàn thành đồ án không những đã giúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học mà còn giúp em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên ngành của mình cũng như các kiến thức tổng hợp khác. Đồ án này cũng là một bước tập dượt rất quan trọng cho em trước khi tốt nghiệp. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất, song do những hạn chế về kiến thức cũng như những kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình làm không tránh được sai sót. Chính vì vậy em rất mong được sự đóng góp của các thầy, cô cũng như toàn thể các bạn để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Kiều Quang Thọ cũng như toàn thể các thầy giáo trong khoa đã tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành đồ án này. Sinh viên Nguyễn Việt Hùng Mục LụcPHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONGI ) Trình tự tính toán :1.1 )Số liệu ban đầu :1.2 )Các thông số cần chọn :1 )Áp suất môi trường :pk2 )Nhiệt độ môi trường :Tk 3 )Áp suất cuối quá trình nạp :pa 4 )Áp suất khí thải P r :5 )Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T 6 )Nhiệt độ khí sót (khí thải) T r 7 )Hệ số hiệu đính tỉ nhiêt λ t :8 )Hệ số quét buồng cháy λ 2 :9 )Hệ số nạp thêm λ 1 10 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ z :11 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b :12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ d :II )Tính toán các quá trình công tác :2.1 .Tính toán quá trình nạp :1 )Hệ số khí sót γ r :2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a 3 )Hệ số nạp η v :4 )Lượng khí nạp mới M 1 :5 )Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M o :6 )Hệ số dư lượng không khí α2.2 )Tính toán quá trình nén :1 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí :2 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy :3 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp :4 ) Chỉ số nén đa biến trung bình n 1:5 )Áp suất cuối quá trình nén P c :6 )Nhiệt độ cuối quá trình nén T c 7 )Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c : 2.3 )Tính toán quá trình cháy :1 )Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β 0 :2 )Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót )3 )Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β z : (Do cháy chưa hết ) 4 )Lượng sản vật cháy M 2 :5 )Nhiệt độ tại điểm z T z :6 )Áp suất tại điểm z p z :2.4 )Tính toán quá trình giãn nở :1 )Hệ số giãn nở sớm ρ : 2 )Hệ số giãn nở sau δ :3 )Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n 2 :4 )Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b :5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p b :6 )Tính nhiệt độ khí thải T rt :2.5 )Tính toán các thông số chu trình công tác 1 )Áp suất chỉ thị trung bình p i :2 )Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p i :3 )Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i :4 )Hiệu suất chỉ thi η i:5 )Áp suất tổn thất cơ giới P m :6 )Áp suất có ích trung bình P e :7 )Hiệu suất cơ giới η m :8 )Suất tiêu hao nhiên liệu g e :9 )Hiệu suất có ích η e :10 )Kiểm nghiêm đường kính xy lanh D theo công thức :III ) Vẽ và hiệu đính đồ thị công :3.1 ) Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén :3.2 ) Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở :3.3 ) Chọn tỷ lệ xích phù hợp và các điểm đặc biệt :3.4 ) Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công : 3.5 ) Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị :1 ) Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp : (điểm a)2 ) Hiệu định áp suất cuối quá trình nén : ( điểm c’)3 ) Hiệu chỉnh điểm phun sớm : ( điểm c’’ ) 4 )Hiệu đính điểm đạt P zmax thực tế 5 ) Hiệu định điểm bắt đầu quá trình thải thực tế : ( điểm b’ )6 ) Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở : ( điểm b’’ )PHẦN II : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌCI ) Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học :1.1 ) Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α)1.2 ) Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α) .1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f( x)II )Tính toán động học :2.1)Các khối lượng chuyển động tịnh tiến :2.2) Các khối lượng chuyển động quay :2.3) Lực quán tính :2.4)Vẽ đường biểu diễn lực quán tính :2.5) Đường biểu diễn v = ƒ(x)2.6) Khai triển đồ thị công P–V thành p kt =ƒ(α)2.7)Khai triển đồ thị P j = ƒ(x) thành P j = ƒ(α) 2.8) Vẽ đồ thị P Σ = ƒ(α).2.9) Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = ƒ(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = ƒ(α) 2.10)Vẽ đường biểu diễn ΣT = ƒ(α) của động cơ nhiều xy lanh.2.11) Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.2.12)Vẽ đường biểu diễn Q= f( α).Chương III :TÍNH NGHIỆM BỀN TRỤC KHUỶUI )Tính nghiệm bền trục khuỷu :1 ) Trường hợp chịu lực ( ) :2 ) Trường hợp chịu lực ( ) 2)Tính nghiệm bền cổ trục.3) Tính kiểm nghiệm bền má khuỷu.PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁCTRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONGI ) Trình tự tính toán :1.1 )Số liệu ban đầu : 1 Công suất của động cơ Ne : Ne =71 (Kw) 2 Số vòng quay của trục khuỷu n : n =1685.8 (vgph) 3 Đường kính xi lanh D : D =120(mm) 4 Hành trình piton S : S =147,5 (mm) 5 Dung tích công tác Vh : Vh = π.D2.S4 = 1,6682 (dm3) 6 Số xi lanh i : i = 4 7 Tỷ số nén ε : ε =15,3 8 Thứ tự làm việc của xi lanh : (1342) 9 Suất tiêu hao nhiên liệu ge : ge =211 (gml.h) 10 Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1 ; α2 : α1 =22 (độ) α2 =43 (độ) 11 Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải : =56 (độ) =24 (độ) 12 Chiều dài thanh truyền ltt : ltt =220 (mm) 13 Khối lượng nhóm pitton mpt : mpt =1,2 (kg) 14 Khối lượng nhóm thanh truyền mtt : mtt =2,3 (kg) 15 Góc đánh lửa sớm (phun sớm) : 19 (độ) 16 Mômen Me = 41 (kgm)1.2 )Các thông số cần chọn : 1 )Áp suất môi trường :pk 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 ta chọn pk =po Ở nước ta nên chọn pk =p0 = 0,1 (MPa) (HD ĐAMH ĐCĐT HVKTQS 27) 2 )Nhiệt độ môi trường :Tk Giá trị Tk thay đổi theo mùa và vùng khí hậu. 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 (HD ĐAMH ĐCĐT HVKTQS 27) 3 )Áp suất cuối quá trình nạp :pa Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ ,tính năng tốc độ ,hệ số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét động cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn pa : (GT NLĐCĐT 100) Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi: pa =(0,8÷0,9).pk =0,8.0,1÷0,9.0,1 = 0,0824÷0,0927 (MPa)Ta chọn: pa =0,088 (Mpa) 4 )Áp suất khí thải P r : Áp suất khí thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó thời điểm bắt đầu mở xupap thải, số vòng quay trục khuỷu và sức cản trên đường ống thải là những yếu tố quyết định. Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi : p r= (1,05÷1,1).p0 =1,05.0,103÷1,1.0,103=0,1082÷0,1133 (MPa) (GT NLĐCĐT 101) chọn P r = 0,1082 (MPa) 5 )Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T Trên đường vào xylanh động cơ, môi chất tiếp xúc với các chi tiết có nhiệt độ cao của động cơ nên nhiệt độ của nó tăng. 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 Với động cơ diezel : ∆T=20ºC ÷40ºC (GT NLĐCĐT 102) Chọn ∆T=38ºC 6 )Nhiệt độ khí sót (khí thải) T r Nhiệt độ khí sót T r phụ thuộc vào chủng loại đông cơ.Nếu quá trình giản nở càng triệt để ,Nhiệt độ T r càng thấp Thông thường ta có thể chọn : T r=700 ºK ÷ 900 ºK Chọn : T r =750 ºK (GT NLĐCĐT 102) 7 )Hệ số hiệu đính tỉ nhiêt λ t : Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiệu định .Thông thường có thể chọn λ t theo bảng sau : α 0,8 1,0 1,2 1,4 λ t 1,13 1,17 1,14 1,11 Đối với động cơ đang tính là động cơ diesel có α = 1,5÷1,8 có thể chọn λ t=1,11 (GT NLĐCĐT 103) 8 )Hệ số quét buồng cháy λ 2 :Tỉ số giữa lượng khí nạp được đưa vào xylanh trong một chu trình công tác và lượng khí nạp còn lại trong xylanh sau khi quét buồng cháy. Trường hợp không quét buồng cháy ta chọn λ 2 =1 (GT NLĐCĐT 107) 9 )Hệ số nạp thêm λ 1 Hệ số nạp thêm λ 1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí .Thông thường ta có thể chọn λ 1 =1,02÷1,07 (GT NLĐCĐT 106) ta chọn λ 1 =1,03 10 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ z :Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nội năng ở điểm z so với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ z phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ Với các loại động cơ điezen ta thường chọn : ξ z=0,70÷0,85 Chọn : ξ z=0,85 (GT LTĐCĐT 84) 11 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b : Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động cơ điezel .ξ b bao giờ cũng lớn hơn ξ zVới các loại đc điezen ta thường chọn : ξ b =0,8÷0,9 ta chọn ξ b=0,9 (GT LTĐCĐT 84) 12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ d : 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 không xét đến pha phối khí, tổn thất lưu động của dòng khí, thòi gian cháy và tốc độ tang áp suất... Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính toán của động cơ xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số φ d của động cơ xăng thường chọn hệ số lớn. Có thể chọn φ d trong phạm vi: φ d =0,92÷0,97Ta chọn φ d =0,97 (GT NLĐCĐT 195)II )Tính toán các quá trình công tác :2.1 .Tính toán quá trình nạp : 1 )Hệ số khí sót γ r : Hệ số khí sót γ r được tính theo công thức : Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến của khí sót m =1,45÷1,5 Chọn m =1,5 (GT NLĐCĐT 106,101) γr = =0,037915 2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a đươc tính theo công thức: (GT NLĐCĐT 107) ºK

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thuỷ, máy bay và các máy công tác như máy phát điện, bơm nước… Động cơ đốt trong là nguồn cung cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới Chính vì vậy việc tính toán và thiết

kế đồ án môn học động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quan trọng đối với các sinh viên chuyên ngành động cơ đốt trong.

Đồ án tính toán thiết kế động cơ đốt trong đòi hỏi người thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức của các môn học cơ sở Trong quá trình hoàn thành đồ án không những đã giúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học mà còn giúp em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên ngành của mình cũng như các kiến thức tổng hợp khác Đồ

án này cũng là một bước tập dượt rất quan trọng cho em trước khi tốt nghiệp.

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất, song

do những hạn chế về kiến thức cũng như những kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình làm không tránh được sai sót Chính vì vậy em rất mong được sự đóng góp của các thầy, cô cũng như toàn thể các bạn để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Kiều Quang Thọ cũng như toàn thể các thầy giáo trong khoa đã tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành đồ án này.

Sinh viên

Nguyễn Việt Hùng

1 )Áp suất môi trường :p k

2 )Nhiệt độ môi trường :T k

3 )Áp suất cuối quá trình nạp :p a

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

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

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

6 )Hệ số dư lượng không khí α

2.2 )Tính toán quá trình nén :

1 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí :

2 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy :

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

4 ) Chỉ số nén đa biến trung bình n:

5 )Áp suất cuối quá trình nén P :

6 )Nhiệt độ cuối quá trình nén T

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

2.3 )Tính toán quá trình cháy :

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

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

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

4 )Lượng sản vật cháy M :

5 )Nhiệt độ tại điểm z T :

6 )Áp suất tại điểm z p :

2.4 )Tính toán quá trình giãn nở :

1 )Hệ số giãn nở sớm ρ : 2 )Hệ số giãn nở sau δ :

3 )Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n :

4 )Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T :

5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p :

6 )Tính nhiệt độ khí thải T :

2.5 )Tính toán các thông số chu trình công tác

1 )Áp suất chỉ thị trung bình p' :

2 )Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p :

3 )Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g :

4 )Hiệu suất chỉ thi η:

5 )Áp suất tổn thất cơ giới P :

6 )Áp suất có ích trung bình P :

7 )Hiệu suất cơ giới η :

8 )Suất tiêu hao nhiên liệu g :

9 )Hiệu suất có ích η :

10 )Kiểm nghiêm đường kính xy lanh D theo công thức :

III ) Vẽ và hiệu đính đồ thị công :

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

3.2 ) Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở : 3.3 ) Chọn tỷ lệ xích phù hợp và các điểm đặc biệt :

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

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

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

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

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

4 )Hiệu đính điểm đạt P thực tế

5 ) Hiệu định điểm bắt đầu quá trình thải thực tế : ( điểm b’ )

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

PHẦN II : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

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

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

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

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

II )Tính toán động học :

2.1)Các khối lượng chuyển động tịnh tiến :

2.2) Các khối lượng chuyển động quay :

2.3) Lực quán tính :

2.4)Vẽ đường biểu diễn lực quán tính :

2.5) Đường biểu diễn v = ƒ(x)

2.6) Khai triển đồ thị công P–V thành p =ƒ(α)

2.7)Khai triển đồ thị P = ƒ(x) thành P = ƒ(α)

2.8) Vẽ đồ thị P = ƒ(α)

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

2.10)Vẽ đường biểu diễn ΣT = ƒ(α) của động cơ nhiều xy lanh

2.11) Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

2.12)Vẽ đường biểu diễn Q= f( α).

Chương III :TÍNH NGHIỆM BỀN TRỤC KHUỶU

3) Tính kiểm nghiệm bền má khuỷu

0

180

PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC

TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I ) Trình tự tính toán :

1.1 )Số liệu ban đầu :

1- Công suất của động cơ Ne : Ne =71 (Kw)

2- Số vòng quay của trục khuỷu n : n =1685.8 (vg/ph)

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

9- Suất tiêu hao nhiên liệu ge : ge =211 (g/ml.h)

10- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1 ; α2 : α1 =22 (độ) α2 =43 (độ) 11- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải 1 2

13- Khối lượng nhóm pitton mpt : mpt =1,2 (kg)

14- Khối lượng nhóm thanh truyền mtt : mtt =2,3 (kg)

15- Góc đánh lửa sớm (phun sớm) : 19 (độ)

16- Mômen Me = 41 (kgm)

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 ta chọn pk =po

Ở nước ta nên chọn pk=p0= 0,1 (MPa) (HD ĐAMH ĐCĐT- HVKTQS [27])

2 )Nhiệt độ môi trường :T k

Giá trị Tk thay đổi theo mùa và vùng khí hậu 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 trướcxupáp nạp nên :

Tk =T0 =24ºC =297ºK (HD ĐAMH ĐCĐT- HVKTQS [27])

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 ,hệ số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét động cơ đang tínhthuộc nhóm nào để lựa chọn pa : (GT NLĐCĐT [100])

Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi:

5 )Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T

Trên đường vào xylanh động cơ, môi chất tiếp xúc với các chi tiết có nhiệt độ cao của động cơ nên nhiệt độ của nó tăng

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

Với động cơ diezel : ∆T=20ºC ÷40ºC (GT NLĐCĐT [102])

Đối với động cơ đang tính là động cơ diesel có α = 1,5÷1,8 có thể chọn λ=1,11

(GT NLĐCĐT [103])

8 )Hệ số quét buồng cháy λ :

Tỉ số giữa lượng khí nạp được đưa vào xylanh trong một chu trình công tác và lượng khí nạp còn lại trong xylanh sau khi quét buồng cháy

Trường hợp không quét buồng cháy ta chọn λ =1 (GT NLĐCĐT [107])

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 (GT NLĐCĐT [106])

ta chọn λ =1,03

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

Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nội năng ở điểm z

so với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ Với các loại động cơ điezen ta thường chọn : ξ=0,70÷0,85

Chọn : ξ=0,85 (GT LTĐCĐT [84])

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

Với các loại đ/c điezen ta thường chọn : ξ =0,8÷0,9

ta chọn ξ=0,9 (GT LTĐCĐT [84])

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 với chu trình công tác thực tế do không xét đến pha phối khí, tổn thất lưu động của dòng khí, thòi gian cháy và tốc độ tang áp suất Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính toán của động cơ xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số φ của động cơ xăng thường chọn hệ số lớn

p p

λ γ

088 , 0

1082 , 0 1 11 , 1 03 , 1 3 , 15

1 088

, 0

1082 , 0 750

) 35 297 ( 1

=0,037915

2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T

Nhiệt độ cuối quá trình nạp T đươc tính theo công thức: (GT NLĐCĐT [107])

1

.1

m m a

r a

r

p

p T

λ γγ

T=

037915 ,

0 1

1082 , 0

088 , 0 750 037915 ,

0 11 , 1 ) 30 297

1 5 , 1

η=

1 3 , 15

1

− 297 30

297

+

1,0

088,0

1082 , 0 1 11 , 1 03 , 1 3 , 15

=0,80701

4 )Lượng khí nạp mới M :

Lượng khí nạp mới M được xác định theo công thức sau :

M1= (kmol/kg nhiên liệu )

Trong đó p là áp suất có ích trung bình được xác định thao công thức sau:

30

e e

h

N p

4.71.30

=0,7574 (MPa) (GT NLĐCĐT [202]) τ: số kì của động cơ τ= 4

i: số xylanh của động cơ i= 4

(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 :

0

1.0,21 12 4 32

Mo= = 0,49464 (kmol/kg nhiên liệu )

6 )Hệ số dư lượng không khí α

2 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy :

Khi hệ số lưu lượng không khí α >1 tính theo công thức sau:

634,1867

36,18438,427

.10.T

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:

= = a’v+ T (kJ/kmol.độ) (GT LTĐCĐT [46])

Do đó ta có:

= a’v+ T

4 ) Chỉ số nén đa biến trung bình n:

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thông số kết cấu và thông 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 gảm.Chỉ số nén đa biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau :

n-1 = (GT LTĐCĐT [65])

Chú ý :thông thường để xác định được n ta chọn n trong khoảng 1,34÷1,39

Rất hiếm trường hợp đạt n trong khoảng 1,40÷ 1,41 (NLĐCĐT [128])

Ta chọn n theo điều kiện bài toán cho đến khi nào thỏa 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

Thay n1= 1,3677 vào hai vế của phương trình ta được:

Vậy ta có sai số giữa hai vế của phương trình là nhỏ hơn 0,2%

Vậy ta có nghiệm của phương trình là n1= 1,3677

5 )Áp suất cuối quá trình nén P :

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

P = P ε = 0,088 15,31,3677 = 3,6712 (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 = 351,15 15,30,3677 = 957,48( 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 + γr)

= 0,8907.(1+0,037915) = 0,92447 (LTĐCĐT [64])

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+ (LTĐCĐT [44])

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

ΔM = 0,21.(1-α)M + ( + − )

Đối với động cơ điezel : ΔM = ( + ) Do đó β = 1 + = 1 + 1,8007.0,49464 32 004 , 0 4 126 , 0 + = 1,0368 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 : β = 1 + r x (GT NLĐCĐT [178]) Trong đó:

Nên:

4 )Lượng sản vật cháy M : Ta có lượng sản vật cháy M đươc xác định theo công thức : (GT LTĐCĐT [39]) 5 )Nhiệt độ tại điểm z T : * Đối với động cơ điezel,tính nhiệt độ T bằng cách giải pt cháy :

(GT LTĐCĐT [86]) Trong đó : Q : là nhiệt trị thấp của dầu điezel ,Q =42,5 10 ( kJ/kgn.l ) (GT NLĐCĐT [51]) :là tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy tại z là : =8,314+ (GT LTĐCĐT [86]) :là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại z được

tính theo ct : (GT LTĐCĐT [84])

Thay số vào ta được:

6 )Áp suất tại điểm z p :

Ta có áp suất tại điểm z p được xác định theo công thức :

p =λ P ( MPa )

Với λ là hệ số tăng áp

λ= β

CHÚ Ý : -Đối với động cơ điezel hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông số

chọn Sau khi tính toán thì hệ số giãn nở ρ (ở quá trình giãn nở) phải đảm bảo ρ<λ,nếu không thì phải chọn lại λ

-λ được chọn sơ bộ trong khoảng 1,2 ÷2,4 (GT NLĐCĐT [180])

Q :là nhiệt trị tính toán

Đối với động cơ điezel Q= Q ; Q = 42.500 (kJ/kg n.l)

Chọn n2= 1,22 ta được

Qua kiệm nghiêm tính toán thì ta chọn đươc n =1,22.Thay n vào 2 vế của pt trên

ta so sánh ,ta thấy sai số giữa 2 vế <0,2% nên n chọn là đúng

4 )Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T :

5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p :

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

6 )Tính nhiệt độ khí thải T :

Ta tính được T =805,4 ( ºK ).So sánh với nhiệt độ khí thải đã chon ban đầu

thõa mãn điều kiện không vượt quá 15 %

2.5 )Tính toán các thông số chu trình công tác

3 )Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g :

Ta có công thức xác định suất tiêu hoa nhiên liệu chỉ thị g: (GT NLĐCĐT [201])

(g/kW.h)

4 )Hiệu suất chỉ thi η:

Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị η :

η =3600/(gi.Qh.10^3)=0,48822

5 )Áp suất tổn thất cơ giới P :

Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và đươc 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 :

7 )Hiệu suất cơ giới η :

Ta có có thức xác định hiệu suất cơ giới:

8 )Suất tiêu hao nhiên liệu g :

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

Ta có sai số so với đề bài là :0,0005 (mm)

III ) Vẽ và hiệu đính đồ thị công :

Căn cứ vào các số liệu đã tính

r

p

, 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

Các thông số ban đầu: p = 0 ,1082 MPa ; p = 0,088 MPa; p= 3,6712 MPa

p = 7,1589MPa ; p = 0,28962MPa

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

- Phương trình đường nén đa biến :

P.V = const

Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường nén thì :

P V = P V

P = P = P =

n : Chỉ số nén đa biến trung bình n = 1,3677

P : Áp suất cuối quá trình nén P = 3,6712 ( MPa)

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

- Phương trình của đường giãn nở đa biến :

n : Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n = 1,22

P : Áp suất tại điểm z : P = 7,1589 (MPa)

Cắt đồ thị công bởi đường 0,85pz Ta vẽ đường 0,85.7,1589

Giá trị biểu diễn: =

Giá trị biểu diễn

Px=Pc/i^n1

Giá trị biểu diễn

Px=(1.5068^n2)*Pz/

(i^n2)

Giá trị biểu diễn (mm)

- Cắt đồ thị công bởi đường 0,85pz Ta vẽ đường 0.85pz

- Giá trị biểu diễn:=221 (mm)

- Giá trị biểu diễn của pr là 3,93

- Giá trị biểu diễn của pa là 3,196

- Giá trị biểu diễn của pk là 3,632

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

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 nàycắt đường tròn tại điểm a’ Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắtđường P tại điểm a Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa đường P và trụctung ) 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 :

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 điezel :

- Xác định điểm z từ góc 13º Từ điểm O΄trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng với 373º 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 đồ thị Brick

ta xác định góc mở sớm xupáp thải β,bán kính này cắt đường tron Brick tại 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 thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn

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

P= P + ( P - P ) = 0,1082 + ( 0,28962- 0,1082) = 0,1989 (MPa)

Từ đó xác định tung độ của điểm b’’ là :

y = = = 7,2 ( mm )

O' O

0

Đồ thị công chỉ thị

PHẦN II : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

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 : 7mm/100

2 Chọn hệ trục yạo độ như trong hình vẽ

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 thịvòng 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=(73,75 0,3352)/2=12,36 (mm)

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 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 bán kính là Rλ/2 tại các điểm a,b,c,…

5 Nối tại các điểm a,b,c,… Tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ piton thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng tròn bán kính Rtạo 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 :

V=

( )

f α

23456

13141516

171

180

1 2

3 4 567 8

1211 10 9

13 14 15 16 17

A

F

Hinh 2.1: Dạng đồ thị v = f(α)

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 :

2.1 )Các khối lượng chuyển động tịnh tiến :

- Khối lượng nhóm piton m = 1 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