ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG D4V4-0515

ta chọn 12 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt : Đối với động cơ diesel tăng áp thường thì ,ở trên ta đã chọn .vậy chọn 13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z: Hệ số lợi dụng nhiệt là thông số biểu thị

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển mạnh cả về số lượng và chấtlượng, nó đóng góp một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội, khoahọc công nghệ Mặc dù hiện nay khoa học công nghệ đã đạt được những thành tựuđáng kể về động cơ đốt trong nhưng tất cả đều dựa trên nguyên lý cơ bản của động

cơ cổ điển, nó là nền tảng cơ sở để chúng ta tiếp tục nghiên cứu, sáng tạo, phát triểnhoàn thiện hơn nữa động cơ đốt trong

Môn học Kết cầu và tính toán động cơ đốt trong là môn học chuyên ngành động cơđốt trong với những nền tảng cơ sở về kết cấu và tính toán động cơ đốt trong mànhững sinh viên ngành động cơ đốt trong cần nắm vững

Đồ án môn học “Thiết kế động cơ đốt trong” là một đồ án quan trọng giúp cho sinhviên hiểu sâu hơn những kiến thức đã được học, nắm vững kiến thức một cách chủđộng, lý giải được các nguyên lý và các hiện tượng có liên quan

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làmviệc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất Tuy nhiên, vìbản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể không

có những thiếu sót

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy đã tận tình truyềnđạt lại những kiến thức quý báu cho em Đặc biệt, em xin gởi lời cảm ơn đến thầyNguyễn Quang Trung đã nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này

1) Áp suất môi trường:

Theo quy ước áp suất môi trường sẽ là p0= 0.1 Mpa

2) Áp suất khí nạp:

Yêu cầu của động cơ thiết kế là phải có tăng áp bằng tua bin khí vì vậy pk đượcchọn trong khoảng pk = (0.14 – 0.4) ta chọn pk = 0.14 Mpa

3) Nhiệt độ không khí nạp mới:

Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của môi trường.tachọn tkk = 250C

Vậy To = 25+273 = 298K

4) Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp T k

Đối với động cơ diesel 4 kỳ tăng áp có két làm mát ta có

Với là chênh lệch nhiệt độ trước và sau két làm mát trung gian thường có giá trịtrong khoảng chọn

Và m là chỉ số dãn nở đa biến trung bình thông thường chọn m = 1.4

Vậy ta có

5) Áp suất cuối quá trình nạp:

Đối với động cơ tăng áp pa = (0.9 – 0.96)pk chọn pa = 0.9pk = 0.9*0.14=0.126Mpa

6) Áp suất khí sót:

Đối với động cơ diesel cao tốc ta chọn pr=(1.05-1.1)pth chọn pr=1.05 pth

Trong đó pth đối với động cơ lắp tua bin tăng áp pth=(0.75-0.9)pk , ta chọn

pth=0.78pk=0.1092Mpa vậy pr=1.05*1.092=0.115Mpa

7) Nhiệt độ khí sót T r :

Giá trị Tr phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như tỷ số nén, tốc độ quayn.thường thì giá trị Tr trong khoảng Tr =(700-900) ,ta chọn Tr = 700K

8) Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới :

Mức độ sấy nóng khí nạp mới pụ thuộc vào tốc độ lưu thông của khí nạp,thời giantiếp xúc khí nạp với bề mặt nóng… đối với động cơ diesel thường thì giá trị nằmtrong khoảng ta chọn

9) Hệ số nạp thêm :

Biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp công tác với lượng khícông tác chiếm chổ ở thể tích Va thường ta chọn

10) Hệ số quét buồng cháy :

Động cơ thiết kế là động cơ tăng áp tuabin khí có ta chọn

11) Hệ số dư lượng không khí :

Đối với động cơ diesel tăng áp có hệ số dư lượng không khí ta chọn

12) Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt :

Đối với động cơ diesel tăng áp thường thì ,ở trên ta đã chọn vậy chọn

13) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z:

Hệ số lợi dụng nhiệt là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá trình cháyhay tỷ lệ lượng nhiên liệu tại điểm z.đối với động cơ diesel ta chọn 0.75

14) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b:

Đối với động cơ diesel cao tốc có tăng áp thường thì và ta chọn

Trường hợp có quét buồng cháy thì hệ số khí sót được tính bằng công thức:

Vậy

1.1.4) Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a :

Đối với động cơ diesel nhiệt độ khí nạp được tính bằng công thức:

Vậy

1.3) Tính toán các thông số của quá trình nén:

1.3.1) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:

Với loại khí là O2,N,CO và không khí thì và

Vậy

1.3.2) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy:

Đối với động cơ diesel có (đã chọn đối với động cơ tăng áp) vì vậy ta có:

1.3.4) Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 :

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc rất nhiều yếu tố như tỷ lệ hòakhí,loại buồng cháy,các thông số kết cấu động cơ chỉ số nén đa biến trung bìnhđược xác định một cách gần đúng theo phương trình cân bằng nhiệt:

Xét khi Qac=0 ta có:

Với giá trị n1=(1.32-1.39) ta dùng phương pháp mò nghiệm để giải gần đúng bằngcách cho giá trị n1 chạy trong khoảng trên đến khi vế phải trừ vế trái nhỏ hơn0.2% vậy ta tìm được n1= 1.3682,khi đó vp-vt=0.000163<0.2%

1.3.5) Áp suất cuối quá trình nén:

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

Đối với động cơ diesel ( nên :

Theo tính chất nhiên liệu, đối với nhiên liệu diesel thì H=0.126,O=0.004

Nên

1.3.8) Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế:

Do ảnh hưởng của khí sót còn lại trong xylanh nên hệ số biến đổi phân tử khí thực

tế sẽ là:

Vậy

1.3.9) Hệ số phân tử khí tại điểm z:

Với là phần nhiên liệu đã cháy tại điểm z.giả thiết số nhiên liệu đã cháy tỷ lệ với

1.4.1) Nhiệt độ cuối quá trình cháy T z :

Đối với động cơ diesel ( nên ta có phương trình:

.Với (theo yêu cầu thiết kế pz=10.9Mpa)

Suy ra :

Giải phương trình bậc hai ta được hai nghiệm chọn nghiêm dương Tz=1989.4 K

1.4.2) Hệ số giản nở sớm :

Đối với động cơ diesel có hỗn hợp cháy không đồng nhất thì:

Vậy

Như vậy động cơ diesel thỏa mãn điều kiện :

1.4.3) Hệ số giản nở sau

Ta có: =13.94

1.4.4) Chỉ số giản nở đa biến n 2 :

Ở nhiệt độ (1200-2600)K sai khác tỷ nhiệt không đáng kể vì vậy n2 được tínhnhư sau:

Với các giá trị đã tính được ở trên và , n2 có giá trị trong khoảng (1.15-1.25) vậybằng phương pháp mò nghiệm ta tìm được n2=1.223.ở giá trị này tương úng với vếphải phương trình là 0.223227 và vế trái phương trình là 0.223 vậy hai vế chênhlệch nhau không quá 0.2%

1.4.5) Nhiệt độ cuối quá trình giản nở T b

Ta có :

1.4.6) Áp suất cuối quá trình giản nở p b

Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có:Mpa

1.4.7) Nhiệt độ khí thải tính toán T rtt

Vậy ta có vậy ta chọn nhiệt độ khí thải ban đầu hợp lý

1.4.8) Thể tích công tác V h

Ta có:

Nên ta tìm được thể tích Vc theo quan hệ

1.4.9) Thiết lập đường cong nén và đường cong giản nở.

Do quá trình nén từ thể tích Va đến thể tích Vc là quá trình nén đa biến nên ta có :

 đặt nên ta có :

Ta chọn giá trị biểu diễn của thể tích Vc trên đồ thị là 10mm,vậy ta thiết lập được

tỷ lệ xích của trục hoành(trục biểu thị thể tích V)

• Xây dựng đường giản nở:

Tương tự như đường nén ta có:

Đặt ta có

Ta chọn giá trị biểu diễn của áp suất cực đại pz trên đồ thị là 218mm nên ta tínhđược tỷ lệ xích của trục tung(trục biểu thị áp suất) là:

vậy thay các giá trị đã tính ở trên đồng thời cho ta có bảng thông số sau:

Bảng 1-1: Bảng giá trị đồ thị công động cơ diesel

• Điểm cuối kỳ nạp a: có pa=0.126Mpa,Va=0.7326 lít.

• Điểm cuối kỳ nén c: có pc=6.83Mpa,Vc=0.0396 lít.

• Điểm cuối kỳ cháy z: có pz=10.9Mpa,Vz=0.0525 lít

• Điểm cuối kỳ giản nở b: có pb=0.434Mpa,Vb=0.7326 lít

- Vẽ vòng tròn Brick:

Ta chọn tỷ lệ xích của đường kính nữa vòng tròn brick là:

• Tính OO’: theo brick ta có OO’= =7.085 vậy ta có giá trị biểu diễn của OO’trên đồ thị là OO’bd=

• Xác định điểm phun sớm c’:

Từ vòng tròn brick vẽ đường thẳng qua O’ hợp với AB một góc cắt vòngtròn brick tại một điểm,từ điểm đó dóng lên đồ thị công cắt đường nén tại c’(điểmnày chính là điểm phun sớm nhiên liệu vào xylanh động cơ)

• Tương tự như xác định điểm phun sớm ta tìm được điểm mở sớm xupap nạp r’nằm trên đường thải,điểm đóng muộn xupap nạp a’nằm trên đường nén.điểm

mở sớm xupap xả b’nằm trên đường giản nở và điểm đóng muộn xupap r’’nằm trên đường nạp

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 2.1) Xác định (giải vận tốc) bằng phương pháp dùng đồ thị vận tốc.

Ta có giá trị của vận tốc piston bằng cách lấy đạo hàm của hàm chuyển vịcủa piston theo góc quay trục khuỷu vậy ta được

Ta có thể viết lại biểu thức vận tốc như sau:

Từ biểu thức (1) ta áp dụng phương pháp đồ thị vòng để giải vận tốc theotrình tự như sau:

• Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính tương ứng với giá trị biễu diễn trên bản

vẽ là

• Chia nữa vòng tròn này thành 18 phần bằng nhau(tương ứng với 1 phần là 100

góc quy trục khuỷu) đánh số 0,1,2….18

• Tại tâm O vẽ vòng tròn bán kính R2 = tương ứng với giá trị biểu diễn trên bản

vẽ là R2 = (bán kính vòng tròn này trùng với đoạn OO’ trên vòng tròn brick)

• Chia vòng tròn bán kính R2 thành 18 phần bằng nhau(tương ứng với 1phần là

200 góc quay trục khuỷu) đánh số 0,1’,2’….18’

• Từ 1 vẽ đường thẳng vuông góc với đường bán kính AB từ 1’ kẻ đường dóngsong song với AB cắt đường 1 tại một điểm,tương tự với các điểm 22’,33’…1818’.ta được một tập hợp điểm dùng đường cong liên tục nối các điểm này lại

ta được đường thể hiện vận tốc.(như hình vẽ)

11 12 13 14 15 16 17

19 1'

2' 3' 4' 5' 6'

7' 8' 9' 0'

B A

Hình 2-1: Đồ thị vận tốc

2.2) Giải gia tốc bằng phương pháp Tô Lê:

Từ chuyển vị của piston lấy đạo hàm cấp 2 của hàm chuyển vị ta được côngthức tính gia tốc:

Vậy tại (tương ứng với piston ở điểm chết trên) thì gia tốc đạt giá trị cực đại, khiđó: thay số ta được:

Chọn giá trị biểu diễn của jmax trên đồ thị là 50mm,vậy ta có tỷ lệ xích

Nên ta tính được giá trị biễu diễn của jmin=29.4mm và của EF=31mm

- Nối C với D ta được đoạn thẳng cắt trục hoành tại E từ E vẽ đoạn thẳng EFvuông góc với trục hoành có giá trị EF=31mm.

- Nối CF rồi chia đoạn EF và FD thành 7 đoạn bằng nhau và lần lượt đánh số1,2,3 và 1’,2’,3’…nối 11’,22’,33’…66’ và vẽ đường bao ta được đồ thị giatốc như hình vẽ sau:

Vậy khi piston ở điểm chết trên thì lực quán tính sẽ đạt cực đại ta có:

Và tại điểm chết dưới thì lưc quán tính có giá trị nhỏ nhất :

Để thuận tiện cho việc tính toán các thông số sau này ta cần có áp suất khíthể(áp suất dư) vì vậy ta tiến hành khai triển đồ thị công thành đồ thị pkt=f(�).cách

vẽ đồ thị khai triển tiến hành theo trình tự sau:

• Chọn tỷ lệ xích biểu diễn góc quay trục khuỷu là 20/mm vì vậy toàn bộ chutrình là 7200 sẽ ứng với 360mm biễu diễn.đặt hoành độ này nằm ngang với trục

p0 của đồ thị công trong đó p0=2mm biễu diễn

• Chọn tỉ lệ xích trục tung bằng tỉ lệ xích biểu diển của trục áp suất trên đồ thịcông

• Từ các điểm chia trên vòng tròn brick ứng với các góc 00-1800 ta dóng thẳngxuống cắt đường nạp rồi dóng qua đồ thị khai triển tương ứng với các góc độtương ứng trên trục hoành dóng lên cắt các đường dóng trước đó ta tìm đượccác giá trị tương ứng, tương tự cho đường nén với góc quay 1800-3600 đườngcháy giản nở 3600-5400 và đường thải là 5400-7200

• Do áp suất cực đại khi cháy không xuất hiện ngay ở 3600 mà muộn hơn nênhơn nữa do đồ thị công thực tế có hiệu chỉnh (có bo tròn)vậy để tăng tính chínhxác của đồ thị ta cần lấy thêm điểm 3650 và sau đó góc tăng trở lại là 100

2.5) Đồ thị khai triển lực quán tính P j

Đồ thị này có thể tiến hành theo 2 cách cách thứ nhất là làm giống với cách

vẽ đồ thị khai triển đồ thị công nhưng do độ chính xác của nó không cao nên ta cóthể tính trực tiếp giá trị của nó theo công thức Pj= -m*j

với

Sau đó lấy giá trị nhân với tỉ lệ xích ta sẽ vẽ được đồ thi Pj

Bảng giá trị Pj được liệt kê theo bảng tính sau:

Bảng 2-1: Bảng giá trị lực quán tính Pj

Đồ thị này được vẽ bằng phương pháp cộng đồ thị pkt với đồ thị Pj(cộng cácgiá trị của 2 đồ thị này tại các góc tương ứng ta tìm được đồ thị này).

Hình 2-4: Đồ thị khai triển,Pj,

2.7) Đồ thị lực tác dụng tiếp tuyến T,lực pháp tuyến Z,lực ngang N theo

Đồ thị lực tiếp tuyến được vẽ nhờ tìm giá trị của nó theo góc quay giá trị của

nó tính theo công thức

Tương tự ta tìm được các giá trị của lực pháp tuyến và các giá trị lực ngangtheo trong đó các giá trị được liệt kê theo bảng sau:

Bảng 2-3: Bảng giá trị lực T,Z,NT(mm

)

Z(mm)

N(mm)

Hình 2-5: Đồ thị lực tiếp tuyến T,lực ngang N, pháp tuyến Z

2.8) Vẽ đồ thị tổng lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu.

Đồ thị tổng lực tiếp tuyến vẽ được nhờ tính các giá trị lực tiếp tuyến tác dụnglên từng chốt khuỷu theo thứ tự làm việc của các xylanh sau đó cộng các lực tácdụng này tại các thời điểm ta có tổng lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu.vớiyêu cầu thiết kế động cơ có thứ tự làm việc là 1-3-4-2 với loại động cơ bốn kỳ nên

ta có góc công tác theo đó ta tìm được góc lệch giữa các khuỷu khi khuỷu thứnhất đang ở góc quay 00 là:,,và vậy ta có bảng giá trị tính được như sau:

Bảng 2-4: Bảng giá trị biểu diễn tổng lực tiếp tuyến

T1(mm T2(mm T3(mm T4(mm

Hình 2-6: Đồ thị tổng lực tiếp tuyến.

2.9) Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu thể hiện lực tác dụng lên chốt khuỷutại các thời điểm(góc quay)của trục khuỷu.đồ thị này là mối quan hệ của lực tiếptuyến và lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu tại các góc quay của chốt khuỷu

vì vậy đồ thị này được vẽ bằng cách : kẻ trục tọa độ với trục hoành thể hiện giá trịlực tiếp tuyến T và trục tung thể hiện giá trị lực pháp tuyến Z, lấy chiều dương củatrục Z hướng xuống qua hệ tọa độ này ta biễu diễn các giá trị T,Z tại các góc quay

ta sẽ được đồ thị lực tác dụng lên chốt khuỷu,để xác định được các vectơ phụ tảitác dụng lên chốt khuỷu sau khi vẽ xong ta tiến hành dịch chuyển gốc đồ thị theochiều dương trên trục Z một đoạn có giá trị là

trong đó: khối lượng này tính trên đơn vị diện tích đỉnh piston,vậy

nên :

Vậy giá trị biểu diễn của

Khi đó nối O với bất kỳ điểm nào trên đồ thị ta sẽ có vec tơ phụ tải tác dụng lênchốt khuỷu ở góc quay tương ứng Ví dụ cho điểm tương ứng với góc quay 3700 ởhình dưới:

Hình 2-7: Đồ thi phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

2.10) Đồ thị lực tác dụng lên đầu to thanh truyền

Đồ thị này thường được vẽ bằng cách dùng tờ giấy bóng,cách vẽ như sau:Dùng 1 tờ giấy bóng trên tờ giấy này vẽ một vòng tròn bán kính bất kỳ sao chođiểm 00 cắt đường tâm của đầu to thanh truyền(tức phía dương của trục Z trên đồthị này) và trên vòng tròn này ta lần lượt chia các điểm ứng với 10,20,30…360tương ứng với các điểm này là các góc 10+,20+30+….360+.trong đó là góc lắccủa thanh truyền nó có lúc âm lúc dương.sau đó đem tờ giấy bóng đặt lên đồ thịphụ tải tác dụng lên chốt khuỷu sao cho tâm O của vòng tròn trên tờ giấy bóngtrùng với tâm O trên đồ thị thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu sau đó thực hiệnxoay tờ giấy bóng ngược chiều kim đồng hồ để lần lượt các điểm 0,10,20,30…720trùng với trục Z(phía dương) của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu và khi đócác vec tơ Q0,Q10…Q720 sẽ xuất hiện trên tờ giấy bóng,thực hiện đánh đánh dấuđầu mút của các vec tơ này lại sau đó nối các điểm này lại thành đường cong tanhận được đồ thị phụ tai tác dụng lên chốt khuỷu.

Ngoài ra cũng dựa trên nguyên lý này ta cũng có thể vẽ được đồ thị này bằngcách lập hàm tính trên excell (dùng định lý pitago trong tam giác vuông để xácđịnh tọa độ của các điểm tương ứng với các góc ) một cách nhanh chóng,hoặc cóthể dùng thước để vẽ trực tiêp đồ thị này

2.11) Đồ thị khai triển vec tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Q-Đồ thị này được vẽ bằng 2 cách:

Cách 1: đo trực tiếp độ lớn đại số của các vec tơ phụ tải tác dụng lên chốtkhuỷu tại các góc quay tương ứng của trục khuỷu sau đó biễu diễn nó lên hệ tọa

độ với trục hoành thể hiện góc quay với tỉ lệ xích là 20/mm và trục tung thể hiện

độ lớn đại số của vec tơ Q với tỉ lệ xích bằng tỉ lệ xích của đồ thị công,sau đó nốicác điểm này lại thành đường cong trơn ta sẽ được đồ thi khai triển vec tơ phụ tảitác dụng lên chốt khuỷu Q-