ĐỒ ÁN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt đường Pa tại điểm a.. Nối điểm r trên đường thải là giao điểm giữa đường Pr và trục tung với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trìn

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 =145 (mã lực) =106,65 (Kw)

2- Số vòng quay của trục khuỷu n n =1400 (vg/ph)

7- Tỷ số nén ε ε =14,5

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

9- Suất tiêu hao nhiên liệu ge g e =185 (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 ltt =320 (mm)

13- Khối lượng nhóm pitton mpt mpt =2,37 (kg)

14- Khối lượng nhóm thanh truyền mtt mtt =5,62 (kg)

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 =po = 0,1 (MPa)

2 )Nhiệt độ môi trường :Tk

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 :pa

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 =0,9.pk =0,9.0,1 = 0,088 (MPa)

4 )Áp suất khí thải P r :

Áp suất khí thải cũng phụ thuộc giống như pa

Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi :

pr= 1,05.0,1 =0,12 (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 hh khí ở bên ngoài hay bên trong xy lanh

Vì đây là đ/c điezel nên chọn ∆T=36ºC

Ở đây ta chọn λt =1,1

8 )Hệ số quét buồng cháy λ 2 :

Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta chọn λ2 =1

9 )Hệ số nạp thêm λ 1

Hệ số nạp thêm λ1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thông thường ta có thể

chọn λ1 =1,02÷1,07 ; ta chọn λ1 =1,05

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

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξz phụ thuộc vào chu trình công tác của đọng cơ Với đây là đ/c điezen nên ta chọn ξz=0,77

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

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξb tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động cơ điezel ξb bao giờ cũng lớn hơn ξz

pa)(

1

m)

Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5

Chọn m =1,5

γr = 1 297 36 

800

 0,12

0, 088

1 1,46

1 0,12

2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a

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

Ta=

1 K

1

m m a

t r r

r r

a

p p

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

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

  (kmol/kg) nhiên liệu

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

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

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

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

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hh trong quá trình nén —

mc'v tính theo công

' '2

v v

1

r r

a'v =19,841 ; b'v =0,00211

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

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 n1 tăng hay giảm theo quy luật sau :

Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n1 tăng.Chỉ số nén

đa biến trung bình n1 được xác bằng cách giải phương trình sau :

n1-1 =

 1 

'

1 '

8,314

2

n v

b

Chú ý :thông thường để xác định được n 1 ta chọn n 1 trong khoảng 1,340÷1,390

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

Vì vậy ta chọn n1 theo điều kiện bài toán cho đến khi nao thõa mãn điều kiện bài toán :thay n1 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

Sau khi chọn các giá trị của n1 ta thấy n1 =1,3678 thõa mãn điều kiện bài toán

5 )Áp suất cuối quá trình nén P c :

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

Pc = Pa εn1

= 0,088 1,3678

14,5 = 3,4119(MPa)

6 )Nhiệt độ cuối quá trình nén T c

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

Tc = Ta εn1 -1

= 351,3 1,3678 1

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

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

Mc =M1M r M1.(1 r)  0,9732.(1 0, 04094) 1, 013  

2.3 )Tính toán quá trình cháy :

1 )Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β 0 :

Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β0 được xác định theo công thức :

β0 = M2

M1 = M1+ΔM

M1 = 1+ ΔM

M1 Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau:

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 z : (Do cháy chưa hết )

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

βz = 1 + β0-1

1+γr χz Trong đó

5 )Nhiệt độ tại điểm z T z :

* Đối với động cơ điezel,tính nhiệt độ T z bằng cách giải pt cháy :

ta có:avz'' 20,58169;bvz"0, 00255 Chỉnh lý lại ta có :

6 )Áp suất tại điểm z p z :

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

pz =λ Pc ( MPa )

Với λ là hệ số tăng áp

λ= βz Tz

Tc

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 1,5 ÷2

Qua quá trình tính toán ta tính được ρ = 1,654 thõa mãn điều kiện ρ < λ

Đối với động cơ điezel QH*= QH QH = 42.500 (kJ/kg n.l)

Qua kiệm nghiêm tính toán thì ta chọn đươc n2 =1,2438.Thay n2 vào 2 vế của pt trên ta so sánh ,ta thấy sai số giữa 2 vế <0,2% nên n2 chọn là đúng

4 )Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b :

Tb= Tz

δn2 –1 = 1926, 71,2438 1043

5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p b :

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

Qua tính toán thực nghiệm ta tính được P'i = 0,6484(MPa)

195,570,9732.0, 6160.297  (g/kW.h)

4 )Hiệu suất chỉ thi η i :

5 )Áp suất tổn thất cơ giới P m :

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 :

có sự chênh lệch nhiều nên có thể chấp nhận được

7 )Hiệu suất cơ giới η m :

Ta có sai số so với đề bài là :0,07617(mm)

III ) Vẽ và hiệu đính đồ thị công :

Căn cứ vào các số liệu đã tính p r , p a , p c , p z , p b ,n 1 , n 2 , ε ta lập bảng tính đường

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

Vc : Dung tích buồng cháy

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

- Phương trình đường nén đa biến :

n 1 : Chỉ số nén đa biến trung bình n1 = 1,3678

P c : Áp suất cuối quá trình nén P c = 3,4119 ( MPa)

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

- Phương trình của đường giãn nở đa biến :

n 2

n 2 : Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 = 1,2438

P z : Áp suất tại điểm z : P z = 6,141 (MPa)

n 2 Giá trị biểu diễn :

1

0.23562 3.4119 138.8871  =1,700

R = S

2

180 90

2  ( mm ) Giá trị biểu diễn của R trên đồ thị :

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 β2 , bán kính

này cắt đường tròn tại điểm a’ Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt

đường Pa tại điểm a Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa đường Pr 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 Pc đã tính Theo kinh nghiệm , áp suất cuối quá trình nén thực tế P’c được xác

định theo công thức sau :

Vì đây là động cơ điezel :

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 zmax thực tế

Áp suất pzmax thực tế trong quá trình cháy - giãn nở không duy trì hằng số như động cơ điezel ( đoạn ứng với ρ.Vc ) 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 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

- 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 β1,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 Pb’’ 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 :

O' O

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 Vh của độ thị công ( từ điểm 1.Vc đến ε.Vc )

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 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

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 :

V= 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 :

Vậy ta được giá trị biểu diễn jmax là :

ax

m

j gtbd =

Lớp ĐH ÔTÔ A- k4 Sinh viên : Vũ Đình Công 21

0

2 3

15 16 17 1

18

0 2

4 68 12 9

13 15 17

O O'

0 C

D

B E

x= f( α)

II )Tính toán động học :

2.1 )Các khối lượng chuyển động tịnh tiến :

- Khối lượng nhóm piton mpt = 2,37 Kg

- Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston

+ ) Khối lương thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m1 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 nghiệm sau :

Đối với động cơ điezel 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 :

m2 = (mtt–m1) = 5,62– 1,57= 4,05 (Kg )

- Khối lượng của chốt trucj khuỷu : mch

mch = π (dch2–δch2).lch

Trong đó ta có :

dch : Là đường kính ngoài của chốt khuỷu : 85 (mm )

δch : Là đường kính trong của chốt khuỷu : 44 (mm )

lch : Là chiều của chốt khuỷu : 70 (mm )

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

rmk bán kính trọng tâm má khuỷu : 56 (mm )

R :bán kính quay của khuỷu : R = S /2= 180/2 =90 (mm)

2.3 ) Lực quán tính :

Lực quán tính chuyển động tịnh tiến :

α radians A =cos α + λ.cos 2α P j = 7610,51385 ( cos α + λ.cos 2α )

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 po ở đồ thị công và vẽ đường -P j=ƒ(x) (tức cùng chiều với j = ƒ(x))

Ta tiến hành theo bước sau :

1 ) Chọn tỷ lệ xích để của P j là μp (cùng tỉ lệ xích với áp suất pkt ) (MPa/mm),

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

Chú ý :

Ở đây lực quán tính p j 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

0, 0174