ĐỒ án động cơ đốt trong, đại hoc công nghệ GTVT

10.6, 2.5.5: Áp suất tổn thất cơ giới p m : Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và đượcbiểu diễn bằng nhiều quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại

cá nhân cũng như vận chuyển hành khách , hàng hoá rất phổ biến Sự gia tăngnhanh chóng số lượng ôtô trong xã hội , đặc biệt là các loại ôtô đời mới đangkéo theo nhu cầu đào tạo rất lớn về nguồn nhân lực phục vụ trong ngành côngnghiệp ôtô

Sau khi học xong giáo trình ‘ động cơ đốt trong ’ chúng em được nhất làtrong linh vực thiết kế tổ bộ môn giao nhiệm vụ làm đồ án môn học Vì bướcđầu làm quen với công 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 dẫntận tình của thầy giáo hướng dẫn , cùng giáo viên giảng dạy và các thầy giáotrong khoa nên chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đồ án trong thời gianđược giao Qua đồ án này giúp sinh viên chúng em nắm được các lực tác dụng,công suất của động cơ và điều kiện đảm bảo bền của một số nhóm chi tiết ôtô , máy kéo Vì thế nó rất thiết thực với sinh viên nghành công nghệ kỹ thuậtôtô

Tuy nhiên trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng rất nhiều không tránhkhỏi những thiếu sót Vì vậy chúng em rất mong nhận được sự quan tâm đónggóp ý kiến của các thầy , các bạn để em có thể hoàn thiện đồ án của mình tốthơn và cũng qua đó rút ra được những kinh nghiệm quý giá cho bản thân nhằmphục vụ tốt cho quá trình học tập và công tác sau này

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội,tháng 06 năm 2015

Sinh viên thực hiện :

ĐÀO MẠNH CƯỜNG

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 NHIỆT

I Cỏc thụng số cần chọn:

1 1 Áp suất mụi trường: p k

Áp suất mụi trường pk là ỏp suất khớ quyển trước khi nạp vào động cơ.Với động cơ khụng tăng ỏp thỡ ỏp suất khớ quyển bằng ỏp suất trước xupỏp nạpnờn ta chọn pk = p0 Ở nước ta cú 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

Áp suất pa phụ thuộc vào rất nhiều thụng số như chủng loại động cơ, tớnhnăng tốc độ n, hệ số cản trờn đường nạp, tiết diện lưu thụng…Vỡ vậy cầnxem xột động cơ đang tớnh thuộc nhúm nào để lựa chon pa

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

Áp suất khớ thải cũng phụ thuộc vào cỏc thụng số như pa Áp suất khớ thải

cú thể chon trong phạm vi:

Nhiệt độ khớ sút Tr phụ thuộc vào chủng loại động cơ Nếu quỏ trỡnh giản

nở càng 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

λ

Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt được chọn theo hệ số dư lượng không khí α

đểhiệu đính Thông thường có thể chọn α

1.8 Hệ số quét buồng cháy λ 2 :

Động cơ tăng áp chọn λ2 =1

1.9 Hệ số nạp thêm λ 1 :

Hệ số nạp thêm λ1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí Thôngthường có thể chon: λ1 =1,02 ÷ 1,07, chọn λ1 =1,02

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

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (ξ z ) phụ thuộc vào chu trình công tác củađộng cơ, thể hiện lượng nhiệt phát ra đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát rakhi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

Với động Diesel ta thường chọn ξ z =0,70÷0,85, chọn ξz =0,728

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

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay

động cơ Điêzen Với động cơ Diesel ta thường chọn ξ b = 0,80÷0,90, chọn ξb

=0,864

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 sovới chu trình công tác thực tế , có thể chọn trong phạm vi: ϕ

.

1

2 1

t λ λ λ ε

1.(297 25).0,115

10.115 1,5750.0.09 18.1,03 1,1.1

2.1.2.Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a :

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

Ta =

r

m m

r

a r r t

p

T T

T

γ

γλ+  

1

1,5 10.09 1,5

T T k

a k

k v

1 2

1

p

g

p

10

p

V Nh

e e

.

.

V h

π

=

(MPa)

2 2 3,14.64 68 0,219 3

e e

1 244,731.0,7242.297 kmol

2.1.5.Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M 0:

Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0 được tính theocông thức:

(kmol/kg nhiên liệu)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:

126,012

87,0.21,0

1

=0,4946 (kmol/kg nhiên liệu)

2.1.6.Hệ số dư lượng không khí α

:

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

1 0

M M

α =

1 0

0.6911

1,3973

0, 4946

M M

2.2 Tính toán quá trình nén:

2.2.1:Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:

mc

=19,806+0,00209.T (kJ/kmol.độ)

Ta có: av = 19.806; bv/2 = 0.00209

2.2.2:Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình cuả sản phẩm cháy:

Khi hệ số dư lượng không khí α

>1 ,tính theo công thức sau:

1 ) 634 ,

α α

(kJ/kmol độ)Thay số vào công thức trên ta có:

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 tínhtheo công thức sau:

v r

a mc mc

2 1

+

′

= +

″ +

γ

γ

(kJ/kmol độ)Thay các giá trị vào ta có:

T

2

00211,

0836,

=

′

(kJ/kmol độ)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 vận hành như kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải trạngthái nhiệt độ của động cơ …Tuy nhiên n1 tăng giảm theo quy luật sau:

Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ làm cho n1 tăng

Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định bằng cách giải phương trình:

( 1).

.2

314.81

1 1

′+

vế phải =0,3678 thoả mãn điều kiện

b. Áp suất cuối quá trình nén pc:

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

p

1,36780,09.18 4,690

c

(0K)

d. Lượng môi chất công tác của quá trình nén Mc:

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

Mc=M1+Mr=M1.(1+γr)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

0

β

:

Ta có hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β0

được xác định theo công thức:

M

M + ∆ = + ∆

Trong đó độ tăng mol ∆M

của các loại động cơ được xác định theo công thức:

=

0 0

.

) 32 4

( 1

M

O H

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:

r

r

γ

γββ

+

+

=

10

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

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

1

1

r z

γ

ββ

+

− +

728,

2.3.4 Lượng sản vật cháy M 2 :

Ta có lượng sản vật cháy M2 được xác định theo công thức:

1 0 1

2 = Μ + ∆Μ = Μ

(kmol/kg.nl)M2=1,0437.0,5318 = 0,5550 (kmol/kg.nl)

2.3.5 Nhiệt độ tại điểm z (T z ):

Đối với động Điêzen, nhiệt độ tại điểm z (Tz ) bằng cách giải phươngtrình cháy sau:

( v ) c z v z r

, 8 )

r z

v z v

r z

mc mc

1

.1

0 0







+

++

γχβ

χβ

γχβ

''

0,0246 1,0532(0,8426 ) '' (1 0,8426) )

0,0246 1,0532(0,8426 ) (1 0,8426)

Ta có áp suất tại điểm Z( pz) được xác định theo công thức:

1, 004

2.4.3 Chỉ số giản nở đa biến trung bình n 2 :

Ta có chỉ số giản nở đa biến trung bình n 2 được xác định từ phương trìnhcân bằng sau :

)10(

2

.1

314,81

1

* 2

b z

vz vz b

z r

H z

T T M

−

=

−

βγ

ξξ

Trong đó:

T b: Là nhiệt trị tại điểm bvà xác định theo công thức:

2 1 1,2438 1

1925,9

1015, 413,81

z

T T

2

8,3141

20,8873 1925,9 1015, 40,5218 1 0,0246 1,0246 1925,9 1018,3 2

n − =

−

Chú ý: Thông thường để xác định n 2 ta chọn n 2 trong khoảng

(1,150÷1,250), (sách nguyên lý ĐCĐT – Nguyễn Tất Tiến, trang 184) vì

vậy chọn n2 = 1,2438 Kiểm tra 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 T b :

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

b

2.4.5 Áp suất cuối quá trình giản nở p b :

Áp suất cuối quá trình giản nở p b được xác định theo công thức:

n

z b

p p

b

r b rt

p

p T T

%15

%100 <

T

T T T

(thoả mãn điều kiện)

2.5 Tính toán các thông số chu kỳ công tác:

2.5.1 Áp suất chỉ thị trung bình

′

i

p

được xác định theo công thức:

Với động cơ Điêzen áp suất chỉ thi trung binh

,

1 2

1 1 1

1 1

1 1

1

c

i

n n

p

p

ε ρ

ρ λ ρ

λ

ε

(MPa)Thay số vào ta có:

,

1,3678 1 1,2438 1

Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đo ta có áp suất chỉ thị trung bìnhthực tế được xác định theo công thức:

d i

là số hiệu đính đồ thị công Chọn theo tính năng và chủng loạiđộng cơ

2.5.3: Suất tiêu hao nhiên liệu g i :

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

k i

k v i

T p M

p g

10.4321

3η

=

(g/kW.h)3

432.10 0,849.0,1

415,9 0,5218.0,569.297

i

Q

g

10.6,

2.5.5: Áp suất tổn thất cơ giới p m :

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

có tốc độ trung bình của động cơ là :

30

.n S

v tb =

= (m/s)Theo số thực nghiệm có thể tính pm theo công thức sau :

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

v

p =0,015+0,0156 p m =0,015+0,0156.10.633= 0.18

(Mpa)

2.5.6: Áp suất có ích trung bình p e :

Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theocông thức:

m i

=0,569-0,18=0,398 (MPa)Sau khi tính được pe phải so sánh với trị số pe đã tính ở phần tính toán quá trìnhnạp đã thỏa mản

2.5.7: Hiệu suất cơ giới ηm

2.5.8: Suất tiêu hao nhiên liệu g e :

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

g g

π

=

=

) ( 199 1 145

766 7

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 đườngnén và đường giản nở theo biến thiên của dung tích công tác Vx =i.Vc (Vc: dungtích buồng cháy)

n x

Sau khi vẽ đường nén và đường giản nở , vẽ tiếp đường biểu diễn đường nạp vàđường thải lý thuyết bằng hai đường thằng song song với trục hoành đi qua haiđiểm pa và pr

Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị Cácbước hiệu đính như sau:

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

Thông số kết cấu của động cơ là:

O O

S

gtt gtbd

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 thải2

β

bán kính này cắt vòng tròn Brick tại điểm a ’ ,từ điểm a ’ gióng đường song

song với trục tung cắt đường p a tại điểm a Nối điểm r trên đường thải (là giao điểm giữa đường p r và 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 áp suất cuối quá trình nén lý thuyết p c đã tính Theo kinh nghiệm áp suất

cuối quá trình nén thực tế

'

c

p

được xác định theo công thức sau:

Đối với động cơ Điezen:

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 định góc phun sớm θ

, bán kính này cắt đường tròn Brick tại một

điểm Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c ’’

Dùng một cung thích hợp nối điểm c ’’ với điểm c ’

3.4.Hiệu đính điểm đạt p zmax thực tế:

Áp suất pzmax thực tế trong quá trình cháy - giản nở điểm đạt trị số áp suất caonhất là điểm thuộc miền 3720 ÷ 3750 (tức là 120÷150 sau điểm chết trên của quátrình cháy và giản 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 góctương ứng với 3750 góc quay trục khuỷu ,bán kính này cắt vòng tròn tại mộtđiểm Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường Pz tại điểm Z

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

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 sựdiễn ra sớm hơn lý thuyết Ta xác định biểm b’ bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ

thị Brick ta xác định góc mở sớm của xupúp thải β1

, bán kính này cắt vòngtròn Brick tại một điểm Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắtđường giản nở tại điểm b’

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

Áp suất cuối quá trình giản nở thực tế

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

α

M 0

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 trình của pittông S = 2R Vì vậy đồ thị đều ứng với hoành độ tươngứng với vh của đồ thị công (từ điểm 1 vc đến ε

vc)

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

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

a. Chọn tỉ lệ xích góc: Thường dùng tỷ lệ xích (0,6 ÷ 0,7) (mm/độ)

b. Chọn gốc tọa độ cách gốc đồ thị công khoảng 15 ÷ 18 (cm)

c. Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 100, 200,….1800

d. Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 100, 200 1800

tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f( )α ta được các điểm xác địnhchuyển vị x tương ứng với các góc 100, 200….1800

e. Nối các điểm chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x = f( )α

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

ĐCT

ĐCD

c b

6'

4

1'

0' 7'

3'

5' 2'

7 g

5

6

e 4'

R2

V=f( α)

h

B8

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

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

a. Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x = f( )α , sát mép dướicủa bản vẽ

b. Vẽ đường tròn tâm O bán kính là Rλ

/2

c. Chia nửa vòng tròn tâm O bán kínhR và vòng tròn tâm O bán kính Rλ

/2 thành

18 phần theo chiều ngược nhau

d. Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn tâm O bán kính R kẻ các đường songsong với tung độ, các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuấtphát từ các điểm chia tương ứng của vòng tròn tâm O bán kính Rλ

/2 tại cácđiểm a, b, c,……

e. Nối các điểm a, b, c,….tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ pistonthể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng trònbán 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 cực

1.3.Đường biểu diễn vận tốc của piston V=f(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

min min

j j

j

gtt gtbd

(mm)

- Xác định giá trị EF :

A ÂCT F1

j

gtt gtbd

(mm)

c. Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = jmin, từ điểm B tương ứng điểm

chết dưới lấy BD = jmin; Nối liền CD cắt trục hoành tại E, lấy

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

II Tính toán động lực học :

2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:

- Khối lượng nhóm piston mnpt =3,4 (kg) được cho trong số liệu ban đầu của đềbài (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

sổ tay, có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệu hoặc có thể tính gần đúngtheo bản vẽ

Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau:

+ Thanh truyền của động cơ ô tô :

m1 = (0.28 ÷ 0.29)mtt =0,29.2,9=0,841(kg) trong đó mtt = 2,9 (kg) là khối lượngthanh 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:

- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt: m2

m2 = (mtt – m1) = 3,9– 0,841= 3,059 (kg)

Khối lượng của chốt khuỷu (Cổ biên):

ĐCD ĐCT

4

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

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

.7,8.10 1, 452( ) 4

ch

- Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt: m0m

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

=− ω2 α +λ α

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

hoành độ đặt trùng với đường 0

- Chọn tỉ lệ xích để của j

p

và p

µ(cùng tỉ lệ xích với áp suất kt

14,

=

=0,011 (m2)

Gia tốc cực đại :