Đồ án động cơ đốt trong (Động cơ ZIL-130); đại học công nghệ GTVT

Đồ án động cơ đốt trong ,Động cơ ZIL-130; đại học công nghệ GTVT

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 đồ án môn học động cơ đốt trong là đồ án 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 và 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 tiến hành làm đồ án tốt nghiệp sau này

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 Nguyễn Văn Tuân cũng

như toàn thể các thầy cô giáo trong Bộ môn Động Cơ Đốt Trong đã tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành đồ án tốt đẹp

Hà Nội, tháng 05 năm 2015Sinh viên thực hiện

Lưu Tiến Thiết

1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1 Giới thiệu chung:

Động cơ ZIL-130 là loại động cơ xăng 4 kỳ, tạo hỗn hợp bên ngoài thong qua bộ chế hòa khí, đốt cháy hỗn hợp cưỡng bức bằng tia lửa điện sinh ra ở nến điện của hệ thống đánh lửa

Động cơ ZIL-130 là loại động cơ có 8 xi lanh, được bố trí thành 2 hàng hình chữ V được làm mát bằng không khí và nước Bố trí các xi

lanh hình chữ V có ưu điểm là có thể tang được số xi lanh công tác nhưng lại không làm tang chiều dài của động cơ đồng thời hạ thấp trọng tâm

động cơ Qua việc hạ thấp chiều cao của động cơ, việc bố trí đông cơ

trong khoang động lực rất thuận lợi, bên cạch đó tầm nhìn của lái xe

cũng không bị hạn chế

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ

Số liệu ban đầu của đồ án môn học ĐCĐT ( Số 4)

Họ và tên sinh viên: Lưu Tiến Thiết Khóa: 65

Các số liệu của phần tính toán nhiệt

11 Góc phun sớm ϕ i 15 độ

1) áp suất môi trường p 0

- Áp suất môi trường p0 là áp suất khí quyển Với động cơ không tăng áp ta có

áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupap nạp nên ta chọn:

P0 = 0,1(Mpa)

2) Nhiệt độ môi trường T 0

- Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm Với động cơ không tăng áp ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupap nạp nên:

T0 = 240C = 2970K

3) Áp suất cuối quá trình nạp p a

- Áp suất cuối quá trình nạp pa với động cơ không tăng áp ta có thể chọn trong phạm vi:

Mức độ sấy nóng môi chất chủ yếu phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel Với động cơ Xăng ta chọn:

8) Hệ số quét buồng cháy 2 :

Với các động cơ không tăng áp ta thường chọn hệ số quét buồng cháy 2 là:

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

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξz phụ thuộc vào chu trình công tác của động

cơ Với các loại động cơ Xăng ta thường chọn:

4

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

0,85 0,92 0,88

z

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

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξb tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel Với các loại động cơ Xăng ta chọn:

a

p p

λγ

0,115 6,5.1, 03 1,16.1.

2) Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a:

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

5

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

( )

1

1

m m a

r a

r

p

p T

λ γ γ

h

N p

3 1 0,95

0,74575( ) 0,74575( ) 4

h

V =π = dm = l

30.111,796.4

0,6919( ) 0,74575.3250.8

e

3 1

432.10 0,1.0,8163

0,5152( / ) 333,107.0, 6919.297

M = = kmol kg nl

5) Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M0:

Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M0 được tính theo công thức:

0

1

Đối với nhiên liệu của động cơ Xăng ta có: C= 0,855;H = 0,145;O= 0 nên thay

vào công thức tính M0 ta được:

0 0,512( / )

M = kmol kg nl

6) Hệ số dư lượng không khí α:

Đối với động cơ Xăng hệ số dư lượng không khí α được xác định theo công thức:

1 0

1

nl M

M

µ α

1 0,5152

114 0,98910,512

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

Với các động cơ Xăng có hệ số dư lượng không khí α < 1 do đó tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí được xác định theo công thức:

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

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén '

v

mc tính theo công thức:

19,9217

0, 004314

v v

4) Chỉ số nén đa biến trung bình n1:

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

( 1 )

8,314 1

'

1,375 1 1

'

0,37235 0,004314

19,9217 369,762 6,5 1

2 2

n v

Vậy ta có nghiệm của phương trình là: n1 = 1,375

5) áp suất cuối quá trình nén p c:

áp suất cuối quá trình nén p c được xác định theo công thức:

6) Nhiệt độ cuối quá trình nén T c :

Nhiệt độ cuối quá trình nén T c được xác định theo công thức:

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

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

1.2.3 Tính toán quá trình cháy:

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

9

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

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

M O

H

µ α

α µ

) 1 ( 21 , 0 )

1 32 4

( 1

0

0 0

+

− +

−

+ +

=

Thay số ta được:

0

0,145 0 1 ( ) 0, 21(1 0,9891).0,512

4 32 114

1 0,9891.0,512

114

+

2) Hệ số thay đổi phân tử thực tế β:

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

0

1

r r

3) Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z βz:

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

z z

5) Nhiệt độ tại điểm z T z:

Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z T z được xác định bằng cách giải phương trình sau:

.

H

Q là nhiệt trị thấp của nhiên liệu Xăng ta có: Q H = 44000( / )kJ kg nl

Q

∆ là nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1kg nhiên

liệu.trong điều kiện α<1 xác định như sau:

0, 07507 1,05562 0,97778 1 0,97778

6) Áp suất tại điểm z p z:

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

746,05

z z

c

T T

z z c

T T

3) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2:

Ta có chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 được xác định từ phương trình cân bằng sau:

'' 1

8,314 1

b

T = − = K

QH*: là nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Với động cơ xăng :

8,314

21,43012 2725,85 1788,943 0,5152 1 0,07507 1,05173 2725,85 1788.943 2

áp suất cuối quá trình giãn nở p b được xác định trong công thức:

m m r

rt

T T T

Vậy giá trị nhiệt độ khí thải chọn và tính toán thoả mãn yêu cầu

1.2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác

1 ) 1

1 1 ( 1

1 2

P p

ε ε

λ ε

Thay số vào công thức trên ta được:

3) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i:

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

3 1

432.10

.

v k i

i k

p g

269, 48( / ) 0,5152.0,85526.297

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 được 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:

3 95.10 3250

Do v tb = 10, 2917( / )m s nên áp suất tổn thất cơ giới được tính cho động cơ xăng có

7) Hiệu suất cơ giới ηm:

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:

e m

m

8) Suất tiêu hao nhiên liệu g e:

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

i e

Ta có công thức xác định hiệu suất có ích ηe được xác định theo công thức:

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

Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức:

.30.

.

e h

V D

6,5.0,1356 0.1356

0,003729( / )

c c v

Giá trị biểu diễn

S S

gtt S gtbd gtbd

95 0,2568

6,099

12,84( )

0, 475

OO OO

1.3.1 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 0

19

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.3.2 Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm '

c )

áp suất cuối quá trình nén 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 '

1.3.3.Hiệu đính điểm đạt điểm pz max thực tế :

Áp suất pz max thực tế trong quá trình cháy giãn nở không đạt trị số lý thuyết

do đó ta có cách hiệu đính điểm z của động cơ xăng như sau :

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

Giá trị biểu diễn: 0,85.4,531 170( )

0,022655 mm

b).Từ đồ thị Brick xác định góc 120 gióng xuống đoạn đẳng áp 0,85pz để xác định điểm z

c) Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường giãn nở

4) Hiệu đính điểm bắt đầu thải thực tế :

Hiệu đính điểm b’ căn cứ vào góc mở sớm β1 của xupáp thải

20

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

-Từ đồ thị Brick xác định góc mở sớm xupáp thải β1 = 67o cắt vòng tròn Brick tại một điểm, từ điểm đó gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở lý thuyết tại 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 xả mở sớm

O O' p

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC

2.1 Vẽ các đường biểu diễn các quy luật động học:

2.1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston x= f ( )α .

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau:1) Chọn tỉ lệ xích 0,7 (mm/độ)

2) Chọn hệ trục toạ độ như trong hình vẽ

3) Từ tâm O' của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10 , 20 180 0 0 0

4) Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 0 0 0

10 ,20 180 tương ứng trên trục tung của đồ thị x= f ( )α ta được các điểm xác định chuyển vị x

tương ứng với các góc 10 , 20 180 0 0 0

5) Nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x= f ( )α

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

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của piston v= f ( )α theo phương

pháp đồ thị vòng Tiến hành theo các bước cụ thể sau:

1) Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R

2) Vẽ vòng tròn tâm O bán kính là λ.R2

3) Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính là λ.R2

thành 18 phần theo chiều ngược nhau

Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn tâm O bán kính R kẻ các đường song song với tung độ, các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuất phằtt các điểm chia tương ứng trên vòng tròn tâm O bán kính là λ.R2 tại các

điểm a b c, , ,

4) Nối các điểm a b c, , , tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ piston 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, , ,

23

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1.3 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:

j j

min min

4084,92

46,05

j j

3) Cách vẽ: Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC= j max, từ điểm B

tương ứng điểm chết dưới lấy BD= jmin; nối CD cắt trục hoành ở E; lấy

2

3 .

EF= − R wλ về phía BD Nối CF và FD, chia các đoạn này ra làm 8 phần, nối

11, 22,33, Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22,33, ta được đường cong biểu diễn quan hệ j= f x( )

2.2 Tính toán động lực học:

2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:

Khối lượng nhóm piston m pt được cho trong số liệu ban đầu của đề bài là:

Với thông số kết cấu λ = 0, 2568 ta có bảng tính p j theo α.

α cosα λ + cos( )2 α P j =m R ω 2 (cosα λ + cos( )2 α )( )N

2.2.3 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính − =p j f x( )

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo phương pháp Tôlê được tiến hành theo các bước sau:

26

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1

jmax

pt

m R p

1, 622.47,5.10 (334,9333) 1 0, 2568

1,3837.10 ( ) 1,3837( ) 7,85.10

p p

0,818271

0,021175

j j

p p

Thay giá trị vào ta được:

6 3

EF EF

3) Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC= p j max, từ điểm B tương ứng

điểm chết dưới lấy BD= p jmin; nối CD cắt trục hoành ở E; lấy EF về phía BD Nối CF và FD, chia các đoạn này ra làm 8 phần, nối 11, 22,33, Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22,33, ta được đường cong biểu diễn quan hệ

( )

j

p f x

− =

2.2.4 Đường biểu diễn v= f x( ).

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ v= f x( ) dựa trên hai đồ thị là đồ thị x= f ( )α và đồ thị v= f ( )α Ta tiến hành theo trình tự sau:

1) Từ tâm các điểm đã chia độ trên cung của đồ thị Brick ta gióng các đường song song với trục tung tương ứng với các góc quay α = 10 , 20 ,30 180 0 0 0 0

2) Ta lấy giá trị của vận tốc v từ đồ thị v= f ( )α tương ứng với các điểm

1, 2,3 18 trên vòng tròn bán kính R và đặt lên trên các đường song song trục tung tương ứng ta sẽ được các điểm nằm trên đồ thị

3) Nối các điểm nằm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ v= f x( )

2.2.5 Khai triển đồ thị công P V− thành p kt = f ( )α

Ta tiến hành khai triển đồ thị công P V− thành đồ thị p kt = f ( )α để thuận

tiện cho việc tính toán sau này Ta tiến hành khai triển đồ thị công theo trình tự

3) Từ các điểm chia trên đồ thị Brick ta xác định trị số của p kt tương ứng với các góc α rồi đặt các giá trị này trên toạ độ p− α

4) Nối các điểm xác định được theo một đường cong trơn ta thu được đồ thị biểu diễn quan hệ p kt = f ( )α

2.2.6 Khai triển đồ thị p j = f x( ) thành p j = f ( )α

Ta tiến hành khai triển đồ thị p j = f x( ) thành đồ thị p j = f ( )α tương tự

như cách ta khai triển đồ thị công chỉ có điều cần chú ý là ở đồ thị trước là ta biểu diễn đồ thị − =p j f x( ) nên cần phải lấy lại giá trị p j cho chính xác

P S =f(a)

P j =f(a)

2.2.8 Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = f ( )α và đồ thị lực pháp tuyến Z = f ( )α .

Ta có công thức xác định lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến như sau:

sin

T p

cos

α β β

( ).cos

Z p

cos

α β β

∑

+

=

Trong đó góc lắc của thanh truyền β được xác định theo góc quay α của trục

theo biểu thức sau:

T (biểu diễn,mm)

cos(α+β)/cos β

Z (biểu diễn,mm)

Ta chọn tỉ lệ xích µ =α 2 /1mm0 và µ =p 0,021175(MPa mm/1 ) sau đó dựa vào

bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị lực tiếp tuyến T = f ( )α và đồ thị lực pháp

tuyến Z = f ( )α .

2.2.9 Vẽ đường biểu diễn ∑ =T f ( )α của động cơ nhiều xy lanh

Ta có chu kỳ của momen tổng phụ thuộc vào số xylanh và số kỳ, chu kỳ này bằng đúng góc công tác của các khuỷu:

0

180 180 4

90 8

τ

Trong đó ta có: τ là số kỳ của động cơ τ = 4

i là số xylanh của động cơ i= 8

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

10.30 2

-55

0 -5.3176

64 0

6.181

21.7599

9

19 0

4.73392

-10 0

19.72

8 47.28 20

24.21

5.123

6 380 39.93686

20 0

9.4600 7

-11 0

22.22

1 67.08 30

31.21

39.103

9.800 6

57

0 -14.352

66 0

13.964 2

-12 0

24.06

4 75.15 40

33.15

18.011 1

-13 0

21.661 3

-14 0

18.01

1 56.41 60

19.60

18.618

14.69 1

60

0 -24.816

69 0

24.815 7

-15 0

13.96

4 44.91 70

6.148

11.922

9.771 8

61

0 -24.785

70 0

24.21

7 430 39.96426

25 0

24.785 2

-16 0

0 -21.607

71 0

13.70

26 0

22.546 2

Từ bảng số liệu trên ta vẽ đường đồ thị ∑ =T f ( )α

2.2.10 Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu:

2) Tìm gốc toạ độ của phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu bằng cách đặt vecto p k0

(đại diện cho lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu) lên đồ thị Ta có công thức xác định lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu:

37

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG