Đồ án động cơ đốt trong

Đồ án động cơ đốt trong khoa cơ khí động lực Đại học nông nghiệp hà nội. Nội dung tính toán thiết kế bao gồm 4 phần: Phần 1 : Tính toán nhiệt các quá trình => Tìm ra D,S. Phần 2 : Tính toán động lực học và động học cơ cấu biên tay quay. Phần 3 : Tính toán động lực học và động học cơ cấu phân phối khí. Phần 4 : Tính toán các hệ thống phụ như bôi trơn, làm mát…

Lời nói đầu

Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồnđộng lực cho các phương tiện vận tải như: ô tô, máy kéo……

Đồ án môn học : ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG nằm trong chương trìnhđào tạo chính thức của ngành Cơ khí động lực – Khoa Cơ Điện – Học việnNông nghiệp Việt Nam có vai tò quan trọng nhằm tạo cho sinh viên có cơ hộitổng hợp và khắc sâu tất cả các kiến thức đã được học về động cơ đốt trong,đồng thời được một cách cơ bản nhất quy trình thiết kế động cơ trong thực tế

Dưới đây là phần bài làm được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầygiáo Nguyễn Trọng Minh đã được hoàn thành nhưng không tránh những saisót Em rất mong được sự giúp đỡ và góp ý của các thầy trong bộ môn và cácbạn cùng lớp để đồ án được thành công tốt đẹp

Mặc dù vậy, bản thiết kế này cũng đã đạt được những yêu cầu cơ bảncủa bài tập Qua bài thiết kế này chúng ta có thể gặp lại một số phương pháptính toán và thiết kế cơ bản mà đã được làm quen trong chương trình các môn

đã học, chúng ta có thể khắc sâu thêm về các phương pháp tính và lựa chọn vàchúng ta cũng biết được những bước cần thiết để hoàn thành một bản thiết kế

Em xin trân thành cảm ơn sự tận tình hướng dẫn và sự giúp đỡ của cácthầy trong bộ môn Động Lực mà đặc biệt là thầy Nguyễn Trọng Minh và cácbạn cùng lớp để em có thể hoàn thành bài thiết kế này

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

ĐỒ ÁN MÔN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

(NHÓM ĐỀ:02)

1.Yêu cầu thiết kế:

- Công suất động cơ N e= 140(ml)

- Số vòng quay n = 3500(v/p)

- Số xi lanh i = 6

- Hệ số thời kì τ = 4

- Dạng buồng đốt : Buồng xoáy

2 Nội dung tính toán thiết kế động cơ

Nội dung tính toán thiết kế bao gồm 4 phần:

Phần 1 : Tính toán nhiệt các quá trình => Tìm ra D,S

Phần 2 : Tính toán động lực học và động học cơ cấu biên tay quay.Phần 3 : Tính toán động lực học và động học cơ cấu phân phối khí.Phần 4 : Tính toán các hệ thống phụ như bôi trơn, làm mát…

PHẦN I TÍNH TOÁN NHIỆT CHO ĐỘNG CƠ DIESEL

1ε.o.p

'o.Thηo.T

- Thể tích công tác:

Vh= Va – Vc = 17 (đơn vị thể tích)

1.1.3 Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a :

- Để xác định nhiệt độ cuối quá trình nạp ta thiết lập phương trình cânbằng nhiệt giữa khí sót và khí nạp mới,tức là lượng nhiệt do khí sót nhả ra Qr,thì khí nạp mới hoàn toàn nhận được Qkr hay Qr = Qkr

- Theo công thức:

0

a 0 a

(3)+ Tr: Nhiệt độ khí còn lại trong xy lanh( Tr= 700 ÷1200).chọn Tr =

1.3 Tính toán quá trình cháy:

Quá trình cháy là quá trình hóa – lý phức tạp.Sự phát sinh,tiến triển vàcháy hoàn toàn,được xác định bởi đặc điểm tốc độ phản ứng hóa học,điều kiệntrao đổi nhiệt và biến đổi lượng chất trong phạm vi ngọn lửa,cũng như truyền

nhiệt ở thành xilanh.Tốc độ của quá trình ôxy hóa và sự cháy có thể đánh giátốc đọ tiêu tán những chất ban đầu là nhiên liệu ôxy, hoặc theo tốc độ tăngnhiệt độ hay áp suất

Trong quá trình cháy cả xupap nạp và thải đề đóng.Do nhiên liệu phunvào xilanh ở cuối hành trình nén đã được chuẩn bị và tự bốc cháy, nên khipiston đến điểm chết trên thì nhiên liệu cháy càng nhanh, làm áp suất khí cháytrong xilanh tăng lên, hòa khí càng nhanh, làm cho áp suất trong xilanh tănglên rất lớn và đẩy piston từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới Thời điểmkết thúc quá trình cháy có thể cách xa điểm chết trên

1.3.1Số lượng, thành phần khí trước khi cháy:

Trong quá trình nạp, ngoài môi chất mới được đưa vào xilanh M1, chutrước còn để lại trong buồng cháy một lượng khí sót Mr, vì vậy lượng môi chất

có trong xilanh tại thời điểm cuối quá trình nạp hoặc đầu quá trình nén Mcđược xác định theo công thức:

Mc= Mr + Ml (4)

Trong đó:

Mc: Lượng hỗn hợp trước khi cháy (kmol)

Mr: Lượng môi chất mới nạp (kmol)

Ml: Lượng không khí còn lại (kmol)

a, Lượng khí và thành phần hỗn hợp đưa vào xi lanh

Gọi kmol hỗn hợp đưa vào xi lanh động cơ là M1, ở động cơ diesel nhiênliệu được đưa trực tiếp vào xi lanh ở cuối kỳ nén lên hỗn hợp đưa vào xi lanh lúcnày chỉ là không khí Ta có số kmol không khí tham gia đốt cháy 1kg nhiên liệu là:

Ml = L = α.L0+ 1/MT

Trong đó :

+ α : hệ số dư không khí đối với động cơ diesel ,việc phun nhiên liệuđược bắt đầu gần cuối quá trình nén do vậy α >1,3 nếu chọn α thấp hơn thì sẽcháy không hết , có phần khí CO trong khí thải và xả khói đen , ở đây ta chọn

α = 1,35

+ MT là khối lượng phân tử của nhiên liệu

+ L0 là lượng không khí cần thiết để đốt cháy nhiên liệu ,theo phản ứngcháy của nhiên liệu

C + O2 = CO2

2 H2 + O2 = 2H2O

- Lượng khí cấn thiết để đốt cháy hết 1kg nhên liệu tính theo thể tích là:

=

nên ta có Mr= γ.α.L

- Hệ số khí còn lại γ được xác định từ phương trình đặc tính

r M

1.3.2 Số lượng thành phần khí sau khi cháy:

- Thành phần của sản phẩm cháy được tính theo kmol, gọ số kmol sẩnphẩm cháy là M Đối với động cơ diesel luôn hoạt động với hệ số thừa khôngkhíα> 1 nên xảy ra sự đốt cháy hoàn toàn Khi đó cacbon cháy thành cacbonic(CO2) và hidro cháy thành hơi nước Ngoài ra sản phẩm cháy còn chứa nitơcủa khí quyển và ôxy thừa, nên ta có:

M = MCO2 + MH2O + MO2 + MN2 kmol/kg nl

- Theo công thức:

M =α L + + ÷ = + + = kmol kg nl kmol/kg

nl- Sau khi cháy hỗn hợp gồm sản phẩm cháy M và không khí thừa của chu trình trước Mr, gọi số mol sau khi cháy là Mz ta có:

Mz = M + Mr (5)Trong đó: Mr = 0,02(kmol)

Mz = 0,018 + 0,708 = 0,726( kmol)

1.3.3 Phương trình cháy của động cơ điesel:

- Đối với động cơ diesel, lượng không khí thực tế được đưa vào xilanhnhiều hơn lượng không khí cần theo lý thuyết, nhưng lượng ôxy tham gia phảnứng.Như vậy phương trình cháy trong trình này như sau:

Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng của khí trước và sau khi cháy:

1.α.L

ξ.Q1,985.λ

C

P 0

H V1

++

+

γTrong đó:

+ TC : Nhiệt độ cuối quá trình nén,ta có: TC = 943,7○K

+ Cv1: Nhiệt dung phân tử trung bình đẳng tích của môi mới nạp còn gọi

là tỷ nhiệt của hỗn hợp nạp mới Đối với động cơ diesel nhiệt dung riêng củahỗn hợp nạp mới chính là nhiệt dung riêng của không khí Theo công thức :

CV1= A1 + B1.TC= 4,815 + 0,4151.10-3.943,7 = 5,2 (kcal/kmol.độ)

+ CP’: Nhiệt dung phân tử tb đẳng áp của sản phẩm cháy

CP’= 1,985 + CV’ (7)+ Cv’ là nhiệt dung phân tử tb đẳng tích của sản phẩm cháy

Với α>1 ta có:

CV’ = (4,8 + 0,22/α) + (3,7 +3,3/α).10-4.TZThay số vào ta tính được: CV’= 4,963 + 6,144.10-4.TZkcal/mol.độ (8)Suy ra:

CP’= 1,985 +4,963 + 6,144.10-4.TZ= 6,948 + 6,144.10-4.TZkcal/mol.độ (9)+ μ: Hệ số biến thiên phần tử tính toán, thể hiện sự thay đổi số mol

các khí trước khi cháy so với sau khi cháy

Z C

P

P đối với động cơ diesel có buồng đốt

phân chia thì λ=1,2÷1,8 Ở đây ta chọn λ= 1,6

+ ξ: hệ số sử dụng nhiệt có kể đến tổn thất khi cháy nhiên liệu do cháy rớt ,nhả nhiệt ra bên ngoài qua buồng cháy Với động cơ diesel có buồngđốt phân chia thì ξ=0,7÷0,9 Ở đây ta chọn ξ= 0,75

+ QH: nhiệt trị thấp của nhiên liệu,đối với nhiên liệu diesel thì

QH=7500÷10500 kcal/kg nl Ở đây ta chọn QH= 10100kcal/kg nl

* Tính nhiệt độ cuối quá trình cháy T z :

Thay các giá trị vào phương trình (6) ta được phương trình bậc hai : 6,45.10-4Tz2 +7,2954Tz- 18800 = 0

Giải phương trình bậc hai ta được Tz= 21630K và Tz =-13473(loại)

PZ= λ.PC= 1,6.41,2= 65,92 (kG/cm2)

* Thể tích cuối quá trình cháy V z :

Từ pt trạng thái tại hai điểm C và Z trên đồ thị trạng thái ta có

VZ= ρ.VC= (μ/λ.TZ/TC).VC= 943, 7

1,05 2163. .1 1,5

(đvtt)

1.4 Quá trình giãn nở sinh công:

- Quá trình giãn nở từ điểm Z đến điểm b’ .Khi giản nở xảy ra sự biến đổinhiệt lượng sinh ra trong quá trình cháy thành công cơ học.Thực ra đầu quá trìnhgiản nỡ còn có trình cấp nhiệt do cháy dớt.Mặt khác còn có hiện tượng trao đổinhiệt giữa môi chất với thành vách các chi tiết.Vì vậy quá trình giản nở là một quátrình nhiệt động phức tạp.Tương tự như quá trình nén, người ta coi gần đúng đây

là một quá trình đa biến với chỉ số giản nở đa biến là n2

Đối với động cơ diesel thì n2= 1,18÷1,28,nên ở đây ta chọn n2= 1,18

1.4.2 Tính áp suất cuối quá trình giãn nở p b

Theo lý thuyết thì đây là quá trình đoạn nhiệt Nhưng trong thực tế quá trình giẫn nở được thực hiện trong điều kiện có nhiều hiện tượng phát sinh như :

+ Cháy nốt đường giãn nở + Sự phân giải sản phẩm cháy và sự hoàn nguyên + Sự truyền nhiệt sang nước làm nguội

1.p

65,92 1 3,76 (kG/cm ) 11,33

1.5 Tính toán áp suất chỉ thị trung bình:

1.5.1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán

- Gọi p'i( kG/cm2) là áp chỉ thị trung bình theo lý thuyết thì đối với động

cơ diesel theo công thức

làm giảm một phần công giản nhưng một phần làm giảm công đẩy khí đã làm việc và làm sạch tốt hơn xilanh.

- Giá trị thực tế của áp suất chỉ thị trung bình đối với động cơ diesel 4 kỳđược theo công thức :

pi= ν pi’ – ∆pTrong đó :

+ ν: Hệ số lượn tròn của đồ thị, lấy ν = 0,92

+ ∆p: Tổn thất của bơm, ∆p = pr- pa

Suy ra:pi = 0,92.9,7 – (1,23 – 0,85) = 8,5 (kG/cm2)

1.6 Xác định các chỉ tiêu cơ bản của đông cơ

1.6.1 Hiệu suất chỉ thị của động cơ

Nó đánh giá mức sử dụng nhiệt lượng của động cơ để biến thành công

e i

e m

p

ppp

pN

1.6.4 Hiệu suất hiệu dụng eη

Đây là thông số đánh giá hiệu suất về cơ và nhiệt

1.6.5 Tổn thất công suất cơ học N m:

NT= Ni – Ne= 296– 140 = 156 (ml)

1.6.6 Chi phí nhiên liệu riêng:

Là số gam nhiên liệu mà máy kéo tiêu thụ trong 1 giờ làm việc

3 3

1.7 Tính toán cân bằng nhiệt động cơ:

- Từ phân tích chu trình động cơ cho thấy rằng chỉ một phần năng lượngnhiệt hình thành do cháy nhiên liệu được chi phí vào thực hiện công có ích Đểxác định được tính năng sử dụng năng lượng nhiệt và tìm cách nâng cao hiệuquả sử dụng nhiệt, cũng như tính toán cho quá trình làm mát và thiết kế tậndụng năng lượng nhiệt của động cơ, cần xác định các thành phần năng lượngriêng của phân phôi nhiệt(cân bằng nhiệt) phụ thuộc vào các thông số khácnhau, đặc trưng cho điều kiện khai thác (chế độ tải,tốc độ quay, thành phần hỗnhợp,…)

- Phương trình cân bằng nhiệt động cơ:

Q0 = Qe+ Qlm+Qth+Qchk+Qch ,kcal/hTrong đó:

+Q0 : Lượng nhiệt toàn phần do đốt cháy nhiên liệu cung cấp cho động

cơ ở chế độ công tác thực hiện,ta có

Q0 = QH GT = 10100.43,79 = 442279 (kcal/h)+Qe : Lượng nhiệt tương đương công có ích của động cơ,ta có

Qe = Ne = Q0.ηe = 442279.0,2 = 88455,8(kcal/h)+Qth: Lượng nhiệt mang từ động cơ theo khí thải,ta có

Qth = GT(M2.Cp’.Tr’- Ml.Cp1.T0) kcal/hVới :

+Tr’: Nhiệt độ khí thải đo sau đường ống thải, Tr’= 10230K

+T0: Nhiệt độ khí nạp mới trên đường ống nạp vào xi lanh , T0 = 2980K+Cp’: Nhiệt dung riêng mol đẳng áp của khí thải

Cp’= 1,985 + Cv’

3,3 1,35

+Qch: Lượng nhiệt trao đổi do dầu bôi trơn hay nhiên liệu do tổn thất cơ học,ta có :

- Dạng buồng đốt : Buồng xoáy

1.8.1 Xác định đường kính xylanh D và hành trình piston S:

Ta có đường kính xilanh D và hành trình piston S có mối quan hệ vớinhau Tỷ số S/D đặc trưng về kết cấu cho tải trọng động lực học của động cơ

Cụ thể là với số vòng quay n nhất định , nếu ta tăng tỷ số S/D thì tốc độ trungbình của piston tăng làm giảm hiệu suất và làm tăng hao mòn và công ma sát,ngoài ra còn làm giảm độ cứng trục khuỷu dẫn đến dễ bị xoắn, làm tăng chiềucao động cơ làm cho động cơ khó cân bằng Nếu chọn tỷ số S/D nhỏ thì áp lựclên piston tăng làm độ bền giảm và làm tăng kích thước bề ngang của động cơ(do D lớn ) Từ những phân tích trên và căn cứ vào tải trong và số vòng quay

của động cơ đang thiết kế nhằm xác định giá trị của D và S sao cho hợp lý Tachọn S/D = 1,2

Từ công thức công suất động cơ :

3 h

1.8.3 Xác định các thông số kích thước của piston

Các thông số kích thước được chọn tổng học theo bảng sau:

Khoảng cách h từ đỉnh đến xec măng thứ nhất 1,0 δ

Chiều dày s phần đầu (dm) 0,05D

Chiều cao H của piston (dm) 1,0D

Vị trí chốt piston (dm) 0,5D

Đường kính chốt piston dcp (dm) 0,3D

Đường kính bệ chốt piston db (dm) 1,3dcp

Đường kính trong chốt piston do (dm) 0,6dcp

Chiều dày phần thân s1 (mm) 5mm

Thay số và tính toán ta có được các thông số kích thước của piston :

Khoảng cách h từ đỉnh đến xec măng thứ nhất 0,146

Chiều dày s phần đầu (dm) 0,073

Chiều cao H của piston (dm) 1,469

Vị trí chốt piston (dm) 0,734

Đường kính chốt piston dcp (dm) 0,44

Đường kính bệ chốt piston db (dm) 0,572

Đường kính trong chốt piston do (dm) 0,26

Chiều dày phần thân s1 (mm) 5 mm

Ở đây ta sử dụng thép hợp kim cao cấp có:

[ ] [ ]

2 2

p M

MN m d

πσ

+ l : Khoảng cách giữa 2 gối đỡ; l = 0,9D + ld : Chiều dày đầu nhỏ thanh truyền; ld = 0,3D + dcp : Đường kính chốt piston; dcp = 0,3D

+ d0 : Đường kính trong của chốt; d0 = 0,6dcp + Hệ số độ rỗng củ chốt :

.0,1469 6,59.

4

4

0,044 2

cp cp

MN m

D p P

d F

ππ

*Tính toán và kiểm tra bền xecmăng:

Kiểm tra ứng xuất uốn của xecmang theo công thức:

( )

m u1

1.8.4: Xác định thông số thanh truyền

Các thông số kích thước được chọn tổng học theo bảng sau:

Đường kính ngoài bạc d1 (dm) 1,2 dcp

Đường kính d2 (dm) 1,5 dcp

chiếu dày đầu nhỏ ld (dm) 0,3D

Chiều dày bạc đầu nhỏ (dm) 0,08 dcp

Thay số và tính toán ta có được các thông số kích thước của thanh truyền :

Đường kính ngoài bạc d1 (dm) 0,207

Đường kính d2 (dm) 0,26

chiếu dày đầu nhỏ ld (dm) 0,44

Chiều dày bạc đầu nhỏ (dm) 0,014

1.8.5 Công suất riêng của động cơ

Là công suất danh nghĩa ứng với một đơn vị diện tích đáy của tất cả cácpiston:

h

πD i.V i .S S 1,762

4

PHẦN II TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU BIÊN_TAY QUAY.

Cơ cấu biên tay quay là cơ cấu gồm các chi tiết liên hợp với nhau đểthực hiện chu trình làm việc của động cơ và biến chuyển động tịnh tiến củapiston trong kỳ cháy dãn nỡ thành chuyển động quay của trục khuỷu

Khi động cơ làm việc, các chi tiết cơ cấu biên tay quay chịu tác độngcủa áp suất môi chất trong xilanh, lực quán tính của các chi tiết chuyển động

và lực ma sát, luôn biến đổi phương chiều và độ lớn Các lực tác động lênpiston rồi qua tay biên tạo ra moomen làm quay trục khuỷu

Động cơ đốt trong được thiết kế sao cho đảm bảo sự luân phiên đều đặncác hành trình làm việc Luân phiên đều đặn hành trình làm việc của động cơđược đảm bảo nhờ cơ cấu của trục khuỷu và trục phân phối khí khi đó xilanhcủa động cơ sẽ có một trật tự làm việc xác định, đối với động cơ 6 xilanh là 1-5-3-6-2-4

H1: Cơ cấu biên tay quay

2.1_Động học cơ cấu:

Ở đây ta xét cơ cấu biên tay quay trùng tâm lý tưởng, quay đều với vậntốc góc không đổi ω và không có khe hở liên kết giữ các chi tiết Khi đó tất cảcác thông số động học có thể biểu diễn là hàm số của góc quay φ, có nghĩa làđược nghiên cứu như cơ cấu có một bậc tự do

Các thông số cấu trúc cơ bản của biên tay quay là:

+ S- hành trình của piston;

r- bán kính tay quay(r= S/2);

l- chiều dài tay biên;

λ- thông số động học của động cơ (λ=r/l);

Thông số này ảnh hưởng nhiều tới trị số động học ( Vận tốc, gia tốc ) vàđặc điểm cấu trúc của động cơ, nó xác định chiều cao động cơ

Nếu ta chọn λ nhỏ ( r nhỏ hoặc l lớn ) sẽ làm giảm lực pháp tuyến N do

đó hao mòn giữa piston và xilanh giảm Nhưng sẽ làm tăng khối lượng vàchiều cao của động cơ

Nhưng khi ta chọn λ lớn ( r lớn hoặc l nhỏ ) Do r lớn lên tốc độ dịchchuyển piston lớn, do đó sẽ làm tăng lực quán tính và hao mòn

Vì vậy khi tính toán, thiết kế Ô tô, Máy kéo người ta thường chọn tỷ số

động học động cơ trong khoảng : λ = 5

1 3,5

1 4,

chuyển vị của piston x = f(φ) với φ = [0 ÷ 7200] hay φ =[0 ÷ 4Л],ta được đồ thị

như sau:

- Dùng Matlab để vẽ đồ thị ta có đồ thị sau:

H2: Đồ thị chuyển vị của pitston X = f(α).

2.1.2 Vẽ đồ thị tốc độ chuyển động của piton

- Ta có phương trình tốc độ chuyển động của Piston :

d.d

dxdt

dxvVới ω = πn/30 = π.3500/30 = 367 (rad/s)

- Dùng Matlab ta vẽ được đồ thị vận tốc chuyển vị của pitston

0 0.2

0.4

0.6

0.8

1 1.2

v =

dx

dt = f(φ ) với ϕ =00 −7200hay ϕ =[0 4 − π]

H3: Đồ thị vận tốc : v = f(φ)

- Giá trị cực đại tuyệt đối tốc độ của piston có thể tìm bằng cách giải cực

trị hàm số v = f(φ) Trong một vòng quay của trục khuỷu sẽ có:

Ta có các giá trị cực trị của biểu thức: φ=0º, φ=180º

-Khi φ=0º giá trị cực đại tuyệt đối của gia tốc là:

Jmin = - r ω2(1+λ) = -148326,26 dm/s2

Sử dụng phần mền Matlab ta vẽ đồ thị gia tốc của piston j = dt

dv

= f(ϕ)

với φ = [0 ÷ 7200] hay φ =[0 ÷ 4π], ta có đồ thị như sau:

H5.Đồ thị gia tốc của piston: j = f(α)

-Ta có đồ thi biểu diễn mối quan hệ của gia tốc j với độ dịch chuyển x của piston như sau:

H6 Đồ thị gia tốc của piston : j = f(x)

2.2 Động lực học cơ cấu biên tay quay

2.2.1.Lực tác dụng lên cơ cấu biên tay quay

Khi nghiên cứu các hiện tượng động lực học của động cơ đốt trong ,trước hết cần nghiên cứu lực từ áp suất khí giãn nở Pg và lực quán tính Pj, tổngđại số của chúng được tính theo công thức sau:

P = Pg + PjLực P tác dụng lên piston dọc theo trục xilanh Lực P được phân tích thành hai thành phần:

- Lực ngang N ép piston về phía nào đó của xilanh : N= P.tgβ

- Lực dọc biên S được truyền đế cổ biên: S= P.(1/cosβ)

Lực S được tách thành hai thành phần: Lực tiếp tuyến T sinh ra moomen quay

T= P.sin(φ+β)/cosβ

và lực hướng kính K vuông góc với T

K= P.cos(φ+β)/cosβMômen quay của động cơ khi đó tính theo:

Mk= T.r= P.r.sin(φ+β)/cosβĐồng thới xuất hiện mômen lật:

Mlật= -N.hTrong đó: h= r.sin(φ+β)/sinβ

Mặt khác ta có thể viết:

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 -4

-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

mj= mp+ mb ( 0,25÷0,33 )Ngoại lực quán tính sinh ra khi piston chuyển động, biên tay quay cònchịu tác dụng của các lực quán tính của các phần chi tiết chuyển động quayquanh trục của trục khuỷu.

4

1cos.r.ωπ.D

mP: Khối lượng nhóm pitston

mb :Khối lượng nhóm biên

mj= 0,145+ 0,346= 0,491 kGs2/m (4)Thay (4) vào (3):

j 2

-1 2 j

2 2

H8 Đồ thị p j = f(x) 2.2.3.Xác định lực quán tính ly tâm P C

Để phân tích các khối lượng chuyển động quay không cân bằng đượcqui đổi về cổ biên, theo nguyên tắc: cân bằng lực quán tính ly tâm:

P c= mi.ρi.ω2= mqđ.ρi.ω2.Với ω = 367 rad/s ; r = 0,881 (dm)

Cụ thể đối với một khuỷu trục có khối lượng chuyển động quay qui đổi:

mr= mk+ m2= mc+ 2mm+ (0,67÷0,75) mbTrong đó:

mk: khối lượng của trục khuỷu, ta có: mk= mc+ 2mm

mc: khối lượng cổ biên

mm: khối lượng má trục

m2: khối lượng phần biên qui đổi về trục khuỷu m2= (0,67÷0,75) mb,ở đây ta có: m2= 0,73mb=0,73.0,518= 0,378 kGs2/m

Theo bài ra ta cóquan hệ kích thước trục khuỷu:

- Khối lượng phần II:

C b

đ II

9,81178,45 (Gs /m) 0,178 (kGs /m)

9,81126,58 Gs / 0,116 kGs /

IV

d2

Ta có công thức :

i i Kri

m m

2

II II KrII II II KrII

2 III III

KrIII

2

IV IV KrIV

m

ρρρ

P =1,948.0,0881.367 =23115,16 (kG)

2.2.4.Vẽ đồ thị chỉ thị:

-Sự thay đổi áp suất khí trong xilanh khi động cơ làm việc được xác địnhnhờ thiết bị chỉ thị đặc biệt, đồ thị nhận được khi đó được biểu diễn theo tọa độp-V hoặc p- φ được gọi là đồ thị chỉ thị Chu trình của động diezen 4 kỳ đượcthực hiện trong 2 vòng quay của trục khuỷu hay 4 hành trình của piston, khi đócác quá trình sau được thực hiện:

- Quá trình nạp khí:bắt đầu từ điểm r đến điểm a;

- Quá trình nén mồi mới nạp: là quá trình nén đa biến với chỉ số nén đabiến trung bình n1, bắt đầu từ điểm a đến điểm c,có phương trình đường cong

nén đặc trưng bởi pVn 1 = const ;

- Quá trình cháy : chu trình làm việc của động cơ diesel giống với chutrình cấp nhiệt hỗn hợp gồm : cz1 cháy đẳng tích,z1z cháy đẳng áp

- Quá trình giãn nở (quá trình sinh công): thực hiện bắt đầu từ điểm zđến điểm b Đây là quá trình đa biến với chỉ số giãn nỡ đa biến n2, có phươngtrình đường cong giãn nở đặc trưng bởi pVn 2 =const;

- Quá trình thải: bắt đầu từ điểm b và kết thúc ở điểm z.

a.Xây dựng đồ thị chỉ thị p-V

*Xác định tọa độ điểm đầu và cuối của các quá trình trong chu trình làm việc của động cơ,theo tính toán ở phần I ta có:

-Tại điểm a có: Va= 3,162 (dm3) = 3162 (cm3) ; pa= 0,85 (kG/cm2) => a(3162;0,85);

-Tại điểm c ta có: Vc= 0,186 (dm3)= 186 (cm3); pc= 41,2 (kG/cm2) => c(186;41,2);

-Tại điểm r ta có: Vr= 0,186 (dm3)= 186 (cm3); pr= 1,23 (kG/cm2) => c(186;1,23);

-Xác định đường cong của quá trình nén ac(pVn 1 =const):

Ở đây ta xác định thêm các điểm áp suất pac cuối quá trình nén pc và thểtích Vac cuối quá trình nén Vc trên đồ thị tương ứng với vị trí piston đi từ điểmchết dưới lên điểm chết trên tương ứng φ= [180º÷360º] hay φ= [π÷2π]:

3162V

Từ đó ta thấy với mỗi giá trị thể tích Vac ta xác định tương ứng giá trị áp suất pac tương ứng với các quay φ trong khoảng [180º÷360º]

-Xác định đường cong của quá trình giãn nở zb(pVn 2 =const):

Ở đây ta xác định thêm pzb và Vzb trên đồ thị tương ứng với piston đi từ điểm chết trên đến điểm chết dưới:

279V

V

Từ đó ta thấy với mỗi giá trị thể tích Vzb ta xác định được tương ứng giá trị áp suất pzb tương ứng với các góc quay φ.

Sử dụng phần mền Matlab xây dựng được đồ thị p-V với φ= [0÷4π] như sau:

H10 Đồ thị chỉ thị p-V b.Xây dựng đồ thị chỉ thị p- φ

- Xác định đường cong của quá trình nén ac( pVn 1 =const)

Trong quá trình này piston dịch chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chếttrên tương ứng với x= [17,62÷0] cm và góc quay φ= [π ÷2π] khi đó ta có:

b

p 0

V =186cm với x= 0 và φ= 360º

1

2 c-z

p =41, 2 65,92÷ kG cm/

-Đường cháy đẳng áp pz 1−z =const ta có:

1

2 z

p −z =65,92kG cm/ với x= 0÷0,75 cm và φ= 360º ÷381,4º

1

3 z

V −z =186 279÷ cm

-Xác định đường cong của quá trình giãn nở zb (pVn 2 =const):

Trong quá trình này piston dịch chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới tương ứng với x= [0,75÷17,62] cm và góc quay φ= [381,4º ÷540º] khi đó ta có:

H11.Đồ thị chỉ thị p i = f(φ) 2.2.5.Đồ thị áp lực tác dụng lên piston dọc trục xilanh p (p=f(φ), kG/cm 2 )

- Ta có áp lực tác dụng lên piston dọc theo trục xilanh như sau:

p= pg+ pjTrong đó :

H11 Đồ thị p i + p j 2.2.6.Đồ thị áp lực dọc biên s (s=f(φ), kG/cm 2 )

ϕϕ

λ

4

11

2sin212

sin1βcos

β- góc gữa biên và trục xilanh

Sử dụng phần mềm Matlab xây dựng được đồ thị áp lực dọc biên s=f(φ) với

βϕβ

ϕ

ϕ

cos

sin.cos.sin

.cosβ

).sincos.cos

p(sincosβ

βp.sin

ϕϕλϕ

2sin.21

sin.cos.sin

p t

cos

sin

ββ

sin2

sin21

λ

ϕλ

Sử dụng phần mềm Matlab xây dựng được đồ thị áp lực dọc biên N=f(φ)với φ= [0º÷720º] như sau: