ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG, ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT

Đảng và nhà nước ta đã đề ra mục tiêu trong những năm tới là công nghiệp hóa hiện đại hóa.Muốn thực hiện được điều đó một trong những sinh viên cần quan tâm phát triển đó là nghành cơ kh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG

DẪN

Lời nói đầuHiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển như vũ bão, mang lại lợi ích cho con người về tất cả lĩnh vực tinh thần vật chất Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập vào sự phát triển chung của cả nước trong khu vực cũng như trên thế giới Đảng và nhà nước ta đã đề ra mục tiêu trong những năm tới là công nghiệp hóa hiện đại hóa.

Muốn thực hiện được điều đó một trong những sinh viên cần quan tâm phát triển

đó là nghành cơ khí đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị côngcuộc xây dựng đất nước cần đẩy mạnh đội ngũ cán bộ kỹ thuật cố trình độ chuyên môn cao, đồng thời phải đáp ứng được yêu cầu của công nghệ tiên tiến, công nghệ

tự động hóa theo dây truyền trong sản xuất

Môn học Tính toán thiết kế ô tô là một trong những môn học không thể thiếu được với các nghành kỹ thuật, vì thế làm đồ án môn học là công việc rất quan trọng và cần thiết để chúng ta hiểu sâu , hiểu rộng những kiến thức đã được học ở cả lý thuyết lẫn thực tiễn, tạo tiền đồ cho những môn học sau này

Với những kiến thức đã được học, cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Dương Thế Thành trong thời gian qua em đã hoàn thành nhiệm vụ đồ án của môn học này Nhưng do đây là lần đầu tiên làm đồ án môn học nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự góp ý của thầy giáo để đồ án môn học được hoàn thiện hơn Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của thầy giáo trong thời gian qua

Thái nguyên , ngày 19 tháng 9 năm 2017 Sinh viên

Sinh viên: Nguyễn Quang Thống

MỤC LỤC

CHƯƠNG I TỔNG QUAN QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1. Tổng quan về động cơ 7

1.2. Phương pháp tính nhiệt và kết cấu của động cơ 7

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.1 Tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong 8

2.1.1 Trình tự tính toán 8

2.1.1.1 Các thông số ban đầu 9

2.1.1.2 Các thông số cần chọn 9

2.1.2 Tính toán quá trình công tác 11

2.1.2.1 Tính toán quá trình nạp 12

2.1.2.2 Tính toán quá trình nén 14

2.1.2.3 Tính toán quá trình cháy 17

2.1.2.4 Tính toán quá trình giãn nở 17

2.1.2.5 Tính toán các thông số của chu trình công tác 20

2.1.3 Vẽ và hiệu đính đồ thị công 21

2.2 Tính toán động học, động lực học 21

2.2.1 Vẽ đường biểu diễn quy luật động học 22

2.2.1.1 Đường biểu diễn chuyển vị của piston 24

2.2.1.2 Đường biểu diễn chuyển vận tốc của piston 24

2.2.1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston 27

2.2.2 Tính toán động lực học 33

2.2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến 35

2.2.2.2 Các khối lượng chuyển động quay 37

2.2.2.3 Lực quán tính 39

2.2.2.4 Vẽ đường biều diễn lực quán tính –p j = f(x) 44

2.2.2.5 Vẽ đường biều diễn lực quán tính v = f(x) 44

2.2.2.6 Khai triển đồ thị công trên tọa độ p-V thành p = f(α) 46

2.2.2.7 Khai triển đồ thị p j = f(x) thành p j = f(α) 46

2.2.2.8 Vẽ đồ thị p ∑ = f(α) 49

2.2.2.9 Vẽ lực tiếp tuyến T = f(α) và lực pháp tuyến Z = f(α) 49

2.2.2.10 Vẽ đường ∑T = f(α) của động cơ nhiều xilanh 50

2.2.2.11 Đồ thị phụ tải tác dụng trên cổ biên 52

2.2.2.12 Đồ thị mài mòn cổ biên 54

2.3 Tính kiểm nghiệm bền các chi tiết chính thanh truyền CHƯƠNG III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận 56

3.2 Kiến nghị 57

Các số liệu tính toán nhiệt

3 Chiều dài đầu nhỏ thanh

truyền

4 Bán kính góc lượn đầu nói

nhỏ với thanh truyền

7 Nhiệt độ làm việc của bạc

lót và đầu nhỏ thanh truyền

8 Các số liệu của thân thanh

truyền tại tiết diện tính toán

H, h, B 57, 41, 36 mm

9 Khối lượng lắp đầu to của

thanh truyền

đường tâm bulong thanh

truyền

Bulong Thanh Truyền

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1 Chu trình của động cơ 4 kỳ gồm hút-nén-đốt-xả

-Trong thì thứ nhất (nạp – van nạp mở, van xả đóng) hỗn hợp không khí và nhiên liệu được "nạp" vào xy lanh trong lúc pít tông chuyển động đi xuống

-Trong thì thứ hai (nén – hai van đều đóng) pít tông nén hỗn hợp khí trong

xy lanh khi chuyển động đi lên Ở cuối thì thứ hai (pít tông ở tại điểm chết trên) hỗn hợp khí được đốt, trong động cơ xăng bằng bộ phận đánh lửa, trong động cơ diesel bằng cách tự bốc cháy

-Trong thì thứ ba (tạo công – các van vẫn tiếp tục được đóng) hỗn hợp khí được đốt cháy Vì nhiệt độ tăng dẫn đến áp suất của hỗn hợp khí tăng và làm cho pít tông chuyển động đi xuống Chuyển động tịnh tiến của pít tông được chuyển bằng tay biên đến trục khuỷu và được biến đổi thành chuyển động quay

-Trong thì thứ tư (xả - van nạp đóng, van xả mở) pít tông chuyển động đi lênđẩy khí từ trong xy lanh qua ống xả thải ra môi trường

2 Động cơ 2 thì

Thì 1: Tạo công và nén trước

-Pít tông bắt đầu sắp vượt qua điểm chết trên Bộ phận đánh lửa đốt hỗn hợptrong buồng đốt phía trên pít tông, nhiệt độ tăng dẫn đến áp suất trong buồng đốt tăng Pít tông đi xuống và qua đó tạo ra công cơ học

-Trong phần không gian ở phía dưới pít tông, khí mới vừa được hút vào sẽ bịnén lại bởi chuyển động đi xuống của pít tông

-Trong giai đoạn cuối khi pít tông đi xuống, lỗ thải khí và ống dẫn khí được

mở ra Hỗn hợp khí mới đang bị nén dưới áp suất chuyển động từ buồng nén dưới pít tông qua ống dẫn khí đi vào xy lanh đẩy khí thải qua lỗ thải khí ra ngoài

Thì 2: Nén và hút

-Trong khi pít tông đi lên, lỗ thải khí và ngay sau đó là ống dẫn khí được đóng lại.

-Trong lúc pít tông tiếp tục chuyển động đi lên, hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong xy lanh tiếp tục bị nén lại và ngay trước khi pít tông đạt đến điểm chết trên thì được đốt cháy

-Trong buồng nén khí trước ở phía dưới pít tông khí mới được hút vào qua ống dẫn

2 Sự khác nhau giữa động cơ 4 kỳ và động cơ 2 kỳ

- Động cơ hai kỳ đơn giản hơn động cơ bốn kỳ: không có xupáp và các bộ phận khác của cơ cấu phối khí như trục cam, cò mổ…

- Cũng do đó chạy êm hơn do không có cơ cấu đóng mở xupáp và các cơ cấuphục thuộc

- Độ rung động ít hơn, do hai vấn đề chính: thứ nhất, chu kỳ sinh công nhiềuhơn; thứ hai, nhỏ gọn hơn nên về vấn đề thiết kế không bị vướng phải vấn đề phải tăng số vòng quay trục cơ để giảm kích thước động cơ, do đó số vòng quay của động cơ trung bình thấp hơn

- Cùng một công suất thì động cơ hai kỳ nhẹ hơn và ít bộ phận hơn

- Đơn giản hơn trong sửa chữa và hiệu chỉnh

- Động cơ 2 kỳ có hành trình máy ngắn hơn nên xe bốc hơn nhưng cũng chính vì vậy mà các linh kiện động cơ phải chịu nhiều lực hơn, khiến tuổi thọ không thể cao bằng xe 4 kỳ Hơn nữa, lực hút nhiên liệu ở động cơ 2 kỳ phụ thuộc trực tiếp vào lực nén của pít-tông, nên với những xe đã bị dão thường là rất khó nổ,nhất là vào buổi sáng

-Tuy nhiên độ bền của xe còn tùy thuộc vào người sử dụng Ở xe 4 kỳ, chạy khoảng 1.500 km, nên thay nhớt và nên dùng nhớt có cấp chất lượng API SE hoặc

SF, SG Pha nhớt quá ít, việc tản nhiệt và bôi trơn máy kém Pha nhiều quá, việc đốt cháy hỗn hợp khí không tốt, cũng làm ảnh hưởng đến hoạt động của máy Một

số loại xe 2 kỳ đời mới có chế độ tự pha dầu bằng bơm, tuy nhiên cần cảnh giác

với loại bơm này vì bơm hỏng đồng nghĩa với việc phá tan luôn động cơ Hơn nữa không nên ép ga, côn quá mạnh bởi điều này làm các linh kiện phải chịu lực quá lớn khiến chúng bị mòn nhanh Khi đã không chuẩn, động cơ 2 kỳ dão rất nhanh.

- Động cơ 4 kỳ chạy đầm hơn, bền hơn nhưng cũng cần để ý đến chế độ dầu bởi nếu độ nhớt kém sẽ làm linh kiện nhanh mòn và do cấu tạo phức tạp nên việc sửa chữa cũng rất khó khăn

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1.1 CÁC THÔNG SỐ CẦN CHỌN

a Áp suất môi trường: pk

Áp suất môi trường p k là áp suất khí quyển trước khi nạp và động cơ p k thay đổi theo độ cao Ở nước ta có thể chọn p k = 0,1 (Mpa)

b Nhiệt độ môi trường: Tk

Lựa chọn nhiệt độ môi trường theo nhiệt độ bình quân của cả năm.

Ở nước ta T k = 24 0 C (297 0 K)

c Áp suất cuối quá trình nạp: pa

Áp suất môi trường P a phụ thuộc vào nhiều thông số như chủng loại động cơ, tính năng tốc độ n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông…Có thể chọn p a trong phạm

h Hệ số quét buồng cháy:λ2

Động cơ tăng áp: Chọn λ2 = 0,95

i Hệ số nạp thêm:λ1

Phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thông thường có thể chọn:

λ 1 = 1,02 ÷ 1,05 Chọn λ 1 = 1,05

k Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z:

Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu.

Đối với động cơ diezel z

l Hệ số điền đầy đồ thị công:ϕ d

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu trình công tác thực tế Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính toán của động

cơ xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số ϕd của động cơ diezel thường chọn trị số nhỏ hơn động cơ xăng Nói chung có thể chọn trong phạm vi:

ϕ d = 0,92 ÷ 0,97 Chọn ϕ d = 0,945

a ) Tính toán các chu trình công tác :

r t a

r r

k r

p p p

p T

T T

1 2

1

) (

=

λ λ ελ

λ γ

Chọn : m= 1,5

2) nhiệt độ cuối quá trình nạp

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

Thay vào công thức :

3) Hệ số nạp :

Thay số vào ta có :

4 ) lượng khí nạp

Lượng khí nạp được xác định theo công thưc sau :

( Kmol/kg nhiên liệu )

Trong đó là áp suất trung bình được xác định theo công thức sau :

5) lượng khí lý thuyết cần lọt vào để đốt cháy 1 kg nhiên liệu :

Lượng không khí lý thuyết cần để lọt vào đốt cháy 1 kg nhiên liêu để đốt cháy được tính theo công thức :

Đối với nhiện liệu của động cơ diesel ta có : C = 0,87 : H = 0,126 : O = 0,004Thay vào ta được : 0,494 ( kmol / kg nl)

6) hệ số dư lượng không khí :

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

- Với động cơ diesel có hệ dư lượng không khí > 1 tính theoo công thức sau : = ( 19,876 + ) + T

= 20,76

3, Tỉ số mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp :

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén tinhs theo công thức sau :

= = 19,843

4 ) chỉ số nén đa biến trung bình :

chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thông số vận hành như kích thước xy lanh , loại buồng cháy , số vàng quay , phụ tải , trang thái nhiệt độ của động cơ tuy nhiên tăng hay giảm tùy thuộc vào quy luật sau :

Tất cả nhưng nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho tăng chỉ số nén

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

là hệ số được tra trên bảng điều kiện phương trình cho của hai vế đều bằng nhau nếu có sai số < 0,2%

5) Áp suất cuối quá trình nén :

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

= = 0,09 = 3,418 ( Mpa )

6) nhiệt độ cuối quá trình nén :

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

= = 340,8 = 912,98 (K)

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

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

= + = ( 1+ ) = 0,918 ( 1+ 0,03823 ) = 0,95 ( kmol/kg.nl)

2.3 Quá trình cháy :

1, hệ số thay đôi phần tử lý thuyết

Ta có hệ thay dổi phần tử lý thuyết được xác định theo công thức :

Trong đó tăng mol của các loại động cơ được xác định :

5) Nhiệt độ tại điểm z :

Đối với động cơ diesel , tính nhiệt độ bằng cách giải phương trình chát + ( + 8,314 ).Tc = β z Tz

Trong đó:

là nhiệt trị thấp của nhiên liệu Xăng ta có: = 42,5000(kJ/ kg nl )

là nhiệt mol đặng áp trung bình của sản vật cháy tai z là :

6) áp suất tại điểm Z :

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

2.4 Tính toán quá trình giản nở :

3) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình :

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

Trog đó : là nhiệt trị tại điểm b và được xác định theo công thức :

; là nhiệt trị tính toán

Đới với động cơ diesel = 42,500 ( KJ/kg.nl)

Qua kiểm nghiệm tính toán ta chọn được : thay hai về vào phương trình ta so sánh , thấy sai số giữa 2 vế < 0,2 % nên là đúng

4) nhiệt độ cươi quá trình giản nở :

= 1218,66

5) Áp suất cuối quá trình giản nở :

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

= = 0,32 ( Mpa)

6) Tính nhiệt độ khí thải ;

= = 853,68 (k)

Ta tính được 853,68 (k) so sánh với nhiệt độ đã chọn ban đầu :

Thõa mãn điều kiện không vượt quá 15 %

2.5 ) Tính toán các thông số chu trình công tác :

Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và được biểu diễn bằng quan hệ truyến tính với tốc độ trung bình của động cơ Ta có tốc độtrung bình của động cơ là :

= 8,4 ( m/s)

Đối với động cơ diesel cao tốc dùng cho > 7

Tốc độ trung bình của động cơ là :

= 0,015+0,015.8,4 = 0,146 ( Mpa )

6) Áp suất có ích trung bình là :

Tacos công thức xác định áp suất trung bình thực tế được xác định theo công thức : = = 0,6499 – 0,146 = 0,539 ( Mpa)

7) Hiệu suất cơ giới :

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới :

( % )

8) Suất tiêu hao nhiên liệu :

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

Thay vào công thức : = = 0,149 (mm)

b, vẽ và hiểu đỉnh đồ thi công ;

Căn cứ cào các thông số trên ta lập được bảng tính nén và đường giản nở thheo biến thiên của dung tích công tác : = i

là dung tích buồng cháy :

Các thông số ban đầu :

3,1 Xây dưng đường cong áp suất tên đường nén :

Phương trình nén đa biến :

P = const

Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường nén thì :

=

=

là số nén đa biến trung bình = 1,3658

là áp suất cuối quá trình nén = 3,418 ( Mpa )

3,2 ) xây dựng áp suất đường cong trên quá trình giản nở :

- Phương trình của đường giản nở đa biến :

=

là chỉ sổ giản nở đa biến trung bình = 1,21

là áp suất tại điểm z : = 6,1524 (Mpa)

3,3 chọn tỷ lệ xích phù hợp với các điểm đặc biệt :

Thông số kết cấu động cơ là :

Vậy ta được khoảng cách OO’ là :

Giá trị biểu diễn của R trên đồ thị :

3,5 ) lần lượt là các hiệu đỉnh trên đồ thị :

1,) hiểu đỉnh điểm bắt đầu quá trình nạp ( điểm a)

Từ o’ trên đồ thị Brick ta xác định được góc đóng xupap thải , bán kính này cắt đường tròn tải điểm a’ từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt đườngtại điểm a nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa đường và trục tung )

Với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình nạp

2) Hiệu đỉnh áp suất cuối quá trình nén : ( điểm C’)

Áp suất cuối quá trình nén thường là do hiện tượng phun sớm ( động có diesel ) và hiện tượng đánh lửa sớm là ( động cơ xăng ) nên ta thường chọn áp suất cuối quá trình nén

Lý thuyết đã tính theo kinh nghiêm , áp suất cuối quá trình nén thực tế được xác định theo công thức sau”

Vì đây là động cơ diesel :

( Mpa)

Từ đó xác định được tung độ điểm c’ trên đồ thị công :

= = 155,83 (mm)

3) hiểu chỉnh điểm phun sớm : ( điểm c’’)

-Do đương nén luôn phun sớm lên trong thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết tại điểm c’’ điểm c’’ được xác định bằng cách từ điểm o trên đồ thin Brich ta xác định được góc phụ sớm hoặc góc đánh lửa sớm , bán kính này cắt vòng tròn Brick tại một điểm từ điểm gióng này ta gióng song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c’’ dùng một cung thích hợp để nối điển c’’ với c’

4) 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:

b).Từ đồ thị Brick xác định góc 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 : ( điểm b’)

Hiệu đính điểm b’ căn cứ vào góc mở sớm β1 của xupáp thải -Từ đồ thị Brick xác định góc mở sớm xupáp thải β1 = 48

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 Xác định điểm b’’ :

Theo công thức thực nghiệm:

Thay vào ta có : = 0,2175

2.1 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG NHIỆT HỌC

A, vẽ đườngbiểu diễn các quy luật động học động học :

- Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một hoành độ thống nhất ứng với hành trình piston S = 2R vì vậy đồ thị lấy hoành độ tương ứng với của đồ thị công ( từ điểm 1 đến )

1.1 ) đường biểu diễn hành trình piston X =

Ta tiền hành vẽ đường biểu diễn hành trình piston theo trình tự sau :

1. Chọn tỷ lệ xích góc : thường dùng tỷ lệ xích ( 0,6 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 ,

4) Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm , tương ứng trên trục tung của đồ thị X = f(α) ta được các điểm xác định chuyển

vị tương ứng với các góc ,

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 phía dưới đồ thị x= f (α).sát mép dưới của bản vẽ

2) Vẽ vòng tròn tâm O bán kính là :

3) Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính là :

thành 18 phần theo chiều ngược nhau

4 ) 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 xuấtphằt các điểm chia tương ứng trên vòng tròn tâm O bán kính là :