Đồ án động cơ đốt trong- Khuyến (Diesel 1 xi lanh không tăng áp)

Hệ số khí sót được tính theo công thức:Trong đó là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn: Thay số vào công thức tính ta được: 2.. Lượng khí nạp mới : Lượng khí nạp mớ

M c L c ụ ụ

Lời nói đầu 3

CHƯƠNG I: Tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong 4

1.1 Tổng quan các phương pháp tính toán CTCT của động cơ 4

1.2 Giới thiệu về động cơ mẫu và các thông số đầu vào phục vụ cho tính toán 4

Số liệu ban đầu của đồ án môn học ĐCĐT ( Số 5) 4

1.3 Tính toán chu trình công tác của động cơ 5

1.3.1 Các thông số cần chọn 5

1.3.2 Tính toán quá trình nạp: 7

1.3.3 Tính toán quá trình nén: 9

1.3.4 Tính toán quá trình cháy: 11

1.3.5 Tính toán quá trình giãn nở 14

1.3.6 Tính toán các thông số chu trình công tác 16

CHƯƠNG II : Tính toán động học, động lực học 26

2.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học 26

2.1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston x=f (α): 26

2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của piston v=f (α): 26

2.1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston j=f(x) 27

2.2 Tính toán động lực học 28

2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến: 28

2.2.2 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính −Pj=fx 29

2.2.3 Đ ng bi u di n v=f(x)ườ ể ễ 29

2.2.4 Khai tri n đ th công trên t a đ P-v thành P=f( ):ể ồ ị ọ ộ α 31

2.2.5 Khai tri n đ th Pj=f(x) thành Pj=( ):ể ồ ị α 31

2.2.6 Vẽ đ th Pồ ị Σ= f( ):α 32

2.2.7 Vẽ l c ti p tuy n ự ế ế T=f (α) và đ ng l c pháp tuy n ườ ự ế Z=f (α) 33

2.2.8 Vẽ đ ng ườ T=f (α) 36

2.2.9 Đ th ph t i tác d ng lên ch t khu uồ ị ụ ả ụ ố ỷ 37

2.2.10 Vẽ đ ng bi u di n ườ ể ễ 38

2.2.11 Đ th mài mòn ch t khu uồ ị ố ỷ 40

CH ƯƠ NG III : Tính Toán Ki m Nghi m B n Thanh Truy n ể ệ ề ề 42

3.1 Tính nghi m b n đ u nh thanh truy n ệ ề ầ ỏ ề 43

3.1.1 ng su t t ng khi đ u nh thanh truy n ch u kéoỨ ấ ổ ầ ỏ ề ị 44

3.1.2 ng su t t ng khi đ u nh thanh truy n ch u nénỨ ấ ổ ầ ỏ ề ị 46

3.1.3 ng su t bi n d ng do ép căng b c lótỨ ấ ế ạ ạ 48

3.1.4 H s an toàn c a đ u nh :ệ ố ủ ầ ỏ 49

3.2 Tính ki m nghi m b n thân thanh truy nể ệ ề ề 50

3.3 Tính nghi m b n đ u to thanh truy n:ệ ề ầ ề 52

3.4 Tính nghi m b n bulong thanh truy n: ệ ề ề 54

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả 56

Lời nói đầu

Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn độnglực 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 lànguồn cung cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới Chính vì vậy việc tínhtoán và thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quantrọng 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 hỏingười thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũngnhư kiến thức của các môn học cơ sở Trong quá trình hoàn thành đồ án khôngnhững 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 nhưcác kiến thức tổng hợp khác Đồ án này cũng là một bước tập dượt rất quantrọng 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 trongquá trình làm không tránh được sai sót chính vì vậy em rất mong được sự đónggóp của các thầy cô cũng như toàn thể các bạn để đồ án của em được hoànchỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Trần Trọng Tuấn cũng nhưtoàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn Động Cơ Đốt Trong đã tạo mọi điềukiện giúp em hoàn thành đồ án này

Sinh viên

Trần Thế Khuyến

CHƯƠNG I: Tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong

1.1 Tổng quan các phương pháp tính toán CTCT của động cơ

Phương pháp lý thuyết gần đúng

Phương pháp cân bằng thể tích

Phương pháp cân bằng năng lượng

Phương pháp Grinheveski Mading

Phương pháp cân bằng năng lượng có nhiều ưu điểm và được sử dụngnhiều

1.2 Giới thiệu về động cơ mẫu và các thông số đầu vào phục vụ cho tính toán

Số liệu ban đầu của đồ án môn học ĐCĐT ( Số 5)

CÁC SỐ LIỆU CỦA THÀNH PHẦN TÍNH TOÁN NHIỆT

TT Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú

1 Áp suất môi trường p0

- 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 T0

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

T0 = 240C = 2970K

3 Áp suất cuối quá trình nạp pa

- Áp suất cuối quá trình nạp pa với động cơ 4 kỳ không tăng áp ta có thể chọntrong phạm vi:

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

8 Hệ số quét buồng cháy λ2:

Với các động cơ không tăng áp ta thường chọn hệ số quét buồng cháy λ2 là:

10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z :

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

cơ Với các loại động cơ Diesel ta thường chọn:

11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b :

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

Hệ số khí sót được tính theo công thức:

Trong đó là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn:

Thay số vào công thức tính ta được:

2 Nhiệt độ cuối quá trình nạp :

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

Thay số vào công thức tính ta được:

3 Hệ số nạp :

Hệ số nạp được xác định theo công thức:

Thay số vào công thức tính ta được:

4 Lượng khí nạp mới :

Lượng khí nạp mới được xác định theo công thức:

Trong đó:

là áp suất có ích trung bình được xác định theo công thức:

là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức:

Thay số vào các công thức trên ta được:

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

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

Đối với nhiên liệu của động cơ Diesel ta có: nênthay vào công thức tính ta được:

6 Hệ số dư lượng không khí :

Đối với động cơ Diesel hệ số dư lượng không khí được xác định theo côngthức:

Thay số vào công thức tính hệ số dư lượng không khí ta được:

1.3.3 Tính toán quá trình nén:

1 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:

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

Với các động cơ Diesel có hệ số dư lượng không khí do đó tỉ nhiệt molđẳng tích trung bình của không khí được xác định theo công thức:

Thay số ta được:

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 tính theocông thức:

Thay số ta được:

Do ta có:

4 Chỉ số nén đa biến trung bình :

Giả thiết quá trình nén là đoạn nhiệt Chỉ số nén đa biến trung bình được xácđịnh bằng cách giải phương trình:

=> Điều kiện để xác định đúng n1 là ∆n1 < 0,2%

Thay vào hai vế của phương trình ta được:

và

Vậy ta có sai số giữa hai vế của phương trình là:

Vậy ta có nghiệm của phương trình là:

5 Áp suất cuối quá trình nén :

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

Thay số ta xác định được:

6 Nhiệt độ cuối quá trình nén :

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

Thay số ta được:

7 Lượng môi chất công tác của quá trình nén :

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

Thay số ta được:

1.3.4 Tính toán quá trình cháy:

1 Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết :

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

- Độ tăng mol ∆M của động cơ diesel

Thay số ta được:

2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế :

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

Thay số ta được:

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

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

Trong đó ta có:

Thay số ta được:

4 Lượng sản vật cháy :

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

Thay số ta được:

5 Nhiệt độ tại điểm z :

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

(**)Trong đó:

là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được xác định theocông thức:

Thay số vào ta xác định được:

Mặt khác ta có:

Thay các giá trị vào phương trình (**) ta tính được:

Tz =2137 (K)

6 Áp suất tại điểm z :

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

Trong đó λ là hệ số tăng áp khi cháy :

2 Hệ số giãn nở sau :

Ta có hệ số giãn nở sau được xác định theo công thức:

3 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình :

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

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

Thay số vào ta được:

QH*: là nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Với động cơ diesel :

- Chọn n2 vế phải tìm n2 vế trái và tính sai số nhỏ hơn 0,2%

Thay ta được :

Vậy ta có sai số giữa hai vế của phương trình là:

4 Áp suất cuối quá trình giãn nở ; Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở:

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

Thay số vào ta được:

- Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở được xác định trong công thức:

Thay số vào ta được:

5 Kiểm tra lại nhiệt độ khí sót

Nhiệt độ khí sót được tính theo công thức:

-Kiểm nghiệm Tr tính và Tr chọn sai khác không vượt quá 15%

Thay số vào ta xác định được:

Vậy ta có sai số khi tính toán và chọn nhiệt độ khí thải là:

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

1.3.6 Tính toán các thông số chu trình công tác.

1 Áp suất chỉ thị trung bình :

Với động cơ Diesel áp suất chỉ thị trung bình được xác định theo công thức:

Thay số vào công thức trên ta được:

2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế :

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

Với φd = 0,945

Thay số vào công thức trên ta được:

3 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị :

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

Vậy thay số vào ta xác định được:

4 Hiệu suất chỉ thị

Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị:

Thay số ta được:

5 Áp suất tổn thất cơ giới :

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

độ trung bình của động cơ là:

Do nên áp suất tổn thất cơ giới được tính cho động cơ diesel có i

= 1 và S/D > 1

Vậy ta có công thức xác định là:

Thay số ta được:

6 Áp suất có ích trung bình :

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

Thay số vào công thức trên ta được:

7 Hiệu suất cơ giới :

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:

Thay số vào công thức trên ta được:

8 Suất tiêu hao nhiên liệu :

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

Vậy thay số vào ta được:

9 Hiệu suất có ích :

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

Thay số vào công thức trên ta được:

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:

Vậy thay số vào ta được:

Ta có công thức kiểm nghiệm đường kính xy lanh :

Thay số vào ta được:

Vậy ta xác định được sai số đường kính giữa tính toán và thực tế là:

Vậy đường kính xy lanh giữa tính toán và thực tế thoả mãn yêu cầu

1.4 Vẽ và hiệu đính đồ thị công:

1.4.1 Các thông số chọn trước trong quá trình tính toán:

2 Bảng tính quá trình nén và quá trình giãn nở:

Quá trình nén Quá trình giãn nở

2 điểm P a và P r

1 Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: (điểm a)

Từ O’ của đồ thị Brick xác định góc đóng muộn xupap xả β2,bán kính này cắt brick ở a’’ , từ a’’ gióng đường song song với tung độ cắt đường p a tại a.Ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang nạp

2 Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm c)

Xác định góc phun sớm θ đặt trên đồ thị brick rồi gióng xuống đường nén ta được điểm c ' '.

Nối c ' ' c ' bằng 1 cung thích hợp

3 Hiệu đính điểm z của động cơ diesel:

- Dùng 1 đường thẳng song song trục hoành cắt đố thị công tại vị trí 0.85p z

- Từ đồ thị brick xác định góc 15° gióng xuống đoạn thẳng áp 0.85p z ta xác địnhđược điểm z '

- Dùng cung thích hợp nối z với c ' và lượn sát vào đường giãn nở

4 Hiệu đính quá trình thải:

- Ta xác định được điểm b ' qua góc mở sớm xupap xả β1

- Ta có áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế:

CHƯƠNG II : Tính toán động học, động lực học.

2.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học.

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

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

Vẽ theo các bước sau:

1 Chọn tỉ lệ xích góc: Thường dùng tỉ lệ xích (0,6-0,7) mm/độ

Ta chọn = 0,6 mm/ độ

2 Chọn gốc tọa độ cách gốc của đồ thị công khoảng 15-18 cm

Chọn = 17 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 x=f (α) để xác định chuyển vị x tương ứng

5 Nối các giao điểm, ta có đồ thị x=f (α) như hình

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

Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng Tiến hành cụ thể như sau:

1 Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R, phía dướ đồ thị x=f (α), sát mép dưới của giấy vẽ

4 Từ các điểm chia trên vòng tròn 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 còng tròn Rλ/2 tại các điểm a, b, c, …

5 Nối các điểm a, b, c, … tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ tính từ điểm cát vòng R của bán kính tạo vói trục hoành 1 góc đến đường cong abc…

Đồ thị này biểu diễn quan hệ v=f (α) trên tọa độ cực

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

Vẽ đường này theo phương pháp Tôlê Chọn cùng hoành độ với trục x=f (α), vẽ theo các bước sau:

3 T đi m A t ng ng ĐCT l y AC= jừ ể ươ ứ ấ max , t đi m B t ng ng ĐCD l y ừ ể ươ ứ ấBD= jmin , n i C v i D c t tr c hoành E, l y ố ớ ắ ụ ở ấ EF=−3 Rλ ω2 v phía BD N i CFề ố

và FD, đ ng ph n đ nh h ng CF và FD nh hình vẽ, n i 11,22,33,… Vẽ ẳ ậ ị ướ ư ố

đ ng bao trong ti p tuy n v i 11,22,33,… ta có đ ng cong bi u di n ườ ế ế ớ ườ ể ễquan h ệ j=f (x)

2.2 Tính toán động lực học

2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:

Tính trên một đơn vị diện tích piston (kg/m2)

m=m np +m1

Ta có:

m1 : khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston

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

m pt =1.15 (kg)

F= π D4 2= 3,14 ×0,0954 2=0,00708 (m2)

m1= ( 0,28 0,29 )m tt= ( 0,63336 0,65598 ) 2,262Chọn m1= 0,65(Kg)= 91,8079 (Kg / m2)

Trong đó: m tt là khối lượng thanh truyền (kg/m2)

m np=m pt

F =162,32334(kg/m

2 )

m=m pt +m1=254,13124 (kg/m2 )

2.2.2 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính −P j =f(x)

Vẽ theo phương pháp Tôlê nhưng hoành độ đặt trùng với đường P0 ở đồ thị công và vẽ đường −P j =f(x) (tức cùng chiều với j=f(x)), tiến hành các bước sau:

1 Tỉ lệ xích trùng với tỉ lệ xích đồ thị công.

2 Tính:

P jmax =m j max =254,13124 83,8609=1,06558.106 (Pa)=2,13116(MPa)

P jmin =m j min =−0,59875(MPa)

EF=−3mRλω2=−0,70024 (MPa)

Giá trị biểu diễn:

Pjmax = 38,2543 (mm)Pjmin= -21,4953 (mm)EF= -25,13857 (mm)

2.2.3 Đ ườ ng bi u di n v=f(x) ể ễ

Dùng ph ng pháp đ th vòng ta xác đ nh đ c đ th ươ ồ ị ị ượ ồ ịv=f (α) Mu n ố

chuy n đ th trên t a đ đ c c c này thành đ th v=f(x) bi u di n trên ể ồ ị ọ ộ ộ ự ồ ị ể ễcùng t a đ v i j=f(x), ta ph i chuy n đ i t a đ qua đ th Brick Cách ọ ộ ớ ả ể ổ ọ ộ ồ ịlàm nh sau:ư