Bài tập lớn Tính toán động cơ đốt trong

Bài tập lớn Tính toán động cơ đốt trong nêu lên các phương pháp tính toán nhiệt và xây dựng đồ thị công P-V, tính toán động học và động lực học của cơ cấu Piston- khuỷu trục- thanh truyền, vẽ đồ thị chuyển vị, vận tốc và gia tốc piston, đồ thị biểu diễn các lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N và đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên trục khuỷu.

B  GIÁO D C VÀ ĐÀO T OỘ Ụ Ạ

TRƯỜNG Đ I H C S  PH M K  THU TẠ Ọ Ư Ạ Ỹ Ậ  THÀNH PH  H  CHÍ MINHỐ Ồ

KHOA C  KHÍ Đ NG L CƠ Ộ Ự

BÀI T P L N Ậ Ớ

Môn h c: TÍNH TOÁN Đ NG C  Đ T TRONG ọ Ộ Ơ Ố

Tên nhóm: Nhóm 5

GVHD : Nguy n Văn Tr ngễ ạ

HVTH : Hu nh Quang Th o. MSSV: 12145163ỳ ả

Nguy n Thành.       MSSV:12145156ễ

Tp.H  Chí Minh, tháng 5 năm 2015 ồ

Đ  BÀIỀ

D a vào các thông s  đ ng c  đã cho bên dự ố ộ ơ ưới, tính toán nhi t và xây d ng đ  th  côngệ ự ồ ị   P­V, tính toán đ ng h c và đ ng l c h c c a c  c u Piston­ Khu u tr c­ Thanh ộ ọ ộ ự ọ ủ ơ ấ ỷ ụ

truy n, v  đ  th  chuy n v , v n t c và gia t c piston, d  th  bi u di n các l c ti p ề ẽ ồ ị ể ị ậ ố ố ồ ị ể ễ ự ế tuy n T, l c pháp tuy n Z, l c ngang N và đ  th  véc t  ph  t i tác d ng lên tr c ế ự ế ự ồ ị ơ ụ ả ụ ụ khu u.ỷ

Các thông s  đ ng c :ố ộ ơ

­ Ki u đ ng c : Đ ng c  xăng, piston ki u giao tâm.ể ộ ơ ộ ơ ể

­ Công su t: 60 kw.ấ

­ T  s  nén ỷ ố ε =8,2

­ S  vòng quay: 2400 v/ph.ố

­ S  xi lanh: 4.  ố

PH N 1Ầ : TÍNH TOÁN NHI TỆ

B ng s  li u ban đ u c a ĐCĐT ả ố ệ ầ ủ

Các s  li u c a ph n tính toán nhi tố ệ ủ ầ ệ

TT Tên thông số Ký hi u ệ Giá trị Đ n ơ  

vị

Ghi chú

không tăng áp

A­ CÁC THÔNG S  C N CH N: Ố Ầ Ọ

1) Ap su t môi tŕ ấ ường p0

Áp su t môi trấ ường p0 là áp su t khí quy n. V i đ ng c  không tăng áp ta có ápấ ể ớ ộ ơ  

su t khí quy n b ng áp su t trấ ể ằ ấ ước xupap n p nên ta ch n:ạ ọ

Pk=  P0 = 0,1 (Mpa) 2) Nhi t đ  môi trệ ộ ường T0

 Nhi t đ  môi trệ ộ ường được ch n l a theo nhi t đ  bình quân c a c  năm. V iọ ự ệ ộ ủ ả ớ  

đ ng c  không tăng áp ta có nhi t đ  môi trộ ơ ệ ộ ường b ng nhi t đ  trằ ệ ộ ước xupap n p nên:ạ

T0 = 270C = 300 0K 3) Áp su t cu i quá trình n p pấ ố ạ a

 Áp su t cu i quá trình n p pấ ố ạ a v i đ ng c  không tăng áp ta có th  ch n trongớ ộ ơ ể ọ  

ph m vi:ạ

Pa = (0,8 – 0,9)p0 = 0,9.p0 = 0,09.0,1 = 0.09 (MPa) 4) Áp su t khí th i pấ ả r:

 Áp su t khí th i pấ ả r có th  ch n trong ph m vi:ể ọ ạ

pr = (1,05­1,12).pk = 1,10.pk = 1,10.0,1 = 0,110 (MPa) 5) M c đ  s y nóng môi ch t ứ ộ ấ ấ

M c đ  s y nóng môi ch t   ch  y u ph  thu c vào lo i đ ng c  Xăng hayứ ộ ấ ấ ủ ế ụ ộ ạ ộ ơ   Diesel. V i đ ng c  Xăng ta ch n:ớ ộ ơ ọ

6) Nhi t đ  khí sót (khí th i) Tệ ộ ả r:

Nhi t đ  khí sót Tệ ộ r  ph  thu c vào ch ng lo i đ ng c  Thông thụ ộ ủ ạ ộ ơ ường ta có thể 

ch n:ọ

Tr = (700 – 1000) = 900 7) H  s  hi u đính t  nhi t :ệ ố ệ ỉ ệ t

H  s  hi u đính t  nhi t ệ ố ệ ỉ ệ t được ch n theo h  s  d  lọ ệ ố ư ượng không khí 

= 0,85 ­  0.92 đ  hi u đính:ể ệ

= 0,88

t = 1.15

8) H  s  quét bu ng cháy ệ ố ồ 2:

V i các đ ng c  không tăng áp ta thớ ộ ơ ường ch n h  s  quét bu ng cháy ọ ệ ố ồ 2 là:

2 = 1 9) H  s  n p thêm ệ ố ạ 1:

H  s  n p thêm  ệ ố ạ 1 ph  thu c ch  y u vào pha ph i khí. Thông thụ ộ ủ ế ố ường ta có thể 

ch n:ọ

1 = (1,02 – 1,07) = 1.03 10) H  s  l i d ng nhi t t i đi m  z :ệ ố ợ ụ ệ ạ ể

H  s  l i d ng nhi t t i đi m  z  ph  thu c vào chu trình công tác c a đ ng c ệ ố ợ ụ ệ ạ ể ụ ộ ủ ộ ơ  

V i các lo i đ ng c  Xăng ta thớ ạ ộ ơ ường ch n:ọ

11) H  s  l i d ng nhi t t i đi m b :ệ ố ợ ụ ệ ạ ể

H  s  l i d ng nhi t t i đi m b  tu  thu c vào lo i đ ng c  Xăng hay Diesel.ệ ố ợ ụ ệ ạ ể ỳ ộ ạ ộ ơ  

V i các lo i đ ng c  Xăng ta ch n:ớ ạ ộ ơ ọ

12) H  s  hi u đính đ  th  công :ệ ố ệ ồ ị

H  s  hi u đính đ  th  công  ph  thu c vào lo i đ ng c  Xăng hay Diesel. V iệ ố ệ ồ ị ụ ộ ạ ộ ơ ớ   các đ ng c  Xăng ta ch n:ộ ơ ọ

B­ TÍNH TOÁN CÁC QU  TRÌNH CÔNG TÁC: Ấ

I.Tính toán quá trình n p:ạ

1) H  s  khí sót :ệ ố

H  s  khí sót  đệ ố ược tính theo công th c:ứ

Trong đó m là ch  s  giãn n  đa bi n trung bình c a khí sót có th  ch n:ỉ ố ở ế ủ ể ọ

Thay s  vào công th c tính  ta đố ứ ược:

 năm trong khoang gia tri (0,05÷0,15)̀ ̉ ́ ̣

2) Nhi t đ  cu i quá trình n p :ệ ộ ố ạ

Nhi t đ  cu i quá trình n p  đệ ộ ố ạ ược tính theo công th c:ứ

Thay s  vào công th c tính  ta đố ứ ược:

Đ i v i đ ng c  xăng, nhi t đ  khí n p Ta = (340 ÷400)kố ớ ộ ơ ệ ộ ạ

3) H  s  n p :ệ ố ạ

H  s  n p  đệ ố ạ ược xác đ nh theo công th c:ị ứ

Thay s  vào công th c tính  ta đố ứ ược:

4) Lượng không khí lí thuy t c n đ  đ t cháy 1 kg nhiên li u :ế ầ ể ố ệ

Lượng không khí lí thuy t c n đ  đ t cháy 1 kg nhiên li u  đế ầ ể ố ệ ược tính theo công 

th c:ứ

Đ i v i nhiên li u c a đ ng c  Xăng ta có:   nên thay vào công th c tính   taố ớ ệ ủ ộ ơ ứ  

được:

5) Lượng khí n p m i :ạ ớ

Lượng khí n p m i  đạ ớ ược xác đ nh theo công th c:ị ứ

6)Lượng san vât chay : ̉ ̣ ́ <1

II. Tính toán quá trình nén:

V) T  nhi t mol đ ng tích trung bình c a không khí:ỷ ệ ẳ ủ

2) Ch  s  nén đa bi n trung bình :ỉ ố ế

Ch  s  nén đa bi n trung bình   đỉ ố ế ược xác đ nh b ng cách gi i phị ằ ả ương trình:

Thay cac gia tri ń ́ ̣ 1 vào hai v  c a phế ủ ương trình cho đên khi cân băng 2 vê (sai số ̀ ́ ́  cho phep 0,2%) ta đ́ ược:

V i ́ơ

V y ta có sai s  gi a 2 v  c a phậ ố ữ ế ủ ương trình là: 

3) Ap su t cu i quá trình nén :́ ấ ố

Ap su t cu i quá trình nén  đ́ ấ ố ược xác đ nh theo công th c:ị ứ

Thay s  ta xác đ nh đố ị ược:

4) Nhi t đ  cu i quá trình nén  :ệ ộ ố

Nhi t đ  cu i quá trình nén  đệ ộ ố ược xác đ nh theo công th c:ị ứ

Thay s  ta đố ược:

III. Tính toán quá trình cháy:

V) H  s  thay đ i phân t  lí thuy t :ệ ố ổ ử ế

Ta có h  s  thay đ i phân t  lí thuy t  đệ ố ổ ử ế ược xác đ nh theo công th c:ị ứ

2) H  s  thay đ i phân t  th c t  :ệ ố ổ ử ự ế

Ta có h  s  thay đ i phân t  th c t   đệ ố ổ ử ự ế ược xác đ nh theo công th c:ị ứ

Thay s  ta xác đố ược:

3) H  s  thay đ i phân t  th c t  t i đi m  z :ệ ố ổ ử ự ế ạ ể

Ta có h  s  thay đ i phân t  th c t  t i đi m z,  đệ ố ổ ử ự ế ạ ể ược xác đ nh theo công th c:ị ứ

Trong đó ta có:

Thay s  ta đố ược:

4) Nhi t đ  t i đi m z :ệ ộ ạ ể

Đ i v i đ ng c  Xăng, nhi t đ  t i đi m z   đố ớ ộ ơ ệ ộ ạ ể ược xác đ nh b ng cách gi iị ằ ả  

phương trình sau:

 (**) Trong đó:

 là nhi t tr  th p c a nhiên li u Xăng ta có: ệ ị ấ ủ ệ

  là   nhi t   lệ ượng   t n   th t   do   nhiên   li u   cháy   không   h t   khi   đ t   1kg   nhiênổ ấ ệ ế ố  

li u.trong đi u ki n  <1 xác đ nh nh  sau:ệ ề ệ α ị ư

 là t  nhi t mol đ ng tích trung bình c a s n v t cháy đỉ ệ ẳ ủ ả ậ ược xác đ nh theo côngị  

th c:ứ

Ti nhiêt mol đăng tich trung binh cua hôn h p chay cuôi qua trinh nen:̉ ̣ ̉ ́ ̀ ̉ ̃ ợ ́ ́ ́ ̀ ́

Ti nhiêt mol đăng tich trung binh cua khi sot:̉ ̣ ̉ ́ ̀ ̉ ́ ́

Ti nhiêt mol đăng tich trung binh cua san phâm chay tai điêm z:̉ ̣ ̉ ́ ̀ ̉ ̉ ̉ ́ ̣ ̉

Thay các giá tr   vào phị ương trình (**) ta tính được:

Tz =2525,3(K) 5) Áp su t t i đi m z: ()ấ ạ ể

Ta có áp su t t i đi m z đấ ạ ể ược xác đ nh theo công th c:ị ứ

Trong đó   là h  s  tăng áp : λ ệ ố

Thay s  ta đố ược:

IV Tính toán quá trình giãn nở:

1) H  s  giãn n  s m :ệ ố ở ớ

H  s  giãn n  s m đệ ố ở ớ ược xác đ nh theo công th c sau:ị ứ

V i đ ng c  xăng ta có:   =1 ớ ộ ơ ρ

2) H  s  giãn n  sau :  ệ ố ở

Ta có h  s  giãn n  sau  đệ ố ở ược xác đ nh theo công th c:ị ứ

V i đ ng c  xăng :ớ ộ ơ

3) Ch  s  giãn n  đa bi n trung bình :ỉ ố ở ế

Ta có ch  s  giãn n  đa bi n trung bình  đỉ ố ở ế ược xác đ nh t  phị ừ ương trình cân b ngằ   sau:

Trong đó:  là nhi t tr  t i đi m b và đệ ị ạ ể ược xác đ nh theo công th c:ị ứ

QH*: là nhi t tr  th p c a nhiên li u.ệ ị ấ ủ ệ

V i đ ng c  xăng : ớ ộ ơ

Thê vao ta đ́ ̀ ược:

Thay cac gia tri ń ́ ̣ 2 =(1,23­1,27) vao 2 vê ph̀ ́ ương trinh đên khi cân băng 2 vê v ì ́ ̀ ́ ơ  ́ sai sô <2%.́

Thay n2 = 1,23 ta tính dược v  ph i phế ả ương trình b ng 0.23045ằ

V y sai s  gi a 2 v  phậ ố ữ ế ương trình là:

4) Ap su t cu i quá trình giãn n  :́ ấ ố ở

Ap su t cu i quá trình giãn n   đ́ ấ ố ở ược xác đ nh trong công th c:ị ứ

Thay s  vào ta đố ược:

Pb = (0,34 ÷ 0.45) Mpa 5) Tính nhi t đ  cu i quá trình gi n n  Tệ ộ ố ả ở b:

Nhi t đ  cu i quá trình gi n n  đệ ộ ố ả ở ược tính theo công th c:ứ

Ki m nghi m nhi t đ  khí sót Tể ệ ệ ộ r: 

Đi u ki n:ề ệ

V. Tính toán các thông s  chu trình công tác:ố

1) áp su t ch  th  trung bình :ấ ỉ ị

V i đ ng c  Xăng áp su t ch  th  trung bình  đớ ộ ơ ấ ỉ ị ược xác đ nh theo công th c:ị ứ

Trong đo:́

Trong đó   là h  s  tăng áp : λ ệ ố

= > 

Thay s  vào công th c trên ta đố ứ ược:

2) Ap su t ch  th  trung bình th c t  :́ ấ ỉ ị ự ế

Do có s  sai khác gi a tính toán và th c t  do đó ta có áp su t ch  th  trung bìnhự ữ ự ế ấ ỉ ị   trong th c t  đự ế ược xác đ nh theo công th c:ị ứ

V i φớ đ = 0,97

Thay s  vào công th c trên ta đố ứ ược:

3) Hi u su t ch  th  ệ ấ ỉ ị

Ta có công th c xác đ nh hi u su t ch  th :ứ ị ệ ấ ỉ ị

4) Hi u su t có ích :ệ ấ

Ch n hi u su t c  gi i:   ọ ệ ấ ơ ớ

Ta có công th c xác đ nh hi u su t có ích  đứ ị ệ ấ ược xác đ nh theo công th c:ị ứ

Thay s  vào công th c trên ta đố ứ ược:

5) Ap su t có ích trung bình :́ ấ

Ta có công th c xác đ nh áp su t có ích trung bình th c t  đứ ị ấ ự ế ược xác đ nh theoị   công th c:ứ

6) Su t tiêu hao nhiên li u ch  th  :ấ ệ ỉ ị

Ta có công th c xác đ nh su t tiêu hao nhiên li u ch  th  :ứ ị ấ ệ ỉ ị

8) Su t tiêu hao nhiên li u :ấ ệ

Ta có công th c xác đ nh su t tiêu hao nhiên li u tính toán là:ứ ị ấ ệ

V y thay s  vào ta đậ ố ược:

C­K T C U Đ NG C : Ế Ấ Ộ Ơ

1) Ki m nghi m để ệ ường kính xy lanh D theo công th c:ứ

Ta có th  tích công tác tính toán để ược xác đ nh theo công th c:ị ứ

V y thay s  vào ta đậ ố ược:

Ta có công th c ki m nghi m đứ ể ệ ường kính xy lanh :

Thay s  vào ta đố ược:

D­D NG Đ  TH  CÔNG P­V:Ự Ồ Ị

1)Xac đinh cac điêm đăc biêt cua đô thi cônǵ ̣ ́ ̉ ̣ ̣ ̉ ̀ ̣

Điêm a: cuôi qua trinh nap, ap suât P̉ ́ ́ ̀ ̣ ́ ́ a, thê tich V̉ ́ a

Điêm c : cuôi qua trinh nen̉ ́ ́ ̀ ́

Pc = 1,61 (MPa)

Vc = 0,130 (dm3)

ĐIêm z : cuôi qua trinh chaỷ ́ ́ ̀ ́

Pz = 5,45 (MPa)

Vz = Vc = 0,130 (dm3)

Điêm b : điêm cuôi qua trinh gian n̉ ̉ ́ ́ ̀ ̃ ở

Pb = 0,409 (MPa)

Vb = Va = 1,065 (dm3)

Điêm r : cuôi hanh trinh xả ́ ̀ ̀ ̉

Pr = 0,11 (MPa)

Vr = Vc = 0,130 (dm3)

2)D ng đự ương cong nen:̀ ́

Trong hanh trinh nen khi trong xi lanh bi nen v i chi sô đa biên trung binh ǹ ̀ ́ ́ ̣ ́ ớ ̉ ́ ́ ̀ 1 =  1,37 t  phừ ương trinh :̀

Pxn, Vxn la ap suât va thê tich tai 1 điêm bât ky trên đ̀ ́ ́ ̀ ̉ ́ ̣ ̉ ́ ̀ ương cong neǹ ́

Băng cach cho gia tri V̀ ́ ́ ̣ xn chay t  Ṿ ừ c đên V́ a , bươc nhay phu thuôc vao goc quay ́ ̉ ̣ ̣ ̀ ́ truc khuy ̣ ̉

 [đ ]ộ  theo công th c :ứ

V i ́ơ Thông s  k t c u, ch n ố ế ấ ọ =0,29 3)D ng đự ương cong gian n :̀ ̃ ở

Trong qua trinh gian n , khi chay gian n  theo chi sô gian n  đa biên ń ̀ ̃ ở ́ ́ ̃ ở ̉ ́ ̉ ở ́ 2=1,23 t  ̀ư

phương trinh̀

Pxg, Vxg la ap suât va thê tich tai 1 điêm bât ky trên đ̀ ́ ́ ̀ ̉ ́ ̣ ̉ ́ ̀ ương cong neǹ ́

Băng cach cho gia tri V̀ ́ ́ ̣ xn chay t  Ṿ ừ c đên V́ a , bươc nhay phu thuôc vao goc quay ́ ̉ ̣ ̣ ̀ ́ truc khuy ̣ ̉

[đ ]ộ  theo công th c :ứ

V i ́ơ Thông s  k t c u ố ế ấ =0,29 4)hi u đính đ  th  công P­V:ệ ồ ị

Các đi m đ c bi t trên đ  th :ể ặ ệ ồ ị

Tên g iọ

Ký 

hi uệ

Gía tr  ị

Góc/ đi m áp su t c c đ i tr ể ấ ự ạ ướ c hi u  ệ

PH N 2: TÍNH TOÁN Đ NG H C, Đ NG L C H C C  C U PISTON­ Ầ Ộ Ọ Ộ Ự Ọ Ơ Ấ

KHU U TR C­ THANH TRUY N.Ỷ Ụ Ề

A­Đ NG L C H C. Ộ Ự Ọ

Các kh i lố ượng chuy n đ ng t nh ti n:ể ộ ị ế

Kh i lố ượng nhóm piston  được cho trong s  li u ban đ u c a đ  bài là:ố ệ ầ ủ ề

Kh i lố ượng quy v  đ u nh  thanh truy n:ề ầ ỏ ề

V y ta xác đ nh đậ ị ược kh i lố ượng chuy n đ ng t nh ti n c a c  c u tr c khu uể ộ ị ế ủ ơ ấ ụ ỷ   thanh truy n:ề

1)  L c quán tính:ự

L c quán tính c a kh i lự ủ ố ượng chuy n đ ng t nh ti n:ể ộ ị ế

V i thông s  k t c u =0,29 ; R=54,5 mm ; =251,3 va [0;720ớ ố ế ấ ̀ 0] 2) L c khi thê Pự ́ ̉ kt :

Ta ti n hành khai tri n đ  th  công  thành đ  th  ế ể ồ ị ồ ị  đ  thu n ti nể ậ ệ  cho vi c tínhệ   toán sau này

3) Xac đinh l ć ̣ ự  

Ta ti n hành v  đ  th   b ng cách ta c ng hai đ  th  là đ  th  và đ  th  ế ẽ ồ ị ằ ộ ồ ị ồ ị ồ ị

4) Xác đ nh l c ti p tuy n, l c pháp tuy n va l c ngang N:ị ự ế ế ự ế ̀ự

Trong đó góc l c c a thanh truy n  đắ ủ ề ược xác đ nh theo góc quay  c a tr c theoị ủ ụ  

bi u th c sau:ể ứ

6) Chuyên vi piston x̉ ̣

V i  ; ớ 7)Tôc đô piston V́ ̣ p

V i  ; ớ R=54,5 (mm) ;  8)Gia tôc piston J́ p :

V i  ; ớ R=54.5 (mm) ; 

PH  L C:Ụ Ụ

       B ng s  li u và hình v  đính kèm trong file EXCEL ả ố ệ ẽ