Đồ án thiết kế động cơ đốt trong thiết kế hệ thống phát lực

Nhiệm vụ của hệ thống phát lực:  Tiếp nhận năng lượng khí cháy, tạo thành chuyển động tịnh tiến của piston trong xy –lanh và biến nó thành cơ năng làm quay trục khuỷu, tạo mô – men có í

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ

THỐNG PHÁT LỰC 2

1.1.Nhiệm vụ của hệ thống phát lực 2

1.2.Điều kiện làm việc, yêu cầu và phân loại của từng bộ phận trong hệ thống 2

1.2.1 Piston 2

1.2.2 Chốt Piston 2

1.2.3 Xec – măng 3

1.2.4 Nhóm thanh truyền 3

1.2.5 Trục khuỷu 3

CHƯƠNG 2 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CHO TỪNG HỆ THỐNG 5

2.1.Chọn phương án thiết kế các chi tiết trong hệ thống 5

2.1.1 Piston 5

2.1.2 Chốt piston 6

2.1.3 Thanh truyền 6

2.1.4 Trục khuỷu 7

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 8

3.1 Giới thiệu tính toán nhiệt 8

3.1.1 Mục đích tính toán 8

3.1.2 Chế độ tính toán 8

3.2 Các thông số cho trước của động cơ 9

3.2.1 Loại động cơ 9

3.2.2 Công suất (Ne) 9

3.2.3 Số vòng quay (n) 10

3.2.4 Chọn số xylanh (i) 10

3.2.5 Tỷ số nén (ε)) 10

3.2.6 Các thông số kết cấu 10

3.3 Chọn các thông số tính toán 11

3.3.1 Áp suất không khí nạp (po) 11

3.3.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp ( pk ) 11

3.3.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (Tk) 11

3.3.5 Áp suất cuối quá trình nạp (pa) 12

3.3.6 Chọn áp suất khí thải 12

3.3.7 Áp suất và nhiệt độ khí sót (pe, Te) 13

3.3.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (T) 13

3.3.9 Chọn hệ số nạp thêm 1 14

3.3.10 Chọn hệ số quét buồng cháy 2 14

3.3.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t 14

3.3.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm c (c) 14

3.3.13 Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm d (d) 14

3.3.14 Chọn hệ số dư lượng không khí  14

3.3.15 Chọn tỷ số tăng áp 15

3.4 Tính toán nhiệt 15

3.4.1 Quá trình nạp 15

3.4.2 Quá trình nén 16

3.4.3 Quá trình cháy 17

3.4.4 Tính toán quá trình giãn nở 19

3.4.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình 20

3.4.6 Tính thông số kết cấu của động cơ 21

3.4.7 Bảng kết quả tính toán 21

3.4.8 Vẽ đồ thị công chỉ thị 22

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN 25

4.1 Phân tích động học 25

4.2 Động học piston 26

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN 34

5.1 Phân tích động lực học 34

5.2 Sơ đồ lực và momen tác động lên cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền 34

CỦA HỆ THỐNG 47

6.1 NHÓM PISTON 47

6.1.1 Các thông số ban đầu 47

6.1.2 Tính toán bền piston 48

6.1.3 Tình bền chốt piston 51

6.1.4 Tính bền xec-măng 54

6.2 THANH TRUYỀN 55

6.2.1 Thông số thanh truyền 55

6.2.2 Tính sức bền thanh truyền 55

6.3 TRỤC KHUỶU 59

6.3.1 Trường hợp khởi động 59

6.3.2 Trường hợp trục khuỷu chịu lực Zmax 60

6.3.3 Trường hợp khuỷu trục chịu lực tiếp tuyến lớn nhất (Tmax) 62

6.3.4 Trường hợp khuỷu trục chịu lực Tmax 63

CHƯƠNG 7: QUY TRÌNH THÁO, LẮP, ĐIỀU CHỈNH, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG PHÁT LỰC 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án môn học Động cơ đốt trong là một khâu quan trọng trong khối kiến thức của ngành

Ô tô – Máy động lực, là một kỹ sư thiết kế phải biết và có khả năng thiết kế Hơn nữa, đấtnước ta là một đất nước đang phát triển rất cần phát triển các ngành công nghiệp mà trong

đó công nghiệp ô tô giữ một vai trò hết sức quan trọng Trong khi đó, bộ phận quan trọngnhất của một chiếc ô tô là cái sinh ra nguồn động lực cho ô tô – chính là động cơ ô tô.Vậy thiết kế động cơ là khâu hết sức quan trọng để có thể phát triển ngành công nghiệp ôtô

Sau ba năm học tại ngành Ô tô – Máy động lực, chúng em đã được trang bị nhiềukiến thức về các môn học cơ sở như Nguyên lý máy, Sức bền vật liệu, Vật liệu học vàNhiệt động lực học cũng như nhiều môn học chuyên ngành khác, Đồ án Thiết kế Động cơchính là cơ hội cho chúng em tổng hợp và áp dụng những kiến thức mình đã học

Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em gặp rất nhiều khó khăn trong phương phápthiết kế và tính toán cũng như việc hoàn thành các bản vẽ của mình, nhờ sự hướng dẫn tậntình của Thầy hướng dẫn cùng sự góp ý của các bạn đã giúp chúng em hoàn thành đồ ánnày

Sau một thời gian làm việc với nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ từ tất cả mọingười, em đã hoàn thành Đồ án Thiết kế Động cơ đốt trong này Nay chúng em xin gửilời cảm ơn chân thành tới giáo viên hướng dẫn thầy Nguyễn Ngọc Dũng, các thầy trong

bộ môn Ô tô – Máy động lực cùng các bạn trong lớp Ô tô K13

Mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức nhưng trong quá trình thực hiện khó tránhkhỏi thiếu sót, rất mong được sự góp ý chân thành từ phía các thầy và các bạn Chúng emxin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU

CỦA HỆ THỐNG PHÁT LỰC

1.1 Nhiệm vụ của hệ thống phát lực:

 Tiếp nhận năng lượng khí cháy, tạo thành chuyển động tịnh tiến của piston (trong xy –lanh) và biến nó thành cơ năng làm quay trục khuỷu, tạo mô – men có ích cho động cơlàm việc

 Bảo đảm bao kín buồng cháy, giữ không cho khí cháy trong buồng cháy lọt xuống

 Các- te (hay hộp trục khuỷu) và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lênbuồng cháy

 Làm nhiệm vụ nén trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quátrình nạp

1.2 Điều kiện làm việc, yêu cầu và phân loại của từng bộ phận trong hệ thống:

1.2.1 Piston:

 Nhiệm vụ: Nhiệm vụ chủ yếu của piston là cùng với các chi tiết khác như xy-lanh, nắp

xy-lanh bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền lực của khí thể cho thanhtruyền cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén khí

 Điều kiện làm việc:

 Tải trọng cơ học lớn và có chu kỳ, áp suất lớn có thể đạt tới 120 kG/cm2, lực quán tínhlớn đặc biệt nếu là động cơ cao tốc

 Tải trọng nhiệt cao vì piston tiếp xúc trực tiếp với khí cháy nên có thể đạt nhiệt độ cao

từ 500 – 8000K Nhiệt độ cao khiến piston chịu ứng suất nhiệt lớn gây bó kẹt, nứt,giảm sức bền, gây kích nổ vv…

 Ma sát lớn và ăn mòn hóa học Ma sát gây nên do lực ngang nên có giá trị lớn với điềukiện bôi trơn khó khăn nên khó đảm bảo bôi trơn tốt Ăn mòn hóa học do pistonthường xuyên tiếp xúc với sản vật cháy

 Yêu cầu:

 Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt nhất

 Có độ bền và độ cứng đủ để tránh biến dạng quá lớn và chịu mài mòn

 Đảm bảo bao kín buồng cháy để công suất động cơ không bị giảm sút do hiện tượnglọt khí từ buồng cháy xuống cacte

 Tản nhiệt tốt để tránh dãn nở nhiệt quá mức khi động cơ đang làm việc, ngoài ra tránhđược hư hỏng piston do ứng suất nhiệt

1.2.2 Chốt Piston: Là chi tiết nối Piston với thanh truyền

 Nhiệm vụ: Truyền lực tác dụng của khí thể từ piston xuống thanh truyền Chốt piston

thường có cấu tạo rỗng và được lắp lỏng với bệ chốt piston và đầu nhỏ thanh truyền

 Điều kiện làm việc: Chốt piston chịu lực va đập, tuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện

bôi trơn khó khăn Chốt piston còn chịu ma sát dạng nửa ướt, chốt piston dễ bị mòn

 Yêu cầu:

 Chốt piston phải được chế tạo bằng vật liệu tốt để đảm bảo sức bền và độ cứng vững

Bề mặt làm việc của piston cần tôi theo công nghệ đặc biệt để đảm bảo chốt có độcứng cao, chịu mài mòn tốt

 Ruột chốt phải dẻo để chống mỏi tốt Mặt chốt phải mài bóng để chống ứng suất tậptrung và khi lắp ghép với piston và thanh truyền khe hở phải nhỏ

1.2.3 Xec – măng :

 Nhiệm vụ: Đảm bảo piston di động dễ dàng trong xylanh Xec – măng có 2 loại là xec

– măng khí và xec – măng dầu Xec – măng khí làm nhiệm vụ bao kín buồng cháytránh lọt khí còn xec – măng dầu ngăn dầu bôi trơn từ hộp trục khuỷu sục lên buồngcháy

 Điều kiện làm việc: Xec – măng chịu tải trọng cơ học lớn (áp lực khí cháy), chịu lực

quán tính lớn, có chu kỳ và va đập Ngoài ra xec – măng còn chịu nhiệt độ cao, ma sátlớn, ăn mòn hóa học và ứng suất lắp ghép ban đầu

 Yêu cầu:

 Chịu nhiệt cao: đặc biệt với xec – măng khí tiếp xúc trực tiếp với khí cháy

 Chịu lực va đập: vì khi làm việc lực khí thể và lực quán tính tác dụng lên xec – măng

 Chịu mài mòn: khi làm việc xec – măng ma sát với các xylanh rất lớn

1.2.4 Nhóm thanh truyền :

 Nhiệm vụ: Thanh truyền là chi tiết trung gian, trong đó đầu nhỏ lắp ghép với piston,

đầu lớn liên kết với chốt khuỷu Thanh truyền có nhiệm vụ truyền lực tác dụng từpiston đến trục khuỷu

 Điều kiện làm việc: Thanh truyền có chuyển động phức tạp bao gồm: đầu nhỏ chuyển

động tịnh tiến cùng piston, thân thanh truyền chuyển động lắc, đầu to chuyển độngquay cùng với trục khuỷu Vậy thanh truyền chịu lực va đập tuần hoàn như lực khí thể,lực quán tính của nhóm piston và của chính bản thân thanh truyền

 Yêu cầu: Lựa chọn kích thước và vật liệu chế tạo hợp lý để thanh truyền chịu được các

lực va đập tuần hoàn như trên

1.2.5 Trục khuỷu :

 Nhiệm vụ: Tiếp nhận lực tác dụng từ piston tạo moment quay kéo các máy công tác và

nhận năng lượng của bánh đà Sau đó, truyền cho thanh truyền và piston thực hiện quátrình nén cũng như trao đổi khí trong xylanh

 Điều kiện làm việc: Trục khuỷu chịu lực T, Z do lực khí thể và lực quán tính của nhóm

piston – thanh truyền gây ra Ngoài ra trục khuỷu còn chịu lực quán tính ly tâm của

các khối lượng quay lệch tâm của bản thân trục khuỷu và của thanh truyền Những lựcnày gây uốn, xoắn, dao động xoắn và dao động ngang của trục khuỷu lên các ổ đỡ.

 Yêu cầu: Kết cấu trục khuỷu cần đảm bảo các yêu cầu:

 Đảm bảo động cơ làm việc đồng đều, biên độ dao động của moment xoắn tương đốinhỏ

 Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ

 Động cơ làm việc cân bằng ít rung động

 Công nghệ chế tạo đơn giản

CHƯƠNG 2 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CHO TỪNG HỆ THỐNG

2.1 Chọn phương án thiết kế các chi tiết trong hệ thống:

2.1.1 Piston

Đối với động cơ xăng để thỏa mãn các yêu cầu sau đây:

 Phù hợp với hình dạng buồng cháy và hướng của chùm tia nhiên liệu phun vào buồngcháy để tổ chức tạo thành hỗn hợp tốt nhất

Đỉnh bằng: diện tích chịu nhiệt bé nhất, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

2.1.2 Chốt piston

Để có kết cấu đơn giản dễ chế tạo và vì tỷ số nén động cơ xăng được thiết kế không lớnlắm nên chọn chốt piston có dạng mà bề mặt bên trong là hình trụ

2.1.3 Thanh truyền

 Đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng Khi ấy chốt piston lắp tự do

 Phương án thân thanh truyền có tiết diện:

2.1.4 Trục khuỷu

Trục khuỷu dạng trục khuỷu dạng ghép

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

3.1 Giới thiệu tính toán nhiệt

3.1.1 Mục đích tính toán

Tính toán nhiệt động cơ đốt trong (ĐCĐT) chủ yếu là xây dựng trên lý thuyết đồ thịcông chỉ thị của một động cơ cần thiết kế thông qua việc tính toán các thông số nhiệt độnglực học của chu trình công tác trong động cơ gồm các quá trình:

+ Quá trình nạp+ Quá trình nén+ Quá trình cháy + giãn nở+ Quá trình thải

Mỗi quá trình trên được đặc trưng bởi các thông số trạng thái là nhiệt độ, áp suất, thểtích của môi chất công tác (MCCT) ở đầu và cuối của quá trình Trên cơ sở lý thuyết củanhiệt động lực học kỹ thuật, nhiệt động hóa học, lý thuyết động cơ đốt trong xác định giátrị của các thông số nêu trên

Tiếp theo ta tính các thông số đánh giá tính năng của chu trình gồm các thông số chỉthị và các thông số có ích của chu trình công tác như: áp suất chỉ thị trung bình pi, áp suất

có ích trung bình pe, công suất chỉ thị Ni, công suất có ích Ne, hiệu suất դe và suất tiêuhao nhiên liệu ge của động cơ, …

Cuối cùng, bằng kết quả các quá trình tính toán nói trên ta xây dựng giản đồ côngchỉ thị của động cơ và đây là các số liệu cơ bản cho các bước tính toán động lực học vàthiết kế sơ bộ cũng như thiết kế kỹ thuật toàn bộ động cơ

Trong tính toán kiểm nghiệm động cơ cho trước, việc tính toán nhiệt có thể đượcthay thế bằng cách đo đồ thị công thực tế trên động cơ đang hoạt động nhờ các phươngtiện, các dụng cụ đo ghi kỹ thuật hiện đại Tuy nhiên với phương pháp tính toán dựa trên

cơ sở lý thuyết nhiệt động hóa học trong động cơ đốt trong, người ta cũng có thể tiến hànhkhảo sát những chỉ tiêu động lực và chỉ tiêu kinh tế của các động cơ đã có sẵn này với kếtquả đáng tin cậy

Toàn bộ quá trình tính toán nhiệt tuân theo tài liệu Hướng dẫn đồ án môn học Động

Cơ Đốt Trong

3.1.2 Chế độ tính toán

Chế độ làm việc của động cơ được đặc trưng bằng các thông số cơ bản như công suất có ích, momen xoắn có ích, tốc độ quay và nhiều thông số khác Các thông số ấy có

thể ổn định hoặc thay đổi trong một phạm vi rộng tùy theo công dụng của động cơ

Chế độ được chọn để tính toán gọi là chế độ tính toán Chế độ tính toán phải lànhứng chế độ có ảnh hưởng nhiều đến sức bền, tuổi thọ của các chi tiết đối với từng loạiđộng cơ cụ thể và chế độ phụ tải

Đối với động cơ cao tốc, chế độ tính là chế độ công suất lớn nhất thường được chọn

để tính, vì ở đó các lực khí thể và quán tính đều lớn Các chế độ tính toán phải tiến hành

đối với phụ tải toàn phần ứng với lượng cung cấp nhiên liệu lớn nhất, vì ở đó trạng tháinhiệt của động cơ và phụ tải cơ học cao nhất

Những chế độ tính toán khác như: chế độ tải cục bộ, khi thay đổi thành phần hỗn hợp cháy, thay đổi góc đánh lửa hoặc góc phun sớm nhiên liệu chỉ tiến hành khi cần khảo

sát riêng biệt

Giá trị của áp suất lớn nhất và áp suất trung bình có thể chênh lệch nhau khoảng5÷10% Điều này do các yếu tố như điều kiện khí động của quá trình nạp, sự biến độngcủa quá trình cung cấp nhiên liệu, tạo hỗn hợp và cháy… chi phối

3.2 Các thông số cho trước của động cơ

động cơ

Trong quá trình thiết kế mới động cơ, người thiết kế phải chú ý đến phạm vi ứngdụng của động cơ thiết kế Đó là cơ sở để xác định phương án và lựa chọn các thông sốtham khảo trong quá trình thiết kế do đặc điểm của mỗi loại động cơ chỉ đáp ứng tốt nhấtcho một phạm vi ứng dụng nhất định

Động cơ bốn kỳ thường có công suất trung bình, ứng dụng rộng rãi trong giao thôngvận tải đường bộ vì chúng có tính tiết kiệm và tuổi thọ cao, các quá trình công tác hoànthiện hơn động cơ hai kỳ

3.2.2 Công suất (Ne)

Cần lựa chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu của máy công tác Tuy nhiên,công suất thiết kế của động cơ còn phải phù hợp với tiêu chuẩn nhà nước quy định về dãycông suất của động cơ

Chú ý: đối với động cơ xăng là công suất có ích lớn nhất Nemax

3.2.4 Chọn số xylanh (i)

Chọn số xylanh cần căn cứ vào điều kiện sau:

- Điều kiện cân bằng của động cơ và khả năng dùng đối trọng đơn giản để cân bằngcác lực quán tính và moomen quá tính

- Độ đồng đều tốc độ quay trục khuỷu

- Yêu cầu về kích thước bên ngoài, điều kiện lắp ghép ở nơi sử dụng động cơ

- Đảm bảo động cơ gọn nhẹ, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo nhưng thân máy và hộptrục khuỷu phải có độ cứng vững lớn nhất để giảm hao mòn cho các xylanh, piston, trụckhuỷu và ổ trục khuỷu

3.2.5 Tỷ số nén (ε))

Đối với động cơ xăng, ε) được quy định bởi tính chông kích nổ của nhiên liệu được

đặc trưng bởi chỉ số octan Tỷ số nén càng lớn đòi hỏi chỉ số octan của nhiên liệu cànglớn Khi giảm phụ tải, khí sót tăng, nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới giảm, tính chống kích

nổ tăng Do đó, động cơ làm việc ở chế độ phụ tải nhỏ thường được thiết kế với ε) cao hơn

so với động cơ làm việc ở chế độ toàn tải

3.3 Chọn các thông số tính toán

3.3.1 Áp suất không khí nạp (p o )

- Ta chọn áp suất khí nạp bằng áp suất khí quyển tại mực nước biển: p0 = 0,1013 (MPa)

 Do động cơ được sử dụng tại thành phố Hồ Chí Minh, nơi có chiều cao không đáng kể(cao nhất 32m thấp nhất 0.5 mét) so với mực nước biển nên áp suất thay đổi ít ta chọnnhư trên

3.3.2 Nhiệt độ không khí nạp mới

- Nhiệt độ khí nạp mới chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường nơi động cơ làmviệc Nhiệt độ trung bình của thành phố Hồ Chí Minh là 320C

(Tham khảo từ trang web của tổng cục du lịch Việt Nam :

http://www.vietnamtourism.com/index.php/about/items/1752)

T0 = tkk + 273= 32 + 273 = 305 (K)

3.3.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp ( p k )

- Theo sách hướng dẫn đồ án thì ta nên chọn nhiệt độ khí nạp bằng với nhiệt độ môitrường

- Áp suất pk của động cơ bốn kỳ không tăng áp: pk= p0 =0,1013 (MPa)

3.3.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (T k )

- Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp Tk = To = 305 K

(Trong quá trình làm việc xylanh nóng nên truyền nhiệt ra bên ngoài họng nạp là gia nhiệtcho không khí ngoài họng nạp nóng lên một lượng)

3.3.5 Áp suất cuối quá trình nạp (p a )

- Áp suất cuối quá trình nạp trong xylanh thường nhỏ hơn áp suất khí quyển do có tổnthất trên đường ống nạp và tại bầu lọc gây nên Bằng công thức thực nghiệm:

Hình 2: đường vào của khí nạp qua bộ chế hòa khí

- Theo thực nghiệm ta có: pa= (0,8÷0,95)p0 nên ta chọn pa nằm gần cạnh dưới Do

đó pa=0,085 Mpa

3.3.6 Chọn áp suất khí thải

- Do động cơ sử dụng một xupáp xả và có gắn bộ tiêu âm trên đường thải,

-Tiết diện của đường ống thải lớn và chiều dài ngắn vì đường ống xả được lắp ngaybên ngoài nắp máy gần nắp máy nên sẽ chọn áp suất khí thải pth ở cận dưới:

- Khi tính toán người ta thường lấy giá trị Tr ở cuối quá trình thải cưỡng bức Gía trị

Tr phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỉ số nén ε, thành hỗn hợp α, tốc độ quay n, góc đánh lửa sớm ( ở động cơ xăng) hoặc góc phun sớm nhiên liệu

- Xét động cơ tham khảo ta thấy động cơ có tỉ số nén thấp (ε=9), tốc độ quay cao nên chọn Tr trong khoảng trung bình

- Tr nằm trong khoảng từ 900K  1100K [1], ta chọn Tr=950K

3.3.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (T)

- Khi khí nạp chuyển động trong họng nạp, vào trong xilanh động cơ khi tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên 1 trị số nhiệt độ là T .

- Mức độ sấy nóng khí nạp mới phụ thuộc vào tốc độ lưu thông của khí nạp, thời

gian nạp dài hay ngắn, ngoài ra cũng phụ thuộc vào mức độ chênh lệch nhiệt độ của bề mặt tiếp xúc của xi lanh với khí nạp

-Xem xét động cơ tham khảo, vì là động cơ cao tốc, nên tốc độ lưu thông của khí nạp lớn, nhưng bù lại diện tích tiếp xúc với xilanh nhiều do diện tích đường nạp tương đốilớn nên chọn T nằm trong khoảng trung gian.

Chọn : 1 = 1,045

3.3.10 Chọn hệ số quét buồng cháy  2

- Động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy nên chọn 2 = 1

3.3.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt  t

- Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp  và nhiệt

độ khí sót Trd dựa vào thực nghiệm để tính toán nên ta chọn:

- Đối với động cơ xăng  = 0,9 ta chọn t =1,15

3.3.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ( z )

- Là thông số số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá trình cháy, hay tỷ lệ lượngnhiên liệu đã cháy tại điểm c

- Dựa trên phân tích tổng thể các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số lợi dụng nhiệt nhưmức độ hòa trộn, hiện tượng cháy rớt… ta có giới hạn thực nghiệm c = 0,75-0,92 do động

cơ ta sử dụng là cao tốc vì thế khả năng hòa trộn không cao và hiện tượng cháy rớt tăng vì

3.3.13 Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm b ( b )

- Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm d d phụ thuộc vào nhiều yếu tố, Khi tốc độ động cơcàng cao, cháy rớt càng tăng, mà động cơ ta sử dụng là cao tốc sẽ dẫn đến d không lớnnên:

3.3.14 Chọn hệ số dư lượng không khí 

- Lượng không khí đi vào xy lanh M1có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn Mo.

- Trong đó: M1- lương không khí thực tế nạp vào xylanh

Mo- lượng không khí lý thuyết cần thiết đốt cháy 1kg nhiên liệu

- Do động cơ ta dùng là cao áp dùng trong việc cắt cỏ nên không đòi hỏi mức độcháy sạch cao và suất tiêu hao nhiên nhiên liệu cũng khá lớn hệ số  thông thường nằmtrong khoảng  = 0,85-0,95.

3.3.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công ( d )

- Hệ số điền đầy đồ thị công đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực

tế so với đồ thị công tính toán đươc lựa theo hệ số kinh nghiệm đối với động cơ xăng d =0,93-0,97

- Trong đó: pc - áp suất cuối quá trình cháy

Pb - áp suất cuối quá trình nén

- Đối với động cơ cao tốc thì tỷ số này nên tăng để đảm bảo mức độ đồng nhất củahỗn hợp tuy nhiên do động cơ dùng với mức đích để cắt cỏ nên yêu cầu này không thật sựcần thiết và để kết cấu của máy máy được bền hơn thông thường tỷ số p =3-4 nên tachọn:

- Động cơ xăng chọn  = 3

3.4 Tính toán nhiệt

3.4.1 Quá trình nạp :

Hệ số nạp ( v ) :

1 m a

Nhiệt độ cuối quá trình nạp ( T a ) :

3.4.2 Quá trình nén : ( Đoạn a-b)

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới.

- Bằng cách thay dần các giá trị n1 vào hai vế của phương trình trên đến khi

cân bằng nhau ta được giá trị : n1 = 1,373

Áp suất quá trình nén p b :

Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu xăng.

Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm  c

Tổn thất nhệt lượng cháy không hoàn toàn Q H : Khi <1

Thế mcvc, mcvz vào, giải phương trình ta được giá trị Tc = 4374 K

Áp suất cuối quá trình cháy

3.4.4 Tính toán quá trình giãn nở : (Đoạn c-d)

Tỷ số giản nở đầu

 = 1

Tỷ số giãn nở sau

 =  = 9 Xác định chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2

● Ở nhiệt độ từ 1200 – 2600 K, sai khác của tỷ nhiệt không lớn lắm do đó ta có thểxem: a’vb = a’vz ; bb = bz ; và  = z ta có :

2

H

vz 1



( Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở )

● Giải hệ phương trình trên bằng cách thay dần từng cặp các giá trị n2 và Tb vào cácphương trình giải bằng cách lặp lại nhiều lần, ta nhận được giá trị :

p p

K Sai số:

ΔTλγTT 1100 1180

.100% 7, 2% 10%

e e



[1]

Vậy nhiệt độ khí sót chọn lúc ban đầu là chấp nhận được.

3.4.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình

Áp suất chỉ thị trung bình tính toán p i

- Là tỷ số giữa phần nhiệt lượng chuyển thành công mà ta thu được và nhiệt lượng mà

nhiên liệu tỏa ra :

1 0, 44.0,85.309

43960.0,1013.0,83

i k i

3.4.6 Tính thông số kết cấu của động cơ

Tính thể tích công tác Vh

-Thể tích công tác của một xylanh động cơ

30 30.4.0,85

19,84 0,62.7000.1

e h

e e

N V

p n i



 = 4 - số chu kỳ của động cơ

i = 1 - số xylanh của động cơ

ne = 7000 v/p - số vòng quay của động cơ

Ne =0,85 kW - công suất động cơ

pe = 0,62 MN/m2 - áp suất có ích trung bìnhĐường kính piston

3 3

4 4.19,84

31,6

27, 25

34

h

V D

3.4.8 Vẽ đồ thị công chỉ thị

Thể tích cuối hành trình nén

h c

pxn=p a( V a

- Bằng cách thay giá trị Vxn đi từ Va đến Vc ta lần lượt xác định được các giá trị pxn

Dạng đường công giãn nở

2 n xg

+ Dùng đồ thị Brich xác định điểm đánh lửa sớm b’ và các điểm phối khí (mở sớm

và đóng muộn của các xupap nạp, thải : e’, a’, d’, e”) trên đồ thị công

+ Dựng phía dưới đồ thị công nửa vòng tròn có bán kính R, tâm O là trung điểm của đoạn Vh

2



trong đó  là thông số kết cấu, đã được chọn trước,+ Từ tâm O’ ta vẽ các tia hợp với đường kính nửa vòng tròn tâm O đã vẽ ở trênnhững góc nói trên, Các góc này có thể chọn theo động cơ tham khảo,

+ Từ giao điểm các tia cắt nửa vòng tròn tâm O đã vẽ ở trên ta đóng các đườngsong song với trục tung cắt đồ thị công và từ các điểm này ta xác định được cácđiểm (b’, e’, a’, d’, e”) trên đồ thị công,

+ Hiệu đính phần đường cong của quá trình cháy trên đồ thị công, ở động cơ xăng

áp suất cực đại (điểm c’) có tung độ pc’= 0,85 pc

+ Điểm b” lấy trên đoạn bc’ với bb”= bc’/3,

+ Điểm d” là trung điểm của đoạn ad ,

+ Dùng thước cong nối liền tất cả các điểm xác định trên thành một đường congliên tục ta được đồ thị công chỉ thị của đông cơ tính toán

+ Bảng các trị số áp suất của MCCT của quá trình nén và dãn nở tính toán củađộng cơ :

Hình : Đồ thị công chỉ thị

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU –

THANH TRUYỀN

4.1 Phân tích động học

Nhiệm vụ phân tích động học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền là thiết lập quy luậtchuyên động của Pit-tông và thanh truyền trên cơ sở đã biết quy luật chuyển động củatrục khuỷu với giả thuyết trục khuỷu quay với vân tốc góc là hằng số

Trong động cơ đốt trong kiểu piston, cụm chi tiết chuyển động chính (piston, thanhtruyền, trục khuỷu) làm việc theo nguyên tắc sau:

- Nhóm piston chuyển động tịnh tiến lên xuống truyền lực khí thể cho thanh truyền

- Nhóm thanh truyền là chi tiết chuyển động trung gian có chuyển động phức tạp đểbiến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu

- Trục khuỷu là chi tiết máy quan trọng nhất, có chuyển động quay và truyền công suấtcủa động cơ ra ngoài để dẫn động các máy công tác khác

- Sơ đồ cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền động cơ kiểu trục khuỷu cắt đường tâmxylanh

Hình 4.1: Sơ đồ cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền

4.2 Động học piston (PHÂN TÍCH THEO PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH)

 

: thông số kết cấu L: là chiều dài thanh truyền

dS V

dt  là tốc độ piston

d dt







là vận tốc góc trục khuỷuTốc độ của piston trong xylanh động cơ đượctính theo công thức sau

Đồ thị tốc độpiston

hàm điều hòa cấp I và cấp II:

2 2

coscos 2

I II I II

0 50 100 150 200 250 300 350 400 0

5 10 15 20 25 30

Đồ thị chuyển vị của piston

Sp SpI SpII

0 50 100 150 200 250 300 350 400

-15.000 -10.000 -5.000 0.000 5.000 10.000 15.000

Đồ thị tốc đô piston

Vp VpI VpII

0 50 100 150 200 250 300 350 400

-8000.000-6000.000-4000.000-2000.0000.0002000.0004000.0006000.0008000.00010000.000

Đồ thị gia tốc của piston

Jp JpI JpII

khuỷu, cổ trục và bạc đầu to thanh truyền Từ các đồ thị vector phụ tải ta biết được 1 cáchđịnh tính tình trạng chịu lực của bề mặt và mức độ đột biến của tải thơng qua hệ số vađập.

Trong động cơ đốt trong kiểu piston cụm chi tiết chuyển động chính (piston, thanh truyền,trục khuỷu) làm việc trên nguyên tắc sau :

- Nhĩm piston chuyển động tịnh tiến qua lại truyền lực khí thể cho thanh truyền

- Nhĩm thanh truyền là chi tiết chuyển động trung gian cĩ chuyển động phức tạp đểbiến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu

- Trục khuỷu là chi tiết máy quan trọng nhất cĩ chuyển động quay và truyền cơngsuất của động cơ ra ngồi để dẫn động các máy cơng tác khác

Chọn kết cấu trục khuỷu – thanh truyền : trục khuỷu cắt đường tâm xylanh

5.2 Sơ đồ lực và momen tác động lên cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền

Quy ước chiều quay và dấu:

- Chiều quay của động cơ quy ước là “+” nếu động cơ quay theo chiều kim đồng hồnhìn từ phía bánh đà ngược trở lại

- Dấu của các lực và moment tác dụng quy ước như trên hình vẽ

Hình 5.2 Sơ đồ lực và momen tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền

Ghi chú:

Pkt :lực khí thể tác dụng lên đỉnh piston

Pj :lực quán tính của các chi tiết chuyển động thẳng

P∑ :lực tổng cộng tác dụng lên đỉnh piston

N :lực ngang tác dụng lên vách xylanh vuông góc với đường tâm xylanh

Ptt :lực dọc theo đường tâm thanh truyền

Z :lực pháp tuyến theo hướng từ tâm chốt đến tâm cổ khuỷu

T :lực tiếp tuyến vuông góc với lực pháp tuyến

Mq :moment quay của trục khuỷu

ML :moment lật động cơ

(g)Khối lượng nhĩm

piston

Khối lượng chốt piston 0.6Khối lượng xéc- măng 0.4Khối lượng nhĩm

thanh truyền

Khối lượng trục

khuỷu

Khối lượng chuyển vị tịnh tiến 144.25Khối lượng chuyên động quay 139.50

Lực khí thể Lực khí thể là một đại lượng thay đổi

theo gĩc quay trục khuỷu: Pkt = f(), xác địnhđược từ áp suất khí thể pkt ở tính tốn nhiệtcủa động cơ tại chế độ cơng suất cực đại(Nemax)

Pkt=(pkt−p o)F p=(pkt−p o)π D

2

4 trong đĩ:

po  0.1 MN/m2

- áp suất khí quyển

Pkt - áp suất trong xylanh động cơ

Fp - diện tích tiết diện của piston [m2

]

Kết quả bảng 4Nhận xét

+ Quá trình nạp (tính

từ  = 3 đến  =

180o) : pkt = pa

là điểm Z trên giản

đồ công chỉ thị đến

 = 540o

- 4) Đốivới động cơ xăng:

Pj = - mj×j = - mjR2

(cos + cos2)Gọi: PjI = - mjR2

Kết quả bảng 5Nhận xét: Lực Pjluôn luôn tác dụngtrên đường tâm củaxylanh và có hướngthay đổi khi pistonđổi chiều chuyểnđộng Khi piston ởĐCT, Pj mang dấu

âm, chiều quay lênphía trên (chiều lytâm đối với trụckhuỷu)

 = 733.04 [1/s]– Vận tốc góc của trục]– Vận tốc góc của trục khuỷu

PK =-0.139 x 0.013 x733.042

= -970,98 N

= -0.97098 kN

Lực này tác dụng trên đường tâm của

má khuỷu, chiều ly tâm và có giá trị không đổi khi vận tốc góc  là hằng s]– Vận tốc góc của trụcố

Lực P

Lực tổng cộng tác dụng lên đỉnh piston

j

kt PP

P  

[MN] là hợp lực khí thể Pkt và lựcquán tính của khối lượng chuyển động thẳng Pj

Kết quả bảng 7Xác định điều kiệnlàm việc của piston

và tính toán kiểm