Thuyết minh đồ án động cơ đốt trong

đồ án môn học động cơ đốt trong IFA-W50

I CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN BAN ĐẦU 5

1.1 Bảng số liệu ban đầu 5

1.2 Các thông số chọn 6

1.2.1 Áp suât môi trường po 6

1.2.2 Nhiệt độ môi trường To 6

1.2.3 Áp suất cuối quá trình nạp pa 6

1.2.4 Áp suất khí thải pr 7

1.2.5 Mức độ sấy nóng môi chất 7

1.2.6 Nhiệt độ khí sót Tr 7

1.2.7 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t 7

1.2.8 Hệ số quét buồng cháy 2 7

1.2.9 Hệ số nạp thêm 1 7

1.2.10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z, z 8

1.2.11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b, b 8

1.2.12 Hệ số hiệu đính đồ thị công  d 8

II TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC 8

2.1 Tính toán quá trình nạp 8

2.1.1 Hệ số khí sót r 8

2.1.2 Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta 9

2.1.3 Hệ số nạp v 9

2.1.4 Lượng khí nạp mới M1 9

2.1.5 Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0 10

2.1.6 Hệ số dư lượng không khí α 10

2.2 Tính toán quá trình nén 10

2.2.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí( khí nạp mới ) 10

2.2.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy( khí sót) 10

2.2.3 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén 11

2.2.4 Chỉ số nén đa biến trung bình n1 11

2.2.5 Áp suất cuối quá trình nén pc 12

2.2.6 Nhiệt độ cuối quá trình nén 12

2.2.7 Lượng môi chất công tác của quá trình nén 12

2.3 Tính toán quá trình cháy 12

2.3.1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βo 12

2.3.2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế β 12

2.3.3 Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z, βz 13

2.3.4 Lượng sản vật cháy M2 13

2.3.5 Nhiệt độ tại điểm z, Tz: 13

2.3.6 Áp suất tại điểm z, pz 14

2.4 Tính toán quá trình giãn nở 14

2.4.1 Hệ số giãn nở sớm 14

2.4.2 Hệ số giãn nở sau 14

2.4.3 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình 14

2.4.4 Áp suất của quá trình giãn nở 15

2.4.5 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở 15

2.4.6 Kiểm tra nhiệt độ khí sót 15

2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác 16

2.5.1 Áp suất chỉ thị trung bình p’i 16

2.5.2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi 16

2.5.3 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi 16

2.5.4 Hiệu suất chỉ thị i 16

2.5.5 Áp suất tổn thất cơ giới pm 16

2.5.6 Áp suất có ích trung bình pe 17

2.5.7 Hiệu suất cơ giới m 17

2.5.8 Suất tiêu hao nhiên liệu ge 17

2.5.9 Hiệu suất có ích ηe 17

2.5.10 Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức 17

III VẼ VÀ HIỆU ĐÍNH ĐỒ THỊ CÔNG 18

2.1 Các số liệu đã có 18

2.2 Xác định quá trình nén a-c và quá trình giãn nở z-b 18

3.3 Vẽ đồ thị công 19

3.4 Hiệu đính đồ thị công 20

3.4.1 Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: (điểm a) 20

3.4.2 Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm c) 20

3.4.3 Hiệu đính điểm phun sớm (c”) 20

3.4.4 Hiệu đính điểm đạt pzmax thực tế 21

3.4.5 Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế: (điểm b) 21

3.4.6 Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở (điểm b”) 21

IV VẼ CÁC ĐƯỜNG BIỂU DIỄN CÁC QUY LUẬT ĐỘNG HỌC 22

4.1 Đường biểu diễn hành trình piston x=f(α) 22

4.2 Đường biểu diễn tốc độ piston v=f(α) 23

4.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston j=f(x) 23

V TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC 24

5.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến 24

5.2 Lực quán tính 25

5.3 Đường biểu diễn v = f(x) 27

5.4 Khai triển đồ thị công p-V thành pkt=f(α) 29

5.5 Khai triển đồ thị pj = f(x) thành pj = f(α) 29

5.6 Vẽ đồ thị p = f(α) 29

5.7 Vẽ lực tiếp tuyến T= f(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = f(α) 30

5.8 Vẽ đường T = f(α) 33

5.9 Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 35

5.10 Vẽ đường biểu diễn Q = f(α): 36

5.11 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu 39

VI TÍNH BỀN THANH TRUYỀN 41

6.1 Tính kiểm nghiệm bền đầu nhỏ 41

6.2 Tính nghiệm bền thân thanh truyền 46

6.3 Tính nghiệm bền đầu to thanh truyền 486.4 Tính nghiệm bền bulông thanh truyền 50

I CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN BAN ĐẦU.

1.1 Bảng số liệu ban đầu.

1.2 Các thông số chọn.

Các thông số cần chọn theo điều kiện môi trường, kết cấu động cơ bao gồm:

1.2.1 Áp suât môi trường po

Áp suất môi trường po là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ:

po = 0,1 Mpa

1.2.2 Nhiệt độ môi trường To

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

Ở nước ta chọn To = 297K

1.2.3 Áp suất cuối quá trình nạp pa

Do động cơ là động cơ không tăng áp nên chọn pa = (0,8 - 0,9 )po

Với động cơ xăng ta chọn t = 1,13

1.2.8 Hệ số quét buồng cháy 2

Với động cơ không tăng áp 2= 1

1.2.9 Hệ số nạp thêm 1

Phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí Thông thường 1= (1,02- 1,07 )

Ở đây ta chọn 1 = 1,02

1.2.10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z, z

Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nội năngvới lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

Đối với động cơ xăng z = (0,70-0,85)

Ở đây ta chọn z = 0,7945

1.2.11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b, b

Đối với động cơ xăng  b = (0,85 ÷ 0,95)

2.1.2 Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta

m 1 m pa (T0 T) t .T r r

2.1.6 Hệ số dư lượng không khí α

Đối với động cơ xăng: α = nl

1 M1 Mo

2.2.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy( khí sót)

Với hệ số dự lượng α < 1 Ta tính theo công thức

(kJ/kmol.độ) (11)

= (kJ/kmol.độ)

2.2.3 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén (hỗn hợp khí công tác) được tính theo công thức sau

2.2.4 Chỉ số nén đa biến trung bình n1

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc rất nhiều vào các thông số kết cấu

và thông số vận hành như kích thước xy lanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụtải, trạng thái nhiệt của động cơ…Tuy nhiên n1 tăng giảm theo quy luật tất cả cácnhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n1 giảm Giả thiết quá trình nén làđoạn nhiệt ta xác định n1 theo phương trình sau:

2.2.5 Áp suất cuối quá trình nén pc

Tính theo công thức sau:

2.3 Tính toán quá trình cháy

2.3.1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βo

Trong đó :

2.3.4 Lượng sản vật cháy M2

M2 = M1 +∆M = βo M1 = 1,0454.0,6961=0,728 (kmol/kgnl) (25)

2.3.5 Nhiệt độ tại điểm z, Tz:

Nhiệt độ Tz được tính bằng cách giải phương trình sau :

Trong đó : QH : nhiệt trị thấp của xăng QH = 42500(kJ/kmol)

 Q:nhiệt lượng tổn thất to nhiên liệu cháy không hết khi đốt cháy 1kgnhiên liệu Với α<1:

 Q= 3

0 120.10 (1  ).M = 806,6249(KJ/kg nhiên liệu)

mc"vz: tỷ nhiệt mol trung bình tại điểm z và được tính:

"

v v

Thay (28),(16) vào (26) ta có phương trình bậc 2 với Tz :

Giải phương trình ta được Tz = 2255 (K) (29)

2.3.6 Áp suất tại điểm z, pz

Pz = λ pc =1,72.4,8148 = 8,282 (MPa) (30)

Trong đó λ là hệ số tăng áp suất khi cháy: λ= z. z

c

T T

Sử dụng phương pháp dò nghiệm:

Thay n2 = 1,2433 vào vế phải phương trình ta tính được n2 vế trái n2 = 1,2433

2.4.6 Kiểm tra nhiệt độ khí sót

Ta có nhiệt độ của khí thải được tính theo công thức sau:

2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác.

2.5.1 Áp suất chỉ thị trung bình p’i

Đối với động cơ xăng

2.5.5 Áp suất tổn thất cơ giới pm

Áp suất này được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính đối với tốc độ trung bìnhcủa piston, với vận tốc trung bình của piston được tính theo công thức:

vtb = = = 10,633 (m/s) (42)

Với động cơ xăng ta sử dụng công thức:

pm= 0,015+ 0,0156 vtb = 0,181 (MPa) (43)

=> Đảm bảo điều kiện.

III VẼ VÀ HIỆU ĐÍNH ĐỒ THỊ CÔNG

2.1 Các số liệu đã có.

- Áp suất quá trình nạp: pa = 0,088 (MPa)

-Áp suất quá trính thải: pr = 0,113 (MPa)

-Áp suất tại điểm z: pz = 8,282 (MPa)

-Áp suất tại điểm b: pb = 0,321 (MPa)

- Áp suất tại điểm c: pc = 4,814 (MPa)

- Chỉ số nén đa biến n1: n1 = 1,366 ;

- Chỉ số giãn nở đa biến n2: n2 = 1,2433

2.2 Xác định quá trình nén a-c và quá trình giãn nở z-b.

Để xác định các quá trình nén và giãn nở ta lập bảng sau:

* Quá trình nén:

Ta có pVn1= const  pxVxn1 = pcVcn1 Đặt Vx = iVc, trong đó i = 1

 px = pc

1 n c x

V V

V i.V

.

Quá trình nén Quá trình giãn nở

Biểudiễn (ρ/i)n2 px=pz.(ρ/i)n2

Biểudiễn

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

Từ điểm O’ của đồ thị brick xác định góc đóng muộn β2 = 8o của xupap thải,bán kính náy cắt vòng Brick ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt pa ởd.Nối điểm r trên đường thải với a Ta có đường chuyển tiếp từ quá trình thải sangquá trình nạp

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

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có sự phun sớm nên thường lớn hơn ápsuất cuối quá trình nén lý thuyết pc đã tính.Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quátrình nén thực tế pc’ có thể xác định theo công thứ sau :

pc’ = pc +1(0,85 )

3 p z p c = 4,814 + 1(0,85.8, 28 4,814)

- Giá trị biểu diễn c’ trên đồ thị = 116 (mm)

3.4.3 Hiệu đính điểm phun sớm (c”)

Do có hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén

lý thuyết tại điểm c” Điểm c” được xác định bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thịBrick

ta xác định góc phun sớm φi = 24o, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm

Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c” Nối điểmc” đến điểm c’ ta được đường nén thực tế

3.4.4 Hiệu đính điểm đạt pzmax thực tế

Áp suất pzmax thực tế trong quá trình cháy giãn nỡ không đạt trị số lý thuyết nhưtrong động cơ xăng Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số áp suất cao nhất là từ 12o-

15o sau ĐCT của quá trình cháy giãn nở.Điểm pzmax được xác định như sau: Từđiểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc 12o trước điểm chết trên theo góc quaytrục khuỷu, cắt đường tròn tại 1 điểm Từ điểm này gióng song song với trục tungcắt đường pz tại điểm z”.

3.4.5 Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế: (điểm b)

Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải thực sựdiễn ra sớm hơn lý thuyết Ta xác định điểm b’ bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thịBrick ta xác định góc mở sớm xupáp thải β1 = 44o, bán kính này cắt đường trònBrick tại 1 điểm Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đườnggiãn nở tại điểm b’

3.4.6 Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở (điểm b”)

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế p”b thường thấp hơn áp suất cuối quátrình giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm Theo công thức kinh nghiệm ta cóthể xác định được:

Vậy giá trị biểu diễn của điểm b” = 7,5 (mm)

Sau khi xác định được các điểm b’, b” ta dùng cung thích hợp nối với đường thải

IV VẼ CÁC ĐƯỜNG BIỂU DIỄN CÁC QUY LUẬT ĐỘNG HỌC.

4.1 Đường biểu diễn hành trình piston x=f(α)

- Chọn tỉ lệ xích 0,50 (mm/độ)

- Chọn hệ trục toạ độ như trong hình vẽ

- Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 100, 20 0 , 180 0

- Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 100, 20 0, …1800tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f(α) ta được các điểm xác định chuyển vị xtương ứng với các góc 100,20 0, 1800

- Nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x = f(α)

4.2 Đường biểu diễn tốc độ piston v=f(α)

- Nối các điểm a, b, c tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ pistonthể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt đường trònbán kính R tạo với trục hoành góc α đến đường cong a, b, c

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

- Chọn tỉ lệ xích j = 43,478 (m/mm.s2)

- Ta tính được các giá trị:

5.2 Lực quán tính.

2 j

P m.jm.R .(cos   .cos2 ) (64)Với thông số kết cấu  = 0,259 ta có bảng tính Pj theo α

5.3 Đường biểu diễn v = f(x).

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ v=f(x) dựa trên hai đồ thị là đồ thị

x = f(α) và đồ thị v = f(α) Ta tiến hành theo trình tự sau:

- Từ tâm các điểm đã chia độ trên cung của đồ thị Brick ta gióng các đườngsong song với trục tung tương ứng với các góc quay α = 100, 200, 1800

- Ta lấy giá trị của vận tốc v từ đồ thị v = f(α) tương ứng với các điểm 1, 2, 18trên vòng tròn bán kính R và đặt lên trên các đường song song trục tung tương ứng

ta sẽ được các điểm nằm trên đồ thị

- Nối các điểm nằm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ v = f(x)

P k

 Vc 1Vc

P z

P c

r

b a

P j

jmin

F E

jmax

18,7Vc

x=f( aV=f(x)

j=f(x)

x j

0 1 2 3 4 5 6 7

12 13 14 15 16 17

18

0

4 3 2 1

5 67 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 I

II III IV V VI VII

VIII IX

X XI

XII XIII XIV XV

XVI XVII

a

5.4 Khai triển đồ thị công p-V thành pkt=f(α).

Ta tiến hành khai triển đồ thị công p-V thành đồ thị pkt=f(α) để thuận tiện cho

việc tính toán sau này Ta tiến hành khai triển đồ thị công theo trình tự sau:

- Chọn tỉ lệ xích α = 20/1mm Như vậy toàn bộ chu trình 7200 sẽ tương ứng với360mm

Ta tiến hành khai triển đồ thị pj = f(x) thành đồ thị pj = f(α) tương tự như cách

ta khai triển đồ thị công chỉ có điều cần chú ý là ở đồ thị trước là ta biểu diễn đồ thị-pj = f(x)

5.6 Vẽ đồ thị p  = f(α).

Ta tiến hành vẽ đồ thị p = f(α) bằng cách ta cộng hai đồ thị là đồ thị pj = f(α)

và đồ thị pkt = f(α)

5.7 Vẽ lực tiếp tuyến T= f(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = f(α).

Ta có công thức xác định lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến như sau:

Trong đó góc lắc của thanh truyền β được xác định theo góc quay α của trục theobiểu thức sau: sin   sin  (73)Dựa vào các công thức trên và dựa vào đồ thị p = f(α) ta xác định được các giá trịcho trong bảng dưới đây theo góc quay α của trục khuỷu:

Bảng: Giá trị vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T và pháp tuyến Z

Ta có chu kỳ của momen tổng phụ thuộc vào số xylanh và số kỳ, chu kỳ này

bằng đúng góc công tác của các khuỷu:

Trong đó ta có:  là số kỳ của động cơ =4.

i là số xylanh của động cơ i=4

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn T = f(α) cũng chính là ta vẽ đường biểu diễn

M= f(α) (do ta đã biết M = T.R).Các bước tiến hành như sau:

động cơ IFA-W50 ; động cơ 4 kỳ, 4xylanh có thứ tự làm việc 1-3-4-2 là:

Từ bảng số liệu trên ta vẽ đường đồ thị T = f(α)

 Diện tích của mômen tổng là: F∑ ≈ 1980 (mm2)

=> ∑Ttb đại diện cho mômen cản Độ dài đoạn biểu diễn ∑Ttb trên đồ thị là:

Z

T = f( )

= f( ) T

T

Z

T

α

∑Ttb = F Σ) 1980

5.9 Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.

Ta tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu theo các bước:

a Vẽ hệ trục toạ độ T-Z và dựa vào bảng tính T=f(α) và Z=f(α) đã tính ở bảng trên

ta xác định được các điểm 00 là điểm có toạ độ (T0, Z0), điểm 1 là điểm có toạ độ(T10, Z10) … điểm 72 là điểm có toạ độ (T720, Z720)

Đây chính là đồ thị ptt biểu diễn trên toạ độ T-Z do ta thấy tính từ gốc toạ độtại bất kỳ điểm nào ta đều có:

              p tt                 T Z              

(75)

b Tìm gốc toạ độ của phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu bằng cách đặt vecto pko (đạidiện cho lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu) lên đồ thị Ta có công thứcxác định lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu:

pko m R.2 2 (76)Trong đó, m2 là khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm chốt khuỷu trên đơn vịdiện tích đỉnh piston:

m2 = mtt – m1 = 3

4 11,3.10  - 25,22 = 328,76 (kg/m2)Thay số vào ta xác định được:

pko = 328,76.72,5.10-3.230,2672 = 0,9799 (Mpa)

=> Giá trị biểu diễn của pko = 0,9799/0,05 = 19,527 (mm)

Vậy ta xác định được gốc 0 của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Nối 0với bất cứ điểm nào trên đồ thị ta đều có:

Q p   p