Đồ án động cơ đốt trong ô tô

Áp suất cuối quá trình nạp: pa Áp suất môi trường Pa 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 pa

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh đó

kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ,trong đó có ngành cơ khí động lực nóichung Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tựnghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết Có như vậy ngành cơ khí động lựccủa ta mới phát triển được

Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lýđộng cơ đốt trong và Kết cấu động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (sứcbền vật liệu, cơ lý thuyết, ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học

“Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong” Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tậpcủa sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đãhọc để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tàiliệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất Tuynhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này khôngthể không có những thiếu sót, mong quý thầy cô góp ý giúp đỡ thêm để em hoànthành tốt nhiệm vụ

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tìnhtruyền đạt lại những kiến thức quý báu cho em Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến

thầy NGUYỄN CÔNG ĐOÀN đã quan tâm, nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình

làm đồ án Em rất mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy để emngày càng hoàn thiện kiến thức của mình

Hà Nội, ngày 11 tháng 11năm 2016

Sinh viên thực hiện

NGUYỄN CƯƠNG QUYẾT

CHƯƠNG I.

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.

1.1 Các thông số chọn.

1.1.1 Số liệu ban đầu:

Số liệu ban đầu cần thiết cho quá trình tính toán bao gồm:

1- Công suất động cơ: Ne = 114,08(kW)2- Số vòng quay của trục khuỷu: n = 1550 (vg/ph)3- Đường kính xi lanh: D = 150(mm)

4- Hành trình pittông: S = 180 (mm)5- Số xi lanh: i = 6

6- Tỷ số nén:  = 14,57- Thứ tự làm việc của các xilanh: 1-5-3-6-2-4

8- Suất tiêu thụ nhiên liệu: ge = 264,95 (g/kW.h)9- Góc mở sớm xupáp nạp: 1 = 200

16 Góc phun sớm i = 300

17- Kiểu động cơ: 3D6; động cơ Diesel 1 hàng, không tăng áp

1.1.2 Các thông số cần chọn:

1 Áp suất môi trường: pk

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

2 Nhiệt độ môi trường: Tk

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

Ở nước ta Tk = 240C (2970K)

3 Áp suất cuối quá trình nạp: pa

Áp suất môi trường Pa 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 pa

Tỉ nhiệt của môi chất thay đổi rất phức tạp nên thường phải căn cứ vào hệ số

dư lượng không khí  để hiệu đính Có thể chọn t theo bảng sau:

Động cơ không tăng áp: Chọn 2 = 1

9 Hệ số nạp thêm: 1

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

1 = 1,02  1,07 Chọn 1 = 1,05

10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z:

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

Đối với động cơ Diesel ξ z = 0,7  0,85 Chọn ξ z = 0,8

11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b:

ξ b bao giờ cũng lớn hơn ξ z Thông thường:

Đối với động cơ Diesel ξ b = 0,8  0,9 Chọn ξ b = 0,85

12 Hệ số điền đầy đồ thị công:d

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ vớichu trình công tác thực tế Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính toáncủa động cơ xăng ít hơn của động cơ điêden vì vậy hệ số d của động cơ xăngthường chọn trị số lớn Nói chung có thể chọn trong phạm vi:

a

r 2 t 1 a

r r

k 2 r

p p

1

p

p T

) T T

0,08

0,1131,13.1

14,5.1,05

1

0,08

0,113.800

35)1.(297γ

r =0,04237

2 Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a:

0,042371

0,113

0,081.800

0,04237.1,35)

(297T

γ1

p

p T.γλΔTTT

1,47 1 1,47

a

r

m 1 m

r

a r r t k

a k

k

p

p

p T T

T 1 1

113,0.1.1,105,1.5,14.1,0

08,0.35297

297

15,14

N 30 p

4

S D V

h

e e

2 h

6 1550 18 , 0 15 , 0 1416 , 3 7334 , 0 1 , 0 10 432

4 30

10 432

2 3

2 3

v k

N T g

i n S D p

M

ge: Suất tiêu hoa nhiên liệu.

Ne: Công suất động cơ

H 12

C 21 , 0

1

M0Nhiên liệu của động cơ xăng: C = 0,87; H = 0,126; 0=0,004

M0 = 0,495 (kmol/kg nh.liệu)

6 Hệ số dư lượng không khí :

Đối với động cơ Diesel còn phải xét đến hơi nhiên liệu, vì vậy:

2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót:

Tính theo công thức:

2

1634,1876,

36 , 187 86

, 427 2

1 7579 , 1

634 , 1 876 ,

3 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:

Trong quá trình nén mc'v tính theo công thức sau:

r

v r v

v

mc mc

v

2

002112,

0843

,

19

' ' '

Chỉ số nén đa biến trung bình n1:

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu và thông số vận hành như kích thước xilanh, loại buồng cháy, phụ tải, trạng thái nhiệt của động cơ v v…Tuy nhiên n1 tăng theo quy luật sau: Tất cả những nhân tố làm môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n1 tăng, n1 được xác định bằng các giải phương trình sau:

T 2

b a

314 , 8 1

n

1 n a

' v ' v

314,8

1 36875 ,

, 14 008 , 0 1 1 , 36875

6 Nhiệt độ cuối quá trình nén:

6983 , 939 5

, 14 573 , 350 1 1 1 , 36875 1

1.2.3 Tính toán quá trình cháy:

1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết 0:

1 1

1 1

2

M 1 M

M M

1 32

O 4

H M

1 21 , 0 M

Do đó đối với động cơ diesel :

nl 0

0 nl

M

M 1

21 , 0

1 32

O 4

H 1

7579,1

32

004,04

126,01

,01

04237,

00363,11

Trong đó: 0,941

85,0

8,0







0328,1941,0.04237,

01

10363,1

0 1

5 Nhiệt độ tại điểm z: Tz

Đối với động cơ Diesel, nhiệt độ Tz được tính từ phương trình cháy:

314 , 8 1

QH - Nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Đối với động cơ diesel thông thường có thể chọn:

QH = 42,5.103 (kJ/kg nh.liệu)

Tc Tc

bv av

2

' '

314 , 8

v z

r z v vz

x x

mc x x

mc mc

'.1

0 0

0

'' 0 ''

032,0941,0.(

0363,1

).002112,

0843,19).(

941,01()044,1

032,0941,0).(

.002788,

00076,21

z r 1

* z b

2

T T 2

b a T T 1

M

Q

314 , 8 1

n

2 2

7,6

961,2623961

,2623003,02267,217

,6

961,2623961

,26230667,10724,01486

,

0

864,089,03244,39841

314,8VP

494.10018254

,11

1361,2053

Từ pt trên ta thấy có thể chấp nhận được n2 = 1,26845

4 áp suất cuối quá trình giãn nở:

602 , 10

8016 , 6

26845 , 1

n z

p

Kiểm tra nhiệt độ của khí thải Trt:

,0

113,0.494,

1 47 , 1 1

r b rt

p

p T

Sai số của Trt so với Tr đã chọn ban đầu được xác định như sau:

%15

%8,3

%100.800

8003317,770

%100

T

T T T

1.2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác:

n 2

c '

1 1 1 n

1 1

1 1 n 1

p p

11

.136875,1

15

,14

11

.123,1

65,1.15,14

1096,

T p M

p g

i

v o

297 6045 , 0 8695 , 0

7334 , 0 1 , 0 10 432

.

10

0 1

10 6 , 3

10 6 ,



5 Áp suất tổn thất cơ giới pm:

Áp suất này thường được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính đối với tốc độ trung bình của pittông

pm = 0,030 + 0,0120.vtb=0,030 +0,012.9,3 = 0,1416(MPa)

6 Áp suất có ích trung bình pe:

V 4

p

30 N V

e

e h

1.180.142,3

10.17925,3.4

.4)(tính toánD

n z

Căn cứ vào bảng số liệu, tỷ lệ xích, ta vẽ đường nén và đường giãn nở Sau

đó, ta vẽ tiếp đường biểu diễn quá nạp và thải lý thuyết bằng hai đường thẳng songsong với trục hoành đi qua hai điểm pa, pr

Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị Cácbước hiệu đính như sau:

Vẽ đồ thị Brich đặt phía trên đồ thị công Đó là nửa đường tròn có tâm O,bán kính R = S/2, rồi xác định điểm O’ cách O một đoạn R/2 về phía điểm chếtdưới

Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:

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

Từ O’ của đồ thị Brich xác định góc đóng muộn 2 = 200 của xupáp thải, bánkính này cắt vòng tròn Brich ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắtđường pa ở a Nối điểm r trên đường thải với a Ta có đường chuyển tiếp từ quá trìnhthải sang quá trình nạp

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

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm i= 30 (động cơDiesel) nên thường chọn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết Pc đã tính Theo kinhnghiệm,áp suất cuối quá trình nén thực tế P’c được tính theo công thức:P’c=Pc+1/3(Pz-Pc)=3,1096+1/3(5,1309-3,1096)=3,783

Xác định tung độ điểm c’ trê đồ thị công:

yc=Pc’/ p=3,783/0,023=164,47Điểm C” - điểm đường nén thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết, xác địnhtheo góc phun sớm sớm i = 300 đặt trên đồ thị Brich rồi gióng xuống đường nén đểxác định điểm C”

Dùng một cung thích hợp nối C’C”

3- Hiệu đính điểm đạt pzmax thực tế:

Áp suất pzmax thực tế trong quá trình giãn nở không duy trì hắng số như động

cơ Diesel (đoạn ứng với VC) nhưng cũng không đạt trị số lý thuyết như của động

cơ xăng Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số cao nhất là điểm 3720  3750 (tức là 120

 150 sau ĐCT của quá trình cháy và giãn nở)

4- Hiệu đính điểm quá trình thải thực tế (điểm b’):

Hiệu đính điểm b căn cứ vào góc mở sớm 1 của xupap thải

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb” thường thấp hơn cuối quá trìnhgiãn nở lý thuyết do xupap thải mở sớm

Xác định pb” theo công thức kinh nghiệm sau:

(MPa)

0,1848p

0,1130,2567

2

10,113p

pp2

1pp

'' b

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 tương ứng vớihành trình pittông S = 2R Vì vậy đồ thị đều lấy hoành độ tướng ứng với Vh của đồthị công (từ điểm 1VC đến VC)

2.1.1 Đường biểu diễn hành trình pittông x = f( ):

Vẽ theo các bước sau:

1) Chọn tỷ lệ xích góc:   0 , 7(mm/độ)

2) Chọn gốc tọa độ cách gốc đồ thị công 25,5 cm

3) Từ tâm O’ của đồ thị Brich kẻ các bán kính ứng với 100, 200,….1800.4) Gióng các điểm đã chia trên cung Brich xuống các điểm 100, 200,….1800

tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f() để xác định chuyển vị x tương ứng.

5) Nối các giao điểm, ta có đồ thị x = f().

2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của pittông v = f( ):

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

1) Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x = f(), sát mép

dưới của giấy vẽ

2) Vẽ vòng tròn có bán kính R/2, tâm O

3) Chia nửa vòng R và vòng R/2 thành 18 phần theo chiều ngược nhau

Từ các điểm chia trên vòng 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 vòng tròn R/2 tại các điểm a, b, c,…

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

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

2.1.3 Đường biểu diễn gia tốc của pittông:

Vẽ đường này theo phương pháp Tôlê Chọn cùng hoành độ với trục x =

f(), vẽ theo các bước sau:

Đoạn biểu diễn EF = 39,973mm

- Từ điển A tương ứng với ĐCT lấy AC = jmax, từ điểm B tương ứng với ĐCD lấy

BD = jmin, nối CD cắt trục hoành ở E, lấy EF = -3R2 về phía BD Nối CF và

FD đẳng phân CF và FD thành 6 phần bằng nhau, ký hiệu tương ứng 1,2…5 và1’,2’…5’ Nối 11’,22’….55’ Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11’,22’….55’

Ta được đường cong biểu diễn quan hệ j = f(x)

2.1.4 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến m bao gồm:

- Khối lượng nhóm pittông mnp = 2,37 kg

- Khối lượng nhóm thanh truyền: mtt = 5,62 kg

- Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt pittông m1 có tính toán theo công thức kinh nghiêm sau:

Thanh truyền của động cơ ôtô: m1 = (0,28  0,29)mtt

Lấy m1 = 1,6(kg)

Khối lượng chuyển động tịnh tiến trên một đơn vị diện tích đỉnh pittông

m = 224,77

4

15,0

6,137,2

( kg/m2)

2.1.5 Khối lượng chuyển động quay:

Khối lượng chuyển động quay của một khuỷu bao gồm:

Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt:

m2 = mtt – m1 = 5,62 – 1,6 =4,02 kg

- Khối lượng của chốt khuỷu mch

- Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt: mOm

2.1.6 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính p j = f(x)

Áp dụng phương pháp Tôlê để vẽ nhưng hoành độ đặt trùng với đường pk ở đồ thịcông và vẽ đường - pj = f(x) (tức cùng chiều với j = f(x)), tiến hành nh sau:

 =4,0623.10 4 (MN/mm)

- Xác định trị số pkt ứng với các góc  từ đồ thị Brick rồi đặt các giá trị này trên đồthị p - , pmax đạt được tại  = 375 0

2.1.10 Vẽ lực tiếp tuyến T = f( ) và đường lực pháp tuyến Z = f():

Theo kết quả tính toán ở phần động học, ta có:

cos

sin p T

Trong đó:   arcsin   sin  

Vẽ hai đường này theo các bước sau:

- Bố trí hoành độ  ở phía dưới đường pkt, tỷ lệ xích  =20/1mm

- Cùng tỷ lệ P đã chọn

2.1.11 Vẽ đường T = f() của động cơ nhiều xilanh:

Động cơ nhiều xilanh có mômen tích lũy vì vậy phải xác định mômen này

Chu kỳ của mômen tổng phụ thuộc vào số xilanh và số kỳ, bằng đúng góc công tác

Vẽ đường biểu diễn T (cũng là M vì M = T.R) theo các bước sau:

- Lập bảng xác định các góc i ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc

- Động cơ 4 kỳ, 4 xilanh, thứ tự làm việc 1-5-3-6-2-4

Áp dụng công thức: i 720� ( 1)i ct.Với i là thứ tự làm việc các xi lanh:+ Khi trục khuỷu của xilanh thứ nhất nằm ở vị trí 1 �0

trục khuỷu của xi lanh thứ hai nằm ở vị trí 2 240�

trục khuỷu của xi lanh thứ ba nằm ở vị trí 3 480�

trục khuỷu của xi lanh thứ tư nằm ở vị trí 4 120�

trục khuỷu của xi lanh thứ năm nằm ở vị trí 5 600�

trục khuỷu của xi lanh thứ sáu nằm ở vị trí 6 360�

Trị số của T1 ta đã tính và vẽ đường T = f() Căn cứ vào đó tra các giá trị tương

ứng mà Ti đã tịnh tiến theo i, sau đó cộng tất cả các giá trị của Ti lại ta có:

110 13,53 350 -12,66 590 -13,46 230 -13,14 710 9,15 470 24,60 8,0

Sau khi có đường  Ti  f    ,  Ttb (đại diện cho mômen cản) bằng cáchđếm diện tích bao bởi đường T với trục hoành  (FT) rồi chia diện tích này chochiều dài trục hoành

60

38,1321

075.0.14,3.14,3

10.7356,0.155.30

10 30

2

3 3

e tÝnh F R n

N T

096

,23



T tÝnh (mm)

6,29

0065,296,29

%100

tb

T

T T T

2.1.12 Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu:

Vẽ theo các bước sau:

+ Căn cứ vào bảng tính T và Z đã thực hiện ở phần vẽ đồ thị T = f() và Z =f() để lập tọa độ của các điểm tương ứng với i trên tọa độ T-Z:

Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

bên

Đây chính là đồ thị ptt biều diễn trên tọa độ T-Z Thực vậy, từ gốc tọa độ 0’của đồ thị, nối với bất kỳ điểm nào của đồ thị (ví dụ nối với điểm 400) ta đều có:

Z T

ptt Tìm gốc phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu bằng cách đặt véc tơ pko (đại diệncho lực ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu) lên đồ thị như hình bên:

P

1 P

2 2

n R m m R

0

30

1550 14 , 3 10

0623 , 4

09 , 0 02 , 4

Trị số Qthể hiện bằng độ dài OA Chiều tác dụng là chiều OA, điểm tácdụng là điểm a trên phương kéo dài của AO cắt vòng tròn tượng trưng cho mặt chốtkhuỷu.

2.1.13 Vẽ đường biểu diễn Q = f( ) theo các bước sau:

+ Chọn hoành độ  gần sát mép dưới của tờ giấy vẽ và cùng  với các đồ thị.p  f    , T  f    , Z  f   

Ví dụ khi  = 00, Q0 là giá trị của đoạn thẳng 000 trên đồ thị phụ tải trên hình(III-4); Q10 0là đoạn 0,100….

+ Vẽ Q = f() trên tọa độ Q- Lực Q không có giá trị âm

+ Xác định Qtb bằng cách đếm diện tích bao bởi Q = f() và trục hoành rồichia cho chiều dài trục hoành ta có Qtb:

83 , 41 360

8 , 15058

Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta đã dùng các giả thiết sau đây:

- Phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne vàtốc độ n định mức

- Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200

- Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải

- Không xét đến các điều kiện công nghệ và sử dụng, lắp ghép…ví dụ khôngxét đến vật liệu, độ cứng bề mặt, độ bóng, độ chặt lỏng, dầu mỡ bôi trơn…

Vẽ đồ thị mài mòn lý thuyết theo các bước sau:

+ Chia vòng tròn tượngtrưng mặt chốt thành 24 phần bằng nhau, đánh số thứ

tự như hình bên