tính toán động cơ đốt trong

Tính toán động cơ đốt trong tính toán các chi tiết cơ cấu phân phối khí, tính toán kiểm nghiệm piston, thanh truyền, trục khuỷu, cơ cấu phan phpois khí, các chu trình làm việc của động cơ toyota camry 2.5q

1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CƠ KHÍ NGHÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ BÁO CÁO MƠN HỌC TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GV HƯỚNG DẪN : LỚP : NHÓM SVTH : THÀNH VIÊN LA NƠ(TRƯỞNG NHĨM) NGUYỄN TRẦN MINH MẪN VÕ DỖN HỒNG NAM NGUYỄN THANH MINH LÊ SỸ NGUN NGUYỄN MINH TIẾN 221TTDCDT02 05 MSV 1911504210229 1911504210224 1911504210226 1911504210225 1911504210230 Đà nẵng, ngày 22/02/2022 LỜI NĨI ĐẦU Tính tốn động đốt mơn học tính tốn q trình làm việc tính tốn chi tiết động đốt Môn học học phần bắt buộc chương trình đào tạo nghành công nghệ kỹ thuật ô tô gồm có tín bắt buộc Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Tiến sĩ Nguyễn Minh Tiến giảng viên giảng dạy môn chúng em Sau hàng chục tiết học lớp online với thầy hướng dẫn chúng em nắm rõ bước cách tính tốn chu trình làm việc chi tiết động đốt Cuối cùng, nhóm chúng em xin tổng hợp báo cáo mơn học tính tốn động đốt chúng em Mong góp ý thầy để nhóm em hồn thiện Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Chương 1:Động học,động lực học cấu khuỷu trục truyền động 1.1 Thông số cho trước động cơ: 1.2 Thông số chọn động cơ: 1.3 Tính tốn thơng số chu trình: 1.3.1 Tính q trình nạp: 1.3.2 Tính trình nén 1.3.3 Tính q trình cháy 10 1.3.4 Tính q trình giản nở: 12 1.3.5 Các thông số thị: 13 1.3.6 Các thơng số có ích: 13 1.3.7 Vẽ đồ thị công 14 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU 20 2.1 Động học .20 2.1.1 Xác định quy luật phương pháp giải tích 20 2.1.2 Khai triển đồ thị: S = f(α), v = f(s), j = f (s) .20 2.2 Động lực học 21 2.2.1 Xác định khối lượng quy dẫn 21 2.2.2 Lực quán tính 21 2.3.Tính tổng T động nhiều xi lanh phân bố thẳng hàng 25 CHƯƠNG TÍNH TỐN CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 31 3.1.Thông số cho trước chọn: .31 3.2 Xác định thông số cấu phân phối khí 31 3.2.1 Xác định tiết diện lưu thông xupap 31 3.3 Cam - Con đội .33 3.3.1.Động học đội đáy giai đoạn I 34 3.3.2 Động học đội đáy giai đoạn II 35 3.4 Tính kiểm nghiệm chi tiết cấu phân phối khí động .36 3.4.1 Tính tốn kiểm nghiệm lò xo - supap: .36 3.4.2 Tính tốn kiểm nghiệm trục cam: 37 3.4.3 Tính tốn sức bền đội: 39 3.4.4 Tính tốn sức bền xupáp: 40 CHƯƠNG IV MÔ PHỎNG CHI TIẾT CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ .42 4.1 Giới thiệu phần mềm solidwokds 42 4.2 Sử dụng phần mềm solidworks để mô trục cam 42 4.3 Xuất vẽ 2d trục cam 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 TÍNH TỐN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ Mục đích phần tính tốn nhiệt động giúp cho sinh viên vận dụng kiến thức học môn học “Nguyên lý động đốt trong” để tính tốn q trình nhiệt động cơ, qua hiểu rõ quan hệ thơng số nhiệt động chu trình, xác định tiêu kinh tế kỹ thuật kiểm nghiệm lại kích thước động Từ kết tính tốn nhiệt, sinh viên xây dựng đồ thị công lý thuyết động Từ số liệu kết cấu tiêu kỹ thuật động cho trước, sinh viên lựa chọn thông số khác đặc trưng cho điều kiện vận hành để xác định thông số nhiệt động q trình Các thơng số chọn dựa sở loại động cơ, đặc điểm kết cấu Các thông số ký hiệu tài liệu "Nguyên lý động đốt trong" GS Nguyễn Tất Tiến (NXB Giáo dục, 2000) Chọn loại động 2AR-FE thường trang bị xe camry 2.5Q Kiểu động xy lanh thẳng hàng, không tăng áp, cấu phối khí DOHC, VVT-I kép Chương 1:Động học,động lực học cấu khuỷu trục truyền động 1.1 Thông số cho trước động cơ: Tên thông số Kiểu động Cơng suất có ích Tỷ số nén Số vịng quay Đường kính xi lanh Hành trình piston Dung tích xy lanh Số xi lanh Số kỳ Góc mở sớm xupáp nạp Góc đóng muộn xupáp nạp Góc mở sớm xupáp thải Góc đóng muộn xupáp thải Loại buồng cháy Kiểu xu páp Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị xy lanh thẳng hàng, không tăng áp Ne Kw 134 10.4  n vòng/ phút 6000 D mm 90 S mm 98 Vh*i = lít 2,494 (pi*D2/4) *S*i i 4  độ 15 1 độ 30 2 độ 50 3 độ 35 4 Hình bán cầu DOHC 1.2 Thông số chọn động cơ: Tên thông số Ký hiệu Áp suất khí nạp Pk Nhiệt độ khí nạp Hệ số dư lượng khơng khí Áp suất cuối kỳ nạp Áp suất khí sót Nhiệt độ khí sót Độ sấy nóng khí nạp Chỉ số giãn nở đoạn nhiệt khí sót Hệ số lợi dụng nhiệt z Hệ số lợi dụng nhiệt b Tỷ số tăng áp Hệ số nạp thêm Hệ số quét buồng cháy Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt Hệ số điền đầy đồ thị Tk  Pa Pr Tr T m Thứ nguyên MN/m2 Giá trị K 300 0.9 MN/m2 MN/m2 K 0.11 900 20 1.5 z b  1 2 t đ 0.88 0.9 1.03 1,17 0.97 Các số liệu tham khảo để chọn: Loại động Động xăng Động Diesel - Tốc độ thấp - Cao tốc buồng cháy thống - Cao tốc buồng cháy ngăn cách - Tăng áp Hệ số dư lượng khơng khí  0,85 - 1,15 Tỷ số tăng áp  1,6 -2,0 1,5 - 1,9 1,2 - 1,7 1,7 - 2,2 1,7 - 2,2 1,5 - 1,8 Loại động Động Diesel b 0,80 - 0,90 z 0,65 - 0,85 pr [MN/m2] 0,104 - 0,118 Tr [K] 700 - 900 Động Xăng 0,85 - 0,95 0,85 - 0,92 0,101 - 0,118 9001000 Động Ga Chn t theo bảng  0,8 - 0,85 0,8 0,9 1,2 1,4 T 20 – 40 - 20 t 1,13 1,17 1,14 1,11 1.2 Các thông số cần chọn : )Áp suất môi trường :pk Áp suất môi trường pk áp suất khí trước nạp vào đơng (với động khơng tăng áp ta có áp suất khí áp suất trước nạp nên ta chọn p k =po Ở nước ta nên chọn pk =po = 0,1 (MPa)= MN/m2 )Nhiệt độ môi trường :Tk Nhiệt độ môi trường chọn lựa theo nhiệt độ bình quân năm Vì động khơng tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường nhiệt độ trước xupáp nạp nên : Tk =T0 =27ºC =300ºK )Áp suất cuối trình nạp :pa Áp suất Pa phụ thuộc vào nhiều thơng số chủng loại đơng ,tính tốc độ n ,hệ số cản đường nạp ,tiết diện lưu thơng… Vì cần xem xét đơng tính thuộc nhóm để lựa chọn Pa Áp suất cuối q trình nạp pa chọn phạm vi: pa =(0,8-0,9).pk =0,9.0,1 = 0,08-0,09 (MPa) Căn vào động 2AZ-FE tính ta chọn: pa =0,08 (Mpa) )Áp suất khí sót pr : Áp suất khí thải phụ thuộc giống p Áp suất khí thải chọn phạm vi : pr =0,101-0,118 (MPa) chọn pr =0,11 (MPa) )Mức độ sấy nóng mơi chất ∆T Mức độ sấy nóng mơi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào q trình hình thành hỗn hợp khí bên ngồi hay bên xy lanh Với động xăng : ∆T=0ºC -20ºC Vì đ/c 2AZ-FE nên chọn ∆T=20ºC )Nhiệt độ khí sót (khí thải) Tr Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào chủng loại đơng cơ.Nếu q trình giãn nở triệt để ,Nhiệt độ Tr thấp Thơng thường ta chọn : Tr =900 ºK -1000 ºK Thơng thường ta chọn : T =900 ºK )Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ : Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ chọn theo hệ số dư lượng khơng khí α để hiệu đính Thơng thường chọn λ theo bảng sau : 0,8 0,9 1,2 1,4  1,13 1,17 1,14 1,11 t Đối với động tính động xăng có α: 0,85 - 1,15 chọn  0,9 ta có t 1,17 )Hệ số quét buồng cháy 2 : Vì động không tăng áp nên ta chọn λ =1 )Hệ số nạp thêm 1 Hệ số nạp thêm 1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thơng thường ta chọn 1 =1,02÷1,07 ; ta chọn 1 =1,03 10 )Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z z : Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z , z phụ thuộc vào chu trình cơng tác động Với loại đ/c xăng ta thường chọn : z=0,85-0.92 Chọn : z=0,88 11 )Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b b : Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b b tùy thuộc vào loại động xăng động điezel b lớn z Với loại đ/c xăng ta thường chọn : b =0,85-0,95 ta chọn b=0,9 12 )Hệ số điền đầy đồ thị đ: Thể sai lệch tính tốn lý thuyết chu trình cơng tác động với chu trình cơng tác thực tế Sự sai lệch chu trình thực tế với chu trình tính tốn động xăng động điezel hệ số đ đ/c xăng thường chọn hệ số lớn Có thể chọn φ phạm vi: φ =0,92-0,97 Nhưng động xăng nên ta chọn φ =0,97 13) Chỉ số giãn nở đoạn nhiệt khí sót m: Trong m số giản nở đa biến trung bình khí sót ta chọn m= 1,45- 1,5 ta chọn m= 1.5 1.3 Tính tốn thơng số chu trình: 1.3.1 Tính q trình nạp: Tính hệ số khí sót  r: == 0.0528 Tính hệ số nạp  v: =[ ]= 0.7393 Tính nhiệt độ cuối q trình nạp Ta (K): = = 351 (K) v 0,75 - 0,85 0,75 - 0,95 Loại động Động xăng Động Diesel r 0,07 - 0,12 0,03 - 0,06 Ta [K] 340 - 400 310 - 340 Tính số mol khơng khí để đốt cháy kg nhiên liệu M0 (kmolKK/kgnl): Thành phần kg nhiên liệu [kg] Nhiên liêu C H O Xăng Diesel Khối lượng phân tử nl [kg/kmol] 110 - 120 180 - 200 Nhiệt trị thấp QH [kj/kg] 0,855 0,145 43.995 0,87 0,126 0,004 42.530 =0.5119 (1-4) Tính số mol khí nạp M1: (1-5) = 0.9*0.5119=0.4607 (động Diesel, động phun xăng) = 0.9*0.5119 + = 0.4690 ( động xăng dùng chế hồ khí) 1.3.2 Tính q trình nén Tỷ nhiệt khơng khí (kJ/kmol.K): = 19,806+= 21.6915 (1-6) Tỷ nhiệt mol sản phẩm cháy (kJ/kmol.K): (1-7) Nếu 0,71 thì: = 17.997+3.504*0.9= 21.1506 =(360.34+252.4*0.9)* =5.875* Nếu 1 thì: = 19.867+=21.68 =(427.38+6.32* Do =0.9 nên ta có: =21.1506+5.875*/2 *900=23.794 Tỷ nhiệt hỗn hợp cháy (kJ/kmol.K): (1-8) Có thể viết dạng: Trong đó: = =19.87; == 0.00427 ==21.797 Tính số nén đa biến trung bình n1: Chọn trước n1, vào phương trình sau, xác định n1 phương pháp gần (1-9) Với n1=1.371 ta có : ==1,371 Khi sai số hai vế nhỏ 0,001 lấy giá trị n1 chọn 10 Tính nhiệt độ cuối kỳ nén Tc (K): = 351* = 837.940 11 Tính áp suất cuối kỳ nén pc (MN/m2): (1-10) =0.08* Loại động Xăng Diesel - Buồng cháy ngăn cách - Buồng cháy thống = 1.984 n1 1,34 - 1,38 1,34 - 1,38 1,34 - 1,42 (1-11) pc [MN/m2] 0,9 - 1,5 Tc [K] 600 - 750 3,5 - 6,0 3,5 - 6,0 700 - 1050 1.3.3 Tính q trình cháy 12 Tính M: =0.9 0,7< = 0.855/12 + 0.145/2 + 0.79*0.9*0.5119-(0.9*0.5119 + 1/120) =0.039 13 Tính số mol sản phẩm cháy M2 (kmol/kgnl): M2 = 0.4609 + 0.039=0.51 (1-14) 14 Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết =0.51/0.4609 =1.0824 15 Hệ số biến đổi phân tử thực tế = (1.084 + 0.0528)/(1+0.0528) =1.08 16 Hệ số biến đổi phân tử z = 1+* = 1.078 (1-17) 17 Tính hệ số toả nhiệt xz z: =0.88/0.9=0.978 18 Tổn thất nhiệt cháy khơng hịan tồn: (1-15) (1-16) (1-18) (1-19)  Thỏa mãn 3.4.3 Tính tốn sức bền đội: Thơng thường kiểm nghiệm áp suất tiếp xúc thân đội Khi cam tiếp xúc với đội điểm B mơmen xoắn trục cam Mx có giá trị lớn Mômen làm cho đội bị nghiêng tiếp xúc không Áp suất tiếp xúc xác định theo cơng thức: (5 – 11) Trong đó: d l – Đường kính chiều dài tiếp xúc thân đội d = 40 (mm) l = 25,5 (mm) = 9,84605581 (N/m2)  Thỏa mãn điều kiện * Áp suất mặt chốt = 90,32258 (MN/) => *Áp suất bạc chốt 36 = = 80 (MN/) 3.4.4 Tính tốn sức bền xupáp: Tính sức bền nấm xupáp dùng cơng thức Back, giả thuyết nấm xupáp đĩa trịn đặt đế tựa hình trụ: Ứng suất uồn mặt nấm xác định theo công thức: (5 – 12) Với: pz – Áp suất khí thể lớn Chọn pz = 5,1 (MN/m2) d – Đường kính trung bình nấm xupáp; d = dnn = 28 (mm) - Chiều dày mặt nấm; = (mm) =199,827 (MN/m2) *Ứng suất cắt chốt: = = 72,37984945 (MN/m2) *Ứng suất uốn chốt = = 199,827 (MN/m2) 37 CHƯƠNG IV MÔ PHỎNG CHI TIẾT CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 4.1 Giới thiệu phần mềm solidwokds Hiện Solidworks sử dụng phổ biến giới Ở Việt Nam phần mềm sử dụng nhiều khơng lĩnh vực khí mà mở rộng lĩnh vực khác như: Điện, khoa học ứng dụng, mô phỏng, Phần mềm Solidworks cung cấp cho người dùng tính tuyệt vời thiết kế chi tiết khối 3D, lắp ráp chi tiết để hình thành nên phận máy móc, xuất vẽ 2D chi tiết tính phổ biến phần mềm Solidworks, ngồi cịn có tính khác như: Phân tích động học ( motion), phân tích động lực học (simulation) Bên cạnh phần mềm cong tích hợp modul Solidcam để phục vụ cho việc gia cơng CNC nhờ có phay Solidcam tiện Solidcam bạn gia công nhiều trục Solidcam, modul 3Dquickmold phục vụ cho việc thiết kế khn 38 Hình 4.1 Logo phần mềm solidworks Việc tích hợp nhiều tính modul Add-in phần mềm Solidworks giúp cho người sử dụng chun mơn hóa phần mềm Và không cần phải sử dụng nhiều phần mềm để thực công việc khác Để học phần mềm Solidworks bạn xem bạn tham gia khóa học thiết kế vói phần mềm Solidworks Nếu khơng có nhiều thời gian đến trung tâm học bạn tham khảo tài liệu hướng dẫn sử dụng Solidworks 4.2 Sử dụng phần mềm solidworks để mô trục cam Đầu tiên tạo vẽ môi trường 3d pard Sử dụng lệnh thư mục skets để vẽ biên dạng vấu cam trục cam ổ đỡ Sau sử dụng lệnh thư mục featured để tạo khối 3d kích thước cho chi tiết 39 Hình 4.2 vẽ 3d trục cam nạp Hình 4.3 Bản vẽ 3d trục cam thải 4.3 Xuất vẽ 2d trục cam Sau vẽ hình 3d ta tiến hành xuất vẽ 2d cho trục cam môi trường Drawing Ta chọn, loại giấy kích cỡ giấy sau lựa chọn hình biểu diễn chi tiết thư mục view platele hiệu chỉnh hình chiếu Sau đó, đo kích thước hình chiếu ghi hình chiếu 40 Hình 4.4 vẽ 2d trục cam nạp Hình 4.5 Bản vẽ 2d trục cam thải 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tất Tiến(1970), Nguyên lí động đốt trong, Nhà xuất giáo dục [2] A.Kolchin and Demidov, Design of automotive enginer [3] Trần Thanh Hải Tùng(2007), Tính tốn thiết kế động đốt trong, Nhà xuất giáo dục, Đà Nẵng ... 45 TÍNH TỐN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ Mục đích phần tính tốn nhiệt động giúp cho sinh viên vận dụng kiến thức học môn học “Nguyên lý động đốt trong? ?? để tính tốn q trình nhiệt động cơ, qua...2 LỜI NĨI ĐẦU Tính tốn động đốt mơn học tính tốn q trình làm việc tính tốn chi tiết động đốt Môn học học phần bắt buộc chương trình đào tạo nghành cơng nghệ kỹ thuật tơ gồm có... Kiểu động xy lanh thẳng hàng, không tăng áp, cấu phối khí DOHC, VVT-I kép Chương 1 :Động học ,động lực học cấu khuỷu trục truyền động 1.1 Thông số cho trước động cơ: Tên thơng số Kiểu động Cơng