Thuyết minh Đồ án động cơ đốt trong

huyết minh Đồ án động cơ đốt trong tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức của các môn học cơ sở giúp người đọc có những hiểu biết từ cơ bản, cụ thể đến chuyên sâu khái quát về động cơ đốt trong. Đây là tài liệu tham khảo dành cho sinh viên ngành Cơ khí - chế tạo máy.

Lời nói đầu

Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn độnglực cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thuỷ, máy bay

và các máy công tác như máy phát điện, bơm nước… Động cơ đốt trong lànguồn cung cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới Chính vì vậy việc tínhtoán và thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quantrọng đối với các sinh viên chuyên ngành động cơ đốt trong

Đồ án tính toán thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong là đồ án đòi hỏingười thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũngnhư kiến thức của các môn học cơ sở Trong quá trình hoàn thành đồ án khôngnhững đã giúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học và còn giúp

em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên ngành của mình cũng nhưcác kiến thức tổng hợp khác Đồ án này cũng là một bước tập dượt rất quantrọng cho em trước khi tiến hành làm đồ án tốt nghiệp sau này

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất, song

do những hạn chế về kiến thức cũng như những kinh nghiệm thực tế nên trongquá trình làm không tránh được sai sót chính vì vậy em rất mong được sự đónggóp của các thầy cô cũng như toàn thể các bạn để đồ án của em được hoànchỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Hoàng Đình Long cũng nhưtoàn thể các thầy cô giáo trong Bộ môn Động Cơ Đốt Trong đã tạo mọi điềukiện giúp em hoàn thành đồ án tốt đẹp

Sinh viênNông Minh Toàn

Phần 1: Tính Nhiệt.

Số liệu ban đầu của đồ án môn học ĐCĐT ( Số 1)

Họ và tên sinh viên: Nông Minh Toàn Khóa: 51

Các số liệu của phần tính toán nhiệt

12 Chiều dài thanh truyền l tt 185 mm

- Áp suất môi trường p0 là áp suất khí quyển Với động cơ không tăng áp ta có

áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupap nạp nên ta chọn:

P0 = 0,1(Mpa)

2) Nhiệt độ môi trường T 0

- Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm Vớiđộng cơ không tăng áp ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupap nạpnên:

T0 = 240C = 2970K

3) Áp suất cuối quá trình nạp p a

- Áp suất cuối quá trình nạp pa với động cơ không tăng áp ta có thể chọn trongphạm vi:

t = 1.16

8) Hệ số quét buồng cháy 2 :

Với các động cơ không tăng áp ta thường chọn hệ số quét buồng cháy 2 là:

10) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z z:

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z z phụ thuộc vào chu trình công tác của động

cơ Với các loại động cơ Xăng ta thường chọn:

0,85 0,92 0,88

z

11) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b b:

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b b tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel.Với các loại động cơ Xăng ta chọn:

1.2 Tính toán các quá trình công tác:

a

p p

1, 45 1,5 1, 47

Thay số vào công thức tính r ta được:

1 1,47

1000 0,09

0,115 6,5.1, 03 1,16.1.

2) Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a:

Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a được tính theo công thức:

1

1

m m a

k t r r

r a

r

p

p T

Thay số vào công thức tính v ta được:

1 1,47

h

N p

h

30.111,796.4

0,6919( ) 0,74575.3250.8

e

3 1

432.10 0,1.0,8163

0,5152( / ) 333,107.0, 6919.297

5) Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M0:

Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M0 được tính theocông thức:

0

1

0 0,512( / )

6) Hệ số dư lượng không khí  :

Đối với động cơ Xăng hệ số dư lượng không khí  được xác định theo côngthức:

1 0

1 0,5152

114 0,98910,512

2) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:

Với các động cơ Xăng có hệ số dư lượng không khí   1 do đó tỉ nhiệt molđẳng tích trung bình của không khí được xác định theo công thức:

3) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén '

v

mc tính theocông thức:

0,0061 19,806 0,00209 0,07507 21, 4627

0,004314 2

4) Chỉ số nén đa biến trung bình n1:

Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định bằng cách giải phương trình:

8,314 1

'

0,37235 0,004314

19,9217 369,762 6,5 1

2 2

n v

Vậy ta có nghiệm của phương trình là: n 1 1,375

5) áp suất cuối quá trình nén p c:

áp suất cuối quá trình nén p c được xác định theo công thức:

1 n

6) Nhiệt độ cuối quá trình nén T c :

Nhiệt độ cuối quá trình nén T c được xác định theo công thức:

7) Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c:

Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c được xác định theo công thức:

1.2.3 Tính toán quá trình cháy:

1) Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết 0:

Ta có hệ số thay đổi phân tử lí thuyết  0 được xác định theo công thức:

1 32 4

( 1

0

0 0

2) Hệ số thay đổi phân tử thực tế :

Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế  được xác định theo công thức:

1

r r

3) Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z z:

Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z z được xác định theo côngthức:

z z

5) Nhiệt độ tại điểm z T z:

Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z T z được xác định bằng cách giảiphương trình sau:

.

1

6) Áp suất tại điểm z p z:

Ta có áp suất tại điểm z p z được xác định theo công thức:

746,05

z z

c

T T

z z c

T T

3) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2:

Ta có chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 được xác định từ phương trình cânbằng sau:

'' 1

8,314 1

b

QH*: là nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Với động cơ xăng :

8,314

4) áp suất cuối quá trình giãn nở p b:

áp suất cuối quá trình giãn nở p b được xác định trong công thức:

1050,5 1000

1150,5

rt r rt

Vậy giá trị nhiệt độ khí thải chọn và tính toán thoả mãn yêu cầu

1.2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác

1) áp suất chỉ thị trung bình '

i

p :Với động cơ Xăng áp suất chỉ thị trung bình '

1 ) 1

1 1 ( 1

1 2

P p

3) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i:

Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i:

3 1

432.10

.

v k i

i k

p g

i

5) áp suất tổn thất cơ giới p m:

áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và đượcbiểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ Ta có tốc

độ trung bình của động cơ là:

7) Hiệu suất cơ giới m:

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:

e m

m

8) Suất tiêu hao nhiên liệu g e:

Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là:

i e

10) Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức:

Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức:

.30.

.

e h

V D

1,000094( ) 100,0094( ) 3,14.0,95

Thể Tích Quá trình nén Quá trình giãn nở

i i.Vc Giá trị px=pc/(i^n1) Giá trị px=pz/(i^n2) Giá trị biểu

biểu diễn biểu diễn diễn 1,00 0,1356 36,36 1,1800 52,09 4,5310 200,00 2,00 0,2712 72,73 0,4550 20,08 1,9384 85,56 3,00 0,4068 109,09 0,2605 11,50 1,1796 52,07 4,00 0,5425 145,45 0,1754 7,74 0,8292 36,60 5,00 0,6780 181,82 0,1291 5,70 0,6309 27,85 6,00 0,8136 218,18 0,1004 4,43 0,5046 22,27 6,50 0,8814 236,36 0,0900 3,97 0,4575 20,19

Giá trị biểu diễn trên trục hoành theo εVc: εVc = 200 (mm)Vc: εVc: εVc = 200 (mm)Vc = 200 (mm)

i.Vc 0,1356 0,2712 0,4068 0,5424 0,6780 0,8136 0,8814 Giá trị biểu

diễn(mm) 36,36 72.73 109.09 145,45 181,82 218,18 236,36

Ta chọn tỉ lệ xích của hành trình piston S là:

95

0, 475 200

S S

' '

6,099

12,84( )

0, 475

OO OO

gtt



Từ các giá trị biểu diễn trên ta vẽ được đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị công

Sau đó tiến hành lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị

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

Từ điểm O' trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải 0

  ,bán kính này cắt vòng tròn Brick tại điểm a', Từ a' gióng đường song song vớitrục tung cắt đường p a tại điểm a Nối điểm r trên đường thải (là điểm giaogiữa đường p r và trục tung) ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sangquá trình nạp

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

áp suất cuối quá trình nén do có hiện tượng phun sớm nên thường lớn hơn ápsuất cuối quá trình nén lý thuyết p c đã tính Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quátrình nén thực tế '

Điểm c’’- điểm đường nén thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết, xác định theogóc đánh lửa sớm φi = 15° đặt trên đồ thị Brick rồi gióng xuống đường nén đểxác định điểm c’’ Dùng cung thích hợp nối c’’ với c’

1.3.3.Hiệu đính điểm đạt điểm pz max thực tế :

Áp suất pz max thực tế trong quá trình cháy giãn nở không đạt trị số lý thuyết

do đó ta có cách hiệu đính điểm z của động cơ xăng như sau :

a) Cắt đồ thị công bởi đường 0,85pz Ta vẽ đường 0.85pz

Giá trị biểu diễn: 0,85.4,531 170( )

0,022655 mm

b).Từ đồ thị Brick xác định góc 120 gióng xuống đoạn đẳng áp 0,85pz để xácđịnh điểm z

c) Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường giãn nở

4) Hiệu đính điểm bắt đầu thải thực tế :

Hiệu đính điểm b’ căn cứ vào góc mở sớm β1 của xupáp thải

-Từ đồ thị Brick xác định góc mở sớm xupáp thải β1 = 67o cắt vòng trònBrick tại một điểm, từ điểm đó gióng đường song song với trục tung cắt đườnggiãn nở lý thuyết tại b’

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb’’ thường thấp hơn áp suất cuối quátrình giãn nở lý thuyết do xupáp xả mở sớm

O O' p

-p j

=f(x) v=f(x)

b''

b

b' r

Phần 2: Tính toán động học, động lực học.

2.1 Vẽ các đường biểu diễn các quy luật động học:

2.1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston xf  

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau:1) Chọn tỉ lệ xích 0,7 (mm/độ)

2) Chọn hệ trục toạ độ như trong hình vẽ

3) Từ tâm O' của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10 , 20 180 0 0 0

4) Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10 , 20 180 0 0 0 tươngứng trên trục tung của đồ thị xf   ta được các điểm xác định chuyển vị x

tương ứng với các góc 10 , 20 180 0 0 0

5) Nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ xf  

2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của piston vf  

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của piston vf   theo phươngpháp đồ thị vòng Tiến hành theo các bước cụ thể sau:

1) Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R

2) Vẽ vòng tròn tâm O bán kính là .R2

3) Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính là .R2

thành 18 phần theo chiều ngược nhau

Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn tâm O bán kính R kẻ các đường songsong với tung độ, các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuấtphằtt các điểm chia tương ứng trên vòng tròn tâm O bán kính là .R2 tại cácđiểm a b c, , ,

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

2.1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston: jf x 

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston theo phương phápTôlê Ta vẽ theo các bước sau:

j j

4084,92

46,05

j j

EF EF

3) Cách vẽ: Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC j max, từ điểm B

tương ứng điểm chết dưới lấy BDjmin; nối CD cắt trục hoành ở E; lấy

2

3 .

EF  R w về phía BD Nối CF và FD, chia các đoạn này ra làm 8 phần, nối

biểu diễn quan hệ jf x 

2.2 Tính toán động lực học:

2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:

Khối lượng nhóm piston m pt được cho trong số liệu ban đầu của đề bài là:

 cos   cos2  P j m R  2 cos   cos2  ( )N

2.2.3 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính  p j f x 

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo phương pháp Tôlê được tiếnhành theo các bước sau:

1) Chọn tỉ lệ xích để vẽ đường p j là  p 0,021175Mpa mm/ ; x s  0, 487

2) Ta tính được các giá trị:

Diện tích đỉnh piston:

 32

2

100.10

jmax

pt

m R p

1,622.47,5.10 (334,9333) 1 0, 2568

1,3837.10 ( ) 1,3837( ) 7,85.10

p p

1

j

pt

m R p

0,818271

0, 021175

j j

p p

40( )

0, 021175

EF EF

 

j

2.2.4 Đường biểu diễn vf x .

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ vf x  dựa trên hai đồ thị là đồthị xf   và đồ thị vf   Ta tiến hành theo trình tự sau:

1) 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   10 , 20 ,30 180 0 0 0 0

2) Ta lấy giá trị của vận tốc v từ đồ thị vf   tương ứng với các điểm

tung tương ứng ta sẽ được các điểm nằm trên đồ thị

3) Nối các điểm nằm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ vf x 

2.2.5 Khai triển đồ thị công P V thành p kt f  

Ta tiến hành khai triển đồ thị công P V thành đồ thị p kt f   để thuận

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

2.2.6 Khai triển đồ thị p j f x  thành p j f  .

Ta tiến hành khai triển đồ thị p j f x  thành đồ thị p j f   tương tựnhư cách ta khai triển đồ thị công chỉ có điều cần chú ý là ở đồ thị trước là tabiểu diễn đồ thị  p j f x  nên cần phải lấy lại giá trị p j cho chính xác

P S =f(a)

P j =f(a)

2.2.8 Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T f  và đồ thị lực pháp tuyến Z f  

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

sin

Dựa vào các công thức trên và dựa vào đồ thị p f   ta xác định được cácgiá trị cho trong bảng dưới đây theo góc quay  của trục khuỷu:

cos(α+β)/)/

cosβ)/

Z (biểu diễn,mm)

Ta chọn tỉ lệ xích   2 /1mm0 và  p 0,021175(MPa mm/1 ) sau đó dựa vàobảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị lực tiếp tuyến T f  và đồ thị lực pháptuyến Z f  .

2.2.9 Vẽ đường biểu diễn T f   của động cơ nhiều xy lanh

Ta có chu kỳ của momen tổng phụ thuộc vào số xylanh và số kỳ, chu kỳ nàybằng đúng góc công tác của các khuỷu:

0

180 180 4

90 8

ct

i



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

i là số xylanh của động cơ i 8

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn T f   cũng chính là ta vẽ đường biểu diễn

 

  (do ta đã biết M T R. ) Ta vẽ đường biểu diễn này như sau:1) Ta có bảng xác định các góc i ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc củađộng cơ Zil 130 ; động cơ 4 kỳ, 8 xylanh có thứ tự làm việc 1-5-4-2-6-3-7-8 là:

T=f(a)

α1 T1 α2 T2 α3 T3 α4 T4 α5 T5 α6 T6 α7 T7 α8 T8 ∑T

10

13.709 460 46.0318 280

10.302 550 -5.3176 640

6.1811 370 21.75999 190

4.73392 100 19.728 47.28 20

24.217 470 43.5877 290 0 560 -10.108 650 5.1236 380 39.93686 200

9.46007 110 22.221 67.08 30

31.217 480 39.1036 300 9.8006 570 -14.352 660 17.641 390 44.07167 210

13.9642 120 24.064 75.15 40

33.152 490 32.492 310 16.11 580 -18.526 670 26.85 400 38.54867 220

18.0111 130 21.661 65.97

-50 -28.64 500 25.7301 320 16.961 590 -22.298 680 31.61 410 36.69464 230

21.6613 140 18.011 56.41 60

19.601 510 18.6189 330 14.691 600 -24.816 690 30.605 420 36.26219 240

24.8157 150 13.964 44.91 70

6.1483 520 11.9223 340 9.7718 610 -24.785 700 24.217 430 39.96426 250

24.7852 160 9.4601 39.62

-80 4.1208 530 5.70665 350 1.9584 620 -21.607 710 13.709 440 43.268 260

22.5462 170 4.7339 29.34

Từ bảng số liệu trên ta vẽ đường đồ thị T f  

2.2.10 Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu:

Thực chất đây chính là đồ thị p tt biểu diễn trên toạ độ T Z do ta thấy tính từgốc toạ độ tại bất kỳ điểm nào ta đều có:

tt

2) Tìm gốc toạ độ của phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu bằng cách đặt vecto p k0

(đại diện cho lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu) lên đồ thị Ta cócông thức xác định lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu:

Thay số vào ta xác định được:

0

2 0,095

4 4

k k k

pt pt

Vậy ta xác định được gốc 0 của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Nối 0

với bất cứ điểm nào trên đồ thị ta đều có:

0

k tt

2.2.11 Vẽ đường biểu diễn Qf  

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn Qf   theo trình tự các bước sau:

1 Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta lập được bảng giá trị của Q theogóc quay  của trục khuỷu như sau:

(MN)

Q(bd) (mm)