ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Thực hiện trên động cơ 3D6

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINHKHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Đại Họ và tên sinh viên: Nguyễn Đức Hoà Lớp ĐHOTOCK15A5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Đại

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Đức Hoà

Lớp ĐHOTOCK15A5

Thời gian thực hiện: 8 Tuần

NỘI DUNG THỰC HIỆN

Thực hiện trên động cơ 3D6 các nội dung sau:

A –Phần thuyết minh:

1-Tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong

2-Tính toán động học động lực học có kèm theo sơ đồ

3-Tính nghiệm bền chi tiết : Thanh truyền có đầy đủ sơ đồ kết cấu và sơ đồ

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Nguyễn Văn Đại

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Kết quả đánh giá :

GIÁO VIÊN BẢO VỆ : Kết quả đánh giá :

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại đất nước đang trên con đường CNH – HĐH, từng bước phát triển đất nước Trong xu thế của thời đại khoa học kỹ thuật của thế giới ngày một phát triển cao Để hòa chung với sự phát triển đó đất nước ta đã có chủ trương phát triển một số ngành công nghiệp mũi nhọn, trong đó có ngành

Cơ Khý Động Lực Để thưc hiện được chủ trương đó đòi hỏi đất nước cần phải có một đội ngũ cán bộ, công nhân kỹ thuật có trình độ và tay nghề cao

Hiểu rõ điều đó trường ĐHSPKT Vinh không ngừng phát triển và nângcao chất lượng đào tạo đội ngũ cán bộ, công nhân có tay nghề và trình độ cao

mà còn đào tạo với số lượng đông đảo đáp ứng nhu cầu nguồn nhân lực cho đất nước

Khi đang còn là một sinh viên trong trường chúng em được phân công thực hiện đồ án “Tính Toán –Kết Cấu Động Cơ Đốt Trong” Đây là một điều kiện rất tốt cho chúng em có cơ hội xâu chuỗi kiến thức mà chúng em đã được học tại trường ,bước đầu đi sát vào thực tế sản xuất ,làm quen với công việc tính toán thiết kế ô tô

Trong quá trình tính toán chúng em đã được sự quan tâm chỉ dẫn,sự giúp đỡ nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô giáo trong khoa cơ khí động lực Tuy vậy nhưng không thể tránh những hạn chế , thiếu sót trong quá trình tính toán

Để hoàn thành tốt, khắc phục được những hạn chế và thiếu sót đó

chúng em rất mong được sự đóng góp ý kiến ,sự giúp đỡ của các thầy cô giáo

và các bạn để sau này ra trường bắt tay vào công việc ,trong quá trình công tác chúng em hoàn thành công việc một cách tốt nhất

Vinh, ngày tháng năm 2022

Sinh viên thực hiện:

PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC

TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I ) Trình tự tính toán :

1.1 )Số liệu ban đầu :

Loại đông cơ: 3D6-động cơ Diesel 1 hàng, không tăng áp, buồng cháy

thống nhất

1- Công suất của động cơ : Ne =155 (mã lực) = 111 kW

2- Số vòng quay của trục khuỷu : n =1600(vg/ph)

8- Thứ tự làm việc của xi lanh : (1-5-3-6-2-4)

9- Suất tiêu hao nhiên liệu : g e =192 (g/ml.h)

10- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1;α2: α1=20(độ),α2 =48 (độ)

11- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải  1 , 2: 1=48(độ), 2=20 (độ)

12- Chiều dài thanh truyền: ltt = 320 (mm)

13- Số kỳ :   4

14- Góc phun sớm : 30o

i

  15-Khối lượng thanh truyền: mtt = 5,62 (kg)

16- Khối lượng nhóm piston: mpt = 2,37 (kg)

1.2 )Các thông số cần chọn :

1 )Áp suất môi trường :p k

Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào đông cơ (với đông cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên ta chọn pk =po

Ở nước ta nên chọn pk =po = 0,1 (MPa)

2 )Nhiệt độ môi trường :T k

Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm

Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupáp nạp nên : Tk =T0 =24ºC =297ºK

Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ ,tínhnăng tốc độ n ,hệ số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xemxét đông cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa

Áp suất cuối quá trình nạp ta lấy pa =0,085 (MPa)

4 )Áp suất khí thải P :

Áp suất khí thải cũng phụ thuộc giống như p

Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi :

p= 0,11 (MPa)

5 )Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T

Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành hỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xy lanh

Vì đây là đ/c điezel nên chọn ∆T= 38 o K

Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ được chọn theo hệ số dư lượng không khí α

để hiệu định Thông thường có thể chọn λ theo bảng sau :

 0,8 1,0 1,2 1,4

Ở đây ta chọn λ = 1,1

8 )Hệ số quét buồng cháy λ :

Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta chọn λ =1

9 )Hệ số nạp thêm λ

Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thông thường ta

có thể chọn λ =1,02÷1,07 ; ta chọn λ =1,02

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

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ.Với đây là đ/c điezen nên ta chọn ξ=0,78

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

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động cơ điezel ξ bao giờ cũng lớn hơn ξ

Do đây là đ/c điezel ta chọn ξ=0,9

12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ :

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động

cơ với chu trình công tác thực tế Sự sai lệch giửa chu trình thực tế với chu trình tính toán của động cơ xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số φ của đ/c xăng thường chọn hệ số lớn.Nhưng đây là đ/c xăng nên ta chọn φ =0,934

II )Tính toán các quá trình công tác :

2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T

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

0,085 (297 38) 1,1.0, 038.800.( )

1 0,038

o a

1 1,45

p = =

3 2

30.111.10 4

0, 44 3,14.0,15 0,18

.1600.6 4

 (MPa)

Vậy : M =

3

432.10 0,1.0,82

1, 41 192.0, 44.297  (kmol/kg) nhiên liệu

5 )Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M :

Lượng kk lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M được tính theo công thức :

ΔM = 0,21.(1-α)MM = 0,21.(1-α)M ( )

12 4 32

C H O

  (kmol/kg) nhiên liệu

Vì đây là đ/c diesel nên ta chọn C=0,87 ; H=0,126; O=0,004

M = (0,87 0,126 0,004) 0, 495

6 )Hệ số dư lượng không khí α

Vì đây là động cơ nên :

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

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hh trong quá trình nén tính theo công thức sau :

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thông số kết cấu và thông

số vận hành như kích thước xy lanh ,loại buồng cháy,số vòng quay ,phụ tải,trạng thái nhiệt độ của động cơ…Tuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau :

Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng.Chỉ

số nén đa biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau :

n-1 =

Chú ý : thông thường để xác định được n ta chọn n trong khoảng

1,340÷1,390 Rất hiếm trường hợp đạt n trong khoảng 1,400 ÷ 1,410

→ (theo sách Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong - trang 128 )

Vì vậy ta chọn n theo điều kiện bài toán cho đến khi nào thỏa mãn điều kiện bài toán :thay n vào VT và VP của phương trình trên và so sánh,nếu sai

số giữa 2 vế của phương trình thõa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu

8,314 19,950 0,002.350.(15,5n  1)

8,314 19,950 0,7.(15,5n  1)

Sau khi chọn các giá trị của n ta thấy n = 1,367 thõa mãn điều kiện bài toán

5 )Áp suất cuối quá trình nén P :

Áp suất cuối quá trình nén P được xác định theo công thức :

P = P ε = 0,085.15,51,367 = 3,607 (MPa)

6 )Nhiệt độ cuối quá trình nén T

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

T = T ε = 350.15,5 1,367 1  = 957,0 ( ºK )

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

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

M = M+ M = M.(1  r) = 1,41.(1+0,038) = 1,464

2.3 )Tính toán quá trình cháy :

1 )Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β :

Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β được xác định theo công thức :

  



2 )Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót )

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

3 )Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β : (Do cháy chưa hết )

Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế tại điểm z β được xác định theo công thức :

5 )Nhiệt độ tại điểm z T :

Đối với động cơ Diesel, tính nhiệt độ Tz bằng cách giải phương trình cháy sau:

Hệ số tăng áp được chọn sơ bộ trong khoảng (1,5-2)

Giải (3),(4) ra ta được :Tz =1287,213 (o K)

6 Áp suất tại điểm z pz :

Áp suất tại điểm z pz được xác định theo công thức:

pz .pc (MPa)

Với : 1,37.1287, 213 1,843

957

z z c

T T

T= = 1,288 1

1287, 213

608,88

13, 455   ( ºK )

5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p :

Áp suất cuối quá trình giãn nở P được xác định theo CT :

0,11 608,88.( ) 481,719

5 )Áp suất tổn thất cơ giới P :

Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau

và được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ.Ta có tốc độ trung bình của động cơ là :

V = = 0,18.1600 9,6

Vì đây là đông cơ diesel nên τ = 4 ;i =6 , D= 150 mm và là buồng cháy thống nhất :

Ta có sai số so với đề bài là :0,017 (mm)

III ) Vẽ và hiệu đính đồ thị công :

Căn cứ vào các số liệu đã tính p r , p , p , p , p ,n, n, ε ta lập bảng tính

đường nén và đường giãn nở theo biến thiên của dung tích công tác V = i.V

V : Dung tích buồng cháy

V V





 =0,219

3.1 ) Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén :

- Phương trình đường nén đa biến :

P.V = const

Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường nén thì :

P V = P V

P = P = P =

n : Chỉ số nén đa biến trung bình n = 1,367

P : Áp suất cuối quá trình nén P = 3,607 ( MPa)

3.2 ) Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở :

- Phương trình của đường giãn nở đa biến :

T T

n : Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n = 1,288

Quá trình nén Quá trình giãn nởi

i.Vc

Giá trị biểu diễn P n =

1 15.5 1

h c

λ = = = 180 0, 2813

2.320 ( mm ) Khoảng cách OO’ là :

gtbd = = 90 134,93

0,667  ( mm )

3.5 ) Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị :

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 β , bán kính này cắt đường tròn tại điểm a’ Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt đường P tại điểm a Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa đường P và trục tung ) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trìnhthải sang quá trình nạp

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

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm (động cơ

điezel ) và hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng ) nên thường chọn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết P đã tính Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực tế P’ được xác định theo công thức sau :

Đối với động cơ điezel :

P’ = P + ( P - P ) = 3,607 + ( 6,647- 3,607 ) = 4,6303 ( MPa ) Từ

đó xác định được tung độ điểm c’trên đồ thị công : 4,6203 186,0

0,022744

3 ) Hiệu chỉnh điểm phun sớm : ( điểm c’’ )

Do hiện tương phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lýthuyết tại điểm c’’ Điểm c’’ được xác định bằng cách Từ điểm O’ trên đồ thịBrick ta xác định được góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm θ, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm

Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại điểmc’’ Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’

4 )Hiệu đính điểm đạt P thực tế

Áp suất p thực tế trong quá trình cháy - giãn nở không duy trì hằng số như động cơ điezel ( đoạn ứng với ρ.V ) nhưng cũng không đạt được trị số lý thuyết như động cơ xăng Theo thực nghiệm ,điểm đạt trị số áp suất cao nhất

là điểm thuộc miền vào khoảng 372° ÷ 375° ( tức là 12° ÷ 15° sau điểm chết trên của quá trình cháy và giãn nở )

Hiệu định điểm z của động cơ diesel :

- Xác định điểm z từ góc 20º Từ điểm O΄trên đồ thị Brick ta xác định góc trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng với 380º góc quay truc khuỷu ,bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường P tại điểm z

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

5 ) Hiệu định 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 sự diễn ra sớm hơn lý thuyết Ta xác định điểm b bằng cách : Từ điểm O’trên đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm xupáp thải β,bán kính này cắt đường tròn Brick tại 1 điểm.Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm b’

6 ) Hiệu định 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 quá trình giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác định được :

PHẦN II : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

I ) Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học :

Các đường biểu diễn này đều vẽ trên 1 hoành độ thống nhất ứng với hành trình piston S = 2R Vì vậy độ thị đều lấy hoành độ tương ứng với V của độ thị công ( từ điểm 1.V đến ε.V )

1.1 ) Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α)α))

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau :

1 Chọn tỉ xích góc : thường dùng tỉ lệ xích ( 0,6 ÷ 0,7 ) ( mm/độ )

2 Chọn gốc tọa độ cách gốc cách độ thị công khoảng 15 ÷ 18 cm

3 Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10° ,20° ,

…….180°

4 Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm

10° ,20°,…….180° tương ứng trên trục tung của đồ thị của x = ƒ(α) ta được các điểm xác định chuyển vị x tương ứng với các góc 10°,20°,… 180°

5 nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ

x = f(α)

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

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của píton v = f(α) Theo phương pháp đồ thị vòng Tiến hành theo các bước cụ thể sau:

1.Vẻ nửa vòng tròn tâm O bán kính R ,phía dưới đồ thị x = f(α) Sát mép dưới của bản vẽ

5 Nối tại các điểm a,b,c,… Tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc

độ piton thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng tròn bán kính R tạo với trục hoành góc α đến đường cong a,b,c…

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

Hinh 2.1: Dạng đồ thị v = f( )

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

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston theo phương pháp Tôlê

ta vẽ theo các bước sau :

II )Tính toán động học :

2.1 )Các khối lượng chuyển động tịnh tiến :

- Khối lượng nhóm piton m = 2,37 Kg

- Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston

+ ) Khối lương thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m có thể tra

trong các các sổ tay ,có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệu hoặc có thể tính gần đúng theo bản vẽ

+ ) Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiêm sau :

Đối với động cơ ô tô ta có :

m = 0, 275 0, 285   m

Ta chọn m = 0,285 m = 0,285.5,62= 1,6017 (Kg )

Vậy ta xác định đươc khối lương tịnh tiến mà đề bài cho là :

m = m + m = 2,37 + 1,6017= 3,9717 (Kg)

2.2 ) Các khối lượng chuyển động quay :

Hình 2.2 : Xác định khối lượng khuỷu trục

Khối lượng chuyển động quay của một trục khuỷu bao gồm :

- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt :

m = mtt - m= 5,62 – 3,9717 = 1,6483 (Kg)

- Khối lượng của chốt trục khuỷu : m

m = π .ρ

Trong đó ta có :

d : Là đường kính ngoài của chốt khuỷu : 85

δ : Là đường kính trong của chốt khuỷu : 44

l : Là chiều dài của chốt khuỷu : 70

ρ : Là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu





Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt : m Khối lượng này tính gần đúng theo phương trình quy dẫn :

m =

r bán kính trọng tâm má khuỷu : 60

R :bán kính quay của khuỷu : R = S /2= 180/2 =90 (mm)

Ta có m = m = 0,105 ( kg )

2.3 ) Lực quán tính :

Lực quán tính chuyển động tịnh tiến :

P = - m.j = -m.R.ω.( cos α + λ.cos 2α ) = - 8,7.10.( cos α + λ.cos

2.4 ) Vẽ đường biểu diễn lực quán tính :

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo pp Tolê nhưng hoành

độ đặt trùng với đường p ở đồ thị công và vẽ đường –p =ƒ(x) (tức cùng chiều

với j = ƒ(x))

Ta tiến hành theo bước sau :