Đồ án môn học đề tài động cơ diesel

Nội dung thuyết minh gồm: -Nhiệm vụ bài tập lớn được GV hướng dẫn thông qua- Phần số liệu tính toán nhiệt, động học và động lực học có kèm theo các đồ thị - Phần số liệu tính toán đặc tí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

LỚP : 201452C

TP.HỒ CHÍ MINH, ngày tháng 10 năm 2023

TRƯỜNG ĐH SPKT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VN

 Số liệu ban đầu

Công suất có ích, Ne (kW): 102 Số vòng quay, n (vòng/phút): 3200

Tỷ số nén, ε : 16,5 Hệ số dư lượng không khí α: 1,45



 Nội dung thuyết minh

2.1 Tính toán nhiệt và xây dựng giản đồ công chỉ thị động cơ

2.2 Tính toán động lực học cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền.2.3 Tính toán đặc tính ngoài động cơ

Ngày giao nhiệm vụ :

Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH

(Ký và ghi rõ họ tên)

THỜI GIAN THỰC HIỆN

3 Tính và vẽ đặc tính ngoài của động cơ:

4 Viết thuyết minh và chuẩn bị báo cáo:

 Nội dung qui định:

1 Bản vẽ đồ thị công chỉ thị, động lực học, đồ thị mài mòn

2 Thuyết minh viết trên khổ giấy A4 (in và file) Nội dung thuyết minh gồm: Nhiệm vụ bài tập lớn được GV hướng dẫn thông qua

Phần số liệu tính toán nhiệt, động học và động lực học có kèm theo các đồ thị

- Phần số liệu tính toán đặc tính ngoài động cơ và hình vẽ kèm theo

- Kết luận của bài tập lớn

Chương 1: TÍNH TOÁN NHIỆT1.1 Chọn các thông số tính toán nhiệt.

1.1.1 Áp suất không khí nạp (Po):

Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giá trị po phụ thuộc vào

độ cao so với mực nước biển Càng lên cao thì po càng giảm do không khí càng loãng,tại độ cao so với mực nước biển:

1.1.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (To):

Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môitrường, nơi xe được sử dụng Điều này hết sức khó khăn đối với xe thiết kế để sử dụng

ở những vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ trong ngày lớn Miền Nam nước ta, cụ thể

là khu vực thành phố Hồ Chí Minh thuộc khi vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trongngày có thể chọn là:

1.1.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp (Pk):

1.1.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (Tk):

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

cơ không tăng áp ta có Tk được xác định bằng công thức:

T k =T0.(P k

P0)m−1

m

−∆ T m=302.¿

Trong đó: m là chỉ số nén đa biến trung bình của khí nén, phụ thuộc vào loại máy nén (m

= 1,5 ÷1,65) , thông thường hiện nay chọn m = 1,4

Áp suất cuối quá trình nạp (Pa):

Đối với động cơ không tăng áp:

không tăng áp thường được xác định bằng công thức thực nghiệm:

Ta chọn: P = 0,9.0,1013 a ≈ 0,0912 (MN/m2)

1.1.6 Áp suất khí sót (Pr):

Đối với động cơ diesel, áp suất khí thải có thể chọn trong

1.1.8 Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới ( ΔT):

Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xylanh của động cơ

do tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ là ΔT Khi tiếnhành tính toán nhiệt của động cơ người ta thường chọn trị số ΔT căn cứ vào số liệuthực nghiệm

Đối với động cơ diesel chọn:

ΔT = 20 Co

1.1.9 Hệ số nạp thêm (λ1):

Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí Thông thường có thể chọn1

: λ = 1,02 ÷ 1,07, chọn λ = 1,021 1

Hệ số quét buồng cháy (λ2):

1.1.11 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (λt):

Bảng 1.1 Bảng hệ số hiệu đính tỷ nhiệt

1.1.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ( ξZ):

thể hiện lượng nhiệt phát ra đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháyhoàn toàn 1kg nhiên liệu

Với động diesel ta chọn  z = 0,7

1.1.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (  b):

< 0,92

Hệ số dư lượng không khí ( α ):

Hệ số α ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy

Đối với động cơ đốt trong, tính toán nhiệt thường phải tính ở chế độ công suất cựcđại, hệ số dư lượng không khí chọn trong pham vi cho trong bảng sau:

Bảng 1.4 Bảng hệ số dư lượng không khí

Ta chọn hệ số dư lượng không khí thuộc loại động cơ diesel không tăng áp có α = 1,45

Hệ số điền đầy đồ thị công ( d ):

công thực tế so với đồ thị công tính toán

1.1.16 Tỷ số tăng áp:

Đối với động cơ diesel λ = 1,35 ÷ 2,40 Ta chọn λ = 1,6

Áp suất khí sót Pr 0,106 MN/m

Bảng 1.6 Bảng thông số tính toán đã chọn

0,0912)1 1,4] ≈ 0,809Trong đó m là chỉ số giản nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn:

850≈ 0,028

1.2.2.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:

Khi hệ số dư lượng không khí α> 1, tính theo công thức sau:

m c v '=20,394 2,173.10+ −3T ( kJ/ kmol°K )

a’v = 20,394; b’ = v 4,346 10−3

1.2.2.4 Tỷ số nén đa biến trung bình n : 1

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, số vòng quay, phụ tải trạng thái

đa biến trung bình xác định gần đúng theo phương trình cân bằng nhiệt của quá trìnhnén, với giả thiết quá trình nén là quá trình đoạn nhiệt nên cho vế trái của phương trìnhnày bằng 0 và thay k = n ta có: 1 1

a ' v+b

' v

1.2.3 Quá trình cháy:

1.2.3.1 Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo

Trong đó: C,H,O- là thành phần của Cacbon, Hydro, Oxy tính theo khối lượng, tham khảo bảng 1.7

phân tử [kg/kmol]

Nhiệt trịthấp, 𝑄𝐻[kJ/kg]

Bảng 1.7 Đặc tính nhiên liệu lỏng dùng cho động cơ

Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg dầu diesel

M = 0,4357 (o 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑘)

Đối với động cơ diesel

β0=M2

M1

=0,6660,4375=1,522(kmol SCV /kg nl )

1.2.3.5 Hệ số thay đổi phân tử khí thực tế β:

Trong thực tế do ảnh hưởng khí sót còn lại trong xilanh từ chu trình trước nên hệ

số biến đổi phân tử khí thực tế β được xác định theo công thức sau:

β=1+β0−11+ γr

1+0,028≈ 1,508

1.2.3.6 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế tại điểm z (z ):

❑Z=1+❑0−11+γr

ξ z

ξ b

 ❑Z=1+1,522 1−

1+0,028.0,70,85=1,42

1.2.3.7 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn

Đối với động cơ diesel vì >1, α 𝛥QH = 0

1.2.3.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tính trung bình của môi chất tại điểm Z

0,85)

 mc vz ' ' =20,297+0,0021587 T z

1.2.3.9 Nhiệt độ cuối quá trình cháy T : Z

Đối với động cơ diesel được tính theo công thức:

Với:

là tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình

tại điểm C của hỗn hợp khí nén

mc vz ' ' =20,297+0,0021587 T z

là tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm Z của sản vật cháy

- Tc nhiệt độ cuối quá trình nén ( T = 889,33 ( K) ) c o

Đối với động cơ diesel:

Pz =  P c =1,6 4,14 = 6,624 (MPa)

ε n2−1 là nhiệt độ cuối quá trình giản nở

Phương trình (2) tương đương với :

(0,85 0,7− ) 425300,634 (1 +0,028 ) 1,508 (1868,9−1868,9

16,5n2 −1)+20,297+0,0021587.(1868,9+

1868,916,5n2 −1)

<=> n2 = 1,254

1.2.4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T : b

Đối với động cơ diesel

T b= T z

❑n2−1

¿>T b=T z

ε n2−1= 1868,98,8471,254−1=1074,236(K )

Đối với động cơ diesel:

P b=P z

❑n2= 6,6248,8471,254=0,4 (MPa)

Nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức:

1.3 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình

1.3.1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán:

 P ’ = 1,54(MPa)i

1.3.2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế

Pi = φ P ′ = 0,9 1,54 = 1,386 ( MPa )d i

1.3.3 Hiệu suất cơ giới

Là tỷ số giữa phần nhiệt lượng chuyển thành công mà ta thu được và nhiệt lượng

Trong đó P và T – thay gần đúng bằng P và T Q tính theo J/kg; M tính theo k k o o h 1 kmol/kg

1.3.7 Hiệu suất có ích

η e=8,314M1 P e T k

Q H η V P k

=¿8,314 0,634.1,1088 28742530.0,809.0,1013≈ 0 ,481

g i=3600

Q H. η i= 360042530.0,6016=0,1407( kg

kW h)

1.3.9 Tính suất tiêu hao nhiên liệu ge

g e=3600

Q H η e= 360042530.0,481=0,176 ( kg

)

Trong đó

i: Số xilanh động cơ

Tỷ số nén đa biến trung bình n 1 1,361

Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 1,254

Nhiệt độ không khí nạp mới T o 302 °K

Nhiệt độ cuối quá trình nạp T α 323,26 °K Nhiệt độ cuối quá trình nén T c 889,33 °K Nhiệt độ cuối quá trình cháy T z 1868,9 °K Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b 1074,236 °K

Áp suất không khí nạp P o 0,1013 MN/m 2

Áp suất cuối quá trình nạp P a 0,0912 MN/m 2

Áp suất khí sót P r 0,106 MN/m 2

Áp suất quá trình nén P c 4,14 MN/m 2

Áp suất cuối quá trình cháy P z 6,624 MN/m 2

Áp suất cuối quá trình giãn nở P b 0,43 MN/m 2

1.4 Xây dựng giản đồ công chỉ thị động cơ

- Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công

+ Điểm a: cuối quá trình hút, áp suất P , thể tích Va a

V c=V h

ε−1=

0,862416,5−1=0,056 (dm3)

Các điểm hiệu đính đồ thị công:

+ Ở động cơ diesel, áp suất cực đại tại điểm z’ (Vc,pz)

+ Điểm z’’ điểm áp suất cực đại của đường cong hiệu chỉnh pz’’=pz’ là trung điểmđoạn thẳng qua z’ song song với trục hoành và cắt đường cong dãn nở

+ Điểm c’’ lấy trên đoạn cz’ với cc’’ = cz’/3

+ Điểm b’’ là trung điểm của đoạn ab.

+ Hiệu chỉnh để có được đường cong đi qua những điểm trên ở các quá trình nén,cháy giãn nở và thải

Hình 1.9 Đồ thị P-V

Chương 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON TRỤC KHUỶU –

THANH TRUYỀN

Vì chu kỳ của chuyển vị, vận tốc và gia tốc lặp lại nên chỉ cần xét ,360   0o o

Chọn thông số kết cấu của ô tô có giá trị (1/2,9 – 1/4,2 ) Chọn λ=3,51

2.1 Động học của piston

2.1.1 Chuyển vị của piston

Khi trục khuỷu quay một góc α thì piston dịch chuyển một khoảng Sp so với vị trí ban đầu Chuyển vị của piston trong xilanh được tính bằng công thức:

S𝑝 = R.[(1 − 𝑐𝑜𝑠𝛼) + λ4 (1 − 𝑐𝑜𝑠 𝛼2 ) = 0,0412 (1 − 𝑐𝑜𝑠𝛼) +

13,54

(1 − 𝑐𝑜𝑠 𝛼2 ) ( )𝑚Trong đó: λ – thông số kết cấu động cơ

L – chiều dài thanh truyền

Trong đó ω =

- Tốc độ chuyển động của piston :

Vp=R ω.(sin(α)+ λ

2 sin (2 α))=0.0563 π 320

3 .(sin(α )+

13,5

2.2.2 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động

- Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến xác định bằng:

Pj = - m J = -m Rω (cosα + λcos2α)j j

- Khối lượng của các chi tiết chuyển động tịnh tiến

- Khối lượng của các chi tiết chuyển động quay:

- Lực pháp tuyến Z:

Z = P cos(α + β) = P tt ∑

cos(α+β )cos(β) (MN/m )2

Hình 2.7 Đồ thị pháp tuyến Z

Hình 2.8 Đồ thị phụ tải T-N

2.2.4 Lực quán tính ly tâm P lytam của khối lượng quy về đầu to thanh truyền

𝑃𝑙𝑦𝑡𝑎𝑚 = −𝑚𝐵 𝑅 𝜔2 10 = −20,181.0,0563 (100−6 𝜋)2 10 = −0,1121 −6 𝑀𝑁2.2.5 Phụ tải tác dụng lên bề mặt chốt khuỷu là:

Hình 2.9 Đồ thị lực Q tác dụng lên trục khuỷu

2.3 Momen tổng cộng tác dụng lên trục khuỷu động cơ.

Động cơ đã cho là động cơ diesel 4 xylanh, lập bảng thứ tự nổ của động cơ như sau:

Đối với động cơ 4 xylanh có thứ tự làm việc 1-3-4-2, tại vị trí đầu tiên khi khuỷu trụccủa xylanh 1 nằm ở = 0° (hoặc = 720° ) thì:𝛼1 𝛼1

Thời gian ngắn nhất tính theo góc quay của trục khuỷu, giữa lần nổ trong hai xylanh kềnhau là:

- Lấy 24 giá trị của Qch tương ứng với góc quay trục khuỷu từ 0-360°, mỗi giá trị cách

nhau 15° góc quay trục khuỷu, làm tương tự ứng với góc quay trục khuỷu từ 360°-720°sau đó ghi vào bảng bên dưới và tính hợp lực∑ Qi của các lực tác dụng trên các điểm 0,

1, 2, …, 23

- Ghi các giá trị của các ∑ Qitrong phạm vi tác dụng vào bảng bên dưới (phạm vi tácdụng giả thiết là 120o, nên tương ứng với 9 ô trong bảng).

- Cộng trị số của ∑ Q theo chiều dọc từ trên xuống ta được các giá trị ∑ Qo, ∑ Q1, …,

∑ Q23

- Sau khi có được các giá trị của ∑ Qita tiến hành như sau:

- Đặt các đoạn thẳng đại diện cho ∑ Q ở các điểm 0, 1, 2, …, 23 từ đường tròn hướng

về tâm theo thứ tự các điểm

- Nối các điểm lại với nhau bằng một đường cong thích hợp ta được đường cong thểhiện độ mài mòn chốt khuỷu

+ Đường đặc tính momen Me: