báo cáo tính toán động cơ đốt trong

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ Mục đích phân tính toán nhiệt động cơ giúp cho sinh viên vận dụng kiến thức đã học trong môn học “Nguyên lý động cơ đốt trong” đê tính toán các quá trìn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SU PHAM KY THUAT

BAO CAO

TINH TOAN DONG CO DOT TRONG

Sinh viên thực hiện:

Trần Minh Chiến

Trần Quốc Cường Trần Công Hiếu

Nguyễn Hữu Hải Quân Phạm Tiến Phúc

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ

Mục đích phân tính toán nhiệt động cơ giúp cho sinh viên vận dụng kiến thức đã học trong môn học “Nguyên lý động cơ đốt trong” đê tính toán các quá trình nhiệt trong động

cơ, qua đó hiểu rõ được các quan hệ giữa các thông số nhiệt động của chu trình, xác định

được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và kiểm nghiệm lại các kích thước cơ bản của động cơ

Từ kết quả tính toán nhiệt, sinh viên có thể xây dựng được đồ thị công lý thuyết của

động cơ Từ các số liệu về kết cầu và chỉ tiêu kỹ thuật của động cơ cho trước, sinh viên lựa chọn các thông số khác đặc trưng cho điều kiện vận hành để xác định các thông số nhiệt động của từng qua trinh Các thông số chọn dựa trên cơ sở loại động cơ, đặc điểm kết cầu

Các thông sô được ký hiệu như trong tai liệu "Nguyên lý động cơ đối trong" của GS Nguyễn

Tài liệu tham khảo: https://www.slideshare net/trongthuy Lluan-van-tinh-toan-ket-cau-dong- co-dot-trong-hay-9d

Các số liệu tham khảo để chọn:

an Hệ sô dư lượng | Tỷ sô tăng áp À Loại oan along CO đ không khí œ " "

Động cơ Diesel

- _ Cao tốc buông —— —Ử—_— cháy thống nhất 15-19 15-18

- Cao toc buông cháy ngăn cach

1,7 - 2,2

4 Tính số mol không khí đề đốt cháy một kg nhiên liệu Mụ (kmolKK/kgnl):

Thanh phan trong Ì kg nhiên liệu [kg] | Khôi lượng | Nhiệt trị thâp

Mi=d.Mạ =0.69250 (động cơ Diesel, động cơ phun xăng)

9 Tính chỉ số nén đa biến trung bình mị: Ộ Ộ

Chọn trước nụ, thê vào phương trình sau, xác định nị băng phương pháp gần đúng

- _ Buông cháy ngăn cách 1,34 - 1,38 3,5 - 6,0 700 - 1050

- Buông cháy thông nhật L34 - 142 3,5 - 6,0

n

am= +4 40,79.0.My- khi 0,7<a< 1 thi

=0.04149

13 Tính số mol sản phẩm cháy M; (kmol/kgnl):

œ <1 thì A Qu = 120.10°.(1-œ)Mb (động cơ đánh lửa cưỡng bức)

19 Tỷ nhiệt mol đăng tích trung bình môi chất tại z

Nhiệt độ cực đại tính theo phương trình chây: (1-21)

Đưa về dạng phương trình bac hai: 47+ BT,+C=0

Câc hệ số A, B, C của phương trình xâc định theo bảng:

By Diesel B, Pa B, a,,+8,314) (a, “M,.(1+y,) tiến ig by a+ +8, 48,314 A).T .A).T,

2L Xác đẽnh tỷ số tăng áp Ă

Tra&ảing hảũp đôũng cả đánh l&Ía cœôïng beic:

T,

Ă=B,m—

Trường hợp động co Diesel thi chon theo bang

22 Aïp suất cực đại chu trình p¿

Ồ =e =6.5 (động cơ đánh lửa cưỡng bức)

ể

P =11.09012 (dong co Diesel)

25 Kiém nghiệm lại trị số nạ: Chọn n;=1.21790

Chọn trước n; thê vào phương trình sau, xác định n; băng phương pháp gân đúng

Khi sai số hai về nhỏ hơn 0,001 thì lấy giá trị nạ đã chọn

26 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T› (K):

1.2.5 Các thông số chi thi:

29 Aip suat chi thi trung bình lý thuyết (MN/m?):

Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức:

Truong hop dong co Diesel:

Động cơ Diesel buông cháy dự bị | | 0,015 | 0,0156

Để vẽ được đồ thị công cần phải thực hiện những bước sau:

40 Xác đmh các diém trên đường nén với chỉ sô nén đa biến nị

(1-39)

(1-40)

thì đạt, nếu không thì phải tính lại

Phương trình đường nén: PV ”=const , do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì:

- n, lachis6 nén da bién trung binh, xac dinh théng qua tinh toan nhiét

4L Xây dựng đường cong ap suat trén duong giãn nở:

Phương trình của đường giãn nở đa biến: pV “=const , do do néu goi x la diém bat ky trên đường giãn nở thì:

- _ nạ là chỉ số giãn nở đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt

42 Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở:

12

—e— Duong nén—eDwvong gian no—e—cy —@— rb -@-ra—@—c"

Hinh 1: Dé thi cong ly thuyét

45 Dùng đồ thị Brick xác định các điểm:

Phun sớm (c` - động cơ Diesel)= =30 (độ)

® - Mở sớm (b')=48 (độ), đóng muộn (r `”) xupap thai=20 (độ)

® Mở sớm (r`}E20 (độ), đóng muộn (a`) xupáp nạp =48 (độ)

46 Hiệu chỉnh đồ thị công:

Xác định các điệm trung gian:

s - Trên đoạn cy lây điểm c'` vớic'*e=1/3cy c'`=(8;140.741)

® Trên đoạn yz lây điêm z”' vớiyz``=l/2yz z”=(9.5906;200)

¢ Trên đoạn ba lây điêm b” với bb”'= 1/2ba b'=(124;6.63577)

>

Nối các điểm c'e''z'” và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại ĐCT và ĐCD

và tiếp xúc với đường thải Ta sẽ nhận được đô thị công đã hiệu chỉnh

Bán kính quay trục khuyu: R=86.75 mm

Chiều dài thanh truyền: L„=320mm

Tham số kết cấu: À =0.271 1

Ty lệ xích: h,=1.49569mm

——Du@ng nap —*-Du@ngnén -®-Đường cháy giảnnở —*-Dwong thai

Hinh 2: Dé thi công đã hiệu chỉnh

- - Độ dịch chuyền của piston x =R.[(1- cosa) + À⁄4.(1- cos2ø)] | R x ĐẸP

- _ Vận tốc chuyên địch piston V =R.ø.(Sing +2A/2.Sin2ø) (m/⁄s) s \

P\

x : độ dich chuyén cua piston tinh từ ĐCT ứng với góc quay œ của SN

B: góc lắc của thanh truyền ứng với góc œ

O: giao điểm của đường tâm xylanh và đường tâm khuỷu trục

B: giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm chốt khuỷu

A : giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm chốt piston

1.2 Xác định qui luật động học bằng phương pháp đồ thị

- _ Lấy về bên phải tâm O mét diém O’ sao cho OO’ = (RA/2) He

- Tt O’ ke cac tia ing với các góc 0,10,20 ,180 Vẽ hệ trục vuông góc Š-œ phía dưới 1⁄2

vong tron Truc O đóng từ diém A biéu dién gia tri a Truc OS biéu dién gia tri S Chon ti lé

Từ trên ta có:

V =R.ø.(Sing +A/2.Sm2ø) = R.œ.Sing + R.w.A/2.8in2A = V,+V,

Vận tốc trung binh cua piston được xác định theo công thức:

S.n

v,a28 » = “39 (m/s)

Trong do : S: hanh trình cua piston(m) ; S = 2.R;

n: số vong quay truc khuyu (v/ph)

Đối với động cơ diesel V„ > 6,5 cũng có thể xem là động cơ cao tốc Tỷ số V„„/V„ thường vào khoảng l,6

c.Giải gia tốc j bằng đồ thị Tôle

Theo giải tích gia tốc j của piston xác định theo công thức:

18

19

20

21

22

23

24

25

26

2.1 Xác định các khôi lượng qui dân ;

* Khôi lượng tham gia chuyên động thăng :

-Các chỉ tiết trong nhóm piston

27

-Trong quá trình tính toán , xây dựng các đồ thị lực tác dụng được tiện lợi, người ta

thường tính toán lực quán tính trên | don vi dién tich dinh piston

và chiêu thay đối theo góc ơ Dâu của lực quán tính P về P;; được xác định nhờ vòng tròn xét dâu

+ Xét dấu lực quán tính cấp I, cấp II:

Quy ước : lực quán tính có chiều hướng vào tâm chốt khuỷu sẽ có giá trị dương và ngược

Bảng số liệu của đồ thị T-N-Z

39

Đồ thị T-Z-N

Ill TINH TONG T TRONG DONG CO NHIEU XI LANH PHAN BO THANG HANG

3.1 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khủyu

Dịch góc tọa độ xuông I đoạn băng giá trị lực quán tính ly tâm :

Vẽ hệ trục tọa độ Q-a, chọn tỉ lệ xích uQ = 0,025{ d6/mm} va uQ=uT=uZ

Trên các điểm chia của trục O-ơ ta lần lượt đặt các vectơ tương ứng với các góc

1.1.2 Diéu kién tai trong

Piston chiu luc khi thé Py , lực quán tính và lực ngang N, đồng thời chịu tải trọng nhiệt không đêu Khi tính toán kiêm nghiệm bên thường tính với điều kiện tải trọng lớn nhát

1.1.3 Tính nghiệm bền đỉnh piston

Tính nghiệm bền đỉnh piston đều phải giả thiết lực tác dụng phân bố đều

và chiêu dày của đỉnh có giá trị không đôi Dưới đây giới thiệu hai phương pháp tính nghiệm bên đỉnh

Công thức Back

D

Hình 1.2 So dé tinh dinh piston

_ Coi dinh piston la mot dia tròn có chiều dày đồng đều đặt trên gối tựa hình tru rong Coi ap suât khí thê p„ phân bô đều trên đỉnh như sơ đồ hình L.2

Lực khí thể P, = p, Fp va phan lye cia no gay uốn đỉnh piston tại tiết diện x -

x Lực khí thê tác dụng trên nửa đỉnh piston có trị số:

theo phương pháp Back

Ứng suất cho phép như sau:

- Đối với piston gang hợp kim:

Đỉnh có gân [Ø,]= 100 - 200 MN/m?

1.1.4 Tính nghiệm bền đầu piston

Tiết diện nguy hiém cua phan dau piston là tiết điện cắt ngang của rãnh xéc măng dâu (F¡¡ hình I- l)

55 Ứng suất cho phép:

1.1.5 Tính nghiệm bền thân piston

Tính nghiệm bên thân piston chủ yếu là kiểm tra áp suất tiếp xúc của thân với xilanh

- Đối với động cơ tốc độ cao [Kin] = 0,6 - 1,2 MN/m?

Áp suất tiếp xúc trên bệ chốt piston cũng được xác định theo công

P thirc tuong tu:K,=—— =29.2735 MN/m2

2đ„l,

Trong đó: d„ - đường kính chốt piston

l¡ - chiều dài làm việc của bệ

chốt Áp suất tiếp xúc cho phép:

- Kiểu lắp chốt tự do:

[Ky] = 20 -30 MN/mˆ

- Kiéu lắp cố định trên piston gang:

[K¿]=25 - 40 MN/m”

1.1.6 Khe hở lắp ghép cua piston:

Tùy thuộc vật liệu chế tạo pIston, xI lanh và trạng thái nhiệt của

piston ma khe hở lắp ghép khác nhau

1.1.6.1 Trường hợp trạng thái nguội :

Khe hở phần đầu : ÿ-oooo›s

Khe hở phần thân : A,=0.0001875

Với: Tạ, Ta, T, là nhiệt độ xi lanh, nhiệt độ phan dau piston, nhiét độ

phan than piston.(K)

56 Khi làm mát bằng nước: T„=383 — 388K, Ty=473-723K, T,=403-473K Khi làm mát bằng không khí: Tu=443 — 463K, Tạ=573-823K, T,=483-613K

đŒ„ đ, : Hệ số dãn nở của vật liệu xi lanh và của vật liệu piston

(1/K) Vat liéu nhém: a = 22.10% I/K

Nếu coi chốt pIston như một dầm đặt tự do trên hai gối đỡ, lực tác dụng

có thê phân bô theo hình 1.4

Khi chịu lực khí thể, chốt bị uốn lớn

nhat ở tiệt diện giữa chốt Mômen uôn chôt có

ly - Chiều dày đầu nhỏ thanh truyền d.„ - Đường k =

Nếu cơi chiều dai chét piston 1, *31, va 1 lạ thì ứng suất uốn chốt

pIston tính theo sơ đô trên hình 1.4 có thê tính theo công thức:

M, — P,(L„+0,5 1;)

0, “W, 1,2d2(1-a°) = =78.61829223

chọn thép hop kim

1.2.2 Ứng suất cắt

Chốt piston chiu cắt ở tiết diện I-I trén hinh 1-4 ung suat cat xac dinh

theo công thức sau:

57

P,

Toye =52.22858522 yam?

Trong đó: F,; - Tiết diện ngang chét (m’)

Ứng suất cho phép đối với các loại vật liệu như sau:

- Thép hợp kim: [o,] =150-250 MNAm?

3 Trên phương thăng góc với

đường tâm chốt tải trọng phân bố

theo đường sin như hình 1.5a

Đối với các loại chốt có độ (a) al “

rong an =0,7 d6 bién dang A 4,,,, c6

thê xác định theo công thức sau:

A đư= TH (= ) k=0.000064 Hình 1.5 Ứng suất biến dang trên tiết điện chốt

piston

Trong đó:

k - Hệ số hiệu đính

k=[I,5 - 15(œ - 0,4]

Độ biến dạng tương đối

A

6 = cp =0.001< 0.002 mm/cm

q

Khi chốt bị biến dạng ứng suất biến dạng phân bồ theo hình

1.5b Trên các điểm 1, 2, 3, 4 có ứng suất lớn nhất

58

Ứng suất kéo tại điểm I của mặt ngoài (ø = 0°) tính theo công thức sau:

Ứng suất nén tại điêm 3 của mặt ngoài:

-=x—l01724———=—+—|k=

Ung suất nén tại điểm 2 của mặt trong:

Dít= 22và A/t=3

Trong đó: D - đường kính xilanh

A =0.0170- độ mở miệng của xéc măng ở trạng thái tự do

1.3.1 Ứng suất uốn:

Xéc măng không đăng áp khi xéc măng làm việc- ứng suất công tác có

thê xác định theo công thức Ghinxbua:

g —_— 2C„AE

Trong đó: Ca - hệ số ứng suất phân miệng xéc măng Tuỳ theo quy luật phân bô áp suât phân miệng có thé chon C,, = 1,75

£ - hệ số phân bồ áp suất Thông thường có thê chọn É = 0,196

E- Mô duyn đàn hồi của hợp kim gang E = 1,20 10° MN/m?

1.3.2 Ứng suất lắp ghép xéc măng vào piston:

Ung suat cho phép: [9,3] =400 +450 MN/m? ®2™

1.3.4 Áp suất bình quân của xéc măng không đắng áp

60 Hinh 1.5 Ban vé Piston

¬n

⁄2

Z⁄

Anal BÀI TẬP CUỐI Ki TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Sốtờ| 1 SVH | Nhóm?

GVHD | NMTiến BANVEPISTON [Lop faamocon

61 Hình 1.6 Bản Vẽ Chốt Piston

3 = -——- 8 2

Duyét | N.M.Tién khoa

62 Hinh 1.7 Ban Vé Xecmang khi

Hình 1.8 Bản Vẽ Xec Măng Dầu 63

64 Chuong 4: UNG DUNG MAY TINH MO PHONG BEN CHO CHI TIET DONG CO DOT TRONG

1.1Mô Phỏng Piston

Bước L : Chọn vật liệu của PIston

CE) Nennes “Isometric

[EGS Model [20 Views | Motion Study? | * Piston

- Apply/Edit Material => Iron => Gray Cast Iron (SN) => Apply => Close

Material properties for Report

> [3B souoWoRKs DIN saterials Materigis in the detauft library can not be edited You must first copy the material to a

~ ‘custom brary to edit it a

> [EB Atuminium ARow

> [EB carton Fibers

65

® 6€ LÍ Yi e oa Ra [BJ report

Features Sketch Markup Evaluate | MBD Dimensions SOLIDWORKS Add-ins Simulation MBD SOLIDWORKS CAM — SOLIDWORKS CAM TBM — Analysis Preparation | SOLIDWORKS Inspection

GỀY Mô phòng biến dạng Piston* (

UF <D Piston (-Gray Cast trot

[EGG Model [30 Views ~ Motion Study1 |" Piston“ Mo phong bien dang Piston

Bước 2 : Hạn chế chuyển vi ( Piston )

- Fixtures => Fixed Geometry => Chon mat cé dinh => OK

Features Sketch Markup | Evaluate MBD Dimensions | SOUDWORKS Add-ins Simulation MBD SOLIDWORKSCAM SOLIDWORKS CAM 18M Analysis Preparation SOLIDWORKS Inspection

Model [ 3D Views | Motion Study7 [© Piston“ Mé phỏng biến dạng Piston

Bước 3 : Đặt tải tác dung trén Piston

- Áp suất: External Loads => Pressure => Chọn mặt chịu tác dụng => Nhập thông số

=> OK

Bước 4 : Chia lưới Piston

- Mesh => Create Mesh => OK

Ba {Bf Report Shell Run This Results Compare she be Inde Image for Report

Manager "Sud | Advisor Res g Features Sketch Markup | Evaluate MBD Dimensions | SOUDWORKS Add-Ins Simulation MBD SOLIDWORKS CAM SOLIDWORKS CAM TBM Analysis Preparation SOLIDWORKS Inspection

ỀY Mô phóng biến dạng Piston^

& Piston (-Gray Cast irot

+ [§§] Mesh Quality Plot

& aualityt (-Mesh