bài tập lớn lý thuyết động cơ các thông số đề bài loại động cơ tên xe

Lời nói đầuT$nh toán thiết kế máy móc nói chung và động cơ đốt trong nói riêngđóng vai trò quan trọng đối với những người sinh viên và kĩ sư cơ kh$ nhằmgiúp thiết kế chế tạo ra những loạ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢIPHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH.

*KHOA CƠ KHÍ*

BÀI TẬP LỚNMÔN HỌC: LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ GVHD : VŨ XUÂN THIỆP

SVTH : NGUYỄN HOÀNG NAM MSSV : 6251041052

Lớp: CQ.62.CKĐL

Tp H" Ch$ Minh, 2023

Lời nói đầu

T$nh toán thiết kế máy móc nói chung và động cơ đốt trong nói riêngđóng vai trò quan trọng đối với những người sinh viên và kĩ sư cơ kh$ nhằmgiúp thiết kế chế tạo ra những loại máy móc có $ch phục vụ đời sống con người,góp phần thúc đẩy phát triển nền kinh tế của mỗi quốc gia Máy móc và động cơđóng vai trò quan trọng trong việc giảm bớt sức lao động của con người, phụcvụ con người trong công tác sản xuất Ngày nay, những loại động cơ trong cácloại xe cơ giới giúp con người dễ dàng di chuyển từ nơi này sang nơi khác mộtcách nhanh chóng và tiện lợi Hàng hóa cũng từ đó mà được phân phối từ nơisản xuất đến nơi tiêu thụ thuận tiện hơn để góp phần k$ch cầu cung ứng trongđời sống hiện nay

Động cơ đốt trong sở dĩ muốn được vận hành bền bỉ và ổn định thì nóphải được t$nh toán thiết kế tỉ mỉ

Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Xuân Thiệp đã hướng dẫn để giúp emhoàn thành bài t$nh toán thiết kế này Bài làm có thể có sai sót mong được quýthầy cô và các bạn đọc góp ý giúp bài của em được hoàn chỉnh hơn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Đề số 1

Các thông số đề bài:

Loại động cơ/tên xe: 3DN88; Đường kính XL D (mm): 88; Hành trình piston S (mm): 100; Số xylanh (i): 3; Tỷ số nén : 18; Công suất động cơ Ne, mã lực ML/HP: 30ML; Số vòng quay n (v/ph): 2600; Góc phun sớm/ đánh lửa sớm  (độ): 17; Góc mở sớm xupap nạp 1 (độ): 14 ; Góc đóng muộn xupap nạp 2

(độ): 52; Góc mở sớm xupap thải 3 (độ): 58; Góc đóng muộn xupap thải 4

(độ): 16

Vì là tỷ số nén = 18 > 15 nên đây là động cơ diesel, t$nh toán theo động cơ diesel

CHƯƠNG 1:CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN – VÀ CHỌN CHẾ ĐỘ TÍNH

hạn chế tốc độ, thay n bằng n ehd nhd: Tốc độ hiệu đ$nh (Tốc độ hạn chế), n = nehd Nhd: Công suất hiệu đ$nh do nhà sản xuất thông báo

CÁC TỐC ĐỘ CHỌN NHƯ SAU

 Động cơ diesel: Nmin 0,4.n = 0,4.2600= 1040 (v/ph) hd nM = (0,6÷0,7).n = 0,6.2600 = 1560 (v/ph)hd

CHƯƠNG 2: TÍNH NHIÊN LIỆU VÀ HỖN HỢP CÁC SẢN PHẨM

CHÁY

2.1 Chọn nhiên liệu và thành phần của nhiên liệu:2.1.2 Cho động cơ Diesel

-Nhiên liệu Diesel có trị số Xetan 50

hu=10000 Kcal/kg-Thành phần g"m có Cacbon (g ) Hidro (g ) và Oxy (g )- trong 1kgCHO

gC = 0,86gH= 0,126gO = 0,004

2.2 Chọn hệ số dư không khí  :

-Vì t$nh nhiệt độ ở chế độ toàn tải nên phải chọn công suất:+Đối với động cơ Diesel, ở chương này ta tạm chọn tuỳ theo loại động cơ,sau này t$nh suất hao nhiên liệu g ta phải t$nh lại :i 

+ Loại cao tốc:  = 1,7 (n >2000 vòng/phút)hd

2.3 Lượng không khí lý thuyết l cần để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu:0

l0

l0 = 83 gc+8 gh−g0

0,23 =

83.0,86 8.0,126+−0,004

.gC = 11

3 .0,86 = 3,153 kgGO2 = ( - 1).( 3.

8gC + 8.g - g )HO= (1,7-1).(83.0,86 + 8.0,126 – 0,004)= 2,308 (kg)

GH2O = 9.g = 9.0,126 = 1,134 (kg)HGN2 = 0,77..l0 = 0,77.1,7.14,34 = 18,77 (kg)

Kiểm tra lại: G =spcGi = GCO2 + GO2 + GH2O + GN2

= 3,153 + 2,308 + 1,134 + 18,77= 25,365 (kg) (1) G = spc l0 + 1 = 1,7 ×14.34 + 1

= 24,378 + 1 = 25,378 (2)Kiểm tra sai số:

|25,365−25,378|25,365 .100 0,05 %≈

Như vậy sai số giữa công thức (1) và (2) không vượt quá 5%

2.6 Tỷ lệ thành phần sản phẩm cháy g :i

gi% = Gi/Gi = G / Gspci+ g = GCO2CO2/Gspc = 3,153/25,365 ¿ 0,124+ g = G / Gspc = 2,308/25,365 O2O2¿ 0,091+ gH2O = GH2O/ Gspc = 1,134/25,365 ¿ 0,045+gN2 = G / Gspc = 18,77/25,365 N2¿ 0,74gi = g + g + gCO2O2H2O + g = 0,124 + 0,091 + 0,045 + 0,74 = 1N2Sai số cho phép 0,05 đối với  gi => Thõa mãn

2.7 Hằng số của khí nạp trước lúc cháy2.7.2 Đối với động cơ Diesel

Vì chỉ nạp không kh$ sau đến cuối quá trình nén mới phun nhiên liệu nênở đây là hằng số kh$ của không kh$

2.9 Hệ số biến đổi phân tử  :

 = Rspc/Rkk =29,3462/29,27 ≈ 1,0026 với động cơ diesel

2.10 Nhiệt dung của chất khí:2.10.1 Hỗn hợp tươi:

-Đối với động cơ Diesel

Cvspc = g Civi = gCO2.CVCO2 + gO2.CVO2 + gH2O.CH2O + gN2.CN2= 0,124.(0,186 + 0,000028.T ) + 0,091.(0,150 + 0,000016.Tzz)+0,045.(0,317 + 0,000067.T ) + 0,74.(0,169 + 0,000017.T )zz= 0,176039 + 2,0523.10-5Tz

CHƯƠNG 3: QUÁ TRÌNH NẠP 3.1 Xác định áp suất trung bình của quá trình nạp Pa

T$nh theo nhiều tốc độ (nmin, nM, ne) ở chế độ toàn tải dùng công thức gầnđúng sau đây của Giáo sư tiến sĩ Lenin J.M

Pa =

5,32222'620

1.1 10.5201











tbh

fVnP

Ở đây: n: Tốc độ vòng quay tại chế độ t$nh toán (t$nh toán tại 3 giá trị tốc độnmin, n , n )Me

Vh’: T$nh bằng m - Thể t$ch công tác của 1 xi lanh qui ước.3

Vh = 1 l$t = 0,001m Vì chưa xác định được V thể t$ch công tác của 1 xihlanh.

ftb = fe.(ne/1000) (m /l$t) - Tiết diện lưu thông cần để phát huy N2 emax ở tốcđộ n (hay N ở n ) ứng với thể t$ch công tác là 1 l$t.eehdhd

Po = 1 kG/cm = 12 ×10-4 kG/m2fe: Tiết diện lưu thông riêng ứng với 1 l$t thể t$ch công tác và mỗi1000vòng/phút (m ): Động cơ 4 kỳ không tăng áp 2

Động cơ Diesel: f = 4e ×10-4m2/lit.1000v/phút=> ftb 4.10-4 = 26001000 = 1,04.10−3(m2/lit)

5.0



ra

ar

TP

TP

: Tỷ số nén của động cơ.: Hệ số tổn thất ở đường ống nạp = 0,650,85- phụ thuộc tốcđộ (min, M,e)

3.2 Xác định nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:

Động cơ 4 kỳ không tăng áp:



.1

.''0

rrr



K 0To’ = t + t + 273o 

to = 15 C: Nhiệt độ kh$ quyển ở điều kiện bình thường theo tiêu chuẩnquốc tế.

t: Nhiệt độ do các chi tiết nóng truyền cho hỗn hợp (hoặc không kh$ ởđộng cơ Diesel) ta chọn theo bảng sau:

Bảng 1Thôngsố

Thứnguyên



.'0

Pr (kG/cm ), Tr: Áp suất và nhiệt độ đầu quá trình nạp chọn theo bảng 1:2: Hệ số biến đổi phần tử = (Mspc/Mhht) = (Rspc/Phht) = 1,0026

: Tỷ lệ nhiệt dung của kh$ trước khi cháy và sau khi cháy

 =   c

vhhtzvspc

CC

  = 1,1 Đối với động cơ Diesel

Tr’=

mrar

1

.





Km = 1,28: Chỉ số dãn nở đa biến.Bảng để chọn Pr, Tr, và t cho động cơ 4 kỳ

 Với n = n = 1040 (v/ph)min

t = 35 C o To’ = 15 + 35 + 273 = 323 Ko

Pr=1,05Tr = 900 K = o  r

1.05×.323( 18 0,98322 1.05× − ) ×1,0026 × 900

= 0,0226 T ’ =  r900.(0,98322

1,05 )1,28−11,28 = 887,155 Ko =  Ta 323+0,0226 ×1,1 ×887,155

1+0,226 ×1,1 =¿ 276,353 oK

 Với n = n = 1560 (v/ph)M

t = 30 C o To’ = 15 + 30 + 273 = 318 KoPr = 1,08

Tr = 950 K = o  r

1,08×318( 18 0,96253 1,08× − ) ×1,0026 × 950

= 0,0222 T ’ =  r950.(0,96253

1,08 )1,28−11,28 = 926,369 Ko =  Ta 318 0,0222+ ×1,1×926,369

1+0,0222× 1,1 =¿ 332,502 K o

 Với n = n = 2600 (v/ph)e

t = 25 C o To’ = 15 + 25 + 273 = 313 KoPr = 1,15; Tr = 1000 K = o  r1,15× 313

( 18 0,89841 1,15× − ) ×1,0026 ×1000

= 0,0239 T ’ =  r1000.(0,89841

1,15 )1,28−11,28

= 947,425 Ko =  Ta

313+0,0239 ×1,1×947,4251+0,0239 ×1,1 =¿ 329,252 Ko

3.3 Khối lượng nạp được trong 1 chu kỳ cho V = 1 lít Ghckl

Ở động cơ có 5000 vòng/ phút sẽ có 2500 chu kỳ với loại động cơ 4 kỳ.Ở đây t$nh cho V ’ = 1 l$t vì ta chưa xác định V của 1 xi lanh.hh

Gckl = G180 .d (mg/ckl)G180 : Khối lượng hỗn hợp tươi (hay không kh$) nạp cơ bản:

δ = 0,5Pa: Áp suất trung bình cuối kỳ nạp kG/cm2V’

h = 0,001m3Ta: Nhiệt độ trung bình cuối kỳ nạp (K)Ra = Rhht (hay Rkk ở động cơ Diesel) = 29,27 (kG.m/kg.độ)d - Hệ số điền đầy xi lanh do t$nh góc đóng muộn 2 của xupap nạp chọnnhư sau:

0,98322×0,001×(18 0,5−)29,27×276,353 (18 1−) .10

0,96253×0,001× (18 0,5−)29,27×332,502 ×(18 1−) 10

10

= 1018,091 (mg/ckl)

G = 1018,091 ckl ×1.02

= 1038,45282 (mg/ckl)

 Với n = n = 2600 (v/ph)e

P = 0,89841 (kG/cm )a 2 T = 329,252 Ka o = 1,1d G = 180

0,89841×0,001× (18 0,5−)29,27×329,252×(18 1−) .10

GG

Glt = 000



RVh

hay G = lt kk

hk

RV



Ro = R ; V =1 l$t = 0,001 m ; T = 15+273 K = 288 K; P = 10000 (kG/m ) = 1hhth 3 o o  o 2(kG/cm )2

G =lt 10−4.10000 0,00129,27 15 273( +) = 1,186.10 -7Có thể t$nh cho động cơ 4 kỳ không tăng áp bằng công thức sau:v

v =  t

ra







000

.1

- Động cơ Diesel = 0,75 0,96

 Với n = 1040 (v/ph)min

= v

18×0,98322−1,051×(18 1−) ×

288288 35+ = 0,873

 Với n = 1560 (v/ph)M

= v

18.0,96253−1,081×(18 1−) ×

288288 30+ = 0,866

3.5 Tính mức tiêu hao nhiên liệu trong một chu kỳ ứng với Vh’ = 1 lít Gnlckl

(cần để tính Tz ) Động cơ Diesel

Gnlckl= 45 55 (mg/ckl) Chọn G  nlckl = 50 (mg/ckl)Hệ số dư không kh$ α được xác định lại theo công thức:

Pc = P a 1

n

 (kG/cm )2n1: Chỉ số nén đa biến t$nh theo công thức thực nghiệm sau đây:

n1 = 1,38 - 0.03 tt

e

nn

ne: Tốc độ t$nh toán lúc đạt Nemax (hoặc n khi đạt Nhdhdmax).ntt: Tốc độ t$nh toán (n , n , nminmaxe )

 Với n = 1040 (v/ph)min

n = 1,38 - 0,03.1

26001040 = 1,305 P =  c0,98322.181,305 = 42,735 (kG/cm ) 2

 Với n = 1560 (v/ph)M

n = 1,38 - 0,03.1

26001560 = 1,33 P =  c0,96253×181,33 = 44,97 (kG/cm )2

 Với n = 2600 (v/ph)e

n = 1,38 - 0,03.1

26002600 = 1,35 P =  c0,89841×181,35 = 44,473 (kG/cm )2

CHƯƠNG 5: TÍNH QUÁ TRÌNH CHÁY5.1 Xác định nhiệt độ cuối quá trình cháy (Nhiệt độ cao nhất của chu trình) Tz

Đối với động cơ Diesel phương trình sẽ như sau:

 vkk c  vspv  zr

cklnlckl

GGh



1.

.



cz

PP



: Độ tăng áp suất khi cháy, chọn trước theo loại bu"ng cháy, vì chưa t$nhPz:

Bảng 6

Loại Diesel Bu"ng liền Bu"ng xoáy lốc Bu"ng cháy trước

 Chọn  = 2,2 với loại bu"ng cháy liền

- Hệ số sử dụng nhiệt có t$nh mất nhiệt và phân ly của phần tử kh$ chọntheo tốc độ (bảng 5)

 Với n = 1040 (v/ph)min

Ta có:0,75.10000 501251,275455×(1+0,0226)+( 0,165+0,000017 ×667,302 0,07.2,2+ ) ×667,302 =(0,176039+2,0523.10 T-5

z+ 0,07×1,0026)Tz

2,0523.10 Tz + 0,246.T – 513,51 = 0zTz = -13799,72 K (loại)o

T = 1813,17 Kz o T = 1813,17 Kz o

 Với n = 1560 (v/ph)M

Ta có:

0,8.10000.501038,45282×(1+0,0222)+( 0,165+0,000017 ×863,047 0,07.2,2+ ) ×863,047

= (0,176039 + 2,0523.10-5.Tz + 0,07.1,0026).Tz2,0523.10 -5Tz

2

+ 0,246.T – 664,797 = 0zTz = -14258,39 K (loại)o

= (0,176039 + 2,0523.10-5.Tz + 0,07.1,0026).Tz2,0523.10 -5Tz

2 + 0,246.T – 695,994 = 0zTz = -14349,84 K (loại)o

T = 2363,29 Kz o

 T = 2363,29 Kz o

5.2 Xác định áp suất cuối quá trình cháy (cực đại của chu trình) Pz

Đối với động cơ Diesel

Pz = .Pc kG/cm2

 Với n = 2600 (v/ph)e

n2 = 1,2 + 0,03.2600 = 1,23

6.2 Áp suất cuối qúa trình giãn nở P :b

6.2.2 Động cơ Diesel:

Pb =

2

.

nz



Pb = 2,5 7 (kG/cm ) 2: Tỷ số giãn nở sớm

6.3 Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở Tb

6.3.2 Động cơ Diesel

Tb = Tz

12



n



 Với n = n = 1040 v/phmin

Tb = Tz

12



n



¿1813,17.(1,238

18 )1,275−1¿868,434° K

 Với n = n = 1560 (v/ph)M

Tb = Tz

12



n



¿2271,84.(1,2

18)1,25−1¿1154,4° K

 Với n = n = 2600 (v/ph)e

Tb = Tz.

12



n



¿2363,29.(1,19

18)1,23−1¿1265,26° K

CHƯƠNG 7: CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CHU TRÌNH7.1 Tính áp suất trung bình thực tế Pe

7.1.1 Tính áp suất trung bình lý thuyết ở điều kiện nén và dãn nở đa biến P ’t(ở chu trình lý thuyết nén và dãn nở đoạn nhiệt là P ):t

-Với động cơ Diesel:









1 1

).(1

12

''

nVVn

VVVVPV

czzht

(kG/cm )2

 

112

'

12

11.1111.1 1

ct

nn

P





-Tại n = nmin = 1040 (v/ph):

P't=42,735

18−1.[2,2 (1,238− )+1 2,2×1,238

1,275−1 .(1− 1

181,275−1)− 11,305−1.(1−

1181,305−1)]

= 10,14(kg /cm2

)

-Tại n = n = 1560 (v/ph):M

P't

=44,9718−1.[2,2.(1,2 1− )+2,2×1,2

1,25−1.(1− 1

181,25−1)− 11,33−1.(1−

1181,33−1)]

= 10,61(kg /cm2

)

-Tại n = n = 2600 (v/ph):e

P't=44,47318−1.[2,2.(1,19 1− ) +2,2×1,19

1,23−1 .(1− 1

181,23−1)− 11,35−1.(1−

1181,35−1)]

= 10,8(kg cm/2)

7.1.2 Tính áp suất chỉ thị trung bình ứng với đồ thị của chu trình Pi

Đối với động cơ 4 kỳ: P = i .Pt’ - Pi (kG/cm )2

 = 0,920,97 Tổn hao nhiệt do vê tròn đ" thị

Chọn = 0,97.Pi: T$nh mất nhiệt cho công bơm ở động cơ không tăng áp (công nạp và thải kh$)

Pi = P – Par

 Với n = n = 1040 (v/ph):min

ΔPi = P – P ar¿0,98322−1,05=−0,06678Pi = .Pt’ - ΔP = 0,97.10,14i−¿ (−0,06678) = 9,90258 (kG/cm )2

 Với n = n = 1560 (v/ph):M

ΔPi = P – P ar¿0,96253−1,08=−0,11747Pi = .Pt’ - ΔP = 0,97.10,61i−¿ (−0,11747) = 10,40917 (kG/cm )2

 Với n = n = 2600 (v/ph):e

ΔPi = P – P ar¿0,89841−1,15=−0,25159Pi = .Pt’ - ΔP = 0,97.10,8i−¿ (−0,25159) = 10,72759 (kG/cm )2

7.1.3 Tính hiệu suất cơ học của động cơ ch

ch = 1-

ich



Pch: Áp suất tổn hao vì nhiệt mất cho công cơ học (khắc phục ma sát vàchuyển động các cơ cấu phụ)

Pi : Áp suất chỉ thị trung bình ứng với đ" thị công của chu trình Với động cơ không tăng áp hoặc tăng áp bằng tuốc bin kh$ P t$nh theo côngchthức thực nghiệm sau đây:

-Động cơ Diesel

Pch = 0,8 + 0,17.Vp (kG/cm2 )Vp = 30

S.n(m/s)Vp: Vận tốc trung bình của pittông ở tốc độ t$nh toán n (vòng/phút)S: Hành trình của pittong (m)

n: Số vòng quay của động cơ ở chế độ t$nh toán

Dựa trên V đã chọn theo số vòng quay ở chế độ t$nh toán ta xác định V ở cáctbtbchế độ này để t$nh ch.

 Với n = n = 1040 (v/ph)min

30=100 10−3.1040

30=3,467¿ )Pch = 0,8 + 0,17.V = 0,8 + 0,17.3,467 = 1,38939 (kG/cm )p 2

Ƞch=1−Pch

Pi

=1−1,389399,90258=0,86

 Với n = n = 2600 (v/ph)e

Vp=S ×n30=100 10−3×2600

7.1.4 Áp suất trung bình thực tế Pe

Pe = P i ch (kG/cm )2Pemax tại tốc độ nM

g

 : [kg/ml.h] (kg/ mã lực.giờ)Trong đó: ch: Hiệu suất cơ học

gi: Suất hao nhiên liệu chỉ thị.

-Động cơ Diesel 4 kỳ không tăng áp

Phải t$nh lại hệ số dư không kh$:

’ =  G.l0

G

nlcklckl

gi = ikko

v

lT

00



: kg/ml.hPo=1 kG/cm ; T = 288 K; P : kG/cm2

ge= gi

Ƞch

=0,12830,84 =0,153[kg /ml h ](kg /mã lực giờ )

ge= gi

Ƞch

=0,1150,79=0,146[kg /ml h](kg /mã lực giờ )

7.3 Công suất thực tế N ở các tốc độe

Ne = 450.

Vhin

e

 [mã lực]Với động cơ thiết kế mới ta chưa xác định V của 1 xi lanh nên tại các tốc độhnmin, n ta xác định N dựa vào tỷ lệ: M e

Nemin = Nemax eNe

e

nn

minmin



; NeM = Nemax eNe

MeM

nn

Pemin , PeM, PeN: áp suất trung bình thực tế lần lượt tại các chế độ tốc độ t$nh toánnmin , n , nMe

Nemax: dựa vào động cơ mẫu đã cho ở đề bài

7.5 Mô men có ích của động cơ Me

Me = 716,2 n

Ne

[kG.m]Ne: Công suất thực tế (mã lực).n: Tốc độ vòng quay (vòng/phút)

Với n = nmin = 1040 (v/ph)

Me = 716,2 = 716,2×

12,0641040=8,30792

[kG.m]

Với n = n = 1560 (v/ph)M

Me = 716,2 = 716,2×

18,5631560=8,52

[kG.m]

Với n = n = 2600 (v/ph)e

Me = 716,2 = 716,2×

302600=8,264

[kG.m]

7.6 Các hiệu suất của động cơ:

A Động cơ Diesel

t = 1- 1. 1

1 1





kk

k: Trị số đoạn nhiệt quy ước ở đây xác định như sau:Tuỳ thuộc :

  1 k = 0,39 + 0,887  1

1 k = 0,07 + 1,207

Vì α đã chọn bằng 1,7 nên : k = 0,07.α + 1,207 = 0,07.1,7 + 1,207 = 1,326Với n = nmin = 1040 (v/ph):

181,326−1. 2,2×1,238 1

1,326

−2,2−1+1,326.2,2 (1,238 1−)=¿0,605

Với n = n = 2600 (v/ph):e

Ƞt=1− 1

181,326−1. 2,2×1,19 −12,2−1+1,326.2,2 (1,19 1− )=¿0,607

(mới t$nh đến mức hoàn thiện quá trình phối kh$ và cháy)

i =

uihg

632

Với n = nmin = 1040 (v/ph)

ηi = =

6320,1128× 10000=0,5603

Với n = n = 1560 (v/ph)M

ηi = =

6320,1283× 10000=0,4926

Với n = n = 2600 (v/ph)e

ηi = =

6320,115× 10000=0,5496

(T$nh đến mức hoàn thiện quá trình phối kh$, cháy và công cơ học)

e = I - ch =

uehg

Với n = n = 1560 (v/ph)M

ηe = g632

e hu =

6320,153.10000= 0,413

Trong t$nh toán ch$nh xác: t > > i e