Bài tập lớn lý thuyết Động cơ nhóm 9 Đề tài nghiên cứu tính toán nhiệt Động Động cơ yamz236

Lựa chọn thông số và tính toán chu trình nhiệt động của động cơ đốt trong Thảo luận nhóm 13 thực hiện Cá nhân đồ thị động lực học của một loại 5.. Dựa trên kiến thức tính toán trong nh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ – Ô TÔ KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ

BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN BÀI TẬP LỚN

2 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Danh Nhật (nhóm trưởng)

4 Tên chủ đề: Nghiên cứu tính toán nhiệt động động cơ YAMZ236

Tuần thực hiện Người Nội dung công việc thực hiện Phương pháp 6-8 thực hiện Nhóm 1 Tìm hiểu tổng quan về đề tài 2 Viết đề cương nhóm Thảo luận

9 thực hiện Nhóm sử dụng trong bài tập lớn 3 Tổng hợp cơ sở lý thuyết được nhóm Thảo luận

10-12 thực hiện Cá nhân

4 Lựa chọn thông số và tính toán chu trình nhiệt động của động cơ đốt trong

Thảo luận nhóm

13 thực hiện Cá nhân đồ thị động lực học của một loại 5 Thiết lập bản vẽ: Đồ thị công và

động cơ đốt trong cụ thể

Theo hướng dẫn của giảng viên

14 thực hiện Cá nhân 6 Viết thuyết minh

Theo hướng dẫn của giảng viên

15 thực hiện Cá nhân 7 Hoàn thiện sản phẩm Viết báo cáo

Ngày tháng năm 2023

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN

TS Nguyễn Mạnh Dũng

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ YAMZ236 5

1.1 Lịch sử hình thành của động cơ 5

1.2 Một số thông số cơ bản của động cơ 5

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 6

2.1 Trình tự tính toán: 6

2.1.1 Số liệu ban đầu: 6

2.1.2 Các thông số cần chọn: 7

2.2 Tính toán các quá trình công tác: 8

2.2.1 Tính toán quá trình thay đổi môi chất: 8

2.2.2 Tính toán đến quá trình nén: 9

2.2.3 Tính toán quá trình cháy: 11

2.2.4 Tính quá trình giãn nở: 12

2.2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác: 13

2.3 Vẽ và hiệu đính đồ thị công: 14

2.3.6 Các số liệu đã có: 14

2.3.7 Xác định quá trình nén a-c và quá trình giãn nở z-b 14

2.3.8 Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị: 17

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ĐỘNG LỰC HỌC 19

3.1 Đường biểu diễn hành trình của pittong x = f(): 19

3.2 Đường biểu diễn tốc độ của pittong v = f(): 19

3.3 Đường biểu diễn gia tốc pittong j = f(x): 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong ngày nay đang được đánh giá là một trong những loại động cơ

có vai trò vô cùng quan trọng và được ứng dụng phổ biến với hầu hết các loại xe trênthị trường Nhờ các tính năng và công suất tiêu thu hợp lí thì động cơ đốt trong đangngày được lắp đặt cho nhiều hệ thống máy và đặc biệt là của ô tô Do tính thông dụngcủa động cơ đốt trong đối với thi trường hiện nay, nhóm chúng em đã lựa chọn về đềtài về nghiêu cứu về động cơ Diesel không tăng áp YAMZ236

Dựa trên kiến thức tính toán trong nhiệt kĩ thuật, vận dụng kiến thức môn nguyên

lí lí thuyết động cơ trong việc tính các thông số nhiệt động của chu trình công tác động

cơ Từ đó nhóm chúng em sẽ xác định các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật cơ bản của động cơ;xây dựng được đồ thị công đồ thị lý thuyết của động cơ dựa trên kết quả tính toánnhiệt và biểu diễn động học động cơ

Động cơ Diesel không tăng áp YAMZ236 là một phần quan trọng trong lịch sửphát triển của ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam với mục tiêu đáp ứng nhu cầu vậntải nội địa tại Việt Nam, đặc biệt trong bối cảnh thị trường xe thương mại đang ngàycàng phát triển Được phát triển bởi Vinaxuki và Thaco, động cơ này chủ yếu được sửdụng trong các dòng xe tải hạng nặng, xe buýt, xe công trình Để làm rõ và các nhân tốảnh hưởng đến động cơ nhóm sẽ thực hiện các bước về tính toán nhiệt chu trình thực

tế sau đó vẽ được các đồ thị công và đồ thị động học của động cơ này

Với việc tính toán theo các thông số ở trên đã giúp nhóm xác định được chínhxác các nhân tố chính ảnh hưởng đến động cơ YAMZ236 Và cuối cùng nhóm chúng

em xin được chân thành cảm ơn thầy (GVHD) Nguyễn Mạnh Dũng đã đồng hành vàgiúp nhóm hoàn thiện sản phẩm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL KHÔNG TĂNG ÁP YAMZ236

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của động cơ

Động cơ YAMZ236 có một lịch sử hình thành và phát triển đáng chú ý trong ngànhcông nghiệp ô tô Việt Nam Dưới đây là một số điểm chính:

1 Nguồn gốc: Nhà máy Yaroslavl (Yaroslavl Motor Plant) bắt đầu thiết kế và sản xuấtđộng cơ YAMZ-236 vào năm 1960 Đây là một trong những động cơ diesel đầu tiênđược phát triển để đáp ứng nhu cầu vận tải nặng trong Liên Xô

2 Khởi đầu: Động cơ YAMZ-236 lần đầu tiên được giới thiệu tại Việt Nam năm 1992,trong bối cảnh đất nước đang mở cửa và hội nhập kinh tế Nhu cầu vận tải tăng cao đãthúc đẩy sự gia nhập của động cơ này vào thị trường

3 Phát triển: Năm 1995: Nhiều nhà sản xuất ô tô trong nước, như Vinaxuki và Thaco,bắt đầu ký kết các thỏa thuận hợp tác với các nhà sản xuất động cơ của Nga để lắp rápđộng cơ YAMZ-236 vào các dòng xe tải và xe buýt Năm 1998: Thaco bắt đầu sảnxuất xe tải sử dụng động cơ YAMZ-236, tạo ra sự phổ biến cho động cơ này trên thịtrường xe tải Việt Nam

4 Thành tựu: Cho đến hiện tại động cơ YAMZ236 đã được sử đụng trên hàng trămnghìn xe tải và buýt tại Việt Nam,

5 Một số thông số cơ bản của động cơ

Dưới đây là một số thông số cơ bản của động cơ YAMZ236, thường được sử dụngtrên các dòng xe tải, xe buýt và xe công trình tại Việt Nam:

 Kiểu động cơ: Động cơ diesel 4 kỳ, làm mát bằng nước

 Dung tích: Khoảng 11,15L

 Công suất tối đa: Khoảng 175 mã lực (hp)

 Mô-men xoắn: khoảng 500Nm (newton-mét) ở tốc độ khoảng 2150 vòng/phút

 Hệ thống nhiên liệu: Bơm phun cơ khí, giúp cải thiện hiệu suất và tiết kiệm nhiênliệu

 Tiêu chuẩn khí thải: Động cơ YAMZ-236, trong các phiên bản tiêu chuẩn banđầu, thường không đáp ứng được các tiêu chuẩn khí thải hiện đại như Euro 4 hayEuro 5 Tuy nhiên, trong những năm gần đây, một số nhà sản xuất đã thực hiện cảitiến để phát triển các phiên bản thân thiện hơn với môi trường, có thể đạt tiêu chuẩnkhí thải Euro 2 hoặc Euro 3

 Hệ thống truyền động: Trong các xe sử dụng động cơ YAMZ-236, hệ số truyềnđộng thường được thiết kế để tối ưu hóa sức kéo, giúp động cơ hoạt động hiệu quả ởcác dải tốc độ khác nhau

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG

CƠ ĐỐT TRONG

2.1 Trình tự tính toán:

Tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong (tính toán nhiệt) tiến hành theo các bước :

2.1.1 Số liệu ban đầu:

Các số liệu của phần tính toán nhiệt

Đ/cơ diesel, chữ V, không tăng áp

18 Trọng lượng nhóm piston m pt 3,25 kg

2.1.2 Các thông số cần chọn:

Các thông số cần chọn theo điều kiện môi trường, đặc điểm kết cấu của động cơ,chủng loại động cơ bao gồm:

Áp suất môi trường ρ0là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ

ρ0thay đổi theo độ, ở nước ta có thể chọn ρ0 = 0,1 (Mpa)

Lựa chọn nhiệt độ môi trường theo nhiệt độ bình quân của cả năm

Ở nước ta t0 = 240C => T k=T0 = 2970K

c Áp suất khí nạp trước khi nạp:

Động cơ không tăng áp : ρk= ρ0 = 0,1 (Mpa)

Áp suất phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại động cơ, tính năng tăng tốc

độ n, hệ thông số trên đường nạp, tiết diện lưu thông v.v… Vì vậy cần xem xét động

cơ đang tính thuộc nào để lựa chọn ρa Nói chung, ρa biến thiên trong phạm vi sau:Đối với động cơ không tăng áp: ρa = (0,8 ÷ 0,9) ρ0

α 0,8 1,0 1,2 1,4

Các loại động cơ diezel có α >1,4 có thể chọn λt = 1,10

Động cơ không tăng áp λ2 = 1

j Hệ số nạp thêm λ l :

Phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí Thông thường có thể chọn:

λ1 = 1,02 ÷ 1,07

Ta chọn λ1 = 1,07

k Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z:

Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nội năng ởđiểm z với lượng nhiệt phát khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

Do đó ξz phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ

Đối với động cơ diezel ξz = 0.70 ÷ 0.85

Ta chọn ξz = 0,7

l Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b:

ξb bao giờ cũng lớn hơn ξz0 Thông thường:

Đối với động cơ diezel ξb = 0.80 ÷ 0.90

Ta chọn ξb = 0.9

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chutrình công tác thực tế do không xét đến pha phối khí, tổn thấ lưu động của dòng khí,thời gian cháy và tốc độ tăng áp suất Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trìnhtính toán của động cơ xăng ít hơn động cơ diesel vì vậy hệ số d của động cơ xăngthường chọn trị số lớn Nói chung có thể chọn trong phạm vi:

d = 0,92÷ 0,97

Ta chọn d = 0,97

2.2 Tính toán các quá trình công tác:

1.1.1 Tính toán quá trình thay đổi môi chất:

1

16,8 ×1,07−1,1× 1׿ ¿

0,090,1 ×[16,8 ×1,07−1,1 ×1 ×(0,115

0,09 )

1 1,5]

f Hệ số dư lượng không khí ɑ:

α= M1

M0=

1,470,496=2,96

2.2.2 Tính toán đến quá trình nén:

a Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:

m c v=19,806+0,00209 T (kJ/mol.độ)

a 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:

´

mc v} = left (19,876+ {1,634} over { } right ) + {1} over {2} left (427,86+ {187,36} over { } right ) {10} ^ {-5} T ¿

theo công thức sau:

2 =

0,00209+γ r 0,0027689

1+γ r

b ' v

Chỉ số nén đa biến 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 nhiệt của

động cơ v.v… Tuy nhiên n1 tăng giảm theo quy luật sau: Tất cả những nhân tố làm cho

môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n1 giảm Giả thiết quá trình nén là đoạn nhiệt ta có thể

Vế trái :0,36924

Vế phải:0,3692405}=¿VT −VP<0,2 %(thỏamãn)

Vậy n1=1,36924

d Áp suất và nhiệt độ cuối quá trình nén P c tính theo công thức sau:

2.2.3 Tính toán quá trình cháy:

b Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z:

β z=1+β0−1

1+γ r χ z=1+1,0187−1

1+0,23 ×

0,70,9=1,0118

d Nhiệt độ tại điểm z T z :

Tính Tz bằng cách giải phương trình cháy của động cơ

Đối với động cơ diezel, Tính nhiệt độ T, bằng cách giải phương trình sau:

ξ z Q H

M1.(1+γ r)+¿ ¿(*)Trong đó: QH – nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Đối với động cơ diesel thông thường có thể chọn:

8,314(ξ b−ξ z)Q H¿

8,314(ξ b−ξ z)Q H¿

e Áp suất tổn thất cơ giới P m:

Áp suất này thường được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính đối với tốc độ trung bìnhcủa pit tông

V tb=S n

30 (m/s)Theo số liệu thực nghiệm, có thể tính P m theo công thức:

- Áp suất quá trình nạp: pa = 0,09 (MPa)

- Áp suất quá trính thải: pr = 0,115 (MPa)

- Áp suất tại điểm z: pz = 7,463246828 (MPa)

- Áp suất tại điểm b: pb = 0,34184971 (MPa)

- Áp suất tại điểm c: pc = 4,146248238 (MPa)

- Chỉ số nén đa biến n1: n1 = 1,36924

- Chỉ số giãn nở đa biến n2: n2 = 1,2266

- Tỷ số nén ε: ε = 16,4

2.3.2 Xác định quá trình nén a-c và quá trình giãn nở z-b.

Căn cứ vào các số liệu đã tính pa, pc, pz, pb, n1, n2, ε ta lập bảng tính đường nén và đường giản nở theo biến thiên của dung tích công tác Vx =i.Vc (Vc: dung tích buồng cháy)

Với V c= V h

ε−1(dm

3

)

Ta có bảng tính các giá trị của quá trình nén và quá trình giản nở như sau:

(xuất phát từ p.Vn=const => pxVcn1 Với Vx=i.Vc thay vào ra)

Sau khi chọn tỷ lệ xích v và p hợp lý để vẽ đồ thị công

Để trình bày thường chọn chiều dài hoành độ tương ứng từ Vc =225,5 mm trên giấykẻ

c

G T B D

i n

i n1

G T B D

Để sau này khai triển đồ thị được dễ dàng, dễ xem, đường biểu diễn áp suất pk songsong với hoành độ phải chọn đường đậm của giấy kẻ ly Đường 1Vc cũng phải đặt trênđường đậm của tung độ

Sau khi vẽ đường nén và đường giản nở , vẽ tiếp đường biểu diễn đường nạp vàđường thải lý thuyết bằng hai đường thằng song song với trục hoành đi qua hai điểm

Từ gtdboo’ và gtbdR ta có thể vẽ được vòng tròn Brick

2.3.3 Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:

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

Từ điểm O’ trên đường tròn Brick ta xác định góc đóng muộn của xupáp thải 2 bánkính này cắt vòng tròn Brick tại điểm a’ ,từ điểm a’ gióng đường song song với trụctung cắt đường pa tại điểm a Nối điểm r trên đường thải (là giao điểm giữa đường pr

và trục tung) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp(mm)

b Hiểu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm c)

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có hiện tượng phun sớm nên thường lớn hơn ápsuất cuối quá trình nén lý thuyết pc đã tính Theo kinh nghiệm áp suất cuối quá trìnhnén thực tế p’c được xác định theo công thức sau:

Với động cơ diesel:

c Hiệu đính điểm phun sớm: (điểm c’’)

Do có hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khởi đường nén lýthuyết tại điểm c’’ Điểm c’’ được xác định bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick taxác định góc phun sớm i, bán kính này cắt đường tròn Brick tại một điểm Từ điểmnày ta gióng song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c’’ Dùng một cung thíchhợp nối điểm c’’ với điểm c’

Áp suất pzmax thực tế trong quá trình cháy - giản nở điểm đạt trị số áp suất cao nhất

là điểm thuộc miền 372o ÷ 375o (tức là 12o ÷ 15o sau điểm chết trên của quá trìnhcháy và giản nở)

Hiệu đính điểm z của động cơ Diezel:

Xác định điểm z từ góc 15o Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứngvới 375o góc quay trục khuỷu ,bán kính này cắt vòng tròn tại một điểm Từ điểm này

ta gióng song song với trục tung cắt đường pz tại điểm z

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

e Hiệu đính 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 rasớm hơn lý thuyết Ta xác định biểm b’ bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xácđịnh góc mở sớm của xupap thải 1, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại một điểm

Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường giản nở tại điểm b’

f Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở: (điểm b’’)

Áp suất cuối quá trình giản nở thực tế pb’’ thường thấp hơn áp suất cuối quá trìnhgiản nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC

Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một hoành độ thống nhất ứng với hành - trìnhcủa pittông S = 2R Vì vậy, đồ thị đều lấy hoành độ tương ứng với V của đồ thị công(từ điểm 1Vc đến ε.Vc.)

3.1 Đường biểu diễn hành trình của pittong x = f():

Vẽ theo các bước sau:

- Chọn tỷ lệ xích góc: Thường dùng tỷ lệ xích μa (0,6 – 0,7) mm/độ

- Chọn gốc tọa độ cách gốc của đồ thị công khoảng 15 ÷ 18cm

- Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính với 10°, 20°, 30º 180º

- Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10°, 20°, 30° 180° tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f() để xác định chuyền vị x tương ứng với các góc 10°, 20°, 30° 180°

- Nối các giao điểm, ta có đồ thị x = f()

3.2 Đường biểu diễn tốc độ của pittong v = f():

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn của pittông theo phương pháp đồ thị vòng Tiếnhành theo các bước cụ thể sau :

- Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x = f(), sát mép dưới củabản vẽ

- Nối các điểm a, b, c, tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ piston thểhiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng tròn bán kính Rtạo với trục hoành góc  đến đường cong 1, 2, 3,…

- Đổ thị này biểu diễn quan hệ v = f() trên tọa độ cực

3.3 Đường biểu diễn gia tốc pittong j = f(x):

Vẽ đường này theo phương pháp Tôlê Chọn cùng hoành độ với trục x = f(), vẽ theo các bước sau:

- Chọn tỷ lệ xích µj = 50 (m/s².mm)

- Tính: jmax = R.ω².(1+) (m/s²)

jmin = -R.ω².(1-) (m/s²)

EF = -3R..ω² (m/s²)+ Tốc độ góc:

Chú thích: λ thông số kết cấu động cơ

 Vậy ta biểu diễn giá trị jmax là:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Tài liệu học tập

[1] Lê Văn Anh (Chủ biên), Giáo trình nguyên lý động cơ đốt trong, 2017

2 Tài liệu tham khảo:

[1] Nguyễn Tất Tiến(Chủ biên), Giáo trình nguyên lí động cơ đốt trong,1970

[2] Phạm Minh Tuấn, Động cơ đốt trong : Giáo trình cho sinh viên cơ khí, 2013[3] Nguyễn Tuấn Nghĩa(Chủ biên); Lê Hồng Quân; Phạm Minh Hiếu, Giáo trình kết cấu và tính toán động cơ đốt trong, 2014