Tiểu luận tên học phần Đồ Án Động cơ Đốt trong tính toán thông số cơ bản

Vẽ: Dựa vào bảng đã lập ta vẽ được đường nén và đường giãn nở, vẽ tiếp đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải lý thuyết bằng hai đường song song với trục hoành, đi qua hai điểm

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

BÀI TIỂU LUẬN TÊN HỌC PHẦN: Đồ án động cơ đốt trong

Kỳ thi học kỳ 3 năm học 2023 -2024

Giảng viên hướng dẫn: Phan Văn Phúc

SVTH: Lê Quang Lượng Mã SV: 2280601877 Lớp: 22DOTD3

SVTH: Hoàng Tiến Mừng Mã SV: 2282500757 Lớp: 22DOTD3

SVTH: Tằng Kỳ Quang Sơn Mã SV: 2282501053 Lớp: 22DOTD3

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Khoa/Viện: Viện kỹ thuật

Tp.HCM, ngày … tháng … năm 2024

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: Tính toán thông số cơ bản

1.1 Các thông số chọn

1.1.1 Tính tốc độ trung bình của piston

1.1.2 Áp suất cuối quá trình nạp ( động cơ không tăng áp )

1.1.3 Áp suất và nhiệt độ khí sót

1.1.4 Độ tăng nhiệt độ do sấy nóng khí nạp mới

1.1.5 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt

1.1.6 Hệ số quét buồng cháy

1.1.7 Hệ số nạp thêm

1.1.8 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z và b

1.1.9 Hệ số hiệu đính đồ thị công

1.2 Các thông số tính toán

1.2.1 Hệ số khí sót

1.2.2 Nhiệt độ cuối hành trình nạp

1.2.3 Hệ số nạp

1.2.4 Lượng khí nạp mới

1.2.5 Lượng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu 1.2.6 Hệ số dư lượng không khí α

1.3 Quá trình nén

1.3.1 Tỷ lệ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới

1.3.2 Tỷ lệ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót

1.3.3 Tỷ lệ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí hỗn hợp công tác 1.3.4 Chỉ số nén biến n1

1.3.5 Áp suất cuối quá trình nén

1.3.6 Nhiệt độ cuối quá trình nén

1.3.7 lượng môi chất công tác của quá trình nén

1.4 Quá trình cháy

1.4.1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết

1.4.2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế

1.4.3 Hệ số thay đổi phân tử loại z

1.4.4 Nhiệt dộ tại z

1.4.5 Tỷ số tăng áp suất

1.4.6 Áp suất tại điểm z

1.4.7 Tỷ số giãn nở sớm

1.4.8 Tỷ số giãn nở sau

1.5 Quá trình giãn nở

1.5.1 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình

1.5.2 ÁP suất cuối quá trình giãn nở

1.5.3 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở

1.5.4 Kiểm tra nhiệt độ khí sót

1.6 Tính toán các thông số của chu trình công tác

1.6.1 Áp suất trung bình chỉ thị lý thuyết

1.6.2 Áp suất trung bình chỉ thị thực tế

1.6.3 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

1.6.4 Hiệu suất chỉ thị

1.6.5 Áp suất tổn thất cơ khí

1.6.6 Áp suất có ích trung bình

1.6.7 Hiệu suất cơ giới

1.6.8 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích

1.6.9 Hiệu suất có ích

1.6.10 Kiểm nghiệm đường kính xylanh

1.7 Vẽ và tính đồ thị cong

1.7.1 Xác đinh dung tích buồng cháy

1.7.2 Xác định quá trình nén ac, quá trình giãn nở zb

1.7.3 Vẽ và hiệu đính đồ thị cong

1.7.3.1 Vẽ đồ thị

1.7.3.2 Hiệu đính các điểm trên đồ thị

CHƯƠNG 2: Tính toán động học và động lực học

2.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học

2.1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston x =f(α )

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

2.1.3 Vẽ đường biểu thị pittong x =f(x )

2.1.4 Vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston j =f(x )

2.2 Tính toán động lực học

2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến

2.2.2 Các khối lượng chuyển động quay

2.2.3 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính Pi = f(x)

2.2.4 Khai triển đồ thị p – V thành p = f(α)

2.2.5 Khai triển đồ thị Pi = f(x) thành Pi = f(α)

2.2.6 Vẽ đồ thị pΣ = f(α)

2.2.7 Vẽ đường biểu diễn lực tiếp tuyến T = f(α) và lực pháp tuyển Z = f(α) 2.2.8 Vẽ đường ΣT = f(α) của động cơ 4 xilanh

2.2.9 Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu

CÁC THÔNG SỐ

- Kiểu động cơ: Động cơ xăng AUDI 2.0

- Thứ tự nổ: 1-3-4-2

- Công suất động cơ: Ne = 128 mã lực

- Số vòng quay n = 5500 vòng / phút

- Suất tiêu thụ nhiên liệu ge = 178 g/ml.h

- Số kỳ τ = 4

- Đường kính xy lanh D = 82.5 mm

- Hành trình piston S= 92.8mm

- Tỷ số nén Ɛ = 10.7

- Số xi lanh i = 4

- Chiều dài thanh truyền lt = 144mm

- Trọng lượng nhóm piston mpt = 0.36 kg

- Trọng lượng thanh truyền mtt = 0.64 kg

- Góc mở sớm xupap nạp α1 = 26°

- Góc đóng muộn xupap nạp α2 = 48°

- Góc mở sớm xupap thải β1 = 32°

- Góc đóng muộn xupap thải β2 = 8°

- Góc đánh lửa sớm φi = 15°

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN NHIỆT 1.1 Các thông số chọn

1.1.1 Tính tốc độ trung bình của piston:

Ta có công thức tốc độ trung bình của piston như sau:

Vậy động cơ có tốc độ cao tốc, áp suất và nhiệt dộ của môi trường:

1.1.2 Áp suất cuối quá trình nạp (động cơ không tăng áp)

1.1.3 Áp suất và nhiệt độ khí sót

1.1.4 Độ tăng nhiệt độ do sấy nóng khí nạp mới

1.1.5 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt

1.1.6 Hệ số quét buồng cháy

1.1.7 Hệ số nạp thêm

1.1.8 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z và b

1.1.9 Hệ số hiệu đính đồ thị công

1.2 Các thông số tính toán:

1.2.1 Hệ số khí sót

Chỉ số dãn nở đa biến m = 1,45 : 1,5 , chọn m = 1,45

1.2.2 Nhiệt đố cuối hành trình nạp

1.2.3 Hệ số nạp

1.2.4 Lượng khí nạp mới

1.2.5 Lượng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu

Đối với nhiên liệu điêzen C=0,855; H=0,145; O=0

M0 = 0.152 kmol/kgln

1.2.6 Hệ số dư lượng không khí α

1.3 Quá trình nén:

1.3.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới

1.3.2 Tỷ lệ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót

1.3.3 Tỷ lệ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí hỗn hợp công tác

1.3.4 Chỉ số nén đa biến n1

Giải phương trình : n1 = 1,372 1.3.5 Áp suất cuối quá trình nén

1.3.6 Nhiệt độ cuối quá trình nén

1.3.7 Lượng môi chất công tác của quá trình nén

1.4 Quá trình cháy

1.4.1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết

1.4.2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế

1.4.3 Hệ số thay đổi phân tử tại z

1.4.4 Nhiệt độ tại z

Trong đó QH là nhiệt trị thấp QH = 44.103 kJ/kgmol

Thay tất cả vào (**) ta được phương trình cháy:

0,003158TZ2 + 22,659914TZ – 88455,128106 = 0

Giải phương trình trên ta được: TZ = 2795K

1.4.5 Tỷ số tăng áp suất

1.4.6 Áp suất tại điêm z

1.4.7 Tỷ số giãn nở sớm

1.4.8 Tỷ số giãn nở sau

1.5 Quá trình giãn nở

1.5.1 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình

Trong đó:

Giải phương trình ta được: n2 = 1,234

1.5.2 Áp suất cuối quá trình giãn nở

1.5.3 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở

1.5.4 Kiểm tra nhiệt độ khí sót

Kiểm tra:

1.6 Tính toán các thông số của chu trình công tác

1.6.1 Áp suất trung bình chỉ thị lý thuyết:

1.6.2 Áp suất trung bình chỉ thị thực tế

1.6.3 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

1.6.4 Hiệu suất chỉ thị

1.6.5 Áp suất tổn thất cơ khí

1.6.6 Áp suất có ích trung bình

1.6.7 Hiệu suất cơ giới

1.6.8 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích

1.6.9 Hiệu suất có ích

1.6.10 Kiểm nghiệm đường kính xylanh

1.7 Vẽ và tính đồ thị công

1.7.1 Xác định dung tích buồng cháy

*Giả thiết quá trình nạp áp suất bằng hằng số và bằng pa=0,09 Mpa

*Giả thiết quá trình nạp áp suất bằng hằng số và bằng pr=0,09 Mpa

1.7.2 Xác định quá trình nén ac, quá trình giãn nở zb

Để xác định ta phải lập bảng:

*Quá trình nén:

*Quá trình giãn nở:

Bảng 1.1: Bảng xác định quá trình nén và quá trình giãn nở

1.7.3 Vẽ và hiệu đính đồ thị công

1.7.3.1 Vẽ:

Dựa vào bảng đã lập ta vẽ được đường nén và đường giãn nở, vẽ tiếp đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải lý thuyết bằng hai đường song song với trục hoành, đi qua hai điểm pa và pr Sau khi vẽ xong ta hiệu đính để có đồ thị công chỉ thị, các bước hiệu đính như sau:

Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị công

Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị

1.7.3.2 Hiệu đính các điểm trên đồ thị

1 Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp:

Từ 0’ của đồ thị Brick xác định góc đóng muộn β2= 80 của xunap thải, bán kính này cắt Brick ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt đường pa ở d nối điếm r trên đường thải Ta có đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình thải

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

Cũng từ 0’ của đồ thị Brick xác định góc đánh lửa sửa φi = 150 bán kính này cắt đồ thị Brick tại c’’’, từ c’’’ gióng đường song song với tung độ cắt đường nén tại điểm c’ Trên đoạn cz lấy c’’ sao cho cc’’ = 1

3cz Dùng một cung cong thích hợp, nối 2 điểm c’’ và c’

3 Hiệu đính điểm đại pmax thực tế:

3z’z Dùng thước cong nối z" và c"

và tiếp tuyến với đường zb ta có đường chuyển tiếp từ quá trình nén sang quá trình giãn nở

4 Hiệu đính điểm bắt đầu thải thực tế: Hiệu đính điểm b căn cứ vào góc mở sớm xu páp thải áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế b’ thường thấp hơn

áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xu páp thải mở sớm

tại một điểm, từ điểm đó gióng đường song song với trục tung cắt zb tại T1

thải

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

2

2.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học

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

2.1.1 Đường biểu diễn hành trình của pittong x= f(a)

Dùng phương pháp Brick để vẽ, trình tự vẽ như sau :

Chọn gốc toạ độ cách gốc đồ thị công một khoảng bằng giá trị biểu diễn của dung tích

Vc

Chọn tỷ lệ xích góc : 0,5 mm/độ

Tiến hành vẽ theo phương pháp Brick

- Phía trên đồ thị công ta vẽ nửa vòng tròn tâm 0 có đường kính là S/y, sau đó lấy về phía ĐCD một khoảng 00’ = R/2μS

- Lấy 0’ làm tâm chia độ và đánh dấu trên đường tròn ấy các điểm chia độ

- Gióng các điểm chia độ trên đường tròn đó xuống đồ thị x=f(a) và trên trục a gióng các tia nằm ngang tương ứng, nối các điểm đó lại ta được x = f(a) 2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của pittong v= f(a)

Đường biểu diễn tốc độ của pittong được vẽ trên cùng hệ toạ độ của x và a

- Trình tự vẽ đường v=t(x) như sau :

Vẽ ở phía dưới đồ thị v=f(x) nửa vòng tròn tâm là 0, bán kính của nó bằng R/2μX →

μV = R/2μS Lấy 0 làm tâm vẽ vòng tròn bán kính bằng R/22μV, Chia vòng tròn nhỏ và nứa vòng tròn lớn (bán kính R) ra n phần băng nhau (18 phần), đánh số các điểm chia từ 1÷18 Từ các điểm chia trên vòng tròn lớn ta kẻ các tia thẳng đứng, từ các điểm chia trên vòng tròn nhỏ ta kẻ các tia nắm ngang giao điểm của các tia tương ứng được đánh số I, II Nối các điểm đó lại ta được đường cong biểu thị v=f(a)

2.1.3 Vẽ đường biểu thị v=f(x):

Từ nửa vòng tròn Brick theo các điểm chia độ đã có ta dóng xuống trục hoành x của

đồ thị v=f(x) ta xẽ được các giá trị Đo giá trị v trên đồ chị v=f(α) và đặt giá trị ấy đúng góc α tương ứng trên các tia x đó Nối các điểm đó lại ta được đường cong v=f(x)

2.1.4 Vẽ đường biểu diễn gia tốc của pittong j = f(x)

Đồ thị này được vẽ cùng hoành độ với trục x = f(α)

Để vẽ đồ thị này ta sử dụng phương pháp Tô lê:

2.2 Tính toán động lực học

2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến

- Khối lượng nhóm pittong: mnp = 0,36kg

- Khối lượng nhóm thanh truyền: mtt = 0,64kg

- Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt pittong tính theo công thức kinh nghiệm sau:

Khối lượng chuyển động tịnh tiến trên một đơn vị diện tích đỉnh pittong:

2.2.2 Các khối lượn chuyển động quay

- Khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm chốt : m2 = mtt – m1

m2 = 0,64 – 0,1792 = 0,4608 kg

- Khối lượng má khuỷu quy dẫn về tâm chốt m0m

- Khối lượng của chốt khuỷu mch

2.2.3 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính pj = f(x)

Áp dụng phương pháp Tôlê để vẽ nhưng hoành độ đặt trùng với đường pk ở

đồ thị công và vẽ đường -pj = f(x) (tức cùng chiều với j = t(x)), tiến hành như sau:

- Chọn tỷ lệ : µp = 0,396

- Tính :

pjmax = mjmax = 0.5392.20331=10962,7N=372,29 MPa pjmin = mjmin = 0,5392.10422=5619,5 N =190,8 MPa EF= m 3λRω= 0,5392.14864=88014,7 N=272,18 2.2.4 Khai triển đồ thị p -V thành p = f(α)

- Chọn tỷ lệ xích µα = 2°/1mm, như vậy toàn bộ chu trình 720° sẽ ứng với 360mm Đặt hoành độ a này cùng trên đường đậm biểu diễn pk

- Chọn tỷ lệ µp = 0,339MPa/mm

- Xác định trị số pkt ứng với các góc α từ đồ thị Brick rồi đặt các giá trị này trên đồ thị p - α, pmax đạt được tại a = 372 °

2.2.5 Khai triển đồ thị pj = f(x) thành pj = f(α)

Đồ thị pj = f(α) biểu diễn trên đồ thị công có nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của động cơ Triển khai pj = f(x) thành pj = f(α) cũng thông qua Brick để chuyển toạ độ, nhưng trên toạ độ p- α phải đặt đúng giá trị âm dương của pj

2.2.6 Vẽ đồ thị pΣ = f(α)

Ta đã biết p ∑ = pkt + pị Vì vậy việc xây dựng p ∑ = f(α) chỉ là việc cộng toạ

độ các trị số tương ứng của pj và pkt Kết quả như hình vẽ

2.2.7 Vẽ đường biểu diễn lực tiếp tuyến T = f(α) và lực pháp tuyến Z = f(α)

Theo kết quả tính toán động lực học, ta có:

Trình tự vẽ như sau:

Chọn µα = 20 /1mm, µp = µT = µZ = 0,03396MPa/mm

Dựa vào λ = R/Ltt ta tính được các trị số

Biểu diễn Z = f(α) và T = f(α) trên cùng một hệ trục tọa độ

Các số liệu để vẽ các đồ thị biểu diễn trên bảng 2.1

Bảng 2.1: Số liệu đê vẽ các đồ thị pkb pj, p∑, T và Z = f(α)

2.2.8 Vẽ đường ΣT = f(α) của động cơ 4 xilanh

Động cơ nhiều xilanh có mô men tích lũy vì vậy phải xác định mô men này Chu kỳ của mô men tổng bẳng đúng góc công tác của các khuỷu:

Đối với động cơ AUDI2.0 – 4 kỳ, 4 xy lanh thứ tự làm việc là 1-3-4-2 ta tiến hành lập bảng xác định góc αi ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc

Từ các giá trị ta lập được bảng như sau:

Bảng 2.2: Bảng tính ∑T = f(α)

Vẽ đường ∑T = f(α) ở góc trên của đồ thị T và Z Chỉ vẽ trong một chu kỳ Diện tích bao bởi đường T với trục hoành là: F(∑T) = 1710 mm2

2.2.9 Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu

Vẽ theo các bước sau:

Lập bảng xác định tọa tương ứng αi trên tọa độ T-Z (Bảng 2.3)

Vẽ hệ trục tọa độ TOZ, rồi xác định các tọa độ αi (TiZi), đây chính là đồ thị ptt biểu diễn trên tọa độ T-Z ptt = T + Z

Xác định tâm đồ thị điểm O’, điểm O’ có tọa độ Z = pk0, T = 0

Với pk0 = m2Rω2 = (MPa)

Lấy OO’ = 39mm Nối O’ với bất kỳ điểm nào ta đều có: Q = pk0 + ptt