Bài tập lớn lý thuyết Động cơ Đề tài nghiên cứu tính toán nhiệt Động Động cơ ifa w50

Đồ án tính toán thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong là đồ án đòi hỏi người thực hiện phải sử đụng tông hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức của các môn học cơ sở.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ - Ô TÔ KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ

Lê Mạnh Quân MSV: 2023602215

Hà Anh Quân MSV: 2023606705 Ninh Khắc Quân MSV: 2023604405 Pham Minh Quang MSV: 2023604028 Tran Dinh Quân MSV: 2023605831

CHUONG I TINH TOAN NHIET CHU TRINH CONG TAC CUA BONG CO

l0 gi) RE g gG.- ((‹/<@4<,,ŸỶÝÝ 4 1.1 Số liệu ban đầu: 2-2221 2222221 222.2122222222222222222rerreg 4

1.2 Các thông số cần chọn: - - s22 2112515555 5 net reo 5

2 Tính toán các quá trình công tÁC: 0 2120121101221 11112121112111121 111151011111 7

2.1 Tính toán quá trình thay đổi môi chất: 2.- 2n 111 2x1eereee 7 2.2 Tính toán đến quá trình nén 2 22T 2222 nude 9

2.3 Tính toán quá trình cháy: c 2 1221221 1211221212111221111221121011 18101551 8x xee 11 2.4 Tính quá trỉnh giãn nở: 0 22221211 121221521 111211111101 111 21112211111 21 12111 xe 14 2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác nen ryg 15

3 Vẽ và hiệu đính đồ thị công 225 2S 222222 221.2222212 eereree 18 CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC 24

1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học -2S 22tr ra 24

1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston x=Ÿ ÍŒ) ch rrerưe 24 1.2 Đường biểu diễn tốc độ của piston V =ƒ ÍđÌ s S2 nu re 24

1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston s2 rerryg 25

LOI NOI DAU

Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động lực cho các phương tiện vân tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thủy, máy bay và các máy công tác như máy phát điện, bơm nước, Động cơ đốt trong là nguồn cung cấp 80%

năng lượng hiện tại của thế giới Chính vì vậy việc tính toán và thiết kế đồ án môn học

động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quan trọng đối với các sinh viên chuyên nghành động cơ đốt trong

Đồ án tính toán thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong là đồ án đòi hỏi người

thực hiện phải sử đụng tông hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức của các môn học cơ sở Trong quá trình hoàn thành đồ án không những đã giúp cho

em củng có được rất nhiều các kiến thức đã học và còn giúp em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức tông hợp khác Đồ án này cũng là một bước tập đượt rất quan

trọng cho em trước khi tiễn hành làm đồ án sau này

Mặc dù đã có gang rat nhiều dé hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất, song do

những hạn chế về kiến thức cũng như những kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình làm không tránh được sai sót, chính vì vậy em rất mong được sự đóng góp của các

thầy cô cũng như toàn thể các bạn để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn: cũng như toàn thé thay cô trong

bộ môn nguyên lý động cơ đốt trong đã tạo điều kiện giúp em hoàn thành đồ án tốt

đẹp

Sinh viên

1 TRINH TU TINH TOAN:

1.1 Số liệu ban đầu:

Số liệu ban đầu cần thiết cho quá trình tính toán nhiệt bao gồm:

12 | Chiều đài thanh truyền ly mm 280

13 | Công suất động cơ N, kW 82.03

| 18 | Khối lượng nhóm piston Ma kg | 35 |

1.2 Các thông số cần chọn:

Các thông số cần chọn theo điều kiện môi trường, đặc điểm kết cầu của động cơ,

chúng loại động cơ bao gồm:

1.2.1 Ap suất môi trường: pa

Áp suất môi trường p là áp suất khí quyến trước khi nạp vào động cơ

Po thay déi theo độ, ở nước ta có thê chọn p; = po = 0,1 (Mpa)

1.22 Nhiệt dộ môi trường: To

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

Ở nước ta tạ = 24°C => T,=T, = 297K

1.2.3 “Áp suất cuỗi quá trình nạp: p (đôi với động cơ không tăng áp)

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 p„ Nói chung, p, biến thiên trong phạm vi Sau:

Đối với động cơ không tăng áp: p,=0.85p,=0.085 (Mpa)

1.2.7 Hé sé hiéu dinh ti nhiét: 4;

Tỷ nhiệt của môi chất thay đôi rất phức tạp nên thường phải căn cửa vào hệ số đư

lượng không khí a để hiệu đính Thông thường có thể chọn A, theo thông số bảng sau:

1.2.8 Hé sé quét buông cháy ›

Động cơ không tăng ap: A: = 1

1.2.9 Hệ số nạp thêm A,

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

Ài= 1.02 +1.07

Ta chọn: À¡= 1.04

1.2.10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại diémz

Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nội năng ở

điểm z với lượng nhiệt phát khi đốt cháy hoàn toàn Ikg nhiên liệu

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

Đối với déng co diesel: &=0.7 = 0.85

Ta chon: & =0.8

1.2.11, Hé sé lợi dụng nhiệt tại diém b

& bao gio cling lon hon € Théng thuong:

Đối với động cơ diesel & = 0.80 = 0.90

Ta chon: & =0.9

1.212 Hệ số hiệu đính đồ thi cộng: 0a

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu trình công tác thực tế do không xét đến pha phối khí, tôn thất lưu động của dòng

khó, thời gian cháy và tốc độ tăng áp suất Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chỉ

trình tính toán của động cơ xăng ít hơn động cơ diezel vì vậy hệ số ọa của động cơ xăng thường chọn trị số lớn Nói chung có thê chọn trong phạm vi:

Qa = 0.92 = 0.97

Ta chon: øa = 0.95

2 TÍNH TOÁN CAC QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC:

2.1 Tinh 4 trinh thay déi méi cha

SBE 12 + MeV NS 4 32 = 0,4893 ( kg n Aue nhl iéu}

2.2 Tính toán đến quá trình nén

2.2.1 Tỷ nhiệt moi đẳng tích trung bình của không khí

mc,=19,086+0,00209 T=19,086+0,00209.297

¿19,70673 (kJ/mol.độ)

2.2.2 Tỷ nhiệt mol dang tích trung bình của sân phẩm cháy

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

c, =(17, 876 + {1,634} over {a} )+ {1} over {2} ( 427,86 + {187,36} over {a} ) {10} 4 {-5}

¿|17,876+—— 2|360, 34+———-|.10”.297=19,4175(kJ (kmol độ}

1 2634 | 1.9

187,36 1.9 2.2.3 Tj nhiét mol dang tich trung binh cia hén hop trong qué trinh nénMC,' tinh theo công thức sau:

Tế, =me¿+ y,.mc, } over {1+ {y} rsub {t}} = {a’} rsub {v} + {{b} rsub {v} rsup {'}} over {2} T (k

me, =24,026+°° S121 297 =24,66(KJ (mol độ)

a) Chỉ số nén iến trung bình n¡;

Chi số nén đa biến phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cầu 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 ñ; tăng giảm theo quy luật sau: Tat cả những nhân tổ làm cho

môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho ", giảm Giả thiết quá trình nén là đoạn nhiệt ta có thê

2.3 Tính toán quá trình cháy:

2.3.1 Hệ số thay dối phân tử lý thuyết B,:

_—M,_ M+AM _- AM

PM MM,

Độ tăng mol AM của các loại động cơ xác định theo công thức sau:

Đối với động cơ diesel

;10,145 „0,004

4 32

¿0.0364 0,0364 pee =1 0,93 ,039

Tính T; bằng cách giải phương trình cháy của động cơ

Đối với động cơ xăng, tính nhiệt độ T, từ phương trình cháy:

&,.(Qy-AQ) |

“M,.(ity) T,=B,mc¿„ {T} rsub {z} (1

Trong do:

Qu — nhiét tri thap cua nhién ligu

Đối với động cơ xăng thông thường có thê chọn

Qy=44.10" (kJ/kg nh.liệu)

AQ — Nhiét lượng tôn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt Ikg nhiên liệu

Trong điều kiện œ<1 xác định AQ theo công thức sau:

2.4.3 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình nạ:

8,314

é lễ; é,| Qu +8 + {{overline {h}} rsub {vz} rsup {

Q7, - Nhiệt giá trị thấp của nhiên liệu

Đối với déng co diesel Q,=Q„

242500 ni

kg

Cac loai diesel c6 nhiét tri = Qy=42500K J/kg nl

Chọn trước n,=1,25 thay vào 2 về phương trình (*) ta được:

Sai số T„ so với T, đã chọn ban đầu không được vượt quá 15% Nghĩ là:

T„_T

AT,=—5——+.100%<15%

_ 1099,24-950 , 05 %⁄ are AT,=“ Tgaoag '100%=13/5738%<15%

2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác

2.5.5 Ap suat ton thất cơ giới P„:

Áp suất này thường được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính đối với tốc độ trung binh cua pit tong

S.n_ 92.4000 10

30

Vụ= 30 =12,267

Theo số liệu thực nghiệm, có thể tính P„ theo công thức:

-Đối với động cơ xăngi<6,S/D>1

Ta co i=é4

P,,=0,05+0,015 V ,=0,05+0,015.12,26667 = 0,234( Mpa) 2.5.6 Ap suat co ich trung binh P.:

P.=P,—P,,,=0,91132—0,234=0,577(MPa)

Sau khi tính được P, phải so sánh ngay với trị số P, đã tính ở phần tính toán quá

trinh nạp

Sai lệch của P, sẽ phản ảnh ở sai lệch của đường kính D

2.5.7 Hiệu suất cơ giới:

2.5.10 Kiễm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức:

p= | 4.V;,

7.5 Trong đó: V; - thê tích công tác được xác định bằng công thức:

3 VE VA HIEU DINH DO THI CÔNG

Căn cứ vào số liệu đã tính P„, P,, P;, P¿, mị, nạ, £ Ta lập bang dé tính đường nén

và đường giãn nở theo biến thiên dung tích công tác V„=i V, (V, — dung tích buồng chảy)

Đề vẽ đồ thị công ta chọn tỷ lệ xích #, va Hy Đề trình bày cho đẹp thường chọn

chiều dài hoành độ tương ứng £V,22z23cm trên giấy kẻ ly Tung độ thường chọn

tương ứng với P; khoảng 25cm Động cơ xăng chọn P, tương ứng khoảng 20cm Từ day suy ral, va H, hop ly

Bảng tính quá trình nén và quá trình giãn nở :

bả = h=— 01s ga

Fe Hy 0,01715° 7’

Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đề thị công chi thi Cac

bước hiệu đính như sau :

20

Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên dé thị công như hình vẽ

Tir gthd,, vagthd, ta vé duoc dé thi Brick

Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:

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

21

Từ O của để thị Brick ta xác định góc đóng muộn b, cua xupap thai, ban kinh

nay cat vong tron Brick tại điểm a` từ điểm a gióng đường song song với tung độ cất

đường P, tại điểm a Nối điểm r trên đường thải (là giao điểm giữa đường P, và trục

tung) với a Ta có đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp

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

Áp suất cuối quá trình nén thực tế đo có sự đánh lửa sớm nên thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén thực tế P đã tính Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực tế P"' được xác định theo công thức sau:

Đối với động cơ xăng:

Điểm C° — điểm đường nén thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết, xác định theo

góc đánh lửa sớm hoặc phun sớm ø đặt trên đồ thị Brick rồi gióng xuống đường nén để xác định điểm C” trên hình vẽ

Dùng một cung thích hợp nối C° với C”

Hiệu đính điểm đạt P„„ thực tế

Áp suất P„„„ thực tế trong quá trình cháy giãn nở không duy trì hằng số như động cơ diezel (đoạn ứng với PY, ) nhưng cũng không đạt trị số lý thuyết như của

động cơ xăng Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số ap suất cao nhất là điểm 372°+375°

(tức là 12 °+ 15 ° sau DCT của quá trình cháy giãn nở)

22

Hiệu đính điểm z của động cơ xăng theo các bước sau:

Cắt đồ thị bởi đường 0,85 P,

0,85 P,=0,85.4,2878= 3,82493 (MPa)

Gia tri biéu dién 0,85P,

0,85P, _0,85.5.17_, ơn xo

0,02071

Từ đồ thị Brick xác định góc 12° gióng xuống đoạn đăng áp 0,85 P, để xác định

điểm z

Dùng cung thích hợp nói C° với z và lượn sát với đường giãn nở

Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế (điểm b)

Hiệu đính điểm b' căn cứ góc mở sớm ổ, của xupap thải

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế P;, thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xupap thải mở sớm

Xác định P;, theo công thức sau đây:

Đụ, = {P} rsub {r} + {1} over {2} left ({P} rsub {b} - {P} rsub {r} right ) =,112+ {1} over {2} leR (0,42849-0,112 right ) =0,é 198

Giá trị biểu diễn P,, :

GFE», eave _ 0,27025 =1

Sau khi xác định b’, b” dùng cung thich hop néi duéng thai P, Như vậy ta đã có

đồ thị công chi thi dùng cho phần tính toán động lực học

Hình vẽ minh họa đồ thị công:

23

Đề thị công

25

CHƯƠNG IL

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC

1 VE DUONG BIEU DIEN CAC 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 Ý; của đỗ thị công (tir điểm 1V, đến £V,)

1.1 Đường biển diễn hành trình của piston x=ƒ (z)

Vé theo các bước sau:

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

Ta chọn ty lệ xích 0,7mm/d6

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

Từ tâm O' của đồ thị Brick kẻ các bán kính voi 10°,20°,30°, ,180° Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 100.201 1800 tương ứng trên trục tung của đồ thị x=ƒ (œ} để xác định chuyễn vị x tương ứng

Nối các giao điểm ta có đồ thị x=ƒ (œ)

1.2 Đường biển diễn tốc độ của piston v=ƒ (z)

Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng Tiến hành cụ thể như sau:

Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R, phia dudi dé thi x=f (a), sát mép đưới của

giấy vẽ

26

X SA Xà tờ ti RA,

Vẽ vòng tròn có bán kính “>> tam O

: 2 x x ` ` ` RA ` x Xr

Chia nửa vòng tròn R và vòng tròn 5 thành 18 phân theo chiêu ngược nhau

Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn tâm O kẻ các đường song song với tung độ, các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuất phát từ các điểm chia tương ứng trên vòng tròn me tại các điểm a,b,c

Nối các điểm a,b,c tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ thê hiện

bằng các đoạn thăng song song với tung độ tính từ điểm cắt vòng R của bán kính tạo với trục hoành I góc đến đường cong a,b,c

1.3 D x I an liễ x 2 *

Vẽ đường này theo phương pháp Tole Chọn cùng hoành độ với trục

x=f (a), vé theo các bước sau:

¿10761,48(m/s”) Giá trị biểu diễn /z„x