tính toán thiết kế hệ thống nhiên liệu của động cơ

Đồ án môn học:Kết Cấu Tính Toán ĐCĐT LỜI NÓI ĐẦU Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh. Bên cạnh đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ. Trong đó phải nói đến ngành động lực và sản xuất ôtô, chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ôtô nổi tiến trên thế giới cùng sản xuất và lắp ráp ôtô. Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết. Có như vậy ngành ôtô của ta mới phát triển được. Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý động cơ đốt trong, Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (sức bền vật liệu, cơ lý thuyết, vật liệu học, ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học kết cấu và tính toán động cơ đốt trong. Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành. Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế hệ thống nhiên liệu của động cơ theo các thông số kĩ thuật. Đây là một hệ thống không thể thiếu trong động cơ đốt trong. Nó dùng để cung cấp nhiên liệu tạo ra quá trình cháy để sinh công. Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất. Tuy nhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể không có những thiếu sót. Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tình truyền đạt lại những kiến thức quý báu cho em. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Dương Việt Dũngü đã quan tâm cung cấp các tài liệu, nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án. Em rất mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình. Đà nẵng, ngày 7 tháng 09 năm 2010 Sinh viên HỒ CHÍ CÔNG Trang 1 Đồ án môn học:Kết Cấu Tính Toán ĐCĐT A Số liệu ban đầu THÔNG SỐ KỸ THUẬT KÝ HIỆU GIÁ TRỊ số xilanh/cách bố trí i 8 / Chử V thứ tự làm việc 1-5-4-2-6-3-7-8 loại nhiên liệu xăng công suất cực đại/số vòng quay (KW/vg/ph) Ne/n 285 / 6060 Tỷ số nén ε 10,4 Đường kính /hành trình piston(mm) D / S 98 / 90 Tham số kết cấu λ 0.25 Áp suất cực đại (MN/m^2) Pzmax 6,1 Khối lượng nhóm piston(kg) mpt 0.9 Khối lượng nhóm thanh truyền (kg) mtt 1,2 Góc đánh lửa sớm (độ) θs 15 góc phối khí (độ) α1 8 α2 54 α3 59 α4 13 Hệ thống nhiên liệu EFI Hệ thống bôi trơn Cưởng bức cácte ướt Hệ thống làm mát Cưởng bức, sử dụng môi chất lỏng Hệ thống phối khí 32valve – DOHC Các thông số chọn trước Trang 2 Đồ án môn học:Kết Cấu Tính Toán ĐCĐT Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá tri Áp suất khí nạp P k MN/m 2 Nhiệt độ khí nạp T k K Hệ số dư lượng không khí α 0,9 Áp suất cuối kỳ nạp P a MN/m 2 0,088 Áp suất khí sót P r MN/m 2 0,110 Nhiệt độ khí sót T r K 950 Độ sấy nóng khí nạp mới ∆T 30 Chỉ số đoạn nhiệt m Hệ số lợi dụng nhiệt tại z ξ z 0,9 Hệ số lợi dụng nhiệt tại b ξ b 0,9 Tỉ số tăng áp λ Hệ số nạp thêm λ 1 Hệ số quét buồng cháy λ 2 Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt λ t 1,17 Hệ số điền đầy đồ thị ϕ â Chỉ số nén đa biến trung bình.(1,34÷1,39) n 1 =1,34 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình.(1,23÷1.27) n 2 =1,23 Tỉ số giản nở sớm. ρ=1,00 1. VẼ ĐỒ THỊ 1.1.1 Xây dựng đường cong nén. Phương trình đường nén: p.V n 1 = cosnt => p c .V c n 1 = p nx .V nx n 1 Rút ra ta có: 1 . n nx c cnx V V pp         = , Đặt : c nx V V i = .Ta có: 1 1 . n cnx i pp = Trong đó: p nx và V nx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường nén. i là tỉ số nén tức thời. == 1 . n ac pp ε 0.088.10,4 1.34 =2,029(MN/m 2 ) 1.1.2. Xây dựng đường cong giãn nở. Phương trình đường giãn nở: p.V n2 = cosnt => p z .V c n2 = p gnx .V gnx n2 Rút ra ta có: 2 . n gnx z zgnx V V pp         = . Với : Cz VV = (vì và đặt : c gnx V V i = . Trang 3 Đồ án môn học:Kết Cấu Tính Toán ĐCĐT Ta có: 2 1 . n znx i pp = . Trong đó p gnx và V gnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường giãn nở. 1.1.3. Tính V a , V h , V c . V a = V c +V h ( ) ( ) ( ) 333 2 2 68,010.68,009,0. 4 098,0. . 4 . dmmS D V h ==== − ππ . ( ) 3 072,0 14,10 68,0 1 dm V V h C = − = − = ε . ( ) 3 748,0072,0.4,10. dmVVVV chCa ===+= ε . ( ) 3 072,0 dmVV cz == . Cho i tăng từ 1 đến ε ta lập được bảng xác định tọa độ các điểm trên đường nén và đường giãn nở. 1.1.4.Xác định đặc điểm của đồ thị công * Điểm r(V c ,P r ) V c -thể tích buồng cháy V c =0,072 [l] P r -áp suất khí sót, phụ thuộc vào tốc độ động cơ . chọn P r =0.110 [MN/m 2 ] vậy : r(0,72 ;0,110) • Điểm a(V a ;P a ) Với V a =ε.V c =10,4 0,072=0.748 [l]. P a = (0,8 - ,09) p r P a =0,088[MN/m 2 ] vậy điểm a(0,748 ;0,088). • Điểm b(V a ;P b ). với P b : áp suất cuối quá trình giãn nở. ]/[36,0 4,10 1,6 . 2 23,12 2 mMNPP n n zb === ε ρ . vậy điểm b(0,7488;0,36). Các điểm đặc biệt: Trang 4 Đồ án môn học:Kết Cấu Tính Toán ĐCĐT r(V c ; p r ) = (0,072 ; 0,110) ; a(V a ; p a ) = (0,748 ; 0,088) b(V a ; p b ) = (0,748 ; 0,36) ; c(V c ; p c ) = (0,072 ; 2,029) z(V c ; p z ) = (0,072 ; 6,1). 1.1.5. Vẽ đồ thị công. Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau: + Chọn tỉ lệ xích: ( ) mmmMN p ./0339,0 180 1,6 2 == µ . ( ) mmdm v /0036,0 20 072,0 3 == µ . + Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xi lanh,trục tung biểu diễn áp suất khí thể. + Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ. Nối các tọa độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và đường cong giãn nở. + Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song song với trục hoành đi qua hai điểm P a và P r . Ta có được đồ thị công lý thuyết. + Hiệu chỉnh đồ thị công: - Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị công. Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng cách từ V a đến V c . - Tỉ lệ xích đồ thị brick: ( ) mmm s s bd th s /479,0 20208 90 = − == µ . - Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng : OO’ .2 .R λ = . - Giá trị biểu diễn : OO’= 75,11 479,0.2 45.25.0 .2 . === s R µ λ (mm) - Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm: • Đánh lửa sớm (c’). • Mở sớm (b’) đóng muộn (r’’) xupap thải. • Mở sớm (r’) đóng muộn (d ) xupap hút. - Áp suất cực đại của chu trình thực tế thường nhỏ hơn áp suất cực đại trong tính toán : p z’ = 0,85.p z = 0,85.6,1 = 5,185 (MN/m 2 ) Trang 5 ỏn mụn hc:Kt Cu Tớnh Toỏn CT V ng ng ỏp p = 5,185 (MN/m 2 ). T th Brick xỏc nh gúc 15 0 giúng xung ct on ng ỏp ti z. - p sut cui quỏ trỡnh nộn thc t p c : p sut cui quỏ trỡnh nộn thc t thng ln hn ỏp sut cui quỏ trỡnh nộn lý thuyt do s ỏnh la sm. p c = p c + 3 1 .( p z -p c ) p c = 2,029 + 3 1 .( 5,185 2,029 ) = 3,081 (MN/m 2 ) Ni cỏc im c, c, z li thnh ng cong liờn tc v dớnh vo ng gión n. - p sut cui quỏ trỡnh gión n thc t p b : p sut cui quỏ trỡnh gión n thc t thng thp hn ỏp sut cui quỏ trỡnh gión n lý thuyt do m sm xupap thi. P b = p r + 2 1 .( p b - p r ) P b = 0,110 + 2 1 .( 0,36 - 0,110 ) = 0,235(MN/m 2 ). Ni cỏc im b, b v tip dớnh vi ng thi p rx . - Ni dim r vi r, r xỏc nh t th Brick bng cỏch giúng ng song song vi trc tung ct ng np p ax ti r. *) Sau khi hiu chnh ta ni cỏc im li thỡ c th cụng thc t. Bng s liu cỏc im trung gian i i*Vc mm i^n1 Pnx (MN/m^2) mm i^n2 Pgnx (MN/m^2) mm 1 0.072 20 1 2.029 59.8525 1 6.1 180 1.5 0.108 30 1.72172 1.17847 34.7632 1.64662 3.70457 109.279 2 0.144 40 2.53151 0.8015 23.643 2.34567 2.60054 76.712 2.5 0.18 50 3.41381 0.59435 17.5325 3.0865 1.97635 58.2994 3 0.216 60 4.35855 0.46552 13.7322 3.86242 1.57932 46.5877 3.5 0.252 70 5.3586 0.37864 11.1694 4.66878 1.30655 38.5413 4 0.288 80 6.40856 0.31661 9.33946 5.50217 1.10865 32.7037 4.5 0.324 90 7.50421 0.27038 7.97586 6.35992 0.95913 28.293 5 0.36 100 8.64211 0.23478 6.92568 7.23991 0.84255 24.854 5.5 0.396 110 9.81942 0.20663 6.09532 8.14041 0.74935 22.1047 6 0.432 120 11.0337 0.18389 5.4245 9.05995 0.67329 19.8611 6.5 0.468 130 12.283 0.16519 4.8728 9.99732 0.61016 17.9989 Trang 6 O - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm xi lanh vaỡ õổồỡng tỏm truỷc khuyớu. C - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm thanh truyóửn vaỡ õổồỡng tỏm chọỳt khuyớu. B' - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm xy lanh vaỡ õổồỡng tỏm chọỳt piston. A - Vở trờ chọỳt piston khi piston ồớ CT B - Vở trờ chọỳt piston khi piston ồớ CD R - Baùn kờnh quay cuớa truỷc khuyớu (m) l - Chióửu daỡi cuớa thanh truyóửn (m) S - Haỡnh trỗnh cuớa piston (m) x - ọỹ dởch chuyóứn cuớa piston tờnh tổỡ CT ổùng vồùi goùc quay truỷc khuyớu (m) - Goùc lừc cuớa thanh truyóửn ổùng vồùi goùc (õọỹ) ỏn mụn hc:Kt Cu Tớnh Toỏn CT 7 0.504 140 13.5654 0.14957 4.41216 10.9514 0.55701 16.4308 7.5 0.54 150 14.8793 0.13636 4.02254 11.9213 0.51169 15.094 8 0.576 160 16.2234 0.12507 3.68928 12.9063 0.47264 13.9421 8.5 0.612 170 17.5963 0.11531 3.40143 13.9055 0.43868 12.9403 9 0.648 180 18.997 0.10681 3.15063 14.9183 0.40889 12.0618 9.5 0.684 190 20.4244 0.09934 2.93044 15.9441 0.38259 11.2857 10 0.72 200 21.8776 0.09274 2.73579 16.9824 0.35919 10.5957 10.4 0.7488 208 23.0582 0.08799 2.59572 17.8218 0.34228 10.0967 Hỡnh 1.1- th cụng 1.2. ễNG HOC VA ễNG LC HOC CUA C CU TRUC KHUYU THANH TRUYấN . Trang 7 O - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm xi lanh vaỡ õổồỡng tỏm truỷc khuyớu. C - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm thanh truyóửn vaỡ õổồỡng tỏm chọỳt khuyớu. B' - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm xy lanh vaỡ õổồỡng tỏm chọỳt piston. A - Vở trờ chọỳt piston khi piston ồớ CT B - Vở trờ chọỳt piston khi piston ồớ CD R - Baùn kờnh quay cuớa truỷc khuyớu (m) l - Chióửu daỡi cuớa thanh truyóửn (m) S - Haỡnh trỗnh cuớa piston (m) x - ọỹ dởch chuyóứn cuớa piston tờnh tổỡ CT ổùng vồùi goùc quay truỷc khuyớu (m) - Goùc lừc cuớa thanh truyóửn ổùng vồùi goùc (õọỹ) ỏn mụn hc:Kt Cu Tớnh Toỏn CT ụng c ụt trong kiờu piston thng co võn tục ln ,nờn viờc nghiờn cu tinh toan ụng hoc va ụng lc hoc cua c cõu truc khuyu thanh truyờn (KTTT)la cõn thiờt ờ tim quy luõt võn ụng cua chung va ờ xac inh lc quan tinh tac dung lờn cac chi tiờt trong c cõu KTTT nhm muc ich tinh toan cõn bng ,tinh toan bờn cua cac chi tiờt va tinh toan hao mon ụng c Trong ụng c ụt trong kiờu piston c cõu KTTT co 2 loai loai giao tõm va loai lờch tõm . Ta xet trng hp c cõu KTTT giao tõm . 1.2.1 ụng hoc cua c cõu giao tõm : C cõu KTTT giao tõm la c cõu ma ng tõm xilanh trc giao vi ng tõm truc khuyu tai 1 iờm (hinh ve). Hỡnh 1.2 HV.S ụ c cõu KTTT giao tõm . 1.2.1.1 Xac inh ụ dich chuyờn (x) cua piston bng phng phap ụ thi Brick -Theo phng phap giai tich chuyờn dich x cua piston c tinh theo cụng thc : ( ) ( ) + 2cos1 4 cos1.Rx . -Cac bc tiờn hanh ve nh sau: Trang 8 R C l O CD CT A B B' S O - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm xi lanh vaỡ õổồỡng tỏm truỷc khuyớu. C - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm thanh truyóửn vaỡ õổồỡng tỏm chọỳt khuyớu. B' - Giao õióứm cuớa õổồỡng tỏm xy lanh vaỡ õổồỡng tỏm chọỳt piston. A - Vở trờ chọỳt piston khi piston ồớ CT B - Vở trờ chọỳt piston khi piston ồớ CD R - Baùn kờnh quay cuớa truỷc khuyớu (m) l - Chióửu daỡi cuớa thanh truyóửn (m) S - Haỡnh trỗnh cuớa piston (m) x - ọỹ dởch chuyóứn cuớa piston tờnh tổỡ CT ổùng vồùi goùc quay truỷc khuyớu (m) - Goùc lừc cuớa thanh truyóửn ổùng vồùi goùc (õọỹ) Đồ án môn học:Kết Cấu Tính Toán ĐCĐT + chọn tỷ lệ xích ( ) mmmm x /479,0 20208 90 = − = µ 2 = α µ (độ/mm) + Đồ thị Brick có nửa đường tròn tâm O bán kính R = S/2. Lấy bán kính R bằng ½ khoảng cách từ V a đến V c . + Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng OO’ ( ) mmmm SR ss /75,11 479,0.4 90.25,0 .4 . .2 . ==== µ λ µ λ . + Từ tâm O’ của đồ thị brick kẻ các tia ứng với 10 0 ; 20 0 …180 0 . Đồng thời đánh số thứ tự từ trái qua phải 0;1,2…18. + Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hoành biểu diễn khoảng dịch chuyển của piston. + Gióng các điểm ứng với 10 0 ; 20 0 …180 0 đã chia trên cung tròn đồ thị brick xuống cắt các đường kẻ từ điểm 10 0 ; 20 0 …180 0 tương ứng ở trục tung của đồ thị x=f(α) để xác định chuyển vị tương ứng. + Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston x = f(α). 1.2.1.2. Đồ thị biểu diễn tốc độ của piston v=f(α). * Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng của Nguyễn Đức Phú. + Xác định vận tốc của chốt khuỷu: ω = 30 .n π = 30 6060. π = 634,28 (rad/s) + Chọn tỷ lệ xích ωµµ . svt = =0,479.634,28=303,6 (m/s.mm) + Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R 1 phía dưới đồ thị x(α) với R 1 = 45.303,6=13671,9(mm/s). Giá trị biểu diễn: R 1 = )(03,45 6,303 9,13671 mm = + Vẽ đường tròn tâm O bán kính R 2 với: R 2 = R. vt µ λω .2 . = 45 X 6,3032 25,028,634 × × = 11,75(mm) + Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính 1 R thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2 …18. + Chia vòng tròn tâm O bán kính 2 R thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’; 1’; Trang 9 Đồ án môn học:Kết Cấu Tính Toán ĐCĐT 2’…18’ theo chiều ngược lại. + Từ các điểm 0;1;2…kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song với AB kẻ từ các điểm 0’;1’;2’…tương ứng tạo thành các giao điểm. Nối các giao điểm này lại ta có đường cong giới hạn vận tốc của piston. Khoảng cách từ đường cong này đến nửa đường tròn biểu diễn trị số tốc độ của piston ứng với các góc . *) Biểu diễn v = f(x) Để khảo sát mối quan hệ giữa hành trình piston và vận tốc của piston ta đặt chúng cùng chung hệ trục toạ độ. Trang 10 Hình 1.3 - Đồ thị vận tốc ( ) α fv = Hình 1.2 - Đồ thị chuyển vị V = f(x) X = f(α) α [độ] . giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế hệ thống nhiên liệu của động cơ theo các thông số kĩ thuật. Đây là một hệ thống không thể thiếu trong động cơ đốt trong. Nó dùng để cung cấp nhiên liệu tạo. …đồng thời là cơ sở thiết kế các hệ thống khác như hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn… Hình 5: Đồ thị T-N-Z = f(α) 1.2.2.4. Vẽ đồ thị ΣT = f(α). Trang 18 Đồ án môn học:Kết Cấu Tính Toán ĐCĐT Để. yêu cầu cấp thiết. Có như vậy ngành ôtô của ta mới phát triển được. Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý động cơ đốt trong, Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong)