ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Ôtô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại cá nhân cũng như vận chuyển hành khách , hàng hoá rất phổ biến .

NHẬN XÉT , ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Kết quả đánh giá :

GIÁO VIÊN BẢO VỆ : Kết quả đánh giá :

LỜI NÓI ĐẦU

Ôtô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại cá nhân cũng như vận chuyển hành khách , hàng hoá rất phổ biến Sự gia tăng nhanh chóng số lượng ôtô trong xã hội , đặc biệt là các loại ôtô đời mới đang kéo theo nhu cầu đào tạo rất lớn về nguồn nhân lực phục vụ trong ngành công nghiệp ôtô nhất là trong linh vực thiết kế

Sau khi học xong giáo trình ‘ động cơ đốt trong ’ chúng em được tổ bộ môn giao nhiệm vụ làm đồ án môn học Vì bước đầu làm quen với công việc tính toán , thiết

kế ôtô nên không tránh khỏi những bỡ ngỡ và vướng mắc.Nhưng với sự quan tâm , động viên , giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn , cùng giáo viên giảng dạy và các thầy giáo trong khoa nên chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đồ án trong thời gian được giao Qua đồ án này giúp sinh viên chúng em nắm được các lực tác dụng , công suất của động cơ và điều kiện đảm bảo bền của một

số nhóm chi tiết ôtô , máy kéo Vì thế nó rất thiết thực với sinh viên nghành công nghệ kỹ thuật ôtô

Tuy nhiên trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng rất nhiều không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy chúng em rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của các thầy , các bạn để em có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn và cũng qua đó rút ra được những kinh nghiệm quý giá cho bản thân nhằm phục vụ tốt cho quá trình học tập và công tác sau này

Em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1 Trình tự tính toán :

1.1.1 Số liệu ban đầu:

1- Kiểu động cơ: 3D6 Động cơ Diesel 1 hàng, không tăng áp, buồng cháy thống nhất

1.1.2 Các thông số cần chọn:

1 Áp suất môi trường: p k

Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ Với động cơ không tăng áp thì áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupáp nạp

Nhiệt độ môi trường được lựa chọn theo nhiệt độ bình quân của cả năm Với động cơ không tăng áp ta có nhiệt độ môi trưòng bằng nhiệt độ trước xupáp nạp nên:

Tk = T0 = 240C = (2970K)

3 Áp suất cuối quá trình nạp: p a

năng tốc đôn n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông…Vì vậy cần

Pa = (0,8 ÷ 0,9).pk, chọn pa = 0,09 (Mpa)

4 Áp suất khí thải: p r

có thể chon trong phạm vi:

thành khí hỗn hợp ở bên ngoài hay bên trong xilanh:

6 Nhiệt độ khí sót (khí thải): T r

7 Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt:λt

α 0,8 1,0 1,2 1,4

t

8 Hệ số quét buồng cháy λ 2 :

9 Hệ số nạp thêm λ 1 :

10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (ξz ):

của động cơ, thể hiện lượng nhiệt phát ra đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξb ):

=0,864

12 Hệ số hiệu đính đồ thị công ϕd :

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ so

γ r =

T

T T

1

2 1

09 , 0

107 , 0 1 1 , 1 02 , 1 5 , 14

1

09 , 0

107 , 0 850

38 297 1

5 , 1

2 Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a :

r

m m r

a r r t

pT T

T

γ

γ λ +  

+

1

.

1

3 , 353 0346

, 0 1

107 , 0 09 , 0 850 0346 , 0 1 , 1 38

1 5 , 1

= +

a k

k v

1 2

1

.

1

εη

8012 , 0 09

, 0 107 , 0 1 1 , 1 02 , 1 5 , 14 1 , 0 09 , 0 38 297

297 1 5 , 14

M1 =

Tk e e

v k p g

p

10

i n

p

V Nh

e e

.

.

Vh

π

17959 , 3 4

180 ) 150 (

14 ,

4 150 30

8012 , 0 1 , 0 10

432 3

(kmol/kg nhiên liệu)Đối với nhiên liệu của động cơ Điêzen ta có:

C=0.87; H=0,126 ;O=0,004Thay các giá trị vào ta có:

126 , 0 12

87 , 0 21 , 0

1

=0,4946 (kmol/kg nhiên liệu)

Đối với động cơ Điêzen cần phải xét đến hơi nhiên liệu ,vì vậy:

M M0

1

=

α

Thay các giá trị vào ta có: 1 , 9723

4946 , 0

9755 , 0

2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình cuả sản phẩm cháy:

+ +

36 , 187 86 , 427 ( 2

1 ) 9723 , 1

634 ,

+

Ta có: av"=20.69548; bv"/2=0.00261

3 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén tính theo công thức sau:

′

v

v r

v r

a mc mc

2 1

. = ′ + ′ +

″ +

19 +

=

av'=19.836; bv'/2=0.00211

4 Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 :

Chỉ số nén đa biến trung bình 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

( 1)

2

314 8 1

1 1

1 +

′ +

v

a n

ε

Chú ý: thông thường để xác định n1 ta phải chọn n1 trong khoảng 1,340 ÷

vế trái =0,3683 sai số =0,0005 <0,2%

5 Áp suất cuối quá trình nén p c :

εn

p

pc= a 1

4859 , 3 5

, 14 09 ,

0 1 , 3678 =

=

c

6 Nhiệt độ cuối quá trình nén T c :

Được xác định theo công thức:

, 14 3 ,

353 1 , 3678 1 =

c

Thay các giá trị vào ta có: Mc =0 , 9755 ( 1 + 0 , 0346 ) = 1 , 009(kmol/kgn.l)

1.2.3 Tính toán quá trình cháy:

M

M M

+ +

=

0

) 32 4

( 1

M

O H

α

4946 , 0 9723 , 1

32

004 , 0 4

126 , 0 1

β

2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: (Do khí sót)

Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác định theo công thức:

r

r

γ

γ β β +

0346 , 0 0324 , 1

= +

+

=

β

3 Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z (βz): (Do cháy chưa hết)

công thức:

1

+

− +

= χ z

1 0324 , 1

+

− +

728 , 0

=

4 Lượng sản vật cháy M 2 :

1 0 1

5 Nhiệt độ tại điểm z (T z ):

, 8 )

1 (

1

β λ

pz

mc Tỉ nhiệt mol đăng tích trung binh của sản vật cháy tại z:

mc pz, = 8 , 314 +mc vz,

được xác định theo công thức:

( ) ( z) v v z

r z

v z v

r z

mc mc

1

1

.

0 0







 +

+ +

=

″

χ β

γ χ β

χ β

γ χ β

v v

v v

c m c

m

) 8426 , 0 1 ( ) 0324 , 1

346 , 0 8426 , 0 ( 0324 , 1

).

8426 , 0 1 ( '' ).

0324 , 1

0346 , 0 8426 , 0 ( 0324

,

1

− + +

+ + +

=

6 Áp suất tại điểm Z( p z ):

9 , 1925 0264 ,

Chú ý: Hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông số chọn ,sau khi tính toán

trong khoảng 1,5÷2

1.2.4 Tính toán quá trình giản nở:

05 , 1 7 , 944 0 , 2

9 , 1925 0264 , 1

=

c

z z

T

T

λ

β ρ

2 Hệ số giản nở sau δ:

05 , 1

5 , 14

=

=

δ

3 Chỉ số giản nở đa biến trung bình n 2 :

cân bằng sau :

( )

) 10 (

2

1

.

314 , 8 1

1

* 2

b z

vz vz b z r

H z

T T M

−

=

−

βγ

ξξ

Trong đó:

3 , 1018 81

, 13

9 , 1925

1 2438 , 1 1

b

T T

, 1925 0313 , 1 0346 , 0 1 9755

,

0

42500 728 , 0 864 , 0

314 , 8 1

2

+ +

+

− +

−

=

−

n

Chú ý: Thông thường để xác định n 2 ta chọn n 2 trong khoảng

(1,150÷1,250), (sách nguyên lý ĐCĐT – Nguyễn Tất Tiến, trang 184) vì

vào 2 vế của phương trình trên ta có:

vế trái = 0,2438 sai số =0,0004<0,2%

vế phải = 0,2434 thỏa mãn điều kiện

4 Nhiệt độ cuối quá trình giản nở T b:

T b = 1

2 −

n z

T

δ (0K)

6516 , 13

9 , 1925

1 2438 ,

b

5 Áp suất cuối quá trình giản nở p b :

2

n

z b

p p

δ

5616 , 13

874 , 6 2438 ,

6 Tính nhiệt độ khí thải T rt :

Nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức:

m m

b

r b rt

p

p T T

, 0 107 , 0 3 ,

1 5 , 1

đầu không được vượt quá 15%, nghĩa là:

% 15

% 100 <

T

T T T

[ ].100% 13,12% 15%

45 , 751

850 45 ,

=

1.2.5 Tính toán các thông số chu kỳ công tác:

1 Áp suất chỉ thị trung bình p i′được xác định theo công thức:

,

1 2

1 1 1

1 1

1 1

1

c i

n n

p p

ε ρ

ρ λ ρ

1 1

1 3678 , 1

1 0621

, 1

1 1

1 2438 , 1

0621 , 1 0 , 2 1 0621 , 1 0 , 2 1

2438 , 1 ,

Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đo ta có áp suất chỉ thị trung bình

thực tế được xác định theo công thức:

d i

i p

p = ′ ϕ =0,6372.0,97=0,1680 (MPa)

động cơ

3 Suất tiêu hao nhiên liệu g i :

k i

k v i

T p M

p g

.

10 432

1

3 η

30 , 193 297 1680 , 0 9755 , 0

1 , 0 8012 , 0 10

Q

g

10 6 ,

3 3

=

η 1000 0 , 4382 (%)

42500 30 , 193

10 6 ,

=

=

5 Áp suất tổn thất cơ giới p m :

Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và được biểu diễn bằng nhiều quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ Ta

có tốc độ trung bình của động cơ là :

p = − = 0 , 6180 − 0 , 1554 = 0 , 46264 (MPa)

nạp đã thỏa mản

7. Hiệu suất cơ giới ηm:

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới :

6180 , 0

46264 , 0

p

p

η

8 Suất tiêu hao nhiên liệu g e :

Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là :

7468 , 0

30 ,

g g

9. Hiệu suất có ích ηe:

Công suất có ích được xác định theo công thức sau:

3280 , 0 4382 , 0 7468 , 0

π

Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức :

3 , 4 1500 6 46264 , 0

4 30 150

30

=

=

=

n i p

N V

e

e h

τ

( lit )

180 14 , 3

3 , 4

=

kn

Sai số đường kính không đươc vượt quá 0,1 mm nên thoả mãn điều kiện

1.3 Vẽ và hiệu đính đồ thị công:

Căn cứ vào các số liệu đã tính pa , pc , pz , pb , n1 , n2 , ε ta lập bảng tính đường

tích buồng cháy)

1 5 , 14

18068 , 3 1

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

c c

n x

220

23562 0 23562 , 0 5 , 14

= Vc Vc

V

ε µ

02750 , 0 250

874 , 6

Từ tỷ lệ xích trên ta tính được các giá trị biểu diễn (gtbd) của quá trình nén và

quá trình giản nở sau:

phải đặt trên đường đậm của tung độ.

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

Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị Các bước hiệu đính như sau:

* Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công:

Ta chọn tỷ lệ xích của hành trình piston S là:

81843 , 0 220

Thông số kết cấu của động cơ là:

28125 , 0 320 2

180

O O

S

gtt gtbd

µ

Ta có nửa hành trình của pistông là:

90 2

gtt gtbd

* Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:

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

2

thải sang quá trình nạp (mm)

1.3.2 Hiệu 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

c

Đối với động cơ Điezen: p c = p c + (p z −p c)

3

1

(6 , 874 3 , 4895) 4 , 6177 3

1 4895 , 3

6177 , 4 '

p

c c

p y

1.3.3 Hiệu đính điểm phun sớm: (điểm c ’’ )

Do có hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khởi đường nén lý

1.3.4.Hiệu đính điểm đạt p zmax thực tế:

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

là điểm thuộc miền 3720 ÷ 3750 (tức là 120÷150 sau điểm chết trên của quá trình cháy và giản nở)

* Hiệu đính điểm z của động cơ Diezel:

- Xác định điểm Z từ góc 150 Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng với 3750 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

1.3.5 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

tròn Brick tại một điểm Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt

1.3.6 Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giản nở: (điểm b ’’ )

trình giản nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm Theo công thức kinh nghiệm ta

18662 , 0 ''

p

b b

p y

thải ra

M 0

2.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học:

Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một đường hoành độ thống nhất ứng

với hành trình của pittông S = 2R Vì vậy đồ thị đều ứng với hoành độ tương ứng với vh của đồ thị công (từ điểm 1 vc đến ε vc).

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

Ta tiến hành vẽ đường hành trình của piston theo trình tự sau:

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

2 Chọn gốc tọa độ cách gốc đồ thị công khoảng 15 ÷ 18 (cm)

c b

6'

4

1'

0' 7'

3'

5' 2'

7 g

5

6

e 4'

R2

V=f( α)

h

B 8

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

dưới của bản vẽ

thành 18 phần theo chiều ngược nhau

song với tung độ, các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuất

điểm a, b, c,……

piston thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng

Đường biểu diễn vận tốc của piston V=f(α)

2.1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f x( ):

Ta tiến hành vẽ đường biểu gia tốc của pistong theo phương pháp Toolê

Ta vẽ theo các bước sau:

1. Chọn tỉ lệ xích µj= 47 (m/s2.mm)

2 Ta tính được các giá trị:

- Tốc độ góc:

30

Chú thích: λ thông số kết cấu động cơ

max max

j j

j

gtt gtbd

µ

45

33781 ,

j j

j

gtt gtbd

µ

45

48 ,

j

gtt gtbd

µ

45

78344 , 1871

−

=

2

3

nối 11, 22, 33…Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33….Ta được các

2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:

bài (kg)

- Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m1:

Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m1 có thể tra trong các

sổ tay, có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệu hoặc có thể tính gần đúng theo bản vẽ

Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau:

+ Thanh truyền của động cơ ô tô :

m1 = (0.28 ÷ 0.29)mtt =0,29.5,26=1,5254(kg) trong đó mtt = 5,26 (kg) là khối lượng thanh truyền đề bài đã cho.

Vậy ta xác định được khối lượng tịnh tiến: m

2.2.2 Các khối lượng chuyển động quay:

Khối lượng chuyển động quay của một khuỷu bao gồm:

- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt: m 2

Thay số vào ta có:

) ( 72 , 0 10 8 , 7 4

70 ).

44 85 ( 14 ,

- Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt: m 0m

Khối lượng này tính gần đúng theo phương trình quy dẫn:

0

.

m mk m

m r m

Với thông số kết cấu λ ta có bảng tính p j:

2.2.4 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính −p j = f (x).

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo phương pháp Tôlê nhưng

cùng chiều với f=(x)) Tiến hành theo các bước sau :

1 Chọn tỉ lệ xích để của p j và µp (cùng tỉ lệ xích với áp suất p kt ) (MPa/mm),

tỉ lệ xích µx cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = (x).

= − ω 2 α + λ α

−

= m j m R

A C

F

R m

) ( 62686725 ,

0 10

0176625 ,

0

) 28125 , 0 1 (

157 10 90 8954 , 3

6

2 3

MPa

= +

23 02750

, 0

62686725 ,

j j

gtt gtbd

+ Giá trị cực tiểu:

) ( 35165724 ,

0 10

0176625 ,

0

) 28125 , 0 1 (

157 10 90 8954 , 3 ) 1 (

.

6

2 3 2

F

R m p

pt

13 02750 , 0

35165724 ,

0 min

p p

1 10

0176625 ,

0

157 28125 , 0 10 90 8954 , 3 3 3.m.R.

2 3

2

MPa F

46778672 ,

1 gtt

phía B’D’ Nối C’F’ và F’D’, chia các đoạn này ra làm n phần nối 11, 22, 33…

Vẽ đương bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33… ta được đường cong biểu diễn quan hệ −p j = f (x)

GVHD: PHẠM HỮU TRUYỀN 27 SVTH: TRƯƠNG XUÂN HẢI

2.2.5 Đường biểu diễn v= f (x)

trình tự sau:

song song với trục tung tương ứng với các góc quay

0 0

0

0 , 20 , 30 , 180 10

=

α

kính R trên đồ thị) trên các tia song song với trục tung nhưng xuất phát từ các góc tương ứng trên đồ thị Brich gióng xuống hệ trục toạ độ của đồ thị

) (α

f

Chú ý : Nếu vẽ đúng, điểm vmaxsẽ ứng với điểm j = 0.

2.2.6 Khai triển đồ thị công P-V thành p kt = f(α ):

Để thuận tiện cho việc tính toán sau này ta tiến hành khai triển đồ thị công P

1 Chọn tỉ lệ xích µ α = 2 0 /mm Như vậy toàn bộ chu trình 720 0sẽ ứng với

ĐCT của đồ thị công khoảng 4 ÷ 5 cm

(MN/mm)

+ Cần xác định điểm pmax Theo kinh nghiệm, điểm này thường xuất hiện 372 0 − 375 0.

+ Khi khai triển cần cẩn thạn ở đoạn có độ dốc tăng trưởng và đột biến lớn của

p từ 330 0 − 400 0, nên lấy thêm điểm ở đoạn này vẽ được chính xác.

4 Nối các điểm xác định được theo một đường cong trơn ta thu được đồ thị biểu diễn quan hệ p kt = f(α )

2.2.7 Khai triển đồ thị p j = f (x)thành p j = f( α ).

của động cơ

nén ,cháy, giãn nở và thải của động cơ

công (thông qua vòng tròn Brich) chỉ có điều cần chú ý là ở đồ thị trước là ta biểu diễn đồ thị −p j = f (x) nên cần phải lấy giá trị