Tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong

1- Kiểu động cơ: 3D6. Động cơ Diesel 1 hàng, không tăng áp, buồng cháy thống nhất. 2- Số kỳ: τ = 4 (kỳ) 3- Số xilanh i = 6 4- Thứ tự làm việc cuả xilanh 1- 5 -3-6-2-4 5- Hành trình piston: S = 180 (mm) 6- Đường kính xilanh: D = 150 (mm) 7- Góc mở sớm xupáp nạp: 1 = 200

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 giaonhiệm vụ làm đồ án môn học Vì bước đầu làm quen với công việc tính toán , thiết kếôtô nên không tránh khỏi những bỡ ngỡ và vướng mắc.Nhưng với sự quan tâm , độngviên , giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn , cùng giáo viên giảng dạy vàcác thầy giáo trong khoa nên chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đồ án trongthời gian được giao Qua đồ án này giúp sinh viên chúng em nắm được các lực tácdụng , 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 nhữngthiếu sót Vì vậy chúng em rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của cácthầy , các bạn để em có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn và cũng qua đó rút rađược 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 !

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

2- Số kỳ: τ = 4 (kỳ)kỳ)

17- Khối lượng thanh truyền: mtt = 5,62 (kỳ)kg)

1.1.2 Các thông số cần chọn:

1 Áp suất môi trường: p k

động cơ không tăng áp thì áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupáp nạp nên ta chọn pk = p0 Ở nước ta có thể chọn pk = p0 = 0,1 (kỳ)MPa)

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 = (kỳ)2970K)

3 Áp suất cuối quá trình nạp: p a

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

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

4 Áp suất khí thải: p r

thể chon trong phạm vi:

Pr =(kỳ)1,05 ÷ 1,15).pk, chọn pr = 0,107 (kỳ) Mpa)

hỗn hợp ở bên ngoài hay bên trong xilanh:

6 Nhiệt độ khí sót (khí thải): T r

Tr =700 ÷ 1000 0K, chọn Tr = 8500K

7 Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt:t

t

Động cơ Điêzen có  >1 nên chọn t  1,10

8 Hệ số quét buồng cháy λ 2 :

9 Hệ số nạp thêm λ 1 :

thể chon: λ1 =1,02 ÷ 1,07, chọn λ1 =1,02

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

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 ( b ):

12 Hệ số hiệu đính đồ thị công d :

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

1

2 1

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

p

T T

1

3 , 353 0346

, 0 1

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

1 5 , 1

p

p

p T

a k

k v

1 2

1

.

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

297

1 5 , 14

v k

p g

p

10

432 3



i n

p

V Nh

e e

.

.

Vh



17959 , 3 4

180 ) 150 (kỳ) 14 ,

4 150 30

8012 , 0 1 , 0 10

(kỳ)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 (kỳ)kmol/kg nhiên liệu)

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

9755 , 0

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

36 , 187 86 , 427 (kỳ) 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

2

00211 , 0 836 ,

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 thái

 1

2

314 8 1

1 1

5 Áp suất cuối quá trình nén p c :

p

4859 , 3 5

, 14 09 ,

6 Nhiệt độ cuối quá trình nén T c :

Được xác định theo công thức:

, 14 3 ,

thức: Mc=M1+Mr=M1.(kỳ)1+r)

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

1.2.3 Tính toán quá trình cháy:

Ta có hệ số thay đổi phân tử lý thuyết  0 được xác định theo công thức:

M

M M

.

) 32 4

(kỳ) 1

M

O H



4946 , 0 9723 , 1

32

004 , 0 4

126 , 0 1

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:

0

0346 , 0 1

0346 , 0 0324 , 1

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

thức:

1

1

r z

728 , 0



1 0 1

Đối với động Điêzen, nhiệt độ tại điểm z (kỳ)Tz ) bằng cách giải phương trình cháy sau:

, 8 )

1 (kỳ)

r z

v z v

r z

mc mc

1

1

.

0 0

0 0

v v

c m c

m

) 8426 , 0 1 (kỳ) ) 0324 , 1

346 , 0 8426 , 0 (kỳ) 0324 , 1

).

8426 , 0 1 (kỳ) '' ).

0324 , 1

0346 , 0 8426 , 0 (kỳ) 0324

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 hệ số

khoảng 1,5÷2

1.2.4 Tính toán quá trình giản nở:

05 , 1 7 , 944 0 , 2

9 , 1925 0264 , 1

5 , 14







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

bằng sau :

) 10 (kỳ)

2

1

.

314 , 8 1

1

* 2

b z

vz vz b z r

H z

T T M

, 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

Chú ý: Thông thường để xác định n 2 ta chọn n 2 trong khoảng (kỳ)1,150÷1,250),

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

 (kỳ)0K)

6516 , 13

9 , 1925

1 2438 ,

b

5 Áp suất cuối quá trình giản nở p b :

2

n

z b

p p

b

r b rt

p

p T T

, 0 107 , 0 3 ,

1 5 , 1

không được vượt quá 15%, nghĩa là:

% 15

% 100

T

T T T

 .100% 13,12% 15%

45 , 751

850 45 , 751









1.2.5 Tính toán các thông số chu kỳ công tác:

i

,

1 2

1 1 1

1 1

1 1

1

c i

n n

p p

1 1

1 3678 , 1

1 0621

, 1

1 1

1 2438 , 1

0621 , 1 0 , 2 1 0621 , 1 0 , 2 1 5

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     0 , 6372 0 , 97  0 , 1680 (kỳ)MPa)

3 Suất tiêu hao nhiên liệu g i :

k i

k v i

T p M

p g

.

10 432

1 , 0 8012 , 0 10

Q

g

10 6 ,

3 3



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 :



Đối với động Điênzen cao tốc(kỳ)vtb > 7 nên :

e p p

p    0 , 6180  0 , 1554  0 , 46264 (kỳ)MPa)

đã thỏa mản

7 Hiệu suất cơ giới m:

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới :

0 , 7468 (kỳ) )

6180 , 0

46264 , 0

p

p



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 , 193

g g

9 Hiệu suất có ích e:

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

3280 , 0 4382 , 0 7468 , 0



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



(kỳ) lit )

180 14 , 3

3 , 4 4





kn

Sai số đường kính là: ∆D=D kn 100  D chotruoc  150 , 00394  150  0 , 00394 (kỳ)mm)

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 nén và

cháy)

1 5 , 14

18068 , 3 1

n x

x V p V

220

23562 0 23562 , 0 5 , 14

02750 , 0 250

874 , 6

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

Vì gtbd Vmax – gtbd Vmin = 236-16=220(kỳ)mm)

Thông số kết cấu của động cơ là:

28125 , 0 320 2

180

OO ,  R  

(kỳ)mm)Giá trị biểu diễn OO’ trên đồ thị:

O O

S

gtt gtbd



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)

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

(kỳ)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 hơn áp

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

hợp nối điểm c ’’ với điểm c ’

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 (kỳ)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 diễn ra

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

giản nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xácđịnh được:

18662 , 0 ''

p

b b

p y

ra

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

của đồ thị công (kỳ)từ điểm 1 vc đến vc)

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

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

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

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

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

2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f (kỳ) ):

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

ĐCT

ĐCD

c b

6'

4

1'

0' 7'

3'

5' 2'

7 g

5

6

e 4'

R2

V=f( 

h

B 8

của bản vẽ

18 phần theo chiều ngược nhau

4 Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn tâm O bán kính R kẻ các đường song songvới tung độ, các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuất phát từ các

5 Nối các điểm a, b, c,….tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ piston thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng tròn bán

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

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

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

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 j= 47 (kỳ)m/s2.mm)

2 Ta tính được các giá trị:

- Tốc độ góc:

30

Chú thích: λ thông số kết cấu động cơ

Vậy ta được giá trị biểu diễn jmax là:

max max

j j

j

gtt gtbd



45

33781 , 2842

- Gia tốc cực tiểu: Pj

2 min .(kỳ)1 )

Vậy ta được giá trị biểu diễn jmin là :

min min

j j

j

gtt gtbd



45

48 , 1594

j

gtt gtbd



45

78344 , 1871





phía BD Nối CF và FD, chia các đoạn ra thành n phần, nối 11, 22, 33…Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33….Ta được các đường cong biểu diễn quan hệ j =

(kỳ) )

f x

2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:

(kỳ)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 bảnvẽ

Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau:

+ Thanh truyền của động cơ ô tô :

m1 = (kỳ)0.28 ÷ 0.29)mtt =0,29.5,26=1,5254(kỳ)kg) trong đó mtt = 5,26 (kỳ)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

lch: Là chiều dài của chốt khuỷu = 70 (kỳ)mm)

Thay số vào ta có:

) (kỳ) 72 , 0 10 8 , 7 4

70 ).

44 85 (kỳ) 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

) 2 cos (kỳ)cos

2.2.4 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính  p j f (kỳ)x).

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

độ đặt trùng với đường p0ở đồ thị công và vẽ đường  p j f (kỳ)x)(kỳ)tức cùng chiều với f=(kỳ)x)) Tiến hành theo các bước sau :

1 Chọn tỉ lệ xích để của p j và p (cùng tỉ lệ xích với áp suất p kt ) (MPa/mm), tỉ lệ xích x cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = (x).

A C

F

R m

p max  . .2.(kỳ)1) 0 , 62686725 (kỳ) )

10 0176625 ,

0

) 28125 , 0 1 (kỳ) 157 10 90 8954 , 3

6

2 3

, 0

62686725 ,

j j

gtt gtbd

+ Giá trị cực tiểu:

) (kỳ) 35165724 ,

0 10

0176625 ,

0

) 28125 , 0 1 (kỳ) 157 10 90 8954 , 3 ) 1 (kỳ)

6

2 3 2

F

R m p

35165724 ,

0 min

p p

gtt gtbd

- Ta xác định giá trị E’F’:

) (kỳ) 46778672 ,

1 10

0176625 ,

0

157 28125 ,

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

2 3

2

MPa F

46778672 ,

1 gtt

B’D’ Nối C’F’ và F’D’, chia các đoạn này ra làm n phần nối 11, 22, 33… Vẽ đươngbao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33… ta được đường cong biểu diễn quan hệ

2.2.5 Đường biểu diễn v  f (kỳ)x)

1 Từ tâm các điểm đã chia độ trên cung của đồ thị Brich ta gióng các đường song

song với trục tung tương ứng với các góc quay   10 0 , 20 0 , 30 0 , 180 0

2 Đặt các giá trị của vận tốc v này (kỳ)đoạn thẳng biểu diễn giá trị của v có một đầu

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 x  f(kỳ) )

3 Nối các điểm nằm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ x  f(kỳ) )

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(kỳ) ):

Để thuận tiện cho việc tính toán sau này ta tiến hành khai triển đồ thị công P – V thành đồ thị p kt f(kỳ) ) Khai triển đồ thị công theo trình tự sau :

thị công khoảng 4 ÷ 5 cm

3 Từ các điểm chia trên đồ thị Brich ta xác định trị số của p kttương ứng với các góc  rồi đặt các giá trị này trên toạ độ p .

+ 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

0

0 400

330  , 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 diễnquan hệ p kt f(kỳ) )

2.2.7 Khai triển đồ thị p j f (kỳ)x)thành p j f(kỳ) ).

Đồ thị p j f (kỳ)x)biểu diễn trên đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của động cơ

của động cơ

Khai triển đồ thị p j f (kỳ)x) thành đồ thị tương tự như cách ta khai triển đồ thị công

(kỳ)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 (kỳ)x) nên cần phải lấy giá trị