Tính toán chu trình công tác trong động cơ đốt trong

- Kiểu dộng cơ : Động cơ xăng, một hang xilanh, không tăng áp(kí hiệu: YAZ -1)

…    … NHẬN XÉT , ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : Kết quả đánh giá : GIÁO VIÊN BẢO VỆ : Kết quả đánh giá : 1 …    … Thứ tự Mục lục trang Phần I -Tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong. 03 -Tình tự tính toán. 03 + số liệu ban đầu của phần tính nhiệt. 03 + các thông số cần chọn. 03 -Tính toán các quá trình công tác. 06 + tính toán quá trình nạp. 06 + tính toán quá trình nén. 08 + tính toán quá trình giản nở. 12 + tính toán quá trình công tác. 14 -Vẽ và hiệu đính đồ thị công 18 Phần II -Tính toán động học, động lực học 21 -Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học. 21 + đường biểu diển hành trình của Piston x= ( ) f α 21 + đường biểu diển tốc độ của Piston v= ( ) f α 21 + đường biểu diễn gia tốc của Piston j= ( ) f x 22 -Tính toán động lực học. 23 + các khối lượng chuyển động tịnh tiến. 23 + các khối lượng chuyển động qoay. 24 + lực quán tính. 25 + vẽ đường biểu diễn lực quán tính –p j = ( ) f x . 25 + đường biểu diễn v= ( ) f x . 27 + khai triển đồ thị công P-V thành P kt = ( ) f α . 28 + khai triển đồ thị P j = ( ) f x thành P j = ( ) f α . 29 + vẽ đồ thị P ∑ = ( ) f α . 29 + vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T= ( ) f α và Z = ( ) f α . 31 + vẽ đường biểu diễn T ∑ = ( ) f α của động cơ nhiều xilanh. 34 + đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. 37 + đồ thị biểu diễn Q= ( ) f α . 38 PhầnIII -Tính kiểm nghiệm bền chi tiết chính 41 -Tính kiểm nghiệm bền đỉnh Piston 42 -Tính kiểm nghiệm bền đầu Piston 44 -Tính kiểm nghiệm bền thân Piston 46 - Tài liệu tham khảo 38 2 …    … PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG I) Trình tự tính toán: 1.1 /Số liệu ban đầu của phần tính toán nhiệt: 1- Kiểu dộng cơ : Động cơ xăng, một hang xilanh, không tăng áp(kí hiệu: YAZ -1) 2- Số kỳ τ : τ = 4 3- Số xilanh i: i= 4 4- Thứ tự nổ: 1-3-4-2 5- Hành trình của Piston S: S =92 (mm) 6- Đường kính xi lanh D: D =92( mm) 7- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1 ; α2 : α1 =10 0 α2 =40 0 8- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải 1 β ; 2 β : 1 β =40 0 2 β =10 0 9- Góc đánh lửa sớm i ϕ : i ϕ = 12 0 10- Chiều dài thanh truyền ltt : ltt =172,35 (mm) 11- Công suất của động cơ Ne: Ne = 75 ( m.l) 12- Số vòng quay của trục khuỷu n: n =4000 (vg/ph) 13- Suất tiêu hao nhiên liệu ge : e g =280 (g/ml.h) . 14- Tỷ số nén ε: ε =6,7 15- Khối lượng nhóm thanh truyền m tt : mtt = 1 (kg) 16- Khối lượng nhóm pitton mpt: mpt =0,75 (kg). 17- Dung tích công tác Vh : Vh = = 2 .0,92 .0.92 4 π = 0,61158 (lít) 1.2 /Các thông số cần chọn : 1 /Áp suất môi trường :pk Áp suất môi trường p k là áp suất khí quyển trước khi nạp vào đông cơ (với đông cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên ta chọn p k =p 0 Ở nước ta nên chọn p k =p 0 = 0,1 (MPa) 2 /Nhiệt độ môi trường :Tk 3 …    … Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm ở nước ta Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupáp nạp nên : Tk =T 0 =24ºC =297ºK 3 /Áp suất cuối quá trình nạp :p a Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ ,tính năng tốc độ n ,hệ số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét đông cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa. Thông thường chọn áp suất cuối quá trình nạp trọng phạm vi : p a = (0.8 ÷ 0,9).p k (MPa). Áp suất cuối quá trình nạp ta lấy p a =0,838.p k =0,838.0,1 = 0,0838 (MPa) 4 /Áp suất khí thải P : Áp suất khí thải cũng phụ thuộc vào các thông số như pvà có thể chọn trong phạm vi: pr =(1,05 ÷ 1,15).p k (MPa) Và ta chọn: p= 1,132.0,1 =0,1132 (MPa) 5/Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành hổn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xy lanh. Đối với động cơ xăng ta đang xét ∆T trong khoảng ∆T = 0 0 (0 20 )C C÷ Và ta chọn: ∆T = 2 0 C 6/Nhiệt độ khí sót (khí thải) T Nhiệt độ khí sót T phụ thuộc vào chủng loại đông cơ.Nếu quá trình giản nở càng triệt để ,Nhiệt độ T càng thấp, thông thường chọn Tr =700 ÷ 1000 0 K . Và ta chọn : T =950 ºK 7 /Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ : Hệ số hiệu định tỉ nhiệt λ được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiệu định .Thông thường có thể chọn λ theo bảng sau : 4 …    … α 0,8 1,0 1,2 1,4 λ 1,13 1,17 1,14 1,11 Ở đây ta chọn λ =1,11 8 /Hệ số quét buồng cháy λ : Vì ta đang tính toán với động cơ không tăng áp nên ta chọn λ =1 9 /Hệ số nạp thêm λ Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí .Thông thường ta có thể chọn λ =1,02÷1,07 . Và ta chọn : λ =1,023 10 /Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ : Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ, thể hiện lượng nhiệt phát ra đả cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát ra khi đốt hoàn toàn 1kg nhiên liệu. Đối với động cơ xăng ta đang xét thông thường chọn trong khoảng Kinh nghiệm sau đây : ξ =0,85 ÷ 0,92 Và ta chọn ξ=0,85 11/Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ : Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động cơ điezel,ξ bao giờ cũng lớn hơn ξ . Thông thường chọn trong khoảng : ξ=0,85 ÷ 0,95 Do đây là động cơ xăng nên ta chọn : ξ=0,892 12 /Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ : Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu trình công tác thực tế .Sự sai lệch giửa chu trình thực tế với chu trình tính toán của động cơ xăng ít hơn của động cơ vì vậy hệ số φ của động cơ xăng thường chọn hệ số lớn. Nói chung có thể chọn trong phạm vi: φ =0,92 ÷ 0,97 Và ta chọn: φ =0,93 II )Tính toán các quá trình công tác : 5 …    … 2.1 .Tính toán quá trình nạp : 1 /Hệ số khí sót γ : Hệ số khí sót γ được tính theo công thức : γ = . . Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5 Chọn m =1,45 γ r = 1 1,45 1.(297 2) 0,1132 1 . . 950 0,0838 0,1132 6,7.1,023 1,11. 0,0838 +   −  ÷   = 0,0775 2 /Nhiệt độ cuối quá trình nạp T Nhiệt độ cuối quá trình nạp T đươc tính theo công thức: T = ( ºK ) T = ( ) 1,45 1 1,45 0.0838 297 2 1,11.0,0775.950. 0,1132 1 0.0775 −    ÷        ÷ + +  ÷  ÷    ÷ +  ÷  ÷  ÷   = 346,6 ( ºK ) 3/)Hệ số nạp η : η = . . . η = 1 1,45 1 297 0,0838 0,1132 . . . 6,7.1,023 1,11.1. 6,7 1 297 2 0,1 0,0838       −  ÷   − +     = 0,8015 6 …    … 4/)Lượng khí nạp mới M : Lượng khí nạp mới M được xác định theo công thức sau : M = (kmol/kg nhiên liệu) Trong đó : p – Áp suất có ích trung bình được xách định theo công thức sau: p = = 30.75.4 0,61158.4000.4 = 0,6765 (MPa) Vậy : M = 3 432.10 .0,1.0,8015 280.0,6765.297 = 0,4527 (kmol/kg nhiên liệu) 5/Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M : Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M được tính theo công thức : M = . 12 4 32 C H O   + −  ÷   (kmol/kg nhiên liệu) Vì đây là động cơ xăng nên ta chọn C = 0,855 ; H = 0,145 ; O = 0. M = . 0,855 0,145 0 12 4 32   + +  ÷   = 0,5120 (kmol/kg nhiên liệu) 6/Hệ số dư lượng không khí α Vì đây là động cơ xăng nên ta có công thức tính α : α = 1 1 nl o M M µ − Trong đó : nl µ - trọng lượng phân tư của xăng, thông thường nl µ =114 7 …    … Vậy : α = 1 0,4527 114 0,5120 − = 0,8670 2.2 )Tính toán quá trình nén : 1 /Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí : = 19,806+0,00209.T = 2 v b a T+ (kJ/kmol.K) Trong đó: T - Tỷ nhiệt trung bình tuyệt đối T= ( t+273 o )K. Thông thường người ta thường sử dụng giá trị tỷ nhiệt trung bình trong khoảng từ 0 0 đến T 0 K đang khảo sát. 2 /Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy : Khi hệ số lưu lượng không khí α <1 tính theo công thức sau : = (17,997 + 3,504 α ) + 1 2 .(360,34 + 252,4 α ). 5 10 T − (kJ/kmol.K) 3/Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp : Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hh trong quá trình nén tính theo công thức sau : = = ' ' 2 v v b a T+ = + T Trong đó : a' = b' = Thay số vào ta có : a' = 19,894 ; b' = 0,0043 4/ Chỉ số nén đa biến trung bình n: 8 …    … Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào vào rầt nhiều thông số kết cấu và thông số vận hành như kích thước xy lanh ,loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải,trạng thái nhiệt độ của động cơ…Tuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau : Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng. Chỉ số nén đa biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau : n-1 = Chú ý :thông thường để xác định được n ta chọn n trong khoảng 1,340÷1,390 Rất hiếm trường hợp đạt n trong khoảng 1,400 ÷ 1,410→ (theo sách Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong - trang 128 ) Vì vậy ta chọn n theo điều kiện bài toán cho đến khi nao thõa mãn điều kiện bài toán :thay n vào VT và VP của phương trình trên và so sánh,nếu sai số giữa 2 vế của phương trình thõa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu. n-1 = ( ) 1,375 1 8,314 0,0043 19,894 346,6 6,7 1 2 − + + = 1 8,314 19,894 0,7452.( 1) n ε − + + Sau khi thay các giá trị của n trong khoảng kinh nghiệm đả có vào công thức trên ta thấy n =1,3750 thõa mãn điều kiện bài toán. 5 /Áp suất cuối quá trình nén P : Áp suất cuối quá trình nén P được xác định theo công thức : P = P. ε n1 = 0,0838. 6,7 1,375 = 1,1458 (MPa) 6 /Nhiệt độ cuối quá trình nén T Nhiệt độ cuối quá trình nén T được xác định theo công thức T = T. 1 1n ε − = 346,6 . 6,7 1,375 -1 = 707,2 ( ºK ) 7 /Lượng môi chất công tác của quá trình nén M : Lượng môi chất công tác của quá trình nén M được xác định theo công thức : M = M+ M = M. (1 ) r γ + = 0,4527. (1 0,0775)+ = 0,488 2.3 )Tính toán quá trình cháy : 1 /Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β : 9 …    … Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β được xác định theo công thức : β = = = 1+ Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau: ΔM = 0,21.(1-α)M + ( + − ) Đối với động cơ xăng ta có: ΔM = 0,21(1 - α ) + ( + - 1 nl µ ) Do đó : β = 1 + 0 1 0,21(1 ) 4 32 1 nl o nl H O M M α η α µ   − + + −  ÷   + = 1+ 0,145 0 1 0,21(1 0,867)0,512 4 32 114 1 0,867.0,512 114   − + + −  ÷   + = 1,0923 2 /Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót ) Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác đinh theo công thức : β = = 1,0923 0,0775 1 0,0775 + + = 1,0857 3 /Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β : (Do cháy chưa hết ) Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế tại điểm z β được xác định theo công thức : β = 1 + . χ Trong đó: χ = = 0,85 0,892 = 0,9529 Vây : β z =1+ 1,0923 1 .0,9529 1 0,0775 − + = 1,0816 10 [...]... của động cơ nhiều xy lanh Động cơ nhiều xy lanh có nhiều momen tích lũy vì vậy phải xác định momen này.Ta xác định chu kỳ của momen tổng phụ thuộc vào số xy lanh và số kỳ ,chu kỳ này bằng đúng góc công tác của các khuỷu : δ = =180o Trong đó : τ :Là số kỳ của động cơ : 4 kỳ i : Số xy lanh của động cơ : 4 xy lanh Nếu trục khuỷu không phân bố các khuỷu theo đúng góc canh tác (điều kiện đồng đều chu trình. .. % 2.5 )Tính toán các thông số chu trình công tác: 1 /Áp suất chỉ thị trung bình p' : Đây là đông cơ Xăng áp suất chỉ thị trung bình p' được xác định theo công thức:  λ  1  1  1   1 − n −1 ÷−  1 − n −1 ÷ p' i =   n1 − 1  ε   n2 − 1  ε 2 1 Qua tính toán thực nghiệm ta tính được: P' = 0,9287 (MPa) (MPa) 2 /Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p : Do có sự sai khác giữa tính toán và thực... 0222 = 0,6217 (MPa) 360 Trong đó µT = µ P là tỷ lệ xích của lực tiếp tuyến Tiếp đến ta tính ∑T tbt theo công suất động cơ : ∑ Ttbt = 30.N e 10−3 π Fpt R.n.ηm Trong đó : N e : Công suất động cơ N e = 75 ( KW ) Fpt : Diện tích đỉnh piston Fpt = 0,06648 (m 2 ) R : Bán kính quay trục khuỷu R = 0,046 ( m ) n: Số vòng quay của động cơ n = 4000 ( v/ph ) ηm = 0,7833 hiệu suất tổn thất cơ khí ⇒ 30.75.10−3 ∑... đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của động cơ. Nếu động cơ ở tốc độ cao đương này thế nào cũng cắt đường nén ac Động cơ tốc độ thấp, đường P ít khi cắt đường nén Ngoài ra đường P còn cho ta tìm được giá trị của P = P + P một cách dễ dàng vì giá trị của đường p chính là khoảng cách giữa đường nạp P với đường biểu diễn P của các quá trình nạp, nén ,cháy giãn nở và thải của động cơ Khai... định áp suất cuối quá trình nén : ( điểm c’) Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm (động cơ điezel ) và hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng ) nên thường chọn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết P đã tính Theo kinh nghiệm , áp suất cuối quá trình nén thực tế P’ được xác định theo công thức sau : 17 …   … Vì đây là động cơ xăng : P’ = P + (0,85 P - P ) = 1,1458 + ( 0,85.4,4474-... = ƒ(x) Chú ý : Ở đây lực quán tính p sở dĩ có đơn vị là MPa (tính theo đơn vị áp suất ) bởi vì được tính theo thành phần lực đơn vị (trên 1 đơn vị diện tích đỉnh piston )để tạo điều kiện cho công việc công tác dụng lực sau này của lực khí thể và lực quán tính 2 ) Ta tính được các giá trị : - Diện tích đỉnh piston : π 0.0922 F= = = 0,006648 ( m ) 4 - Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực đại : P= =... định theo nhiều công thức khác nhau và đươc biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ. Ta có tốc độ trung bình của động cơ là : V = = 0,92.4000 = 12,266667 30 (m/s) Vì đây là đông cơ xăng có τ = 4 ;i =4 ;S/D= 1 Vậy buồng cháy thống nhất sẻ được tính theo công thức : P= 0,05 + 0,015.V= 0,05+0,015.12,266667 = 0,1872 (MPa) 6 /Áp suất có ích trung bình P: Ta có công thức xđ áp... /Tính nhiệt độ khí thải T : Nhiệt độ khí thải được tính toán theo công thức: T = T ( ºK ) Sai số của nhiệt độ khí thải Trt trong quá trình tính toán và nhiệt độ khí thải chọn ban đầu không được vượt quá 15%, nghĩa là: ∆Trt = Trt − Tr Trt 100% = 950 − 1084, 07 = 14,113 < 15% 950 Ta tính được T = 1084,07 ( ºK ).So sánh với nhiệt độ khí thải đã chon ban đầu thõa mãn điều kiện không vượt quá 15 % 2.5 )Tính. .. định theo công thức : p =λ p ( MPa ) Trong đó: pc - Áp suất quá trình nén: pc =1,1458 λ - Hệ số tăng áp, được xác định theo công thưc sau: 11 …   … λ= β = 1,0816 2538 = 3,882 707, 2 Vậy suy ra: pz =3,883.1,1458 = 4,4474 2.4 )Tính toán quá trình giãn nở : 1 /Hệ số giãn nở sớm ρ : ρ= Đố với động cơ xăng ta có : ρ = 1 2 /Hệ số giãn nở sau δ : Ta có hệ số giãn nở sau δ được xác định theo công thức :... V=f( α ) 2.6 ) Khai triển đồ thị công P–V thành p =ƒ(α) Để thuận tiện cho việc tính toán sau này ta tiến hành khai triển đồ thị công P–V thành đồ thị p =ƒ(α).Khai triển đồ thị công theo trình tự sau : 1 ) Chọn tỷ lệ xích μ = 2°/ 1mm Như vậy toàn bộ chu trình 720° sẽ ứng với 360 mm Đặt hoành độ α này cùng trên đường đậm biểu diễn P và cách điểm chết dưới của đồ thị công khoảng 4÷5 cm 2 ) Chọn tỷ lệ . c c th ng số c n ch n. 03 -T nh to n c c quá tr nh c ng t c. 06 + t nh to n quá tr nh n p. 06 + t nh to n quá tr nh n n. 08 + t nh to n quá tr nh. … Thứ t M c l c trang Ph n I -T nh to n chu tr nh c ng t c của đ ng c đ t trong. 03 -T nh t t nh to n. 03 + số liệu ban đầu c a ph n t nh nhi t.