Đồ án Động cơ

Đồ án động cơ đốt trong , Động cơ diesen , động cơ xăng , quá trình đốt cháy của nhiên liệu động cơ đốt trong ,

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 6

PHẦN I: GIỚI THIỆU 7

CHƯƠNG I: CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 7

1.1 Giới thiệu động cơ 7

1.2 Các thông số kỹ thuật của động cơ 7

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NHIỆT 8

2.1 Các thông số chọn 8

2.1.1 Tính tốc độ trung bình của piston 8

2.1.2 Áp suất cuối quá trình nạp 8

2.1.3 Áp suất và nhiệt độ khí sót 8

2.1.4 Độ tăng nhiệt độ do sấy nóng khí nạp mới 8

2.1.5 Hệ số hiệu chỉnh nhiệt dung 8

2.1.6 Hệ số quét buồng cháy 8

2.1.7 Hệ số nạp thêm 8

2.1.8 Hệ số lợi dụng nhiệt tại b và z 8

2.1.9 Hệ số hiệu đính đồ thị công 9

2.1.10 Tỷ số tăng áp 9

2.2 Quá trình nạp 9

2.2.1 Hệ số khí sót 9

2.2.2 Nhiệt độ cuối hành trình nạp 9

2.2.3 Hệ số nạp 9

2.2.4 Lượng khí nạp mới 9

2.2.5 Lượng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 (kg) nhiên liệu .10

2.2.6 Hệ số dư lượng không khí  .10

2.3 Quá trình nén .10

2.3.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới .10

2.3.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót .10

2.3.3 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí hỗn hợp công tác .10

2.3.4 Chỉ số nén đa biến 11

2.3.5 Áp suất cuối quá trình nén .11

2.3.6 Nhiệt độ cuối quá trình nén .11

2.3.7 Lượng môi chất công tác của quá trình nén .11

2.4 Quá trình cháy .11

2.4.1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết .11

2.4.2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế .11

2.4.3 Hệ số thay đổi phân tử tại z .11

2.4.4 Nhiệt độ tại z .12

2.4.5 Áp suất tại điểm z .12

2.5 Quá trình giãn nở .12

2.5.1 Tỷ số giãn nở sớm .12

2.5.2 Tỷ số giãn nở sau .12

2.5.3 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình .13

2.5.4 Áp suất cuối quá trình giãn nở .13

2.5.5 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở .13

2.5.6 Kiểm tra nhiệt độ khí sót .13

2.6 Tính toán các thông số của chu trình công tác .13

2.6.1 Áp suất trung bình chỉ thị lý thuyết .13

2.6.2 Áp suất trung bình chỉ thị thực tế .14

2.6.3 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị .14

2.6.4 Hiệu suất chỉ thị .14

2.6.5 Áp suất tổn thất cơ khí .14

2.6.6 Áp suất có ích trung bình .14

2.6.7 Hiệu suất cơ giới .14

2.6.8 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích .14

2.6.9 Hiệu suất có ích .14

2.6.10 Kiểm nghiệm đường kính xilanh .14

2.7 Vẽ và hiệu đính đồ thị công .14

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 20

3.1 Đồ thị biểu diễn các quy luật động học .20

3.1.1 Đường biểu diễn hành trình piston x = f( )  20

3.1.2 Đường biểu diễn vận tốc của piston v= f(α) .21

3.1.3 Đường biểu diễn gia tốc piston j = f x( ) .21

3.2 Phương pháp cộng đồ thị .23

3.2.1 Đồ thị x= f(α) .23

3.2.2 Đồ thị v= f(α) .23

3.2.3 Đồ thị j= f(α) .24

3.3 Tính toán động lực học .25

3.3.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến .25

3.3.2 Các khối lượng chuyển động quay .26

3.3.3 Lực quán tính .26

3.3.4 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính P j  f x( ) .28

3.3.5 Đường biểu diễn v  f (x) .31

3.3.6 Khai triển đồ thị công P-V thành Pkt  f ( )  .31

3.3.7 Khai triển đồ thị P j  f x( ) thành P j  f( ) 32

3.3.8 Vẽ đồ thị P  f( ) 32

3.3.9 Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T  f(  )và đồ thị lực pháp tuyến Z  f(  ) .35

3.3.10 Tính mô men tổng T .39

3.3.11 Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu .42

3.3.12 Vẽ đường biểu diễn Q  f() .47

3.3.13 Xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu .48

CHƯƠNG IV: TÍNH NGHIỆM BỀN SÉC MĂNG 53

4.1 Ứng suất uốn séc măng ở trạng thái làm việc .53

4.2 Ứng suất uốn séc măng khi lắp vào piston .54

4.3 Ứng suất khi gia công phôi séc măng .54

4.4 Áp suất trung bình của séc măng không đẳng áp tác dụng lên mặt gương xilanh .54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh mẽ, giữ vài trò quan trọng trong nền kinh tế của mỗi nước

Môn học Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong chương trình đào tạo

kỹ sư ngành công nghệ kỹ thuật ô tô, kỹ sư ngành cơ khí động lực và cán bộ kỹ thuật trong ngành có liên quan,… Giúp nắm được nguyên lý, kết cấu,… của động

cơ

Đồ án môn học Động cơ đốt trong có sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết và thực nghiệm Đồ án có tầm quan trọng với em rất lớn, giúp em hiểu thêm những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý làm việc và phương pháp tính toán thiết kế động

cơ Từ đó, em cũng được bồi dưỡng, hệ thống lại được kiến thức, giúp em giải quyết một số vấn đề của động cơ và công việc sau này của mình Qua đồ án này

em có điều kiện củng cố lại và nghiên cứu sâu hơn những kiến thức đã học ở các môn học cơ sở và chuyên ngành như: Nguyên lý máy, chi tiết máy, sức bền vật liệu, động cơ đốt trong 1, động cơ đốt trong 2,…

Em xin chân thành cảm ơn thầy T.S Nguyễn Khắc Tuân cùng các thầy trong khoa đã nhiệt tình giúp đỡ em để em hoàn thành đồ án này

Ngày…tháng… năm…

PHẦN I: GIỚI THIỆU

CHƯƠNG I: CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO

1.1 Giới thiệu động cơ

- Động cơ IAMZ 238 là loại động cơ Diesel 4 kỳ chữ V do cộng hòa liên bang Nga sản xuất được lắp trên ô tô tải KRAZ 255B1

1.2 Các thông số kỹ thuật của động cơ

Bảng 1.1 Thông số động cơ

TT Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú

12 Chiều dài thanh truyền l tt 220 mm

15 Suất tiêu hao nhiên liệu g e 223 g.kw/h

17 Khối lượng thanh truyền m tt 3,2 kg

18 Khối lượng nhóm piston m pt 2,3 kg

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NHIỆT

2.1 Các thông số chọn

2.1.1 Tính tốc độ trung bình của piston

- Tốc độ trung bình của piston là:

Vậy động cơ có tốc độ cao tốc

- Áp suất và nhiệt độ của môi trường:

2.1.6 Hệ số quét buồng cháy

- 2 = 1 ; (do không tăng áp)

r r

r t a

P P

0, 086 297 20 1,13.0, 032.800.

0,11

332,843

m m a

r a

r

P

P T

0

432.10

v

P M

h

N P

10 140 4

10 130 14 ,

=1,857 [dm3]

 .30. 176.30.4 0, 677

8.1,857.2100

e e

h

N P

432.10 0,1.0,831

0,801 223.0, 677.297

mc mc

8, 314 1

2

n v

mc M

Q

.

314 , 8 1

v z r

z v

vz

x x

mc x x

mc mc

1

.

0 0

0

'' 0 ''

Giải hệ trên ta được: Tz = 2203,230 [0K]

2.4.5 Áp suất tại điểm z

2.5.3 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình

-

     z b

vz vz b z r

H z

T T M

1

.

314 , 8

'' 1

Với sai số nhỏ như vậy có thể chấp nhận được Vậy: n2 = 1,232

2.5.4 Áp suất cuối quá trình giãn nở

-

2 1,232

6, 209

0,341 10,554

b

P P

2.6 Tính toán các thông số của chu trình công tác

2.6.1 Áp suất trung bình chỉ thị lý thuyết

0, 901.0,801.297

0,1.0,831.42, 5.10

i i

e

N V

1 0,119826 10,476190 3,995758 160,875161

1,563421 0,187339 16,378697 2,166961 87,245048 6,209409 250

2 0,239653 20,952381 1,546674 62,271399 4,584404 184,574897 2,783 0,333477 29,155238 0,983846 39,611114 3,051487 122,857399

3 0,359479 31,428571 0,887722 35,741013 2,781880 112,002625 4,783 0,573130 50,107619 0,468690 18,870146 1,565889 63,045010

6 0,718959 62,857143 0,343619 13,834596 1,184321 47,682525 7,196 0,862271 75,386667 0,267907 10,786339 0,946707 38,115822 8,289 0,993241 110,52 0,220747 8,887590 0,795348 32,021889 9,39 1,125170 125,2 0,186092 7,492349 0,682068 27,461078

10,123 1,213003 134,973333 0,167892 6,759570 0,621743 25,032292

11,026 1,321206 147,013333 0,149354 6,013205 0,559620 22,531112

12,836 1,538092 171,146667 0,121290 4,883331 0,464052 18,683412 14,884 1,783497 198,453333 0,099036 3,987346 0,386688 15,568650 15,388 1,843889 205,173333 0,094622 3,809609 0,371145 14,942840 16,5 1,977136 220 0,086 3,462488 0,340574 13,712018

Từ bảng trên ta có đồ thị công lý thuyết như sau:

- Chỉnh các điểm trên đồ thị công:

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

Từ điểm O’ trên đường tròn Brick ta xác định góc đóng muộn xupap thải

4 =200, bán kính này cắt đường tròn Brick tại a’, từ a’ gióng đường song song với trục tung cắt đường Pa tại điểm r’ Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa Pr và trục tung) với r’ ta được 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 do hiện tượng phun sớm ( động cơ

Diesel) và đánh lửa sớm ( động cơ xăng) nên thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén đã tính Theo kinh nghiệm áp suất cuối quá trình nén thực tế Pc’ được tính theo công thức sau:

Với động cơ Diesel:

c c

+ Hiệu đính điểm phun sớm c’’:

Do có hiện tượng phun sớm nên đường nén trên thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết tại c’’ Xác định c’’ bằng cách: Từ điểm O’ trên đường tròn Brick ta xác định góc phun sớm s =180, cắt bán kính vòng tròn Brick tại một điểm Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường nén tại điểm ta được c’’ Dùng cung thích hợp nối điểm c’’ với c’

+ Hiệu đính điểm đặt Pzmax thực tế:

Áp suất Pzmax trong quá trình cháy - giãn nở không duy trì hằng số như động cơ Diesel nhưng cũng không đạt trị số lý thuyết của động cơ xăng Theo thực nghiệm điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền từ 3720  3750( tức là từ 120  150 sau ĐCT của quá trình cháy và giãn nở)

Hiệu đính điểm z của động cơ Diesel:

Xác định điểm z từ góc 150: Từ điểm O’ trên đường tròn Brick ta xác định góc quay tương ứng 3750 góc quay trục khuỷu, bán kính này cắt vòng tròn tại

1 điểm Từ điểm này gióng đường song song với trục tung cắt đường 0,85Pz = 0,85.250= 212,5 (mm) tại điểm z’’

Dùng cung thích hợp nối c’ với z’’ và đi sát đường giãn nở

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

Do có hiện tượng mở sớm xupap xả nên trong thực tế quá trình thải được thực hiện sớm hơn quá trình thải lý thuyết Xác định điểm b’: Từ điểm O’ trên đường tròn Brick ta xác định góc mở sớm xupap xả 3 =660, bán kính này cắt đường tròn Brick tại 1 điểm, từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại b’

+ Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở ( điểm b’’):

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế Pb’’ thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xupap xả mở sớm Theo công thức kinh nghiệm ta có:

Hình 2.2 Đồ thị công đã hiệu đính

a'

r' r

c'

c'' z''

b'

b''

O' O

16.4400 0,85.Pz

P

V0

°

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

3.1 Đồ thị biểu diễn các quy luật động học

3.1.1 Đường biểu diễn hành trình piston x = f( ) 

- Dùng phương pháp Brich để xây dựng đồ thị, các bước như sau:

+ Vẽ đường tròn tâm O, bán kính R Do đó AD= 2R Điểm A tương ứng với α=00 ( vị trí ĐCT) và điểm D ứng với α=1800 ( vị trí ĐCD)

+ Trên phương AD lấy OO’ =R./2s

+ Từ tâm O’ của đồ thị Brich kẻ các bán kính ứng với 100, 200,….1800 + Gióng các điểm đã chia trên cung Brich xuống các điểm 100, 200…1800tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f( )  ta được các điểm xác định chuyển vị x tương ứng với các góc 100, 200….1800

Như vậy, ứng với mọi vị trí trục khuỷu OB ta kẻ đường song song O’M tương ứng rồi hạ MC thẳng góc với AD Nối các điểm chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x = f( ) 

+ Đoạn AC là chuyển vị x của piston

Hình 3.1 Đường biểu diễn hành trình của piston x= f(α)

4

1'

0'7'

3'

5'2'

7g

5

6

e4'

R2

V=f(

h

B8

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

- Vẽ theo phương pháp đồ thị vòng Các bước như sau:

+ Vẽ vòng tròn tâm O bán kính R2= /2 Rω đồng tâm với nửa đường tròn có bán kính R1= Rω

+ Chia nửa vòng tròn có bán kính R1 và R2 thành n phần bằng nhau, đánh số 1,2,3,…n và 1’,2’,3’,…n’ theo chiều như hình vẽ

+ Từ các điểm 1,2,3,… kẻ các tia thẳng đứng ( vuông góc với AB) và từ các điểm 1’,2’,3’,… kẻ các tia nằm ngang ( song song với AB)

+ Giao điểm của các tia tương ứng được đánh dấu bằng a,b,… Nối các điểm đó lại ta được đồ thị vòng v= f(α)

Hình 3.2 Đường biểu diễn vận tốc của pittông v= f(α)

3.1.3 Đường biểu diễn gia tốc piston j = f x( )

- Xây dựng theo phương pháp Tôlê Các bước như sau:

+ Chọn tỉ lệ xích j= 32727,511(mm/s2.mm)

+ Tính các giá trị:

Tốc độ góc:

30

tt bd

j

j j

tt bd

j

j j

+ Từ điểm tương ứng ĐCT lấy AC = jmin, từ điểm B tương ứng ĐCD lấy BD =

jmin; nối liền CD cắt trục hoành tại E, lấy EF   3 R  2 về 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 = f x( )

3.2.2 Đồ thị v= f(α)

- Ta có : v Rω[sin∝+

2

.sin2∝] = v1 + v2

Với: v1 = Rω.sin∝ và v2 = Rω

2

.sin2∝

Vẽ đường tròn bán kính Rω và đường tròn bán kính R.ω.λ/2 đồng tâm Chia các vòng tròn thành các điểm ứng với các góc 00,300,600,… và gióng sang ngang gặp các điểm ứng với các góc quay tương ứng của trục khuỷu ta vẽ được các đường v1 và v2 Cộng hai đồ thị ta có đường v= f(α)

Hình 3.4 Đồ thị chuyển vị, gia tốc và vận tốc của piston

3.3 Tính toán động lực học

3.3.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến

- Khối lượng nhóm piston: mpt= 2,3 (kg)

360 180

90 60 30

360

300

120 60 0

210

180

150 120 90 60

90 60

- Khối lượng thanh truyền: mtt= 3,2(kg)

- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền m1:

m1 = (0,275 ÷ 0,350).mtt= 0,285.3,2 = 0,912 (kg)

- Vậy ta xác định được khối lượng tịnh tiến:

m = mpt + m1 =2,3+0,912= 3,212 (kg)

3.3.2 Các khối lượng chuyển động quay

- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về đầu to thanh truyền :

3.3.4 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 hoành độ đặt trùng với đường P0 ở đồ thị công và vẽ đường P j  f x( )(tức cùng chiều với f=(x)) Tiến hành theo các bước sau :

+ Chọn tỉ lệ xích để của P0 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)

.(1 )

j

pt

m R P

1, 079314

43,4547930,024838

j tt

j bd

p

P P

j

pt

m R P

F Pa



Ta xác định giá trị E’F’:

0,0132665-781572,3834( ) 0, 781572( ).

3.3.5 Đường biểu diễn v  f (x)

- Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ v  f (x)dựa trên hai đồ thị là đồ thị

)

(

f

x  và v  f (  )(sử dụng phương pháp đồ thị vòng ) Các bước như sau:

+ 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 0 0 0 0

180 ,

30 , 20 , 10



+ Đặt các giá trị của vận tốc v này (đoạn thẳng biểu diễn giá trị của v có một đầu mút thuộc đồ thị v  f(),đầu thuộc nửa vòng tròn tâm O, bán 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 x  f()

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

3.3.6 Khai triển đồ thị công P-V thành Pkt  f ( ) 

- Khai triển đồ thị công P – V thành đồ thị P kt  f( ) Khai triển đồ thị công theo trình tự sau :

+ Chọn tỉ lệ xích  20/mm Như vậy toàn bộ chu trình 720 sẽ ứng với 360 0

mm Đặt hoành độ  này cùng trên đường đậm biểu diễn P0 và cách ĐCT của đồ thị công khoảng 4 ÷ 5 cm

+ Chọn tỉ lê xích p đúng bằng tỉ lệ xích pkhi vẽ đồ thị công (MN/mm)

+ 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 trong khoảng 0 0