đồ án động cơ đốt trong xe zil 130

Với động cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupap nạp nên ta chọn: P0 = 0,1Mpa 2 Nhiệt độ môi trường T 0 - Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình q

Nh n xét, ánh giá ậ đ đồ án

Nh n xét ánh giá c a giáo viên hậ đ ủ ướng d n : ẫ

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

……… ………

Nh n xét ánh giá c a giáo viên b o v : ậ đ ủ ả ệ ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Lời nói đầu

Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn độnglực cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thuỷ, máy bay

và các máy công tác như máy phát điện, bơm nước… Động cơ đốt trong lànguồn cung cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới Chính vì vậy việc tínhtoán và thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quantrọng đối với các sinh viên chuyên ngành động cơ đốt trong

Đồ án tính toán thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong là đồ án đòi hỏingười thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũngnhư kiến thức của các môn học cơ sở Trong quá trình hoàn thành đồ án khôngnhững đã giúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học và còn giúp

em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên ngành của mình cũng nhưcác kiến thức tổng hợp khác Đồ án này cũng là một bước tập dượt rất quantrọng cho em trước khi tiến hành làm đồ án tốt nghiệp sau này

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất, song

do những hạn chế về kiến thức cũng như những kinh nghiệm thực tế nên trongquá trình làm không tránh được sai sót chính vì vậy em rất mong được sự đónggóp của các thầy cô cũng như toàn thể các bạn để đồ án của em được hoànchỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Ngọc Tú cũng nhưtoàn thể các thầy cô giáo trong Bộ môn Động Cơ Đốt Trong đã tạo mọi điềukiện giúp em hoàn thành đồ án tốt đẹp

Sinh viênTrần Huy Hùng

Phần 1: Tính Nhiệt.

Số liệu ban đầu của đồ án môn học ĐCĐT ( Số 1)

Họ và tên sinh viên: Trần Huy Hùng Khóa: 8

Các số liệu của phần tính toán nhiệt

1.1 Các thông số chọn.

1) áp suất môi trường p 0

- Áp suất môi trường p0 là áp suất khí quyển Với động cơ không tăng áp ta có

áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupap nạp nên ta chọn:

P0 = 0,1(Mpa)

2) Nhiệt độ môi trường T 0

- Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm Vớiđộng cơ không tăng áp ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupap nạpnên:

T0 = 240C = 2970K

3) Áp suất cuối quá trình nạp p a

- Áp suất cuối quá trình nạp pa với động cơ không tăng áp ta có thể chọn trongphạm vi:

Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt t được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiệu

đính:

t = 1.16

8) Hệ số quét buồng cháy 2 :

Với các động cơ không tăng áp ta thường chọn hệ số quét buồng cháy 2 là:

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

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξz phụ thuộc vào chu trình công tác của động

cơ Với các loại động cơ Xăng ta thường chọn:

0,85 0,92 0,88

z

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

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξb tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel.Với các loại động cơ Xăng ta chọn:

0,85 0,95 0,9

b

12) Hệ số hiệu đính đồ thị công ϕd:

Hệ số hiệu đính đồ thị công ϕd phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel.

Với các động cơ Xăng ta chọn:

p p

λ γ

0,115 6,5.1, 03 1,16.1.

2) Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a:

Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a được tính theo công thức:

1

1

m m a

r a

r

p

p T

λ γ γ

N p

0,74575( ) 0,74575( ) 4

h

30.111,796.4

0, 6919( ) 0,74575.3250.8

e

3 1

432.10 0,1.0,8163

333,107.0, 6919.297

5) Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M0:

Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M0 được tính theocông thức:

1

Đối với nhiên liệu của động cơ Xăng ta có: C= 0,855;H = 0,145;O= 0 nên thay

vào công thức tính M0 ta được:

6) Hệ số dư lượng không khí α:

Đối với động cơ Xăng hệ số dư lượng không khí α được xác định theo côngthức:

1 0,5152

114 0,98910,512

2) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:

Với các động cơ Xăng có hệ số dư lượng không khí α < 1 do đó tỉ nhiệt molđẳng tích trung bình của không khí được xác định theo công thức:

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén '

v

mc tính theocông thức:

0,004314 2

4) Chỉ số nén đa biến trung bình n1:

Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định bằng cách giải phương trình:

( 1 )

8,314 1

'

0,37235 0,004314

2 2

n v

áp suất cuối quá trình nén p c được xác định theo công thức:

1 n

6) Nhiệt độ cuối quá trình nén T c :

Nhiệt độ cuối quá trình nén T c được xác định theo công thức:

7) Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c:

Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c được xác định theo công thức:

1.2.3 Tính toán quá trình cháy:

1) Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β0:

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

H

µ α

α µ

) 1 ( 21 , 0 )

1 32 4

( 1

0

0 0

+

− +

−

+ +

=

Thay số ta được:

+

2) Hệ số thay đổi phân tử thực tế β:

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

0

1

r r

3) Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z βz:

Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z βz được xác định theo công thức:

z z

Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z T z được xác định bằng cách giảiphương trình sau:

.

H

Q là nhiệt trị thấp của nhiên liệu Xăng ta có: Q H = 44000(kJ kg nl/ )

Q

∆ là nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1kg nhiên

liệu.trong điều kiện α<1 xác định như sau:

6) Áp suất tại điểm z p z:

Ta có áp suất tại điểm z p z được xác định theo công thức:

c

T T

z z c

T T

3) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2:

Ta có chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 được xác định từ phương trình cânbằng sau:

( )

'' 1

8,314 1

2 1

z

T T

b

QH*: là nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Với động cơ xăng :

8,314

4) áp suất cuối quá trình giãn nở p b:

áp suất cuối quá trình giãn nở p b được xác định trong công thức:

b

5) Tính nhiệt độ khí thải T rt

Nhiệt độ khí thải được tính theo công thức:

1

m m r

Vậy giá trị nhiệt độ khí thải chọn và tính toán thoả mãn yêu cầu

1.2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác

1) áp suất chỉ thị trung bình '

i

p :Với động cơ Xăng áp suất chỉ thị trung bình '

1 ) 1

1 1 ( 1

1 2

P p

ε ε

λ ε

Thay số vào công thức trên ta được:

0,8817.0,97 0,85526( )

i

3) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i:

Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i:

i k

p g

269, 48( / ) 0,5152.0,85526.297

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 đượcbiểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ Ta có tốc

độ trung bình của động cơ là:

3 95.10 3250

7) Hiệu suất cơ giới ηm:

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:

e m

m

8) Suất tiêu hao nhiên liệu g e:

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

i e

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

.30.

.

e h

V D

Thể Tích Quá trình nén Quá trình giãn nở

biểu diễn px=pc/(i^n1)

Giá trị biểu diễn

px=pz/(i

^n2)

Giá trị biểu diễn

diễn(mm) 36,36 72.73 109.09 145,45 181,82 218,18 236,36

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

0, 475 200

S S

6,099

12,84( )

0, 475

OO OO

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

Từ điểm O' trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải 0

bán kính này cắt vòng tròn Brick tại điểm a', Từ a' gióng đường song song vớitrục tung cắt đường p a tại điểm a Nối điểm r trên đường thải (là điểm giao

giữa đường p r và trục tung) ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sangquá trình nạp.

1.3.2 Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm c')

áp suất cuối quá trình nén do có hiện tượng phun sớm nên thường lớn hơn ápsuất cuối quá trình nén lý thuyết p c đã tính Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quátrình nén thực tế '

1.3.3.Hiệu đính điểm đạt điểm pz max thực tế :

Áp suất pz max thực tế trong quá trình cháy giãn nở không đạt trị số lý thuyết

do đó ta có cách hiệu đính điểm z của động cơ xăng như sau :

a) Cắt đồ thị công bởi đường 0,85pz Ta vẽ đường 0.85pz

Giá trị biểu diễn: 0,85.4,531 170( )

4) Hiệu đính điểm bắt đầu thải thực tế :

Hiệu đính điểm b’ căn cứ vào góc mở sớm β1 của xupáp thải

-Từ đồ thị Brick xác định góc mở sớm xupáp thải β1 = 67o cắt vòng trònBrick tại một điểm, từ điểm đó gióng đường song song với trục tung cắt đườnggiãn nở lý thuyết tại b’

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb’’ thường thấp hơn áp suất cuối quátrình giãn nở lý thuyết do xupáp xả mở sớm

O O' p

Phần 2: Tính toán động học, động lực học.

2.1 Vẽ các đường biểu diễn các quy luật động học:

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

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau:1) Chọn tỉ lệ xích 0,7 (mm/độ)

2) Chọn hệ trục toạ độ như trong hình vẽ

3) Từ tâm O' của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10 , 20 180 0 0 0

4) Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10 ,20 180 0 0 0 tươngứng trên trục tung của đồ thị x= f ( )α ta được các điểm xác định chuyển vị x

tương ứng với các góc 0 0 0

10 , 20 180

5) Nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x= f ( )α

2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của piston v= f ( )α .

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của piston v= f ( )α theo phương

pháp đồ thị vòng Tiến hành theo các bước cụ thể sau:

1) Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R

2) Vẽ vòng tròn tâm O bán kính là λ.R2

3) Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính là λ.R2

thành 18 phần theo chiều ngược nhau

Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn tâm O bán kính R kẻ các đường songsong với tung độ, các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuấtphằtt các điểm chia tương ứng trên vòng tròn tâm O bán kính là λ.R2 tại các

điểm a b c, , ,

4) Nối các điểm a b c, , , tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độpiston thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòngtròn bán kính R tạo với trục hoành góc α đến đường cong a b c, , ,

Dạng đồ thị v = f(α)

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

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston theo phương phápTôlê Ta vẽ theo các bước sau:

46, 05

max max

j j

4084,92

46,05

j j

3) Cách vẽ: Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC= j max, từ điểm B

tương ứng điểm chết dưới lấy BD= jmin; nối CD cắt trục hoành ở E; lấy

2

3 .

EF= − R wλ về phía BD Nối CF và FD, chia các đoạn này ra làm 8 phần, nối

11, 22,33, Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22,33, ta được đường congbiểu diễn quan hệ j= f x( )

µ j = 80,001

§å THÞ GIA TèC j

f(x)

2.2 Tính toán động lực học:

2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:

Khối lượng nhóm piston m pt được cho trong số liệu ban đầu của đề bài là:

Với thông số kết cấu λ = 0, 2568 ta có bảng tính p j theo α

α cosα λ + cos( )2 α P j =m R ω 2 (cosα λ + cos( )2 α )( )N

2.2.3 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 được tiếnhành theo các bước sau:

1) Chọn tỉ lệ xích để vẽ đường p j là µ =p 0,021175Mpa mm/ ; µx= µs = 0, 487

2) Ta tính được các giá trị:

Diện tích đỉnh piston:

( 3)2

2

3 2

100.10

1, 622.47,5.10 (334,9333) 1 0, 2568

1,3837.10 ( ) 1,3837( ) 7,85.10

p p

1

j

pt

m R p

0,818271

0,021175

j j

p p

3.0, 2568.1,622.0,0475 334,9333

7,85.10

Vậy ta được giá trị biểu diễn EF là:

0,848218

0,021175

EF EF

( )

j

− =

2.2.4 Đường biểu diễn v= f x( ).

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ v= f x( ) dựa trên hai đồ thị là đồthị x= f ( )α và đồ thị v= f ( )α Ta tiến hành theo trình tự sau:

1) Từ tâm các điểm đã chia độ trên cung của đồ thị Brick ta gióng các đườngsong song với trục tung tương ứng với các góc quay 0 0 0 0

10 , 20 ,30 180

2) Ta lấy giá trị của vận tốc v từ đồ thị v= f ( )α tương ứng với các điểm

1, 2,3 18 trên vòng tròn bán kính R và đặt lên trên các đường song song trụctung tương ứng ta sẽ được các điểm nằm trên đồ thị

3) Nối các điểm nằm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ v= f x( )

2.2.5 Khai triển đồ thị công P V− thành p kt = f ( )α .

Ta tiến hành khai triển đồ thị công P V− thành đồ thị p kt = f ( )α để thuận

tiện cho việc tính toán sau này Ta tiến hành khai triển đồ thị công theo trình tự

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

Ta tiến hành khai triển đồ thị p j = f x( ) thành đồ thị p j = f ( )α tương tự

như cách ta khai triển đồ thị công chỉ có điều cần chú ý là ở đồ thị trước là tabiểu diễn đồ thị − =p j f x( ) nên cần phải lấy lại giá trị p j cho chính xác

P S =f(a)

P j =f(a)

2.2.8 Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = f ( )α và đồ thị lực pháp tuyến Z = f ( )α

Ta có công thức xác định lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến như sau:

( )sin

.

cos

α β β

∑

+

=

( ).cos

cos

α β β

∑

+

=

Trong đó góc lắc của thanh truyền β được xác định theo góc quay α của trục

theo biểu thức sau:

sin β λ = sin α

Dựa vào các công thức trên và dựa vào đồ thị p∑ = f ( )α ta xác định được các

giá trị cho trong bảng dưới đây theo góc quay α của trục khuỷu:

T (biểu diễn,mm)

cos(α+β)/cos β

Z (biểu diễn,mm)

700 -57 -0.42486021 24.2170319 0.909541303 -51.84385

710 -63 -0.21759988 13.7087922 0.977057883 -61.55465

Ta chọn tỉ lệ xích µ =α 2 /1mm0 và µ =p 0,021175(MPa mm/1 ) sau đó dựa vào

bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị lực tiếp tuyến T = f ( )α và đồ thị lực pháp

tuyến Z = f ( )α .

2.2.9 Vẽ đường biểu diễn ∑ =T f ( )α của động cơ nhiều xy lanh.

Ta có chu kỳ của momen tổng phụ thuộc vào số xylanh và số kỳ, chu kỳ nàybằng đúng góc công tác của các khuỷu:

0

180 180 4

90 8

ct

i

τ

Trong đó ta có: τ là số kỳ của động cơ τ = 4

i là số xylanh của động cơ i= 8

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn ∑ =T f ( )α cũng chính là ta vẽ đường biểu diễn

( )

∑ = (do ta đã biết ∑M = ∑T R. ) Ta vẽ đường biểu diễn này như sau:1) Ta có bảng xác định các góc αi ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc củađộng cơ Zil 130 ; động cơ 4 kỳ, 8 xylanh có thứ tự làm việc 1-5-4-2-6-3-7-8 là:

T tb Z=f(a)

T=f(a)

-9 460

46.031

10.30 2

-55

0 -5.3176

64 0

6.181

21.7599

9

19 0

4.73392

-10 0

19.72

8 47.28 20

24.21

5.123

6 380 39.93686

20 0

9.4600 7

-11 0

22.22

1 67.08 30

31.21

-7 480

39.103

9.800 6

57

0 -14.352

66 0

13.964 2

-12 0

24.06

4 75.15 40

33.15

18.011 1

-13 0

21.661 3

-14 0

18.01

1 56.41 60

19.60

-1 510

18.618

14.69 1

60

0 -24.816

69 0

24.815 7

-15 0

13.96

4 44.91 70

6.148

-3 520

11.922

9.771 8

61

0 -24.785

70 0

24.21

7 430 39.96426

25 0

24.785 2

-16 0 9.460

1 39.62

0 -21.607

71 0

13.70

26 0

22.546 2

Từ bảng số liệu trên ta vẽ đường đồ thị ∑ =T f ( )α

2.2.10 Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu:

2) Tìm gốc toạ độ của phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu bằng cách đặt vecto p k0

(đại diện cho lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu) lên đồ thị Ta cócông thức xác định lực quán tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu:

pt pt

2.2.11 Vẽ đường biểu diễn Q= f ( )α .

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn Q= f ( )α theo trình tự các bước sau:

1 Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta lập được bảng giá trị của Q theogóc quay α của trục khuỷu như sau:

(MN)

Q(bd) (mm)

3) Từ bảng trên ta vẽ được đường biểu diễn Q= f( )α , và dựa vào đồ thị ta xácđịnh được giá trị:

max 143,9.0,0385 5,54( )

58, 4.0,0385 2, 25( ) 360

2.2.13 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Đồ thị mài mòn chốt khuỷu biểu diễn trạng thái mài mòn lý thuyết của chốtkhuỷu từ đó có thể xác định miền phụ tải bé nhất để khoan lỗ dầu bôi trơn chốtkhuỷu

Sở dĩ ta gọi là đồ thị mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta đã dùng các giả thiết sau:

- Phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu là phụ tải ổn định ứng với công suất N e và tốc

độ n định mức

- Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 120 0

- Độ mòn tỉ lệ thuận với phụ tải

- Không xét đến các điều kiện công nghệ và sử dụng, lắp ghép… ví dụ khôngxét đến vật liệu, độ cứng bề mặt, độ bóng, độ chặt lỏng, dầu mỡ bôi trơn….Trên cơ sở đó ta tiến hành vẽ đồ thị mài mòn lý thuyết theo các bước sau:

1) Chia vòng tròn tượng trưng mặt chốt khuỷu thành 24 phần, đánh số thứ tự từ

0,1, 2, , 23

2) Từ các điểm chia 0,1, 2, , 23 trên vòng tròn tâm O, gạch các cát tuyến

0.0,1.0, 2.0, , 23.0 cắt đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu ở các điểm

, , ,

a b c d như cát tuyến 1.0 trên hình vẽ

3) Ta xác định được tổng phụ tải tác dụng trên điểm 1 sẽ là: