Đồ án môn học động cơ đốt trong: Động cơ Diesel IFAW50

Đồ án môn học động cơ đốt trong: Động cơ Diesel IFAW50 Đồ án môn học động cơ đốt trong: Động cơ Diesel IFAW50 Đồ án môn học động cơ đốt trong: Động cơ Diesel IFAW50 Đồ án môn học động cơ đốt trong: Động cơ Diesel IFAW50 Đồ án môn học động cơ đốt trong: Động cơ Diesel IFAW50 Đồ án môn học động cơ đốt trong: Động cơ Diesel IFAW50 Đồ án môn học động cơ đốt trong: Động cơ Diesel IFAW50 Đồ án môn học động cơ đốt trong: Động cơ Diesel IFAW50

I/ CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN BAN ĐẦU 2

I.1- Bảng số liệu ban đầu 2

I.2- Các thông số chọn 2

I.2.1 Áp suât môi trường po 2

I.2.2 Nhiệt độ môi trường To 3

I.2.3 Áp suất cuối quá trình nạp pa: 3

I.2.4 Áp suất khí thải pr 3

I.2.6 Nhiệt độ khí sót Tr 3

I.2.7 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t 3

I.2.8 Hệ số quét buồng cháy 2 3

I.2.9 Hệ số nạp thêm 1 4

I.2.10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z, z 4

I.2.11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b, b 4

I.2.12 Hệ số hiệu đính đồ thị công  d 4

I.2.13 Hệ số tăng áp  4

II TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC 5

II.1/ Tính toán quá trình nạp 5

II.1.1/ Hệ số khí sót r 5

II.1.2/ Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta 5

II.1.3/ Hệ số nạp v 5

II.1.4/ Lượng khí nạp mới M1 6

II.1.5/ Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu 6

II.1.6/ Hệ số dư lượng không khí α 6

II.2/ Tính toán quá trình nén 7

II.2.1/ Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí 7

II.2.2/ Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy 7

II.2.3/ Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén 7

II.2.4/ Chỉ số nén đa biến trung bình n1 8

II.2.5/ Áp suất cuối quá trình nén pc 8

II.2.6/ Nhiệt độ cuối quá trình nén: 8

II.2.7/ Lượng môi chất công tác của quá trình nén 8

II.3/ Tính toán quá trình cháy 8

II.3.1/ Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βo 8

II.3.2/ Hệ số thay đổi phân tử thực tế β 9

II.3.3/ Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z 9

II.3.4/ Lượng sản vật cháy M2 9

II.3.5/ Nhiệt độ tại điểm z, Tz 9

II.3.6/ Áp suất tại điểm z, pz 10

II.4/ Tính toán quá trình giãn nở 10

II.4.1/ Hệ số giãn nở sớm 10

II.4.2/ Hệ số giãn nở sau 11

II.4.3/ Chỉ số giãn nở đa biến trung bình 11

II.4.4/ Áp suất của quá trình giãn nở 11

II.4.5/ Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở 12

II.4.6/ Kiểm tra nhiệt độ khí sót 12

II.5/ Tính toán các thông số chu trình công tác 12

II.5.1/ Áp suất chỉ thị trung bình p’i 12

II.5.2/ Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi 12

II.5.3/ Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi 13

II.5.4/ Hiệu suất chỉ thị m 13

II.5.5/ Áp suất tổn thất cơ giới pm 13

II.5.6/ Áp suất có ích trung bình pe 13

II.5.7/ Hiệu suất cơ giới m 13

II.5.8/ Suất tiêu hao nhiên liệu ge 13

II.5.9/ Hiệu suất có ích ηe: 14

II.5.10/ Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D 14

III VẼ VÀ HIỆU ĐÍNH ĐỒ THỊ CÔNG 14

III.1/ Các số liệu đã có 14

III.2/ Xác định quá trình nén a-c và quá trình giãn nở z-b 15

III.3/ Vẽ đồ thị công 16

III.4 Hiệu đính đồ thị công 17

III.4.1/ Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp 17

III.4.2/ Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén 17

III.4.3/ Hiệu đính điểm phun sớm 18

III.4.4/ Hiệu đính điểm đạt p zmax thực t 18

III.4.5/ Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế 18

III.4.6/ Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở 18

IV VẼ CÁC ĐƯỜNG BIỂU DIỄN CÁC QUY LUẬT ĐỘNG HỌC 20

IV.1/ Đường biểu diễn hành trình piston x=f(α)α) 20

IV.2/ Đường biểu diễn tốc độ piston v=f(α)α) 21

IV.3/ Đường biểu diễn gia tốc của piston j=f(α)x) 21

V TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC 23

V.1/ Các khối lượng chuyển động tịnh tiến 23

V.2/ Lực quán tính 24

V.3/ Đường biểu diễn v = f(α)x) 26

V.4/ Khai triển đồ thị công p-V thành pkt=f(α)α) 28

V.5/ Khai triển đồ thị pj = f(α)x) thành pj = f(α)α) 28

V.6/ Vẽ đồ thị p = f(α)α) 28

V.7/ Vẽ lực tiếp tuyến T= f(α)α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = f(α)α) 29

V.8/ Vẽ đường T = f(α)α) 32

V.9/ Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 35

V.10/ Vẽ đường biểu diễn Q = f(α)α) 36

V.11/ Đồ thị mài mòn chốt khuỷu 38

VI TÍNH BỀN NHÓM PISTON, XÉC-MĂNG 40

VI.1/ Tính kiểm nghiệm bền đỉnh piston 40

VI.2/ Tính nghiệm bền đầu piston 42

VI.3/ Tính nghiệm bền thân piston 43

VI.4/ Tính nghiệm bền chốt Piston 45

VI.5/ Tính kiểm nghiệm bền xéc măng không đẳng áp 51

I/ CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN BAN ĐẦU.

I.1/ Bảng số liệu ban đầu.

Các thông số cần chọn theo điều kiện môi trường, kết cấu động cơ bao gồm:

I.2.1/ Áp suât môi trường po

Áp suất môi trường po là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ:

po = 0,1 Mpa

I.2.2/ Nhiệt độ môi trường To

Lựa chọn nhiệt độ môi trường theo nhiệt độ bình quân cả năm

Ở nước ta chọn To = 297K

I.2.3/ Áp suất cuối quá trình nạp pa

Do động cơ là động cơ không tăng áp nên chọn pa = (α)0,8 - 0,9 )po

Ta chọn pa = 0,085 MPa

I.2.4/ Áp suất khí thải pr

Áp suất khí thải phụ thuộc vào các thông số như pa Ta có thể chọn pr nằm trongphạm vi: pr = (α)1,10-1,15)pk

Ta lấy pr = 0,114 MPa

I.2.5/ Mức độ sấy nóng môi chất

T phụ thuộc vào quá trình hình thành hòa khí bên trong hay ngoài xy lanh Vớiđộng cợ IFA-W50 là động cơ điezen hình thành hòa khí bên trong xy lanh nên mức

I.2.7/ Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t

Tỷ nhiệt của môi chất thay đổi rất phức tạp nên thường phải căn cứ vào hệ số dưlượng không khí α để hiệu đính

Với động cơ điezen α > 1,4 nên ta chọn t = 1,10

I.2.8/ Hệ số quét buồng cháy 2

Với động cơ không tăng áp 2= 1

I.2.9/ Hệ số nạp thêm 1

Phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí Thông thường 1= (α)1,02- 1,07 )

Ở đây ta chọn 1 = 1,03

I.2.10/ Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z, z

Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nội năngvới lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

Đối với động cơ điezen z = (α)0,70-0,85)

Ở đây ta chọn z = 0,75

I.2.11/ Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b, b

Đối với động cơ điezen  b = (α)0,80 ÷ 0,90)

Ở đây ta chọn b = 0,87 (α)Tại điểm b lượng nhiệt trao đổi với vách xy lanh ra môi

trường ngoài lớn b = cb

Q

I.2.12/ Hệ số hiệu đính đồ thị công  d

 dThể hiện sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ so vớichu trình thực tế Chu trình công tác thực tế của động cơ điezen sai khác khá nhiều

so với chu trình tính toán lý thuyết với d = (α)0,92 – 0,97)

Ta chọn d = 0,97

I.2.13/ Hệ số tăng áp 

=Pz

Pc = (α)1,5-1,8), Ở đây ta chọn  = 1,5

II TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC

II.1/ Tính toán quá trình nạp

II.1.3/ Hệ số nạp v

1 m

II.1.6/ Hệ số dư lượng không khí α

Đối với động cơ điezen IFA-W50: α =M1

0,689

1,392

II.2/ Tính toán quá trình nén

II.2.1/ Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí( khí nạp mới )

mcv 19,806 0,00209T (α) kJ/kmol.độ) (α)10)

II.2.2/ Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy( khí sót)

Với hệ số dự lượng α > 1 Ta tính theo công thức

II.2.3/ Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén (hỗn hợp khí công tác) được tính theo công thức sau

5 r

II.2.4/ Chỉ số nén đa biến trung bình n 1

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc rất nhiều vào các thông số kết cấu vàthông số vận hành như kích thước xy lanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải,trạng thái nhiệt của động cơ…Tuy nhiên n1 tăng giảm theo quy luật tất cả các nhân

tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n1 giảm Giả thiết quá trình nén là đoạnnhiệt ta xác định n1 theo phương trình sau:

II.2.5/ Áp suất cuối quá trình nén p c

Tính theo công thức sau:

II.3/ Tính toán quá trình cháy

II.3.1/ Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β o

II.3.2/ Hệ số thay đổi phân tử thực tế β

Nhiệt độ Tz được tính bằng cách giải phương trình sau :

Trong đó : QH : nhiệt trị thấp của dầu diezen QH = 42500(α)kJ/kmol)

mc"pz: tỷ nhiệt mol đẳng áp trung bình tại điểm z và được tính:

"

v v

II.3.6/ Áp suất tại điểm z, p z

Pz = λ pc =1,5.4,809 = 7,213 (α)MPa) (α)33)Trong đó λ là hệ số tăng áp được chọn = 1,5

II.4/ Tính toán quá trình giãn nở.

Sử dụng phương pháp dò nghiệm:

Thay n2 = 1,218 vào vế phải phương trình ta tính được n2 vế trái n2 = 1,21801

II.4.6/ Kiểm tra nhiệt độ khí sót

Ta có nhiệt độ của khí thải được tính theo công thức sau:

II.5/ Tính toán các thông số chu trình công tác.

II.5.1/ Áp suất chỉ thị trung bình p’ i

Đối với động cơ điezen

II.5.5/ Áp suất tổn thất cơ giới p m

Áp suất này được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính đối với tốc độ trung bìnhcủa piston, với vận tốc trung bình của piston được tính theo công thức:

II.5.7/ Hiệu suất cơ giới  m

m e

i

p p

=> Đảm bảo điều kiện

III VẼ VÀ HIỆU ĐÍNH ĐỒ THỊ CÔNG

III.1/ Các số liệu đã có.

- Áp suất quá trình nạp: pa = 0,1 (α)MPa)

-Áp suất quá trính thải: pr = 0,114 (α)MPa)

-Áp suất tại điểm z: pz = 7,213 (α)MPa)

-Áp suất tại điểm b: pb = 0,330 (α)MPa)

- Áp suất tại điểm c: pc = 4,809 (α)MPa)

- Chỉ số nén đa biến n1: n1 = 1,378 ;

- Chỉ số giãn nở đa biến n2: n2 = 1,218

III.2/ Xác định quá trình nén a-c và quá trình giãn nở z-b.

Để xác định các quá trình nén và giãn nở ta lập bảng sau:

V V

V i.V

.

Biểu diễn(α)mm) px =

2 2

n

z n

p i

đồ thị công chỉ thị

- Chọn μp = 7, 213250 = 34,66 (α)mm/MPa)

- Chọn μv = 230.V 18,7.1,67384230

- Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị công:

- Tỉ lệ xích của hành trình piston S là:

Giá trị biểu diễn bán kính đường tròn Brick (α)nửa hành trình piston) là:

Và giá trị biểu diễn đoạn OO’ trên đường tròn Brick tính được theo công thức:

đoạn biểu diễn lOO’ =

III.4 Hiệu đính đồ thị công

III.4.1/ Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: (điểm a).

Từ điểm O’ của đồ thị brick xác định góc đóng muộn β2 = 8o của xupap thải,bán kính náy cắt vòng Brick ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt pa ởd.Nối điểm r trên đường thải với a Ta có đường chuyển tiếp từ quá trình thải sangquá trình nạp

III.4.2/ Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm c)

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có sự phun sớm nên thường lớn hơn ápsuất cuối quá trình nén lý thuyết pc đã tính.Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quátrình nén thực tế pc’ có thể xác định theo công thứ sau :

pc’ = pc +1(α) )

3 p z  p c = 4,809 + 1(α)7, 213 4,09)

- Giá trị biểu diễn c’ trên đồ thị = 5,610 34,66 = 194,44 (α)mm)

III.4.3/ Hiệu đính điểm phun sớm (c”)

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

lý thuyết tại điểm c” Điểm c” được xác định bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thịBrick

ta xác định góc phun sớm φi = 24o, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm

Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c” Nối điểmc” đến điểm c’ ta được đường nén thực tế

III.4.4/ Hiệu đính điểm đạt p zmax thực tế

Áp suất pzmax thực tế trong quá trình cháy giãn nỡ không đạt trị số lý thuyết nhưtrong động cơ xăng Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số áp suất cao nhất là từ 12o-

15o sau ĐCT của quá trình cháy giãn nở.Điểm pzmax được xác định như sau: Từđiểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc 15o trước điểm chết trên theo góc quaytrục khuỷu, cắt đường tròn tại 1 điểm Từ điểm này gióng song song với trục tungcắt đường pz tại điểm z”

III.4.5/ 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 sựdiễn ra sớm hơn lý thuyết Ta xác định điểm b’ bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thịBrick ta xác định góc mở sớm xupáp thải β1 = 44o, bán kính này cắt đường trònBrick tại 1 điểm Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đườnggiãn nở tại điểm b’

III.4.6/ Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở (điểm b”)

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế p”b thường thấp hơn áp suất cuối quátrình giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm Theo công thức kinh nghiệm ta cóthể xác định được:

Vậy giá trị biểu diễn của điểm b” = 0,222 34,66 = 7,7 (α)mm)

Sau khi xác định được các điểm b’, b” ta dùng cung thích hợp nối với đường thải

IV VẼ CÁC ĐƯỜNG BIỂU DIỄN CÁC QUY LUẬT ĐỘNG HỌC.

IV.1/ Đường biểu diễn hành trình piston x=f(α)

- Chọn tỉ lệ xích 0,60 (α)mm/độ)

- Chọn hệ trục toạ độ như trong hình vẽ.

- Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 100, 20 0

, 1800

- Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 100, 20 0, …1800

tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f(α)α) ta được các điểm xác định chuyển vị xtương ứng với các góc 100,20 0, 1800

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

IV.2/ Đường biểu diễn tốc độ piston v=f(α)

- Nối các điểm a, b, c tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ pistonthể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt đường trònbán kính R tạo với trục hoành góc α đến đường cong a, b, c

IV.3/ Đường biểu diễn gia tốc của piston j=f(x)

Theo tính toán ở trên thì λ = 0,259 > 1/4

=> Có 3 giá trị cực trị của gia tốc là:

+ Gia tốc cực đại:

2 max

+ Ta tính được giá trị đoạn EF: EF  3.R   (α)62)Thay giá trị vào ta được:

=> Khối lượng chuyển động tịnh tiến là:

m = mnp + m1 = 309,46 + 99,04 = 408,5 (α)kg/m2) (α)66)

V.2/ Lực quán tính.

2 j

P m.j m.R .(α)cos    .cos2 ) (α)67)Với thông số kết cấu  = 0,259 ta có bảng tính Pj theo α

P  4,62.0,0725.230,38 (α)1 0,259)   1,165(α)MPa) (α)69)

=> giá trị biểu diễn Pjmin là:

jmin p

V.3/ Đường biểu diễn v = f(x).

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

x = f(α)α) và đồ thị v = f(α)α) Ta tiến hành theo trình tự sau:

- 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 α = 100, 200, 1800

- Ta lấy giá trị của vận tốc v từ đồ thị v = f(α)α) tương ứng với các điểm 1, 2, 18trên vòng tròn bán kính R và đặt lên trên các đường song song trục tung tương ứng

ta sẽ được các điểm nằm trên đồ thị

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

P k

 Vc 1Vc

P z

P c

r

b a

P j

jmin

F E

jmax

18,7Vc

x=f( aV=f(x)

j=f(x)

x j

0 1 2 3 4 5 6 7

12 13 14 15 16 17

18 0

4 3 2 1

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 I

a

V.4/ Khai triển đồ thị công p-V thành pkt=f(α).

Ta tiến hành khai triển đồ thị công p-V thành đồ thị pkt=f(α)α) để thuận tiện cho việc tính toán sau này Ta tiến hành khai triển đồ thị công theo trình tự sau:

- Chọn tỉ lệ xích α = 20/1mm Như vậy toàn bộ chu trình 7200 sẽ tương ứng với360mm

Ta tiến hành khai triển đồ thị pj = f(α)x) thành đồ thị pj = f(α)α) tương tự như cách

ta khai triển đồ thị công chỉ có điều cần chú ý là ở đồ thị trước là ta biểu diễn đồ thị-pj = f(α)x)

V.6/ Vẽ đồ thị p= f(α).

Ta tiến hành vẽ đồ thị p = f(α)α) bằng cách ta cộng hai đồ thị là đồ thị pj = f(α)α)

và đồ thị pkt = f(α)α)

V.7/ Vẽ 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:

Trong đó góc lắc của thanh truyền β được xác định theo góc quay α của trục theobiểu thức sau: sin   sin  (α)73)Dựa vào các công thức trên và dựa vào đồ thị p = f(α)α) ta xác định được các giá trịcho trong bảng dưới đây theo góc quay α của trục khuỷu:

Ta chọn tỉ lệ xích   2 /1mm0 và  p 34,66 (α)mm/MPa) sau đó dựa vào bảng sốliệu trên ta vẽ được đồ thị lực tiếp tuyến T f   và đồ thị lực pháp tuyến Z f   

V.8/ Vẽ đường T = f(α).

Ta có chu kỳ của momen tổng phụ thuộc vào số xylanh và số kỳ, chu kỳ này

bằng đúng góc công tác của các khuỷu:

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

i là số xylanh của động cơ i=4

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

M= f(α)α) (α)do ta đã biết M = T.R).Các bước tiến hành như sau:

a/ Ta có bảng xác định các góc αi ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc của động

cơ IFA-W50 ; động cơ 4 kỳ, 4xylanh có thứ tự làm việc 1-3-4-2 là:

T∑(α)mm)