Đồ án đọng cơ đốt trong

Áp suất cuối quá trình nạp: pa Áp suất môi trường Pa phụ thuộc vào nhiều thông số như chủng loại động cơ,tính năng tốc độ n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông…Có thể chọn pa

LỜI NÓI ĐẦU

Trong điều kiện nền công nghiệp nước ta hiện nay, ngành cơ khí có một vai tròrất quan trọng Là sinh viên ngành Động cơ, em hiểu rất rõ điều đó, em cần phải cốgắng rất nhiều trong học tập Để nâng cao khả năng chuyên môn, em cần phải làm các

đồ án môn học đặc biệt là đồ án học chuyên ngành

Việc tiếp xúc với một môn học mà có sự tổng hợp của rất nhiều môn học như:Nguyên lý động cơ, động lực học dao động, tính toán và thiết kế động cơ đốt trong,sức bền vật liệu, dung sai, nguyên lý máy , chi tiết máy Nên đây là một thử tháchrất lớn mà em cần phải cố gắng rất nhiều mới có thể vượt qua Được sự chỉ bảo rấttận tình của các thầy cô giáo em đã hoàn thành được đồ án này

Trong quá trình làm đồ án, em không thể tránh khỏi được những sai lầm vàthiếu sót Em rất mong được sự giúp đỡ của các thầy giáo Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I.

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1 Các thông số chọn.

1.1.1 Số liệu ban đầu:

Số liệu ban đầu cần thiết cho quá trình tính toán bao gồm:

1- Công suất động cơ: Ne =1300(mã lực)=1300*0,736=956,8(kW)2- Số vòng quay của trục khuỷu: n = 700 (vg/ph),

3- Đường kính xi lanh: D = 250 (mm)4- Hành trình pittông: S = 360 (mm)5- Số xi lanh: i = 6

6- Tỷ số nén: ε = 207- Thứ tự làm việc của các xilanh: 1-5-3-6-2-48- Suất tiêu thụ nhiên liệu: ge = 220(g/ml.h) =220/0,736 =255,4348 (g/kW.h)

1.1.2 Các thông số cần chọn:

1 Áp suất môi trường: pk

Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp và động cơ pk thayđổi theo độ cao Ở nước ta có thể chọn pk = 0,1 (Mpa)

2 Nhiệt độ môi trường: Tk

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

Ở nước ta Tk = 240C (2970K)

3 Áp suất cuối quá trình nạp: pa

Áp suất môi trường Pa phụ thuộc vào nhiều thông số như chủng loại động cơ,tính năng tốc độ n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông…Có thể chọn pa

trong phạm vi sau pa = (1,2 ÷ 1,35)pk

Chọn pa = 0,12 (MPa)

Tỉ nhiệt của môi chất thay đổi rất phức tạp nên thường phải căn cứ vào hệ số

dư lượng không khí α để hiệu đính Có thể chọn λt theo bảng sau:

Chọn λt = 1,125

8 Hệ số quét buồng cháy: λ2

Động cơ không tăng áp: Chọn λ2 = 1

9 Hệ số nạp thêm: λ1

Phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thông thường có thể chọn:

λ1 = 1,02 ÷ 1,05 Chọn λ1 = 1,05

10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z:

Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu đã cháy ở điểm z so với lượngnhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

Đối với động cơ diezel ξz= 0,7 ÷ 0,85 Chọn ξz= 0,8

11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b:

b

ξ bao giờ cũng lớn hơn ξz Thông thường:

Đối với động cơ diezel ξb= 0,8 ÷ 0,9 Chọn ξb= 0,85

12 Hệ số điền đầy đồ thị công:ϕd

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ vớichu trình công tác thực tế Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính toáncủa động cơ xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số ϕd của động cơ diezelthường chọn trị số nhỏ hơn động cơ xăng Nói chung có thể chọn trong phạm vi:

ϕ = 0,92 ÷ 0,97 Chọn ϕ = 0,92

1.2 Tính toán các quá trình công tác:

1.2.1 Tính toán quá trình nạp.

1 Hệ số khí sót γr :

m a

r t a

r r

k r

p p p

p T

T T

1 2

1

)(

=

λλελ

λγ

k t r r

r a

r

1,47 1 1,47 a

p

pT

1γ

0,08

297 35 0,035013.1,1.800

0,113T

− λ ε

∆ +

− ε

a k

k

p

p

p T T

T 1 1

1 1,47

N p

S D V

h

e e

h

.

30 4

2τ

π

=

=

3 2 1

432.10 30.4 432.10 0,1.0, 735072.3,14.1,3 1, 4.2080.6

ge: Suất tiêu hoa nhiên liệu

Ne: Công suất động cơ

H 12

C 21 , 0

1

M0Nhiên liệu của động cơ diezel: C = 0,87; H = 0,126; O=0,004

0

1 0,87 0,126 0,004

6 Hệ số dư lượng không khí α :

Đối với động cơ diezel:

1 0

0,718781

1,327585

0, 494643

M M

1.2.2 Tính toán quá trình nén.

1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:

0,00209.T19,806

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

Hệ số dư lượng không khí α >1, tính theo công thức:

3 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:

Trong quá trình nén mc'v tính theo công thức sau:

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, phụ tải, trạng thái nhiệt của động cơ v v…Tuy nhiên n1 tăng theo quy luật sau: Tất cả những nhân tố làm môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n1 tăng, n1 được xác định bằng các giải phương trình sau:

T 2

b a

314 , 8 1

n

1 n a

' v ' v

1

1 + ε +

1.2.3 Tính toán quá trình cháy:

1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β0 :

1 1

1 1

2

M 1

M

M M

M

=

β

Độ tăng mol ∆M của các loại động cơ xác định theo công thưc sau:

( −α) + + −µ 

=

∆

nl 0

132

O4

HM

121,0M

Đối với động cơ diesel: 4 32

− β +

= β

Trong đó:

0,8 0,94118 0,85

z z b

ξχξ

5 Nhiệt độ tại điểm z: Tz

Đối với động cơ diezel, nhiệt độ Tz được tính từ phương trình cháy:

( z)0

r z 0

v z

"

v 0

r z 0

"

vz

1

m1

mmc

χ

−+

χ

−+

1,048159

0,035013 1,048159 0,94118 1 0,94118

z Z

c

T T

βρλ

εδρ

z r 1

* z b

2

T T 2

b a T T 1

M

Q

314 , 8 1

n

H

+ +

+

− β γ +

ξ

− ξ

z

T T

* H

Q - Nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Đối với động cơ diezel:Q H* =Q H=42500(kJ/kg nl)

2

1 1

b

4 áp suất cuối quá trình giãn nở:

5 áp suất tổn thất cơ giới p m :

Áp suất này thường được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính đối với tốc độ trung bình của pittông

pm = 0,03 + 0,012vtb = 0,03 + 0,012.9,706667 = 0,14648 (MPa)

6 Áp suất có ích trung bình p e :

pe = pi – pm = 0,793902 – 0,14648 = 0,647422 (MPa)

7 Hiệu suất cơ giới ηm :

0,647422

0,815494 0,793902

e m i

p p

8 Suất tiêu hao nhiên liệu g e :

205,0861

251, 4871 0,815494

i e m

g g

V 4

e

e h

1,85731

0,1139454

1 17,3 1

h c

V V

ε

Các thông số ban đầu: p r =0,113 (MPa); p a =0,08(MPa);

p c =3,935423(MPa);p z =6, 217968 (MPa);p b =0,307533 (MPa)

1.3.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén:

- Phương trình đường nén đa biến: p V n1=const

Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường nén thì: p V c. c n1 = p V x. x n1

 

 ÷

  1

n : là chỉ số nén đa biến trung bình, ta tính được n1=1,36659

c

p : là áp suất cuối quá trình nén, ta có: p c=3,935423 (MPa)

1.3.2 Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở:

- Phương trình của đường giãn nở đa biến: pV n2=const

Khi đó x là điểm bất kì trên đường giãn nở thì:

p V z. z n2 = p V x. x n2



2

1

n2: là chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2=1,24955

p z: Áp suất tại điểm z: p z=6,217968(MPa)

1.3.3 Bảng tính quá trình nén và quá trình giãn nở:

Bảng tính quá trình nén và quá trình giãn nở:

p i

0,03857( / ) 250

Căn cứ vào bảng số liệu, tỷ lệ xích, ta vẽ đường nén và đường giãn nở Sau

đó, ta vẽ tiếp đường biểu diễn quá nạp và thải lý thuyết bằng hai đường thẳng songsong với trục hoành đi qua hai điểm pa, pr

Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị Cácbước hiệu đính như sau:

Vẽ đồ thị Brich đặt phía trên đồ thị công Đó là nửa đường tròn có tâm O,bán kính R = S/2, rồi xác định điểm O’ cách O một đoạn Rλ/2 về phía điểm chếtdưới, với

92 0,3067

Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:

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

Từ O’ của đồ thị Brich xác định góc đóng muộn β2 = 450 của xupáp thải, bánkính này cắt vòng tròn Brich ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắtđường pa ở a Nối điểm r trên đường thải (là giao điểm của p rvới trục tung) với a

Ta có đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp

2- Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm c’)

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có sự phun sớm (động cơ diezel) nênthường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết pc đã tính Theo kinh nghiệm,

áp suất cuối quá trình nén thực tế p'ccó thể xác định theo công thức sau:

1'

3

p = p + p −p

η

3- Hiệu chỉnh điểm phun sớm: (điểm c”)

Do 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 được góc phun sớm φi= 150 , bán kính này cắt đường tròn Bricktại 1 điểm Từ điểm này going song song với trục tung cắt đường nén tại điểmc”.đặt trên đồ thị Brich rồi gióng xuống đường nén để xác định điểm c”

Dùng một cung thích hợp nối c’c”

4- Hiệu đính điểm đạt p zmax thực tế:

Áp suất pzmax thực tế trong quá trình giãn nở không duy trì hắng số như động

cơ điêden (đoạn ứng với ρVC) nhưng cũng không đạt trị số lý thuyết như của động

cơ xăng Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số cao nhất là điểm 3720 ÷ 3750 (tức là 120

÷ 150 sau ĐCT của quá trình cháy và giãn nở)

Hiệu đính điểm z của động cơ diezel:

- Xác định điểm z từ góc 15° Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góctương ứng với 375°góc quay trục khuỷu, bán kình này cắt vòng tròn tại 1 điểm Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường p ztại điểm z

- Dùng cung thích hợp nối c’ với z lượn sát với đường giãn nở

5- Hiệu đính điểm quá trình thải thực tế (điểm b’):

Do có hiện tượng mở sớm xupap thải nên trong thực tế quá trình thải thực sự diễn ra sớm hơn lí thuyết Ta xác định điểm b bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm xupap thải β1, 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 điểm b’

6- Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở: (điểm b”)

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb” thường thấp hơn cuối quá trìnhgiãn nở lý thuyết do xupap thải mở sớm

Xác định pb” theo công thức kinh nghiệm sau:

2.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học.

Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một hoành độ thống nhất tương ứng vớihành trình pittông S = 2R Vì vậy đồ thị đều lấy hoành độ tướng ứng với Vh của đồthị công (từ điểm 1VC đến εVC)

2.1.1 Đường biểu diễn hành trình pittông x = f(α):

Vẽ theo các bước sau:

1) Chọn tỷ lệ xích góc: µα = 0,7(mm/độ).

2) Chọn gốc tọa độ cách gốc đồ thị công khoảng 15 đến 18 cm

3) Từ tâm O’ của đồ thị Brich kẻ các bán kính ứng với 100, 200,….1800.4) Gióng các điểm đã chia trên cung Brich xuống các điểm 100, 200,….1800

tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f(α) để xác định chuyển vị x tương ứng

5) Nối các giao điểm xác định chuyển vị x, ta có đồ thị x = f(α)

2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của pittông v = f(α):

Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp độ thị vòng Tiến hành cụ thể như sau:

1) Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x = f(α), sát mép dưới của giấy vẽ

2) Vẽ vòng tròn có bán kính Rλ/2, tâm O

3) Chia nửa vòng tâm O bán kình R và vòng tròn tâm O bán kính Rλ/2 thành

18 phần theo chiều ngược nhau

4) Từ các điểm chia trên vòng tròn bán kình R kẻ các đường song song với tung độ, các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuất phát từ các điểm chia tương ứng trên vòng tròn bán kính Rλ/2 tại các điểm a, b, c,…

5) Nối các điểm a, b, c,…tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ thể hiện bằng đoạn thẳng song song với tung độ từ điểm cắt vòng tròn R của bán kính tạo với trục hoành 1 góc α đến đường cong abc…

Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f(α) trên tọa độ cực

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

Vẽ đường này theo phương pháp Tôlê Chọn cùng hoành độ với trục x =

f(α), vẽ theo các bước sau:

4224,93583

84,5 50

j j

j

gtt gtbd

2410,5332

48, 211 50

j j

j

gtt gtbd

2721,604

50

EF EF

3) Từ điểm A tương ứng ĐCT lấy AC = jmax, từ điểm B tương ứng ĐCD lấy

BD = jmin; nối CD cắt trục hoành ở E; lấy EF = - 3Rλω2 về phía BD Nối CF và FD,chia các đoạn này thành 8 phần, nối 11, 22, 33,…Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với

11, 22, 33,…ta có đường cong biểu diễn quan hệ j = f(x)

2.2 Tính toán động lực học.

2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến m bao gồm:

- Khối lượng nhóm pittông mnp = 3,25 kg

- Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt pittông m1 có tính toán theo công thức kinh nghiêm sau:

Thanh truyền của động cơ diezel máy kéo:

m1 = (0,28 ÷ 0,29)mtt

m1=0, 28.4, 215 1,1802=

m1 = 1,1802 (kg)Vậy khối lượng tịnh tiến mà đề bài cho là:

1

np

m m= +m =3,25+1,1802=4,4302 (kg)

2.2.2 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:

dch : là đường kính trong của chốt khuỷu: 91 (mm)

δch: là đường kính ngoài cổ khuỷu: 110 (mm)

2) Lực quán tính chuyển động quay pk:

Lực này tính theo công thức sau: pk =mr.R.ω2

Trong đó mr =m0 m +mch +m2

2.2.4 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính –p j = f(x):

Vẽ theo phương pháp Tôlê nhưng hoành độ đặt trùng với đường p0 ở đồ thị công và vẽ đường bao –pj

= f(x), tiến hành theo các bước sau:

1) Tỷ lệ xích µp cùng với tỷ lệ xích áp suất p

kt; µx- cùng tỷ lệ xích với hoành

độ của j = f(x)

2) Tính pj max

= mjmax = m Rω2(1+λ) (MPa)Trong đó: m – khối lượng trên một đơn vị diện tích (kg/m2)

269,1544

.092,0.14,3

275,075,0F

mm

6 min

46.046,0.269,154.3mR

=

EF = 0,996 (MPa)

2.2.5 Đường biểu diễn v = f(x):

Dùng phương pháp đồ thị vòng ta xác định được đồ thị v = f(x) Muốnchuyển đồ thị trên tọa độ độc cực này thành đồ thị v = f(x) biểu diễn trên cùng tọa

độ với j = f(x), ta phải chuyển đổi tọa độ qua đồ thị Brich Cách làm như sau:

- Đặt giá trị của v này trên các tia song song với trục tung nhưng xuất phát từcác góc α tương ứng trên đồ thị Brich

- Nối các điểm mút ta có đường v = f(x) Khi đó, điểm vmax sẽ ứng với điểm j

= 0

2.2.6 Khai triển đồ thị công P-V thành P = f(α):

Khai triển đồ thị công trên trục tọa độ P-α Cách làm như sau:

- Chọn tỷ lệ xích µα =20/1mm Như vậy toàn bộ chu trình 7200 sẽ ứng với 360mm Đặt hoành độ α này cùng trên đường đậm biểu diễn p0 và cách ĐCD của

đồ thị công 62mm

- Tỷ lệ xích µP lấy bằng µpcủa đồ thị công, cụ thể:

4

092 , 0 14 , 3 02 , 0

F

P

P p P

= µ

µ

= µ

trị của đường pΣ chính là khoảng cách giữa đường p

j với đường biểu diễn pkt củacác quá trình nạp, nén, cháy giãn nở và thải của động cơ

Khai triển đường pj = f(x) thành pj = f(α) cũng thông qua Brich để chuyểntọa độ Nhưng ở P-α, phải đặt đúng vị trí âm dương của pj

2.2.8 Vẽ đồ thị p∑ = f(α):

NHư ta đã biết pΣ = pkt + pj Vì vậy ta đã có p

kt =f(α) và pj = f(α) việc xâydựng đường p∑ = f(α) chỉ là việc cộng tọa độ các trị số tương ứng của pkt và pj Kếtquả:

3.2.9 Vẽ lực tiếp tuyến T = f(α) và đường lực pháp tuyến Z = f(α):

Theo kết quả tính toán ở phần động học, ta có:

=

β

β+α

=Σ

Σ

cos

cospZ

cos

sinpT

Trong đó: β = arcsin ( λ sin α )

Vẽ hai đường này theo các bước sau:

- Bố trí hoành độ α ở phía dưới đường pkt, tỷ lệ xích µα = 20/1mm

a Pồ

β

β +

a Pồ

β

β +

a Pồ

β

β +

2.2.10 Vẽ đường ∑T = f(α) của động cơ nhiều xilanh:

Động cơ nhiều xilanh có mômen tích lũy vì vậy phải xác định mômen này.Chu kỳ của mômen tổng phụ thuộc vào số xilanh và số kỳ, bằng đúng góc công táccủa các khuỷu:

0 0

4

4 180 i

180

=

=

τ

= δ

Trong đó: τ - số kỳ, i – số xilanh

Vẽ đường biểu diễn ∑T (cũng là ∑M vì ∑M = ∑T.R) theo các bước sau:

- Lập bảng xác định các góc αi ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc

- Động cơ 4 kỳ, 4 xilanh, thứ tự làm việc 1-3-4-2

0 3

0 2

0 1

360 540 180 0

Bảng tính ST

Sau khi có đường ΣTi =f( )α , ΣTtb (đại diện cho mômen cản) bằng cách

đếm diện tích bao bởi đường ∑T với trục hoành α (F∑ T) rồi chia diện tích này chochiều dài trục hoành

90

864 3528

90

S S 90

F

(mm)Kiểm nghiệm ∑Ttb:

7431 , 0 4000 046 0 4

092 0 14 , 3 14 , 3

10 7355 , 0 75 30

n R F

10 N 30

3 m

p

3 e tÝnh

=

0065,29

TtÝnh =

Sai số:

% 2

% 100 6

, 29

0065 , 29 6 , 29

% 100 T

T T

T

%

tb

tÝnh tb

Σ

Σ

− Σ

= Σ

2.2.11 Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu:

Vẽ theo các bước sau:

+ Căn cứ vào bảng tính T và Z đã thực hiện ở phần vẽ đồ thị T = f(α) và Z =f(α) để lập tọa độ của các điểm tương ứng với αi trên tọa độ T-Z: