ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG, ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT

Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị: 1.3.1- Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: điểm a Từ O’ của đồ thị Brich xác định góc đóng muộn = 7 của xupáp thải, bán kính này cắt vòng tròn

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 = 9 (kW)2- Số vòng quay của trục khuỷu: n = 2200 (vg/ph)3- Đường kính xi lanh: D = 95 (mm)

4- Hành trình pittông: S = 115 (mm)5- Số xi lanh: i = 1

6- Tỷ số nén:  = 177- Thứ tự làm việc của các xilanh:

8- Suất tiêu thụ nhiên liệu: ge = 189 (g/kW.h)9- Góc mở sớm xupáp nạp: 1 = 10 0

10- Góc đóng muộn xupáp nạp: 2 = 29011- Góc mở sớm xupáp xả: 1 = 32 012- Góc đóng muộn xupáp xả: 2 = 7 013- Chiều dài thanh truyền: l = 205 (mm)14- Khối lượng nhóm pittông: mnp = 1,15 (kg)15- Khối lượng thanh truyền: mtt = 2,26216- Kiểu động cơ: D12; động cơ Diesel

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 thay đổitheo 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 thônh số như chủng loại động cơ, tínhnăng tốc độ n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông…Có thể chọn pa trong phạm

vi sau pa = (0,8  0,9)pk

Các loại động cơ Diesel có α > 1,4 có thể chọn = 1,10

8 Hệ số quét buồng cháy: 2

Động cơ không tăng áp: Chọn 2 = 1

9 Hệ số nạp thêm: 1

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

1 = 1,02  1,05 Chọn  1 = 1,05

10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z:

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

Đối với động cơ Diesel ξ z = 0,70 ÷ 0,85 Chọn ξ z = 0,80

11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b:

ξb bao giờ cũng lớn hơn ξ z Thông thường:

Đối với động cơ Diesel ξ b = 0,80 ÷ 0,90 Chọn ξ b = 0,89

12 Hệ số điền đầy đồ thị công:d

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 giữa chu trình thực tế với chu trình tính toán của động cơ xăng ít hơn của động cơ Diesel vì vậy hệ số của động cơ xăng thường chọn trị số lớn Nói chung có thể chọn trong phạm vi:

: Suất tiêu hoa nhiên liệu

Ne: Công suất động cơ

: Số kì

1.2.1.5 Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu :

=

Nhiên liệu của động cơ Diesel: C = 0,855; H = 0,145; O = 0,004

→ = = 0,5125(kmol/kg nh.liệu)

1.2.1.6 Hệ số dư lượng không khí α

Đối với động cơ Diesel còn phải xét đến hơi nhiên liệu, vì vậy:

α = = = 1,148

1.2.2 Tính toán quá trình nén

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

= 19,806 + 0,0029 T(kJ/kmol.độ)

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

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

= (19,876+1,634/ α)+0,5.(427,86+187,36/ α).T (kJ/kmol.độ)

= (19,876+1,634/ 1,148)+0,5.(427,86+187,36/ 1,148).T

= 21,29 + 0,0029T(kJ/kmol.độ)

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

Trong quá trình nén tính theo công thức sau:

= = = 20,18+0,0029T = T (kJ/kmol.độ)

1.2.2.4 Chỉ số nén đa biến trung bình :

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 tăng theo quy luật sau: Tất cả những nhân tố làm môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho tăng, được xác định bằng các giải phương trình sau:

– 1 =

Chọn = 1,285

1.2.3 Tính toán quá trình cháy:

1.2.3.1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết :

= = = 1+

Đối với động cơ Diesel: = H/4 +O/32

Nhiên liệu của động cơ Diesel: C = 0,855; H = 0,145; O = 0,004

1.2.3.5 Nhiệt độ tại điểm z:

Đối với động cơ xăng, nhiệt độ được tính từ phương trình cháy: + ( + 8,314λ) = (*)

Trong đó:

- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Đối với động cơ Diesel thông thường có thể chọn:

= 42500 (kJ/kg nh.liệu)

= = 20,18+0,0029 = 20,18+0,0029.1882,12= 25,63(kj/mol.độ) = + 8,314

=

= = 21,0725 + 0,0029

→ = + 8,314 = 21,0725 + 0,0029+8,314 = 29,3865 +0,0029Chọn hệ số tăng áp suất = 1,6

Thay tất cả vào phương trình (*), ta được

Giải phương trình ta được = 2716,06(0K)

6 Áp suất tại điểm z:

1.2.5.1 Áp suất chỉ thị trung bình :

Đối với động cơ Diesel

= ]

1.2.5.5 Áp suất tổn thất cơ giới :

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

Căn cứ vào các số liệu được tính , , , , , , Ta lập bảng để tính đường nén và đường giãn

nở theo biến thiên của dung tích công tác = i (– dung tích xi lanh)

Bảng tính quá trình nén và quá trình giãn nở:

Ta có thông số kết cấu của động cơ là λ’ = S/2.l = 115/2.205 = 0,28

Vậy khoảng cách OO’ là OO’ = (λ’.S)/4 = (0,28.115)/4 = 8,05mm

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 song song với trục hoành

đi qua hai điểm,

Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị Các bước 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 chết dưới

Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:

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

Từ O’ của đồ thị Brich xác định góc đóng muộn = 7 của xupáp thải, bán kính này cắt vòng tròn Brich ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt đường ở a Nối điểm r trên đường thải với a Ta có đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp

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

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có sự đánh lửa sớm (động cơ xăng) nên thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết được tính Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén thực tế có thể xác định theo công thức sau:

Áp suất thực tế trong quá trình giãn nở không duy trì hắng số như động cơ điêden (đoạn ứng với ) nhưng cũng không đạt trị số lý thuyết như của động cơ xăng Theo thực

nghiệm, điểm đạt trị số cao nhất là điểm ÷ (tức là ÷ sau ĐCT của quá trình cháy và giãn nở)

Hiệu đính điểm z của động cơ xăng theo các bước sau:

a) Cắt đồ thị công bởi đường 0,85 = 0,85.5,568 = 4,7328 (MPa)

b) Từ đồ thị Brich xác định góc gióng xuống đoạn đẳng áp 0,85 để xác định điểm z.c) Dùng cung thích hợp nối C’ với z lượn sát với đượng giãn nở

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

Hiệu đính điểm b căn cứ vào góc mở sớm của xupap thải

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế thường thấp hơn cuối quá trình giãn nở lý thuyết

CHƯƠNG II.

Tính toán động học, động lực học

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 với hành trình pittông S = 2R Vì vậy đồ thị đều lấy hoành độ tướng ứng với của đồ thị công (từ điểm 1 đến )

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

Vẽ theo các bước sau:

1) Chọn tỷ lệ xích góc: 0,7 (mm/độ)

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

3) Từ tâm O’ của đồ thị Brich kẻ các bán kính ứng với , ,…

4) Gióng các điểm đã chia trên cung Brich xuống các điểm , ,… tương ứng trên trục tungcủa đồ thị x = f(α) để xác định chuyển vị x tương ứng

5) Nối các giao điểm, 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 R/2, tâm O

3) Chia nửa vòng R và vòng R/2 thành 18 phần theo chiều ngược nhau

Từ các điểm chia trên vòng 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 R/2 tại các điểm a, b, c,…

4) 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 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:

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

- Khối lượng nhóm pittông = 1,15 kg

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

Thanh truyền của động cơ ôtô: = (0,275 ÷ 0,285)

= (0,275÷ 0,285).2,262 = (0,62205÷0,64467)kg

Chọn = 0,63kg

Vậy ta xác định được khối lượng chuyển động tịnh tiến:

m = + = 1,15+ 0,63 = 1,78kg

3.2.2 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:

= – = 2.262 – 0,63 = 1,632 kg

- Khối lượng của chốt khuỷu

= π = π = 0,363kg

Trong đó

là đường kính ngoài của chốt khuỷu

là đường kính trong của chốt khuỷu

là chiều cao chốt khuỷu

là khối lượng riêng của vật làm chốt khuỷu = kg/

- Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt:

= = (0,72 )/0,095/2 = 0,4926

Trong đó là khối lượng má khuỷu (kg)

là bán kính trọng tâm của má khuỷu (m)

R bán kính quay của khuỷu (m)

= - (cosα + cos2α)

Căn cứ vào hệ số = R/l ta có thể tra bảng để xác định tổng (cosα + cos2α) biến thiên theo

α Từ đó có thể lập bảng để tính

2) Lực quán tính chuyển động quay :

Lực này tính theo công thức sau: = R

Trong đó = + + = 0,4926+ 0,363 + 1,632= 2,487

3.2.4 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính – = f(x):

Vẽ theo phương pháp Tôlê nhưng hoành độ đặt trùng với đường ở đồ thị công và vẽ đường bao – = f(x), tiến hành theo các bước sau:

1) Tỷ lệ xích cùng với tỷ lệ xích áp suất ; - cùng tỷ lệ xích với hoành độ của j = f(x)

Dùng phương pháp đồ thị vòng ta xác định được đồ thị v = f(x) Muốn chuyển 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 từ các 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 /1mm Như vậy toàn bộ chu trình sẽ ứng với 360mm Đặt hoành độ α này cùng trên đường đậm biểu diễn và cách ĐCD của đồ thị công 62mm

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

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

Trong đó = = 0,88.10^5 - áp suất khí trong xilanh (N/m^2)

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:

T =

Z =

Trong đó: = arcsin(λ’sinα)

Vẽ hai đường này theo các bước sau:

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

1.10516

-11.0908 0

0.0021 9

-1.07409

-19.5437 4

0.0038 6

-1.00042

-23.7808 0

0.0046 9

0.52214 12.41174 0.0024

510

0

3.51593

-0.0052 2

0.89633

-23.7143 4

0.0046 8

0.67804 17.93915 0.0035

411

0.0040 3

0.87904 20.94004 0.0041

3

-0.40457 5.72095

-0.0011 3

-0.98502 8.63698 0.0017

016

0

4.93347

-0.0008 2

0.19199 0.79791

-0.0001 6

-0.29260 2.53597 0.0005

0

-0.98526 8.53922 0.0016

822

1.07309 19.6887

7

0.0038 8

-0.33438 6.13507 0.0012

1

29 -8.97229 - -1.10503 11.3135 0.0022 -0.11589 1.18650 0.0002

-0.34837 3.83154 0.0007

632

-0.49680

-20.0934 8

0.0039 6

-0.88284 35.70717 0.0070

535

-0.96975 44.33416 0.0087

536

0

5.38422 0.0080

3 0.48845 19.87970 0.00392 0.88696 36.09873 0.0071239

0

40.5181

5 0.00645 0.70238 22.96186 0.00453 0.75012 24.52227 0.0048440

0

-13.1407 0.0044

5 0.87870 19.81863 0.00391 0.56952 12.84516 0.0025341

0

-2.40876 0.0000

5 1.08408 0.27473 0.00005 0.12556 0.03182 0.0000143

0

32.3279

-0.0019 5

1.10527

-10.9238 4

0.0021 6

0.10755 1.06293 0.0002

144

0.0038 4

1.00207

-23.7694 2

0.0046 9

0.51895 12.30951 0.0024

3

-0.77725

-20.5244 8

0.0040 5

0.65005

-15.5181 1

0.0030 6

0.87780 20.95507 0.0041

349

0.0020 3

-0.40665 5.79167

-0.0011 4

-0.29647 2.61461

-0.0005 2

-0.98477 8.68475 0.0017

152

0

8.7347

-0.0008 4

0.19380 0.82511

-0.0001 6

-0.99442 4.23374 0.0008

453

0

4.91342

-0.0002 2

0.09670 0.10783

-0.0000 2

0

9.18595 -0.0002 -0.09149 0.09275 0.0000

2 -0.99889 1.01256 0.0002056

-0.29067 2.48975 0.0004

9 -0.98549 8.44139 0.0016758

0.89212 23.6482

9

0.0046 7

-0.68302 18.10529 0.0035

7

-1.07208 19.7789

0

0.0039 0

-0.33815 6.23846 0.0012

365

1.10489 11.4800

8 0.00227 -0.12005 1.24739 0.0002566

0

20.3278

-0.0000 7

-1.08665 0.38553 0.0000

8 0.11269 -0.03998 -0.0000

167

0.0038 5

-0.55857 12.28687 0.0024

269

0.99996 47.59064 0.0093

9

2.2.10 Vẽ đường = 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 tác của các khuỷu: = = =

Trong đó: - số kỳ, i – số xilanh

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

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

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

0

1 Nạp Nén Cháy Thải

Trị số của ta đã tính và vẽ đường T = f(α) Căn cứ vào đó tra các giá trị tương ứng

mà đã tịnh tiến theo , sau đó cộng tất cả các giá trị của lại ta có:

Sau khi có đường = f(α), (đại diện cho mômen cản) bằng cách đếm diện tích bao bởi đường T với trục hoành α () rồi chia diện tích này cho chiều dài trục hoành

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:

Đây chính là đồ thị biểu diễn trên tọa độ T-Z Thực vậy, từ gốc tọa độ 0’ của đồ thị, nối với bất kỳ điểm nào của đồ thị (ví dụ nối với điểm 400) ta đều có:

= +

Tìm gốc phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu bằng cách đặt véc tơ (đại diện cho lực ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu) lên đồ thị như hình bên:

= = mm

Ta xác định được gốc tọa độ 0 của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Nối 0 với bất

kỳ điểm nào ta đều có:

0

20100

0

400Q

Trị số thể hiện bằng độ dài OA Chiều tác dụng là chiều , điểm tác dụng là điểm a trên phương kéo dài của AO cắt vòng tròn tượng trưng cho mặt chốt khuỷu.

2.2.12 Vẽ đường biểu diễn Q = f(α) theo các bước sau:

+ Chọn hoành độ α gần sát mép dưới của tờ giấy vẽ và cùng với các đồ thị .+ Lập bảng giá trị Q theo α bằng cách đo khoảng cách từ tâm O đến các điểm trên đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu:

+ Xác định bằng cách đếm diện tích bao bởi Q = f(α) và trục hoành rồi chia cho chiều dài trục hoành ta có :

= = (mm)

Hệ số va đập :

2.2.13 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu:

Đồ thị mài mòn chốt khuỷu biểu diễn trạng thái mài mòn lý thuyết của chốt khuỷu từ đó

có thể xác định miền phụ tải bé nhất để khoan lỗ dầu bôi trơn chốt khuỷu

Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta đ• dùng các giả thiết sau đây:

- Phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu là phụ tải ổn định ứng với công suất Nơe và tốc độ n định mức

- Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200

- Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải

- Không xét đến các điều kiện công nghệ và sử dụng, lắp ghép…ví dụ không xét đến vật liệu, độ cứng bề mặt, độ bóng, độ chặt lỏng, dầu mỡ bôi trơn…

Vẽ đồ thị mài mòn lý thuyết theo các bước sau:

+ Chia vòng tròn tượngtrưng mặt chốt thành 24 phần bằng nhau, đánh số thứ tự như hình bên

+ Từ các điểm chia 1,2,3,….23 trên vòng tròn 0, 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 bên

Ta lập được tổng phụ tải tác dụng trên điểm 1 sẽ là:

Làm tượng tự ta có: