DO AN DONG CO DOT TRONG

Đó là nửa đường tròn có tâm O, bánkính R = S/2, rồi xác định điểm O’ cách O một đoạn R/2 về phía điểm chết dưới, với Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị: a- Hiệu đính điểm bắt đầu

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế,là nguồn động lựccho các phương tiện vận tải như ôtô,máy kéo,xe máy,táu thủy,máy bay và các máycông tác như máy phát điện,bơm nước Mặt khác động cơ đốt trong đặc biệt là động

cơ ôtô là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường,nhất là ở thànhphố

Sau khi học xong môn học “ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG”, em đã vận dụng những kiếnthức đã học để làm đồ án “TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG” Trong quá trình tính toán

để hoàn thành đồ án môn học chuyên nghành này, bước đầu đã gặp không ít khó khăn

bỡ ngỡ nhưng với sự nỗ lực của chính bản thân cùng với sự hướng dẫn và giúp đỡ hếtsức tận tình của thầy giáo Trần Trọng Tuấn,giờ đây sau một thời gian làm việc hếtmình, nghiêm túc trong nghiên cứu và tìm hiểu em đã hoàn thành xong đồ án môn học

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Tuy nhiên do đây là lần đầu tiên em vận dụng lý thuyết đã học,vào tính toán một bài tập cụ thể theo thông số cho trước, nên gặp rất nhiều khó khăn

và không tránh khỏi những sai sót Vì vậy em rất mong được sự xem xét, sự giúp đỡchỉ bảo và đưa ra ý kiến của các thầy để em hoàn thành đồ án một cách tốt nhất, đồngthời cũng qua đó rút ra kinh nghiệm, bài học làm giàu kiến thức chuyên môn và khảnăng tự nghiên cứu của mình

Qua Đồ án này em cảm thấy mình cần phải có nổ lực cố gắng nhiều hơn nữa, cầnphải có một phương pháp nghiên cứu đúng đắn trên con đường mình đã chọn

Cũng qua đồ án này em xin bày tỏ lòng biết ơn đối với thầy giáo Trần TrọngTuấn cùng các thầy giáo trong khoa đã giúp đỡ, hướng dẩn tận tình và đóng góp ýkiến quý báu giúp em hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất và đúng tiến độ

Rất mong được sự giúp đỡ nhiều hơn nữa của thầy

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Hoàng Văn Ngọc

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 đồ án môn học ĐCĐT 3D6 số 5:

Họ và tên sinh viên: Hoàng Văn Ngọc Khóa : 66

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

C¸c sè liÖu cña phÇn tÝnh to¸n nhiÖt

Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp và động cơ P0 thay đổitheo độ cao Ở nước ta có thể chọn p0= 0,1 (Mpa)

b Nhiệt độ môi trường: Tk

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

Ở nước ta Tk = 260C (2990K)

Chọn áp suất nạp không tăng áp là pk=0,1 (MPa)

c 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 trongphạm vi sau pa = (1,2 0,35)po

i 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 = 1,04

k Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z:

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

Đối với động cơ diesel: z= 0,7 0,85 Chọn z= 0,8

k Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b:

b

 bao giờ cũng lớn hơn z Thông thường:

Đối với động cơ diezelb= 0,8 0,9 Chọn b= 0,85

l 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 chutrình 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 điezel vì vậy hệ số d của động cơ diezel thường chọn trị sốnhỏ hơn động cơ xăng Nói chung có thể chọn trong phạm vi:

r t a

r r

k r

p p p

p T

T T

1 2

1

)(

Ta = 335,3120K

a k

k

p

p

p T T

T 1 1

ge: Suất tiêu hoa nhiên liệu

Ne: Công suất động cơ

H 12

C 21 , 0

6 Hệ số dư lượng không khí :

Đối với động cơ diezel:

1 0

1,6998

3, 4339

0, 495

M M

1.2.2 Tính toán quá trình nén.

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

0,00209.T19,806

mcv   (kJ/kmol.độ)

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

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

c 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 mấtnhiệt sẽ khiến cho n1 tăng, n1 được xác định bằng các giải phương trình sau:

 1 

T 2

b a

314 , 8 1

n

1 n a

' v ' v

1.2.3 Tính toán quá trình cháy:

a Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết 0 :

1 1

1 1

2

M 1 M

M M

132

O4

HM

121,0M

Đối với động cơ diesel: 4 32

z z b

e Nhiệt độ tại điểm z: Tz

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

1,01860,031541,0186 (0,9412 ) (1 0,9412)

Giải phương trình trên ta được: T z = 1671,738 o K

f áp suất tại điểm z:

b Hệ số giãn nở sau :

14,5

14, 6376 0,9906

z r 1

* z b

2

T T 2

b a T T 1

M

Q

314 , 8 1

z

T T

*

H

Q - Nhiệt trị thấp của nhiên liệu

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

1,5

0,1211033,05 729, 23

0,344

m m r

800

rt r r

r

T T T

o v i

e 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

156,7 0,8027

i e m

g g

V 4

e h e

N V

2,5547

0,1892

1 14,5 1

h c

V V

p  (MPa); p z 8,1664 (MPa);p b 0,344 (MPa)

1.3.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén:

- Phương trình đường nén đa biến: pV n1=const

Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường nén thì: . n1 n1

p

i i V

p : là áp suất cuối quá trình nén, ta có: p c= 4,29813 (MPa)

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

- Phương trình của đường giãn nở đa biến:p V. n2=const

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

x z n

x z

p p

V V

p : Áp suất tại điểm z: p z=8,26709 (MPa)

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

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

z

(Mpa/mm) 1.2 Bảng giá trị biểu diễn đồ thị công

x

V = (mm) Px=( 1

c n

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 trình 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 Các bướchiệu đính như sau:

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

Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:

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

Từ O’ của đồ thị Brich xác định góc đóng muộn 2 = 140 của xupáp thải, bánkính này cắt vòng tròn Brich ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt đường pa

ở a Nối điểm r trên đường thải (là giao điểm của p rvới trục tung) với a Ta có đườngchuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp

b- 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, ápsuất cuối quá trình nén thực tế p'ccó thể xác định theo công thức sau:

(MPa)

Từ đó xác định được tung độ điểm c’ trên đồ thị công:

'

' 5,5875 ( )0,0363 153,9

c c p

p



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

Do hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lýthuyết tại điểm c” Điểm c” được xác định bằng cách, từ điểm O’ trên đồ thị Brick taxác định được góc phun sớm i= 150, bán kính này cắt đường tròn Brick tại 1 điểm Từđiểm này going song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c”.đặt trên đồ thị Brichrồi gióng xuống đường nén để xác định điểm c”

d- 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 cơđiêden (đoạn ứng với VC) nhưng cũng không đạt trị số lý thuyết như của động cơxăng 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 góc tương 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

e- 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 1, 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’

f- Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở: (điểmb”)

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb” thường thấp hơn cuối quá trình giãn nở

lý thuyết do xupap thải mở sớm

Xác định pb” theo công thức kinh nghiệm sau:

b b p

p



Sau khi xác định b’, b” dùng cung thích hợp nối với đường thải rr.

CHƯƠNG II.

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC2.1 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 đồ thịcông (từ điểm 1VC đến VC)

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

Vẽ theo các bước sau:

a) Chọn tỷ lệ xích góc:  0,7(mm/độ)

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

c) Từ tâm O’ của đồ thị Brich kẻ các bán kính ứng với 100, 200,….1800

d) Gióng các điểm đã chia trên cung Brich xuống các điểm 100, 200,….1800

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

e) Nối các giao điểm xác định chuyển vị x, ta có đồ thị x = f().

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

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

a) Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x = f(), sát mép dưới

của giấy vẽ

b) Vẽ vòng tròn có bán kính R/2, tâm O

c) Chia nửa vòng tâm O bán kình R và vòng tròn tâm O bán kính R/2 thành 18 phần theo chiều ngược nhau

d) 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 R/2 tại các điểm a, b, c,…

e) 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() 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(), vẽ

theo các bước sau:

j

gtt gtbd

2865,53

28, 65 100

j j

j

gtt gtbd

EF R EF

EF EF

c) 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 = - 3R2 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 = 3,4 kg

- Khối lượng nhóm thanh truyền mtt =3,9 kg

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

Thanh truyền của động cơ diezel máy kéo:

4

np p

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: 0(mm)

ch

 : là đường kính ngoài chốt khuỷu: 55 (mm)

lch : là chiều dài chốt khuỷu:46 (mm)

 : là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu: =7800kg/m3

9

0 55 46

.7800.10 0, 2713425 4

m r m

R



(kg/m2)Trong đó: m om khối lượng của má khuỷu

r bán kính trọng tâm má khuỷu (m)

R bán kính quay của khuỷu: R= S/2 = 180/2 = 90 (mm)

b.Lực quán tính chuyển động quay p k :

Lực này tính theo công thức sau: pk mr.R.2

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

Vậy ta có giá trị biểu diễn của p jmax là:

max max

2,070,057606246

757

36,06( )

j j

p p

j

p m R   m j     ( MPa )

Vậy ta có giá trị biểu diễn của p jmin là:

min min

1,070,057606246

508

18,66( )

j j

p p

EF EF

2.2.5 Đường biểu diễn v = f(x):

Dùng phương pháp đồ thị vòng ta xác định được đồ thị v = f(α) 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  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():

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

- Chọn tỷ lệ xích  20/1mm Như vậy toàn bộ chu trình 7200 sẽ ứng với 360mm Đặt hoành độ  này cùng trên đường đậm biểu diễn p0 và cách ĐCD của đồ thị công 40-50mm

2.2.7 Khai triển đồ thị p j = f(x) thành p j = f():

Đồ thị pj  f   x

biểu diễn trên đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tốc độ của động

cơ Do động cơ tốc độ cao, đường này cắt đường nén ac tại hai điểm Ngoài ra, đường

j

p

còn cho ta tìm được giá trị của p  pkt pj

một cách dễ dàng vì giá trị của đường



p chính là khoảng cách giữa đường pj với đường biểu diễn pkt của các quá trình nạp,nén, cháy giãn nở và thải của động cơ

Khai triển đường pj = f(x) thành pj = f() cũng thông qua Brich để chuyển tọa

độ Nhưng ở P-, phải đặt đúng vị trí âm dương của pj

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

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

Trong đó:   arcsin   sin  

Vẽ hai đường này theo các bước sau:

- Bố trí hoành độ  ở phía dưới đường pkt, tỷ lệ xích  = 2 0/1mm

2.2.10 Vẽ đường T = f() 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

ct i

Trong đó:  - 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 i ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc

- Động cơ 4 kỳ, 6 xy lanh thứ tự làm việc là 1-5-3-6-2-4

0

1

0 2

0 3

0 4

0 5

0 6

Trị số của T1 ta đã tính và vẽ đường T = f() Căn cứ vào đó tra các giá trị tương ứng

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

60 60

T tb

F

(mm)Kiểm nghiệm Ttb:

3

30 .10 30.145.0,736.10

8,63226.10 ( / ) 3,14.0,945.0,0176.2300.0,77502

e tinh

tinh T

tb

T T T

T



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() và Z = f()

để lập tọa độ của các điểm tương ứng với i trên tọa độ T-Z:

+ Vẽ hệ trục tọa độ T-Z chiều dương của trục Z hướng xuồng dưới, rồi xác định các tọa

độ i(Ti,Zi) Ví dụ điểm 00 là điểm có tọa độ T0 0, Z0 0

; điểm 100 là điểm có tọa độ

0

10 , Z

T

…Cứ lần lượt chấm các điểm trên ta có đồ thị như hình bên

Đây chính là đồ thị ptt biều 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:

.ZT

ptt  Tìm gốc phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu bằng cách đặt véc tơ pko (đại diện cholực ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu) lên đồ thị như hình bên: