DO AN DONG CO DOT TRONG

LỜI NĨI ĐẦU Động đốt đóng vai trò quan trọng kinh tế,là nguồn động lực cho phương tiện vận tải ôtô,máy kéo,xe máy,táu thủy,máy bay máy công tác máy phát điện,bơm nước Mặt khác động đốt đặc biệt động ôtô nguyên nhân gây nhiễm mơi trường,nhất thành phố Sau học xong môn học thức học để làm đồ án “ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG”, em vận dụng kiến “TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG” Trong q trình tính tốn để hồn thành đồ án mơn học chun nghành này, bước đầu gặp khơng khó khăn bỡ ngỡ với nỗ lực thân với hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy giáo Trần Trọng Tuấn,giờ sau thời gian làm việc hết mình, nghiêm túc nghiên cứu tìm hiểu em hồn thành xong đồ án mơn học ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Tuy nhiên lần em vận dụng lý thuyết học, vào tính tốn tập cụ thể theo thông số cho trước, nên gặp nhiều khó khăn khơng tránh khỏi sai sót Vì em mong xem xét, giúp đỡ bảo đưa ý kiến thầy để em hoàn thành đồ án cách tốt nhất, đồng thời qua rút kinh nghiệm, học làm giàu kiến thức chun mơn khả tự nghiên cứu Qua Đồ án em cảm thấy cần phải có nổ lực cố gắng nhiều nữa, cần phải có phương pháp nghiên cứu đắn đường chọn Cũng qua đồ án em xin bày tỏ lòng biết ơn thầy giáo Trần Trọng Tuấn thầy giáo khoa giúp đỡ, hướng dẩn tận tình đóng góp ý kiến quý báu giúp em hoàn thành đồ án cách tốt tiến độ Rất mong giúp đỡ nhiều thầy Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Hoàng Văn Ngọc CHƯƠNG I TÍNH TỐN CHU TRÌNH CƠNG 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 tên sinh viên: Hoàng Văn Ngọc Khóa : 66 Số liệu ban đầu cần thiết cho q trình tính tốn bao gồm: C¸c sè liệu phần tính toán nhiệt T T Tên thông số Kiểu động 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Ký hiệu 3D6 Giá trị Số kỳ Số xilanh Thứ tự nổ i Hành trình piston Đờng kính xilanh Góc mở sớm xupáp nạp Góc đóng muộn xupáp nạp Góc mở sớm xupáp xả Góc đóng muộn xupáp xả Góc phun sớm Chiều dài truyền Công suất định mức Số vòng quay định mức Suất tiêu hao nhiên liệu Tỷ số nén Khối lợng truyền Khèi lỵng nhãm piston S D 1 2 1-5-3-6-24 180 150 20 Thẳng hàng 48 48 i ltt 30 Ne n ge mtt mpt Đơn vÞ 20 320 155 1550 195 14.5 5,62 2,37 Ghi Đ/cơ Diesel không tăng áp kỳ mm mm độ ®é ®é ®é ®é mm m· lùc v/ph 114.08 kWh g/ml.h kg kg 1.1.2 Các thông số cần chọn: a Áp suất môi trường: p0 Áp suất môi trường pk áp suất khí trước nạp động P thay đổi theo độ cao Ở nước ta chọn p0= 0,1 (Mpa) b Nhiệt độ môi trường: Tk Lựa chọn nhiệt độ môi trường theo nhiệt độ bình quân năm Ở nước ta Tk = 260C (2990K) Chọn áp suất nạp không tăng áp pk=0,1 (MPa) c Áp suất cuối trình nạp: pa Áp suất mơi trường Pa phụ thuộc vào nhiều thơng số chủng loại động cơ, tính tốc độ n, hệ số cản đường nạp, tiết diện lưu thơng,…Có thể chọn pa phạm vi sau pa = (1,2 0,35)po Chọn pa = 0,11 (MPa) d Áp suất khí thải: pr Áp suất phụ thuộc vào thơng số p a Có thể chọn pr phạm vi: pr = (1,10  1,15) pa Chọn pr = 0,121 (MPa) e Mức độ sấy nóng mơi chất:T Chủ yếu phụ thuộc vào q trình hình thành khí hỗn hợp bên ngồi hay bên xi lanh Đối với động diezelT = 200400C Chọn T = 300C f Nhiệt độ khí sót (khí thải): Tr Phụ thuộc vào chủng loại động Tr = 700 10000K Chọn Tr = 8000K g Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt: t Tỉ nhiệt mơi chất thay đổi phức tạp nên thường phải vào hệ số dư lượng khơng khí  để hiệu đính Có thể chọn t theo bảng sau:  0,8 t 1,13 Chọn t = 1,1 1,0 1,17 1,2 1,14 1,4 1,11 h Hệ số quét buồng cháy: Động không tăng áp: Chọn 2 = i Hệ số nạp thêm: Phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thơng thường chọn: = (1,02  1,05) Chọn 1 = 1,04 k Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z: Thể lượng nhiệt phát nhiên liệu cháy điểm z so với lượng nhiệt phát đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu  z = 0,7 0,85 Chọn  z = 0,8 Đối với động diesel: k Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b: b lớn  z Thông thường: Đối với động diezel b = 0,8 0,9 Chọn b = 0,85 l Hệ số điền đầy đồ thị cơng: d Thể sai lệch tính tốn lý thuyết chu trình cơng tác động với chu trình cơng tác thực tế Sự sai lệch chu trình thực tế với chu trình tính tốn động xăng động điezel hệ số d động diezel thường chọn trị số nhỏ động xăng Nói chung chọn phạm vi: d = 0,92  0,97 Chọn d = 0,96 1.2 Tính tốn q trình cơng tác: 1.2.1 Tính tốn q trình nạp a Hệ số khí sót  r: r   (Tk  T ) p r Tr pa 1  p m 1   t   r   pa  Chỉ số dãn nở đa biến m = 1,45  1,5 , chọn m = 1,5 r = r =0.03154 b Nhiệt độ cuối trình nạp Ta: = Ta = 335,3120K c Hệ số nạp  v:   m  pr   Tk pa  v  .         1  Tk  T  pk  t  pa     v = v = 1,0622 d Lượng khí nạp M1: (*) Ta có Vh = ==3,17925 (dm3) pe = = 0,463 (MPa ) thay vào (*) ta : M1 = = 1,6998kmol/kgnl Trong đó: D: Đường kính xilanh S: Hành trình pistơng n: Số vòng quay động i: Số xilanh ge: Suất tiêu hoa nhiên liệu Ne: Cơng suất động : Số kì e Lượng khơng khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0: M0   C H O     0,21 12 32 Nhiên liệu động diezel: C = 0,87; H = 0,126; O=0,004 M0  �0,87 0,126 0, 004 � �   � 0, 21 �12 32 � M0 = 0,495 (kmol/kg nh.liệu) Hệ số dư lượng khơng khí  : Đối với động diezel:  M 1, 6998   3, 4339 M 0, 495 1.2.2 Tính tốn q trình nén a Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khơng khí: mcv 19,806  0,00209.T (kJ/kmol.độ) b Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy: Hệ số dư lượng khơng khí >1, tính theo cơng thức: " 1, 634 � � 187,36 � 5 � mc v  � 19,876  427,86  10 T � � �  � 2�  � � " 1, 634 � � 187,36 � 5 � mc v  � 19,876   � 427,86  10 T � 3, 4339 � � 3, 4339 � � � " mc v  20, 3518  0, 002412.T (kJ/kmol.độ) c Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp: ' Trong q trình nén mcv tính theo cơng thức sau: mv v   r mc v 19,806  0, 00209T  0, 03154 � 20,3518  0, 002412.T  mc   1  r  0, 03154 ' v " ' mc v  19,8227  0, 0021.T  av'  bv' T (kJ/kmol.độ) d Chỉ số nén đa biến trung bình n1: Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào nhiều thơng số kết cấu thơng số vận hành kích thước xilanh, loại buồng cháy, phụ tải, trạng thái nhiệt động v v…Tuy nhiên n1 tăng theo quy luật sau: Tất nhân tố làm môi chất nhiệt khiến cho n1 tăng, n1 xác định giải phương trình sau: 8,314 n1   a'v  b'v   Ta  n1   Chọn n1 = 1,3707 VT = 1,3704– = 0,3707 VP  8,314  0, 3707 19,8227  0, 0021 �335,312 � 14,51,3707 1  1 VT - VP=0 Thỏa mãn chọn n1 = 1,3707 e Áp suất nhiệt độ cuối trình nén pc tính theo cơng thức sau: pc  pa  n1  0,11�14,51,3707  4, 29813(Mpa) f Nhiệt độ cuối trình nén: Tc = Ta.n1 - = 335,3121,3707-1 = 903,583K g Lượng môi chất công tác qúa trình nén: Mc =M1 + Mr = M1(1+r) = (1+0,03154)= 1,7534(Kmol/kg nh.liệu) 1.2.3 Tính tốn q trình cháy: a Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết  0: 0  M M  M M  1 M1 M1 M1 Độ tăng mol M loại động xác định theo công thưc sau: H O   M  0,211   M     32   nl  �H O � M  �  � �4 32 � Đối với động diesel: H O 0,126 0, 004   32  1, 0186    32   M1 1, 6998 Do đó: b Hệ số thay đổi phân tử thực tế  :     r 1, 0186  0, 03154   1, 018 1  r  0, 03154 c Hệ số thay đổi phân tử thực tế điểm z:  z 1 Trong đó: z  0   z 1 r  z 0,8   0, 9412 b 0,85 z  1 1, 0186  0,9412  1, 01697  0, 03154 d Lượng sản vật cháy M2: M  M  M   M  1, 0186 �1, 6998  1, 7314 (Kmol/kg nh.liệu) e Nhiệt độ điểm z: Tz Đối với động diezel, nhiệt độ Tz tính từ phương trình cháy: ' "  z QH  (mc v  8,314. ).Tc   z mc pz Tz M1    r  (**) Trong đó:QH- Nhiệt trị dầu diezel QH = 42,5.103 (kJ/kg nh.liệu) mcvc mcvc '  av '  ' bv ' Tc  19,825  0, 0021.Tc 0, 03154 )  (1  0,9412) �(19,8227 0,0021Tz ) 1, 0186 0, 03154 1, 0186 �(0,9412  )  (1  0,9412) 1, 0186 1, 0186 �(20,3518  0, 002412Tz ) �(0,9412  =20,322 +0,002394Tz = avz’’ + bvz’’ Tz  mc pz "  mcvz "  8,314  28, 636  0, 002394Tz Thay tất vào (**) ta : 0,8 �42500   19,8227  0, 0021Tz  8,314 �2  903,312  1, 01697 � 28, 636  0, 002394Tz  Tz 1, 6998 �  0, 03154  Giải phương trình ta được: Tz = 1671,738oK f áp suất điểm z: Pz .pc Trong đó: - hệ số tăng áp, ta chọn   1,9 pz = pc= 1,9 =8,1664( MPa) 1.2.4 Tính q trình giãn nở: a Hệ số giãn nở sớm  :   z TZ 1, 01697 �1671, 738   0,9906 .Tc 1,9 �903,312 Ta thấy ứng suất uốn đỉnh piston ta tính nằm khoảng đỉnh có gân tăng bền Vì ta chọn thiết kế loại piston có gân chịu lực 3.2 Tính nghiệm bền đầu pittơng: Ứng xuất kéo: 42 k  pj max FI  I  mI  I j max FI  I Trong đó: mI-I – khối lượng phần đầu pittông: mI-I = AL.VI-I = 7,6.Vii V1  2. D2  d 0,122  0,10562 h  2.3,14 .3,6.10 3 4 m3 V1 = 5,36.10-6 m3 V2   D2  d 0,122  0,10562 h  3,14 .4, 2.103  3,127.106 4 m3 V   D2  d 0,12  0,07 hd  3,14 .25,92.103 4 V = 146.10-6 m3 VI-I = V – V1 – V2 = (146 - 5,36 – 3,127).10-6 = 137,513.10–6 m3 Mđ = 137,513.10-6.7,6 = 1,0451 kg nmax = 1,3.nđm = 1,3.1550 = 2015 vg/ph jmax k  �2015.3,14 �  R      0, 09 � �   0, 2815   8273,5 � 30 � m/s2 1,0451.8273,5  1,0591.106  1,0591 3 8,164.10 MN/m2< [k] = 10 MN/m2 Ứng suất nén: n  Pz max FI  I n  Pz max pz max  D 6,22114.106.3,14.0,12    8,93.106  N / m  3 FI  I 4.FI  I 4.8,164.10  n  8,93  MN / m  => Như thoả mãn ứng suất nén cho phép n = 45 (MN/m2) 3.3 Tính nghiệm bền thân pittơng: Áp suất tiếp xúc thân: 43 kth  N max l th.D Trong đó: lth- Chiều dài phần thân Nmax- Lực ngang lớn Có thể lập đồ thị N = f() để xác định Nmax Cũng lấy theo số liệu kinh nghiệm: Nmax = (0,0050,006)p20 p20- Hợp lực khí thể lực quán tính 200 sau ĐCT trình cháy giãn nở p 20  1, 48104 MN N max  0, 005.1, 48104.106  7, 405.103 MN 7, 405.10 3 kth   0.765 88.103.0,15 MN/m2< [kth] = [0,51,2]MN/m2 Áp suất tiếp xúc bề mặt chốt: kb  pz 2.d ch lb Trong đó: Fp - Diện tích pittơng Fp   D 3,14.0,122   0,0176 4 (m2) Vậy : kb  pz max 0, 0176.6, 22114   35, 26 2.d ch lb 2.42.30.106 (MN/m2) Áp suất tiếp cho phép: = (25 ÷ 40) (MN/m) =>< thoả mãn dch - Đường kính ngồi chốt pittơng: dch = 42 (mm) lb - Chiều dài tiếp xúc xủa bệ chốt: l1 = 30 (mm) 3.4 Tính kiểm nghiệm bền chốt pittông 3.4.1 Ứng suất uốn 44 Nếu coi chốt piston dầm đặt tự hai gối đỡ, lực tác dụng phân bố theo hình Khi chịu lực khí thể, chốt bị uốn lớn tiết diện chốt Mômen uốn chốt xác định theo cơng thức: Mu  Pz �l ld �  � 2� �2 �(MN.m) Môdun chống uốn tiết diện chốt piston bằng:   d cp  d o  Wu  �0,1d cp3     32 d ch 4 Trong đó: l - Khoảng cách hai gối đỡ - Chiều dày đầu nhỏ truyền - Đường kính chốt pittơng  20   0, 476 d ch - Hệ số độ rỗng chốt => 42 Nếu coi chiều dài chốt piston ≈ ứng suất uốn chốt piston tính theo sơ đồ hình tính theo cơng thức: pz  lcp  0, 5ld  Mu u   MN / m   Wu 1, 2d ch     Mà: =114 (mm); = 52 (mm) u  Nên: 6, 22114  114  14,1 1, 2.42   0, 467   105,  MN / m  45 Ứng suất cho phép [] = (150 250) (MN/) => không thỏa mãn 3.4.2 Ứng suất cắt   Ta có: Fch  Mà:   Nên:  d ch  pz 2.Fch  422  1384, 74  mm  9, 030747  32,  MN / m  2.1384, 74 Ứng suất cắt cho phép [] = (50 70) (MN/) =>không thỏa mãn 3.4.3 Áp suất tiếp xúc với đầu nhỏ truyền kd  Có: pz 6, 22114   23,12  NM / m  ld Fch 52.1384, 74 Áp suất cho phép [] = (20 35) (MN/) => thỏa mãn điều kiện 3.4.4 Ứng suất biến dạng Khi biến dạng chốt biến dạng thành dạng méo Theo Kinaxôsvili lực tác dụng theo chiều chốt piston phân bố theo đường parabơn có số mũ từ 2,5 ÷ Trên phương thẳng góc với đường tâm chốt tải trọng phân bố theo đường sin hình a Đối với loại chốt có độ rỗng α = 0,4 0,8 xác định theo cơng thức sau: d max 0,09 pz �1   �  � �.k E.lcp �1   � 46 Trong đó: k – Hệ số hiệu đính k = [1,5 – 15] = 1,493 E – Môđun đàn hồi thép E = (MN/) Độ biến dạng tương đối:  ch  d max �0, 002 d ch Khi chốt bị biến dạng ứng suất biến dạng phân bố theo hình b Trên điểm 1, 2, 3, có ứng suất lớn Ứng suất kéo điểm mặt ngồi (ϕ = ) tính theo công thức sau: pz �         �  a ( 0)   �0,19 �.k   45,36  MN / m2  lcp d ch �  1  �  1   � � Ứng suất nén điểm mặt ngoài:  p �         0,636 �  a  40o  z �0,174  �.k  58,53  MN / m    lcp d ch �  1  �  1   � � Ứng suất nén điểm mặt trong: pz �         �  i( 0)  0,19  � �.k  83,61(MN/ m ) lcp dch �  1     1  � � � Ứng suất kéo điểm mặt trong: pz �   2      0,636 �  i  40o  0,174  � �.k  61,9  NM / m    lcp dch �  1     1  � � � Ứng suất biến dạng cho phép:     60 �170MN / m2 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS Nguyễn Đức Phú, Hướng dẫn làm đồ án môn học động đốt trong, Đại học Bách Khoa Hà Nội [2] Nguyễn Tất Tiến (2003), Nguyên lý động đốt trong, NXB Giáo dục 47 [3] Trần Văn Tế (1997), Động lực học dao động động đốt trong, NXB ĐHBK Hà Nội [4] Nguyễn Đức Phú (1979), Kết cấu tính tốn động đốt trong, tập 2, Đại học Bách Khoa Hà Nội [5] Nguyễn Đức Phú (1979), Kết cấu tính tốn động đốt trong, tập 3, Đại học Bách Khoa Hà Nội [6] Phạm Minh Tuấn (2008), Lý thuyết động đốt trong, NXB Khoa học kỹ thuật [7] John B Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, Mc Graw Hill - 1988 48 ... = -mR2(cos + cos2)   2, 421.0, 09.235,52 (cosa  0, 3.cos 2a )   93,32.103 (cosa  0, 3.cos 2a ) Căn vào hệ số  = R/l =72,5/228 = 0,31798 ta tra bảng để xác định tổng (cos + cos2)...  cos cos    Z  p cos   sin  Trong đó:  arcsin T  p Vẽ hai đường theo bước sau: - α Bố trí hồnh độ  phía đường pkt, tỷ lệ xích   = 20/1mm Cùng tỷ lệ P chọn sin     cos... = 20/1mm Cùng tỷ lệ P chọn sin     cos     cos cos ta có kết quả: Căn vào  = R/l, trị số sin    cos    p T Z cos cos mm -35 MN -0.02279 mm 0 MN mm -35 MN -0.02279 27