Đồ án Động cơ đốt trong: Chu trình công tác của động cơ đốt trong

Nội dung của đồ án bao gồm: tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong; tính toán động học, động lực học; tính nghiệm bền các chi tiết chính.

Đồ Án Động Cơ Đốt Trong                                  GVHD:  LỜI NĨI ĐẦU Trong các ngành phát triển trọng điểm của nước ta hiện nay, ngành giao thơng   vận tải ln đóng vai trị quan trọng trong nền kinh tế  quốc dân.Theo thời gian,   ngành giao thơng đã phát triển để  đáp  ứng nhu cầu lưu thơng về  hàng hóa và con   người Ở nước ta hiện nay, ngành giao thơng nói chung và giao thơng đường bộ nói   riêng cũng đang phát triển nhanh chóng mong đáp ứng cho cơng cuộc xây dựng đất   nước theo hướng cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa. Thế  nhưng sự phát triển này chỉ   dừng lại   chổ  nhập các phương tiện của nước ngồi, ngành cơng nghiệp ơ tơ   trong nước cịn kém phát triển, ngoại trừ  một số  liên doanh lắp ráp ơ tơ   dạng   CKD, kinh tế quốc doanh tham gia khá khiêm tốn: chỉ có một số nhà máy sữa chữa   ơ tơ của nhà nước, cịn đa phần xe được sữa chữa  ở các Garage tư nhân, lĩnh vực   lắp ráp động cớ và đóng mới xe chỉ đang ở giai đoạn thí nghệm chứ chưa sản suất   đại trà Hướng đầu tư để xây dựng các nhà máy sản xuất ơ tơ đáp ứng cho nhu cầu   lớn trong thời gian sắp tới là một xu thế tất yếu.Vừa vực dậy nền công nghiệp ô tô   lạc hậu ở nước ta vừa tiết kiệm nguồn ngoại tệ đáng kể cho ngân sách quốc gia Đầu tư  được hiểu gồm hai phần: đầu tư  về  vốn liếng và đầu tư  về  con   người. Đầu tư về con người là đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ  chun   mơn vững vàng, khả năng tư duy thiết kế tốt, có bản lĩnh, năng động, có khả  năng   nắm bắt nhanh các tiến bộ  khoa học kĩ thuật, hoạt động hiệu quả  và tin cậy   Nguồn cán bộ này được đào tạo từ các trường kĩ thuật có chun ngành giao thơng Đồ  án mơn học thiết kế  động cơ  đốt trong là một trong các bài tập để  rèn   luyện nên các phẩm chất cần thiết của một kĩ sư  Ơ tơ, đáp  ứng với các u cầu   thực tiễn của ngành.Đồ  án mơn học nhằm giúp cho sinh viên ơn tập lại một cách   tổng qt và sâu sắc, nhờ đó mà nắm vững các kiến thức về tính tốn thiết kế,kết   cấuvà cách thành lập bản vẽ động cơ đã được học Hà nội, ngày 15 tháng 10 năm 201 Sinh viên thực hiện Page 1 Đồ Án Động Cơ Đốt Trong                                  GVHD: Chương 1. Tính tốn chu trình cơng tác của động cơ đốt trong 1.1.Tổng quan về các phương pháp tính tốn CTCT của động cơ Hiện nay để tính tốn CTCT của động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu diesel nói riêng  và các loại động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu khác nói chung có rất nhiều phương pháp  như:  ­ Phương pháp lý thuyết gần đúng: Dựa trên các định luật nhiệt động học I và II, coi  các q trình nén, giãn nở là đoạn nhiệt… phương pháp có ưu điểm là tính tốn  nhanh, khơng địi hỏi nhiều thơng số đầu vào phức tạp… tuy nhiên nhược điểm  của phương pháp là cho kết quả kém chính xác, chưa xét đến các q trình trao đổi  khí… ­ Phương pháp Grimheven ­ Phương pháp cân bằng thể tích Bên cạnh các phương pháp trên người ta cịn sử dụng phương pháp cân bằng năng  lượng:… Để tính tốn CTCT của động cơ …  trong khn khổ của đồ án mơn học sẽ dựa trên  phương pháp cân bằng năng lượng… ­ Phương pháp cân bằng năng lượng 1.2.Giới thiệu về động cơ mẫu và các thơng số đầu vào phục vụ tính tốn  1.2.1.Số liệu ban đầu         1­ Cơng suất của động cơ Ne:             Ne = 185 (mã lực)=185*0,736 = 136,16 (KW)        2­ Số vịng quay của trục khuỷu n:     n = 2310 (vg/ph)        3­ Đường kính xi lanh D:                    D  = 130 (mm)        4­ Hành trình piton S :    S  =140 (mm)        5­ Dung tích cơng tác Vh :Vh  === 1,85731(dm3)        6­ Số xi lanh i :                           i = 6        7­ Tỷ số nén ε :                         ε =17,2        8­ Suất tiêu hao nhiên liệu ge : = 190 (g/ml.h) =190/0,746=254,96 (g/kW.h)        9­ Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp  α1 ; α2 :    α1 =20 (độ)  α2 =56 (độ)        10­ Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải   :  = 56 (độ)   = 20 (độ)        11­ Chiều dài thanh truyền ltt:                ltt = 256 (mm)        12­ Khối lượng nhóm pitton mpt:           mpt = 3,25 (kg) 13­ Khối lượng nhóm thanh truyền mtt: mtt = 4,215 (kg) Đồ Án Động Cơ Đốt Trong                                  GVHD: 14 – Động cơ khơng tăng áp, 15 – góc đánh lửa sớm =20o Các thơng số cần chọn 1 )Áp suất mơi trường :pk          Áp suất mơi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào đơng cơ (với động cơ  khơng tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên ta chọn pk=p0          Ở nước ta nên chọn pk = p0 = 0,1 (MPa) 2 )Nhiệt độ mơi trường :Tk         Nhiệt độ  mơi trường được chọn lựa theo nhiệt độ  bình qn của cả  năm .Vì đây là  động cơ khơng tăng áp nên ta có nhiệt độ mơi trường bằng nhiệt độ trước xupáp nạp nên :                                         Tk =T0 =24ºC =297ºK 3 )Áp suất cuối q trình nạp :pa         Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thơng số như chủng loại đơng cơ ,tính năng tốc   độ  n ,hệ  số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thơng… Vì vậy cần xem xét đơng cơ  đang  tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa        Áp suất cuối q trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi: pa  =(0,8­0,9).pk =(0,8­0,9)0,1 = 0,08­0,09 (MPa)        Căn cứ vào động cơ D12 đang tính ta chọn: pa =0,086  (Mpa) 4 )Áp suất khí thải P     :        Áp suất khí thải cũng phụ thuộc giống như p        Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi :                         p= (1,10­1,15).0,1 =0,11­0,115    (MPa)   chọn P =0,14    (MPa)   5 )Mức độ sấy nóng của mơi chất ∆T            Mức độ sấy nóng của mơi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào q trình hình thành hỗn   hợp khí ở bên ngồi hay bên trong xy lanh           Với động cơ diezel :     ∆T = 20ºK ­ 40ºK           Ta chọn:  ∆T = 30ºK 6 )Nhiệt độ khí sót (khí thải) T           Nhiệt độ  khí sót T phụ  thuộc vào chủng loại đơng cơ.Nếu q trình giãn nở  càng   triệt để ,Nhiệt độ T càng thấp           Thơng thường ta có thể chọn : T=700 ºK ­1000 ºK           Thơng thường ta có thể chọn : T =800 ºK Page 3 Đồ Án Động Cơ Đốt Trong                                  GVHD: 7 )Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ : Hệ  số  hiệu định tỷ  nhiệt    λ  được chọn theo hệ  số  dư  lượng khơng khí  α  để  hiệu đính  Thơng thường có thể chọn  λ theo bảng sau :      α      λ   0,8  1,13   1,0   1,17   1,2   1,14    1,4    1,11          Đối với động cơ đang tính là động cơ diesel có α > 1,4 có thể chọn  λ=1,10 8 )Hệ số qt buồng cháy λ :         Vì đây là động cơ khơng tăng áp nên ta chọn  λ =1 9 )Hệ số nạp thêm λ        Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí .Thơng thường ta có thể chọn   λ =1,02÷1,07 ; ta chọn λ =1,04 10 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ : Hệ   số   lợi   dụng   nhiệt     điểm   z   ,ξ   phụ   thuộc   vào   chu   trình   cơng   tác     động   cơ  Với các loại đ/c điezen ta thường chọn : ξ= 0,70­0,85          Chọn : ξ= 0,75 11 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ   :         Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b  ξ tùy thuộc vào loại động cơ  xăng hay là động cơ  điezel .ξ bao giờ cũng lớn hơn ξ Với các loại đ/c điezen ta thường chọn : ξ =0,80­0,90   ta chọn ξ=0,85     12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị cơng φ :         Thể hiện sự sai lệch khi tính tốn lý thuyết chu trình cơng tác của động cơ  với chu  trình cơng tác thực tế .Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính tốn của động cơ  xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số φ của đ/c xăng thường chọn hệ số lớn Có thể chọn φ trong phạm vi: φ =0,92­0,97       Nhưng đây là đ/c điezel nên ta chọn φ =0,9443 1.3. Tính tốn các q trình cơng tác của động cơ  1.3.1. Q trình nạp 1 )Hệ số khí sót γ : Đồ Án Động Cơ Đốt Trong                                  GVHD:         Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5 Chọn  m  =1,5 =   .  = 0,04066 2 )Nhiệt độ cuối q trình nạp T          Nhiệt độ cuối q trình nạp T đươc tính theo cơng thức: T=   ºK                              T=     = 343  (ºK) 3 )Hệ số nạp η  :                    η=  = 0,789 4 )Lượng khí nạp mới M :         Lượng khí nạp mới M được xác định theo cơng thức sau :                              M =          (kmol/kgnhiên liệu)                  Trong đó p là áp suất có ích trung bình được xác định thao cơng thức sau:                               p = =  = 0,63472 (MPa)                 Vậy       M =   =  0,71 (kmol/kg nhiên liệu)                                                                   5 )Lượng khơng khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M :         Lượng kk lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M được tính theo cơng thức :                       M  =      (kmol/kg)  nhiên liệu         Vì đây là đ/c điezel nên ta chọn C=0,87 ; H=0,126 ;O=0,004                       M =   ( +   ­   ) = 0,4946  (kmol/kgnhiên liệu) 6 )Hệ số dư lượng khơng khí α                  Vì đây là động cơ điezel nên :                                  α =   =   = 1,43538 1.3.2.Tính tốn q trình nén 1 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khơng khí :  =19,806+0,00209.T (kJ/kmol.độ)                                      2 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phạm cháy :         Khi hệ số dư lượng khơng khí α >1 tính theo cơng thức sau :      = .T (kJ/kmol.độ)                              =   + 10.T   = 20.9416+ 2,75.10­3.T (kJ/kmol.độ) 3 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp : Page 5 Đồ Án Động Cơ Đốt Trong                                  GVHD: Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong q trình nén  tính theo cơng thức sau :   =   19,848 + 2.1145.10­3 .T = av' +  .T (kJ/kmol.độ)  4 ) Chỉ số nén đa biến trung bình n:         Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thơng số kết cấu và thơng số vận hành   như kích thước xy lanh ,loại buồng cháy,số  vịng quay ,phụ tải,trạng thái nhiệt độ      của  động cơ…Tuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau :         Tất cả những nhân tố làm cho mơi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng.Chỉ số nén đa   biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau : n­1 =   Ta chọn  của vế phải là  thay vào phương trình trên ta có Mà