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

3.1 Thí nghiệm bền trục khuỷu 3.1.1 Số liệu tính nghiệm bền động cơ D12 ( Trục khuỷu ) 1 Đường kính ngoài chốt khuỷu : dch= 91(mm) 2 Đường kính trong chốt khuỷu : (mm) 3 Đường kính ngoài cổ khuỷu :dck =110 (mm) 4 Đường kính trong cổ khuỷu : (mm) 5 Khối lượng riêng vật liệu làm trục khuỷu : p = 7800 ( kgm3) 6 Chiều dài chốt khuỷu :lch= 207 (mm) 7 Chiều dài cổ trục khuỷu :lck = 70 (mm) 8 Các kích thước của má khuỷu : b,h = 4,54 : 58 (mm) 9 Khối lượng ly tâm của má khuỷu :mmk= 3,125(MN m2 ) Khoảng cách từ trọng tâm phần khối lượng ly tâm đến tâm quay : rmk= 55,5 Khoảng cách a = 32 (mm) 10 Khối lượng đối trọng :Mđt = 1,2 kg Khoảng cách từ trọng tâm đối trọng đến tâm quay rd = 45(mm) Khoảng cach và : 40 (mm) 3.2 Kiểm nghiệm bền trục khuỷu Tính sức bền trục khuỷu bao gồm tính sức bền tĩnh và tính sức bền động Do trục khuỷu là dầm siêu tĩnh nên khi tính toán gần đúng, người ta phân trục khuỷu ra làm nhiều đoạn, mỗi đoạn là một dầm tĩnh định nằm giữa hai gối tựa là hai ổ trục. Thông thường, mỗi đoạn đó là một khuỷu. Khi tính toán ta sẽ phải xét khuỷu nào chịu lực lớn nhất để tính cho khuỷu đó.

Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD: LỜI NÓI ĐẦU Trong ngành phát triển trọng điểm nước ta nay, ngành giao thơng vận tải ln đóng vai trò quan trọng kinh tế quốc dân.Theo thời gian, ngành giao thông phát triển để đáp ứng nhu cầu lưu thơng hàng hóa người Ở nước ta nay, ngành giao thơng nói chung giao thơng đường nói riêng phát triển nhanh chóng mong đáp ứng cho cơng xây dựng đất nước theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa Thế phát triển dừng lại chổ nhập phương tiện nước ngoài, ngành cơng nghiệp tơ nước cịn phát triển, ngoại trừ số liên doanh lắp ráp ô tô dạng CKD, kinh tế quốc doanh tham gia khiêm tốn: có số nhà máy sữa chữa ô tô nhà nước, đa phần xe sữa chữa Garage tư nhân, lĩnh vực lắp ráp động cớ đóng xe giai đoạn thí nghệm chưa sản suất đại trà Hướng đầu tư để xây dựng nhà máy sản xuất ô tô đáp ứng cho nhu cầu lớn thời gian tới xu tất yếu.Vừa vực dậy công nghiệp ô tô lạc hậu nước ta vừa tiết kiệm nguồn ngoại tệ đáng kể cho ngân sách quốc gia Đầu tư hiểu gồm hai phần: đầu tư vốn liếng đầu tư người Đầu tư người đào tạo đội ngũ cán kỹ thuật có trình độ chuyên môn vững vàng, khả tư thiết kế tốt, có lĩnh, động, có khả nắm bắt nhanh tiến khoa học kĩ thuật, hoạt động hiệu tin cậy Nguồn cán đào tạo từ trường kĩ thuật có chuyên ngành giao thông Đồ án môn học thiết kế động đốt trong tập để rèn luyện nên phẩm chất cần thiết kĩ sư Ơ tơ, đáp ứng với u cầu thực tiễn ngành.Đồ án môn học nhằm giúp cho sinh viên ôn tập lại cách tổng quát sâu sắc, nhờ mà nắm vững kiến thức tính tốn thiết kế,kết cấuvà cách thành lập vẽ động học Hà nội, ngày 15 tháng 10 năm 201 Sinh viên thực 1 Page Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD: Chương Tính tốn chu trình cơng tác động đốt 1.1.Tổng quan phương pháp tính tốn CTCT động Hiện để tính tốn CTCT động đốt sử dụng nhiên liệu diesel nói riêng loại động đốt sử dụng nhiên liệu khác nói chung có nhiều phương pháp như: - - Phương pháp lý thuyết gần đúng: Dựa định luật nhiệt động học I II, coi trình nén, giãn nở đoạn nhiệt… phương pháp có ưu điểm tính tốn nhanh, khơng địi hỏi nhiều thơng số đầu vào phức tạp… nhiên nhược điểm phương pháp cho kết xác, chưa xét đến q trình trao đổi khí… Phương pháp Grimheven Phương pháp cân thể tích Bên cạnh phương pháp người ta cịn sử dụng phương pháp cân lượng: … Để tính tốn CTCT động … khn khổ đồ án môn học dựa phương pháp cân lượng… - Phương pháp cân lượng 1.2.Giới thiệu động mẫu thông số đầu vào phục vụ tính tốn 1.2.1.Số liệu ban đầu 1- Công suất động Ne: Ne = 185 (mã lực)=185*0,736 = 136,16 (KW) 2- Số vòng quay 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 = π × D2 × S 6- Số xi lanh i : i=6 7- Tỷ số nén ε : ε =17,2 = π × (130.10−2 )2 ×140.10−2 = 1,85731(dm3) ge 8- Suất tiêu hao nhiên liệu ge : = 190 (g/ml.h) =190/0,746=254,96 (g/kW.h) 9- Góc mở sớm đóng muộn xupáp nạp α1 ; α2 : α1 =20 (độ) α2 =56 (độ) β1 β1 , β 10- Góc mở sớm đóng muộn xupáp thải : 11- Chiều dài truyền ltt: ltt = 256 (mm) 12- Khối lượng nhóm pitton mpt: mpt = 3,25 (kg) 13- Khối lượng nhóm truyền mtt: mtt = 4,215 (kg) 2 Page β2 = 56 (độ) = 20 (độ) Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD: θi 14 – Động không tăng áp, 15 – góc đánh lửa sớm =20o Các thơng số cần chọn )Áp suất môi trường :pk Áp suất mơi trường pk áp suất khí trước nạp vào đông (với động không tăng áp ta có áp suất khí áp suất trước nạp nên ta chọn pk=p0 Ở nước ta nên chọn pk = p0 = 0,1 (MPa) )Nhiệt độ môi trường :Tk Nhiệt độ môi trường chọn lựa theo nhiệt độ bình quân năm Vì động khơng tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường nhiệt độ trước xupáp nạp nên : Tk =T0 =24ºC =297ºK )Áp suất cuối trình nạp :pa Áp suất Pa phụ thuộc vào nhiều thơng số chủng loại đơng ,tính tốc độ n ,hệ số cản đường nạp ,tiết diện lưu thơng… Vì cần xem xét đơng tính thuộc nhóm để lựa chọn Pa Áp suất cuối q trình nạp pa chọn phạm vi: × pa =(0,8-0,9).pk =(0,8-0,9) 0,1 = 0,08-0,09 (MPa) Căn vào động D12 tính ta chọn: pa =0,086 (Mpa) )Áp suất khí thải P : Áp suất khí thải phụ thuộc giống p Áp suất khí thải chọn phạm vi : p= (1,10-1,15).0,1 =0,11-0,115 chọn P =0,14 (MPa) (MPa) )Mức độ sấy nóng mơi chất ∆T Mức độ sấy nóng mơi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào q trình hình thành hỗn hợp khí bên hay bên xy lanh Với động diezel : ∆T = 20ºK - 40ºK Ta chọn: ∆T = 30ºK )Nhiệt độ khí sót (khí thải) T Nhiệt độ khí sót T phụ thuộc vào chủng loại đơng cơ.Nếu q trình giãn nở để ,Nhiệt độ T thấp Thơng thường ta chọn : T=700 ºK -1000 ºK Thơng thường ta chọn : T =800 ºK 3 Page triệt Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD: )Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ : Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ chọn theo hệ số dư lượng khơng khí α để hiệu đính Thơng thường chọn λ theo bảng sau : α 0,8 1,0 1,2 1,4 λ 1,13 1,17 1,14 1,11 Đối với động tính động diesel có α > 1,4 chọn λ=1,10 )Hệ số quét buồng cháy λ : Vì động khơng tăng áp nên ta chọn λ =1 )Hệ số nạp thêm λ Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí Thơng thường ta chọn λ =1,02÷1,07 ; ta chọn λ =1,04 10 )Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z ξ : Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z ,ξ phụ thuộc vào chu trình công tác động Với loại đ/c điezen ta thường chọn : ξ= 0,70-0,85 Chọn : ξ= 0,75 11 )Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b ξ : Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b ξ tùy thuộc vào loại động xăng động điezel ξ lớn ξ Với loại đ/c điezen ta thường chọn : ξ =0,80-0,90 ta chọn ξ=0,85 12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị cơng φ : 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 φ đ/c xăng thường chọn hệ số lớn Có thể chọn φ phạm vi: φ =0,92-0,97 Nhưng đ/c điezel nên ta chọn φ =0,9443 1.3 Tính tốn q trình cơng tác động 1.3.1 Quá trình nạp )Hệ số khí sót γ : 4 Page Đồ Án Động Cơ Đốt Trong γr = λ2 × (Tk + ∆T ) pr × × T pa GVHD: 1  p m ε × λ1 − λt × λ2 ×  r   pa  Trong m số giãn nở đa biến trung bình khí sút m =1,45ữ1,5 Chn m =1,5 1ì (297 + 30) 0,14 × × 800 0, 086 γr = 1  0,14 1,5 17, ×1, 07 − 1, 04 ×1×  ÷  0, 086  = 0,04066 )Nhiệt độ cuối trình nạp T Nhiệt độ cuối q trình nạp T đươc tính theo cơng thức:   ( TK + ∆T ) + λt × γ r × Tr ×  pa   pr  1+ γr T= m −1 m ºK 1,5−1  0.086  1,5 ( 297 + 30 ) + 1,1× 0, 04066 ì 800 ì ữ 0,14 + 0,04066 T= = 343 (ºK) )Hệ số nạp η :    pr  m  Tk pa  ηv = × × × ε ×λ − λ ×λ ×  ( ε − 1) ( TK + ∆T ) pk  t  pa     η=   1,5 0,14     0, 086 17, ì1, 04 1,1ì1ì ữ 297  0, 086   17, − × 297 + 30 × 0,1 ×   = 0,789 )Lượng khí nạp M : Lượng khí nạp M xác định theo công thức sau : 432× 103 × pk × ηv g e × pe × TK M= (kmol/kgnhiên liệu) Trong p áp suất có ích trung bình xác định thao cơng thức sau: 5 Page Đồ Án Động Cơ Đốt Trong 30 × N e × τ Vh × n × i p= GVHD: 30 × 136,16 × 1,85731× 2310 ×1 = = 0,63472 (MPa) 432 ×103 × 0,1× 0, 789 254, 6917 × 0, 63472 × 297 Vậy M= = 0,71 (kmol/kg nhiên liệu) )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 tính theo cơng thức : M = C H O + ữ ì 12 32  (kmol/kg) nhiên liệu Vì đ/c điezel nên ta chọn C=0,87 ; H=0,126 ;O=0,004 × M= ( + - ) = 0,4946 (kmol/kgnhiên liệu) )Hệ số dư lượng khơng khí α Vì động điezel nên : 0, 71 0, 495 α= = = 1,43538 1.3.2.Tính tốn q trình nén )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình khơng khí : =19,806+0,00209.T (kJ/kmol.độ) )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phạm cháy : Khi hệ số dư lượng khơng khí α >1 tính theo cơng thức sau : = 187,36   −5  427,86 +  × 10 1,634   α   19,876 + + α   = 1,634    19,876 + ữ 1.53336 + ì T (kJ/k mol.) 187,36 427,86 + ữ 1.53336 ì × 10.T = 20.9416+ 2,75.10-3.T (kJ/kmol.độ) )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp : Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp q trình nén tính theo cơng thức sau : mcv + γ r × mcv" (19,806 + 0,00209.T) 1+ γr + 0,03854 × (20,9416 + 2,75.10-3 T) = + 0, 03854 = 6 Page Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD: 19,848 + 2.1145.10-3 T = av' + T (kJ/kmol.độ) ) Chỉ số nén đa biến trung bình n: Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thông số kết cấu thông số vận hành kích thước xy lanh ,loại buồng cháy,số vịng quay ,phụ tải,trạng thái nhiệt độ động cơ…Tuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau : Tất nhân tố làm cho môi chất nhiệt khiến cho n tăng.Chỉ số nén đa biến trung bình n xác cách giải phương trình sau : 8,314 av' + n-1 = 8,314 b × Ta × ε n1 −1 + n1 − = 19,848 + 2,1145.10 −3.343, 2.(17 n1 −1 + 1) ( ' v n1VT = 1,36711 n1 Ta chọn n1VT − = ) vế phải thay vào phương trình ta có 8,314 VP VP 19,848 + 2,1145.10 −3.353,53.(17, 21.365−1 + 1) ⇔ n1 − = 0,36583 ⇔ n1 = 1,36583 ∆n1 = n1VP − n1VT 1,36583 − 1,36583 100% = 100% = 0% VT n1 1,362 Mà < 0,2% Sau chọn giá trị n ta thấy n =1,36711 thõa mãn điều kiện )Áp suất cuối trình nén P : Áp suất cuối trình nén P xác định theo cơng thức : × P = P ε = 0,086 × 1,36711 17,2 = 4,203409 (MPa) )Nhiệt độ cuối trình nén T Nhiệt độ cuối trình nén T xác định theo cơng thức × T = T ε =353,53 × 1,36711−1 17,2 = 975,997( ºK ) )Lượng mơi chất cơng tác q trình nén M : Lượng mơi chất cơng tác q trình nén M xác định theo công thức : M = M+ M = M × (1 + γ r ) = 0,76935 × (1+0,0419) = 0,717799 1.3.3 Tính tốn trình cháy )Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β xác định theo công thức: β = = = 1+ 7 Page Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD: Trong độ tăng mol ΔM loại động xác định theo cơng thức sau: × × ΔM = 0,21 (1-α) M + ( + - ) Đối với động điezel : ΔM = ( + ) Do 0,126 0, 004 + 32 0,4946 ×1,39278 H O + 32 Mo ×α β=1+ =1+ = 1.0459 )Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót ) Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β xác đinh theo công thức : β= 1, 0411 + 0, 03854 + 0, 041902 rr = = 1,044058 )Hệ số thay đổi phân tử thực tế điểm z β : (Do cháy chưa hết ) Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế điểm z β xác định theo cơng thức : r× β=1+ χ Trong 0, 75 = 0,88235 0,85 χ= = 1,04-1 × 0,88235 + 0,041902 Nên: β =1 + = 1,038875 )Lượng sản vật cháy M : Ta có lượng sản vật cháy M đươc xác định theo công thức : × M= M +ΔM = β M = 1,045904 0,6889= 0,720556 )Nhiệt độ điểm z T : * Đối với động điezel,tính nhiệt độ T cách giải pt cháy : ( ) ξ z × QH + mcv' + 8,314 × λ × Tc = β z × mc"pz × Tz M1 × ( + γ r ) (1) Trong : Q : nhiệt trị dầu điezel , Q =42,5.10( kJ/kgn.l ) 8 Page Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD: :là tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình sản vật cháy z : =8,314+ :là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản vật cháy z tính theo ct : = = 20,817+ 2,678.10-3.Tz = a'' + (b''/2) T Chỉnh lý lại ta có : = 29,131 + 2,678.10-3.Tz = a'' + (b'' /2) T (2) Thay (2) vào (1) ta được: 0, 75.42500 0.7584.(1 + 0, 03854) + ( 19,848+ 2,1145.10-3Tz + 8,314 1,6) 957.127 = 1,034.( 29,131 + 2,678.10-3.Tz).Tz Giải phương trình ta : T = 2252,195052; T= -12198,01481 (loại) )Áp suất điểm z p : Ta có áp suất điểm z p xác định theo công thức p = λ Pc =6,910416( MPa ) Với λ hệ số tăng áp λ= β CHÚ Ý :-Đối với động điezel hệ số tăng áp λ chọn sơ phần thông số chọn Sau tính tốn hệ số giãn nở ρ (ở q trình giãn nở) phải đảmbảo ρ