IHCSPKTVINHNNGCT
TRONG
LờI NóI ĐầU
Trong thời đại đất nớc đang trên con đờng CNH HĐH, từng bớc
phát triển đất nớc. Trong xu thế của thời đại khoa học kỹ thuật của thế
giới ngày một phát triển cao. Để hòa chung với sự phát triển đó đất nớc ta
đã có chủ trơng phát triển một số ngành công nghiệp mũi nhọn, trong đó
có ngành Cơ Khý Động Lực. Để thc hiện đợc chủ trơng đó đòi hỏi đất
nớc cần phải có một đội ngũ cán bộ, công nhân kỹ thuật có trình độ và
tay nghề cao.
Hiểu rõ điều đó trờng ĐHSPKT Vinh không ngừng phát triển và
nâng cao chất lợng đào tạo đội ngũ cán bộ, công nhân có tay nghề và
trình độ cao mà còn đào tạo với số lợng đông đảo đáp ứng nhu cầu
nguồn nhân lực cho đất nớc.
Khi đang còn là một sinh viên trong trờng chúng em đợc phân công
thực hiện đồ án TớnhToỏnKtCuĐộng Cơ ốt Trong. Đây là một
điều kiện rất tốt cho chúng em có cơ hội xâu chuỗi kiến thức mà chúng
em đã đợc học tại trờng ,bớc đầu đi sát vào thực tế sản xuất ,làm quen với
công việc tính toán thiết kế ô tô.
Trong quá trình tính toán chúng em đã đợc sự quan tâm chỉ
dẫn,sự giúp đỡ nhiệt tình của giáo viên hớng dẫn và các thầy cô giáo
trong khoa cơ khí động lực. Tuy vậy nhng không thể tránh những hạn
chế , thiếu sót trong quá trình tính toán.
Để hoàn thành tốt, khắc phục đợc những hạn chế và thiếu sót đó
chúng em rất mong đợc sự đóng góp ý kiến ,sự giúp đỡ của các thầy cô
giáo và các bạn để sau này ra trờng bắt tay vào công việc ,trong quá
trình công tác chúng em hoàn thành công việc một cách tốt nhất.
Vinh,ngy...thỏng....nm2015
SVTH:PHMVNTUNLpHOTOK7
Trang1
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
Sinh viªn thùc
hiÖn:
Phạm Văn Tuấn
PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC
TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
I ) Trình tự tính toán :
1.1 )Số liệu ban đầu :
Loại đông cơ: 3D6động cơ Diesel 1 hàng, không tăng áp, buồng cháy
thống nhất.
1 Công suất của động cơ : Ne =150 (mã lực) = 111 kW
2 Số vòng quay của trục khuỷu : n =1600(vg/ph)
3 Đường kính xi lanh : D =150 (mm)
4 Hành trình piton : S =180 (mm)
5 Dung tích công tác : Vh = = 3,18 (l)
6 Số xi lanh : i = 6
7 Tỷ số nén : ε = 15.5
8 Thứ tự làm việc của xi lanh : (153624)
9 Suất tiêu hao nhiên liệu : ge =192 (g/ml.h)
10 Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1;α2: α1=20(độ),α2 =48
(độ)
11 Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải β1 , β 2 : β1 =48(độ), β 2 =20
(độ)
12 Chiều dài thanh truyền: ltt = 320 (mm)
13 Số kỳ : τ = 4
14 Góc phun sớm : ϕi = 30o
15Khối lượng thanh truyền: mtt = 5,62 (kg)
16 Khối lượng nhóm piston: mpt = 2,37 (kg)
1.2 )Các thông số cần chọn :
1 )Áp suất môi trường :pk
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 2
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào đông cơ
(với đông cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi
nạp nên ta chọn pk =po
Ở nước ta nên chọn pk =po = 0,1 (MPa)
2 )Nhiệt độ môi trường :Tk
Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm
Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng
nhiệt độ trước xupáp nạp nên : Tk =T0 =24ºC =297ºK
3 )Áp suất cuối quá trình nạp :pa
Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ
,tính năng tốc độ n ,hệ số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thông… Vì vậy
cần xem xét đông cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa
Áp suất cuối quá trình nạp ta lấy pa =0,085 (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= 0,1 (MPa)
5 )Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T
Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình
hình thành hỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xy lanh
Vì đây là đ/c điezel nên chọn ∆T= 38 o K
6 )Nhiệt độ khí sót (khí thải) T
Nhiệt độ khí sót T phụ thuộc vào chủng loại đông cơ.Nếu quá trình giản
nở
càng triệt để ,Nhiệt độ T càng thấp
Thông thường ta có thể chọn : T =800 ºK
7 )Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ :
Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ được chọn theo hệ số dư lượng không khí α
để
hiệu định .Thông thường có thể chọn λ theo bảng sau :
α
0,8
1,0
1,2
1,4
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 3
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
λ
1,13
1,17 1,14 1,11
Ở đây ta chọn λ = 1,1
8 )Hệ số quét buồng cháy λ :
Vì đây là động cơ không 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 .Thông thường ta
có
thể chọn λ =1,02÷1,07 ; ta chọn λ =1,02
10 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của
động cơ.Với đây là đ/c điezen nên ta chọn ξ=0,78
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
Do đây là đ/c điezel ta chọn ξ=0,9
12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ :
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 giửa chu trình thực tế với chu
trình tính toán của động cơ xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số φ của
đ/c xăng thường chọn hệ số lớn.Nhưng đây là đ/c xăng nên ta chọn φ =0,934
II )Tính toán các quá trình công tác :
2.1 .Tính toán quá trình nạp :
1 )Hệ số khí sót γ :
Hệ số khí sót γ được tính theo công thức :
γ= . .
Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5
Chọn m =1,45
γr =
1.(297 + 38) 0,11
.
.
800
0, 085
1
1
0,11 1,45
15,5.1, 02 − 1,1.1.(
)
0, 085
= 0, 038
2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
Nhiệt độ cuối quá trình nạp T đươc tính theo công thức:
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 4
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
T= ºK
0, 085
(297 + 38) + 1,1.0, 038.800.(
)
0,11
Ta =
1 + 0, 038
1,45 −1
1,45
= 350 o K
3 )Hệ số nạp η :
η = . . .
1
1
297.0, 0856 �
0,11 1,45 �
.
.�
15,5.1, 02 − 1,1.(
) �= 0,82
η v =
15,5 − 1 (297 + 38).0,1 �
0, 085
�
4 )Lượng khí nạp mới M :
Lượng khí nạp mới M được xác định theo công thức sau :
M = (kmol/kg) nhiên liệu
Trong đó :
30.111.103.4
= 0, 44
p = = 3,14.0,152.0,18
(MPa)
.1600.6
4
Vậy : M =
432.103.0,1.0,82
= 1, 41 (kmol/kg) nhiên liệu
192.0, 44.297
5 )Lượng không 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
công
thức :
M = . (
C H O
+ − ) (kmol/kg) nhiên liệu
12 4 32
Vì đây là đ/c diesel nên ta chọn C=0,87 ; H=0,126; O=0,004
M = . (
0,87 0,126 0, 004
+
−
) = 0, 495 (kmol/kg) nhiên liệu
12
4
32
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 5
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
6 )Hệ số dư lượng không khí α
Vì đây là động cơ nên :
M
1,38
α = M 1 = 0, 495 = 2, 79
o
2.2 )Tính toán quá trình nén :
1 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí :
= 19,806+0,00209.T (kJ/kmol.độ)
=19,806+0,00209.297=20,427 (kJ/kmol.độ)
2 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phạm cháy :
Khi hệ số lưu lượng không khí α >1 tính theo công thức sau :
1, 634 1
187,36
) + (427,86 +
).10−5 T (kJ/kmol.độ)
α
2
α
1, 637 1
187,36
) + (427,86 +
).10 −5.297 = 23, 688 (kJ/kmol.độ)
= (19,876 +
2, 79
2
2, 79
= (19,876 +
3 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp :
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hh trong quá trình nén tính theo
công thức sau :
= =20,546 (kJ/kmol.độ)
Thay số vào ta có :
a' = 19,890 ; b' = 0,004
4 ) Chỉ số nén đa biến trung bình n:
Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thong số kết cấu và thong số
vận hành như kích thước xy lanh ,loại buồng cháy,số vòng 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 môi 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 =
Chú ý : Thông thường để xác định được n ta chọn n trong khoảng
1,340÷1,390. Rất hiếm trường hợp đạt n trong khoảng 1,400 ÷ 1,410
→ (theo sách Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong trang 128 )
Vì vậy ta chọn n theo điều kiện bài toán cho đến khi nao thõa mãn điều
kiện bài toán :thay n vào VT và VP của phương trình trên và so sánh,nếu sai
số giữa 2 vế của phương trình thõa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu.
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 6
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
n1 =
8,314
8,314
=
n1 −1
19,950 + 0, 002.350.(15,5 + 1) 19,950 + 0, 7.(15,5n1 −1 + 1)
Sau khi chọn các giá trị của n ta thấy n = 1,367 thõa mãn điều kiện bài
toán
5 )Áp suất cuối quá trình nén P :
Áp suất cuối quá trình nén P được xác định theo công thức :
P = P. ε = 0,085. 15,51,367 = 3,607 (MPa)
6 )Nhiệt độ cuối quá trình nén T
Nhiệt độ cuối quá trình nén T được xác định theo công thức
T = T. ε = 350. 15,51,367−1 = 957,0 ( ºK )
7 )Lượng môi chất công tác của quá trình nén M :
Lượng môi chất công tác của quá trình nén M được xác định theo công
thức :
M = M+ M = M. (1 + γ r ) = 1,41.(1+0,038) = 1,464
2.3 )Tính toán quá trình cháy :
1 )Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β :
Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β được xác định theo công thức :
β = = = 1+
Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo công
thức sau:
ΔM = 0,21.(1α)M + ( + − )
H O
+
4 32
H O
0,126 0, 004
+
+
32 = 1, 0229
� β = 1 + 4 32 = 1 + 4
O
α MO
2, 79.0, 495
Đối với động cơ Diesel thì ∆M =
2 )Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót )
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác đinh theo công thức :
β = =
0, 038 + 1, 0229
= 1, 0221
1 + 0, 038
3 )Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β : (Do cháy chưa hết )
Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế tại điểm z β được xác định theo
công
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 7
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
thức :
β = 1 + . χ
Trong đó
χ z =
ξ z 0,85
= 0,94
ξ 0,9
b
β −1
1, 407 − 1
O
β z = 1 + 1 + γ . χ z = 1 + 1 + 0, 038 .0,94 = 1,37
r
4 )Lượng sản vật cháy M :
Ta có lượng sản vật cháy M đươc xác định theo công thức :
M= M +ΔM = β. M = 1,407.0,67 = 0, 93
5 )Nhiệt độ tại điểm z T :
Đối với động cơ Diesel, tính nhiệt độ Tz bằng cách giải phương trình cháy
sau:
ξ .Q
z
H
+ mc 'v .λ.Tc = β z .mc " pzTz (3)
M .(1
+
γr)
1
Trong đo :
́ Q H : nhiêt tri thâp cua nhiên liêu , thông th
̣ ̣ ́ ̉
̣
ương
̀
tachoṇ Q H = 42,5.10 (KJ/kg.nl)
3
"
mc pz : la ti nhiêt mol đăng tich trung binh cua san vât chay đ
̀ ̉
̣
̉
́
̀
̉
̉
̣
́ ược
"
xac đinh theo công th
́ ̣
ưc:
́ mc pz = 8,314 + mcvz (4)
mc
"
vz
β mc
0
=
v
+ (χ +
γr
) + (1 − χ )mc
β
= a + b .T
γ
β ( χ + ) + (1 − χ )
β
"
z
z
o
v
"
"
v
v
z
r
0
z
z
0
� mc pz = a p + bp .Tz
Hệ số tăng áp được chọn sơ bộ trong khoảng (1,52)
Giai (3),(4) ra ta đ
̉
ược : T z =1287,213 ( o K )
pz :
6. Ap suât tai điêm z
́
́ ̣
̉
p z được xac đinh theo công th
Ap suât tai điêm z
́
́ ̣
̉
́ ̣
ưc:
́
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 8
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
p z
. p (MPa)
c
Vơi :
́ λ = β z. T z = 1,37.
T
c
1287, 213
= 1,843 la hê sô tăng ap
̀ ̣ ́
́
957
+ p z = 1,843.3, 607 = 6, 647 (MPa)
2.4 )Tính toán quá trình giãn nở :
1 )Hệ số giãn nở sớm ρ :
ρ = =
1,37.1287, 213
= 1,152
1, 6.957
Thỏa mãn điều kiện ρ < λ
2 )Hệ số giãn nở sau δ :
Ta có hệ số giãn nở sau δ được xác định theo công thức :
δ = =
15,5
= 13, 455
1,152
3 )Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n :
n–1=
Trong đó :
T :là nhiêt trị tại điểm b và được xác định theo công thức :
T=
1287, 213
= 765,37 ( ºK )
13, 4551,2−1
Q :là nhiệt trị tính toán
Đối với động cơ diesel Q= Q=42,5.103 (kJ/kgn.l)
8,314
� n2 = 1 +
(0,9 − 0, 78).42500
0, 004
+ 19,95 +
.(1287, 213 + 13, 455)
1, 41.(1 + 0, 038).1,392.(187, 213 − 13, 455)
2
� n2 = 1, 288
4 )Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T :
T= =
1287, 213
= 608,88 ( ºK )
13, 4551,288−1
5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p :
Áp suất cuối quá trình giãn nở P được xác định theo CT :
p = =
6, 647
= 0, 234 (MPa)
13, 4551,288
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 9
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
6 )Tính nhiệt độ khí thải T :
T = T. = 608,88.(
−1
0,11 1,45
) 1.45 = 481, 719 ( ºK )
0, 234
Ta tính được T =481,719(ºK
2.5 )Tính toán các thông số chu trình công tác :
1 )Áp suất chỉ thị trung bình p' :
Đây là đông cơ xăng áp suất chỉ thị trung bình P' được xác định theo
CT:
�λ
1
1
1 �
.(1 − n2 −1 ) −
.(1 − n1 −1 ) �
n2 − 1
ε
n1 − 1
ε
�
�
p' i = . �
Qua tính toán thực nghiệm ta tính được p' = 0,597 (MPa)
2 )Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p :
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị
trung bình. Trong
thực tế được xác định theo công thức :
p= p' i .φ=0,597.0,934= 0,604 (MPa)
3 )Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g :
432.103.0,82.0,1
= 139,819 (g/kW.h)
g= =
1, 41.0, 604.297
4 )Hiệu suất chỉ thi η:
3, 6.103
= 0, 001 %
η = =
139,819.42500
5 )Áp suất tổn thất cơ giới P :
Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau
và được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động
cơ.Ta có tốc độ trung bình của động cơ là :
V = =
0,18.1600
= 9, 6 (m/s)
30
Vì đây là đông cơ diesel nên τ = 4 ;i =6 , D= 150 mm và là buồng cháy
thống nhất :
P= 0,05+0,015.V= 0,05+0,015.9,6 = 0,165 (MPa)
6 )Áp suất có ích trung bình P :
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 10
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định
theo CT : P = P – P =0,6040,165=0,439 (MPa)
Ta có trị số P tính quá trình nạp P (nạp) =0,44 va P=0,439 thì không
có sự chênh lệch nhiều nên có thể chấp nhận được
7 )Hiệu suất cơ giới η :
pe
0, 439
= 0, 788 %
η = p =
0,557
i
8 )Suất tiêu hao nhiên liệu g :
g= =
139,819
= 177, 401 (g/kW.h)
0, 788
9 )Hiệu suất có ích η :
η = η .η = 0,788.0.001 = 0,00078
10 )Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức :
D = (mm )
Mặt khác V = =
111.103.30.4
= 3,18 ( l )
0, 439.6.1600
D =
4.3,18
= 150, 017 (mm)
π .180
Ta có sai số so với đề bài là :0,017 (mm)
III ) Vẽ và hiệu đính đồ thị công :
Căn cứ vào các số liệu đã tính pr , p , p , p , p ,n, n, ε ta lập bảng tính
đường nén và đường giãn nở theo biến thiên của dung tích công tác V = i.V
V : Dung tích buồng cháy
V = =
3,18
= 0, 219 ( l )
15,5 − 1
p a =0,085
n1 =1,367
pb =0,234
n2 =1,288
ε =15,5
ρ =1,152
pc 3,607
pz =6,647
V
Vh = h =0,219
ε −1
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 11
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
3.1 ) Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén :
Phương trình đường nén đa biến :
P.V = const
Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường nén thì :
P. V = P .V
P = P. = P. =
n : Chỉ số nén đa biến trung bình n = 1,367
P : Áp suất cuối quá trình nén P = 3,607 ( MPa)
3.2 ) Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở :
Phương trình của đường giãn nở đa biến :
P.V = const
Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì :
P. V = P. V → P = P.
β .T
Ta có : ρ = λz.T z = 1,152
c
V = ρ.V Vậy P = P. = = = P
n : Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n = 1,288
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 12
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
i
i.Vc
1
ρ
0,2193
0,2523
0,438
0,657
0,876
1,095
1,314
1,533
1,752
1,972
2,19
2,409
2,628
2,847
3,066
3,285
3,3945
Quá trình nén
P =
Giá trị
Giá trị biểu
biểu
diễn
diễn
15,4
3,607
158,2
17,7
2,9726
130,4
30,7
1,3984
61,3
46,0
0,8034
35,2
61,3
0,5422
23,8
76,7
0,3996
17,5
92,0
0,3115
13,7
107,3
0,2523
11,1
122,6
0,2102
9,2
138,0
0,1789
7,8
153,3
0,1549
6,8
168,6
0,136
6,0
184,0
0,1208
5,3
199,3
0,1082
4,7
214,6
0,0978
4,3
230,0
0,089
3,9
273,6
0,0851
3,7
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
15,5
3.3 ) Chọn tỷ lệ xích phù hợp và các điểm đặc biệt :
Vẽ đồ thị PV theo tỷ lệ xích : µv =
Quá trình giãn nở
Giá trị
ρ
px = pz .( ) n biểu
i
diễn
7,9758
349,8
6,647
291,5
3,2663
143,3
1,9375
85,0
1,3376
58,7
1,0035
44,0
0,9734
42,7
0,6506
28,5
0,5478
24,0
0,4707
20,6
0,4109
18,0
0,3635
15,9
0,3249
14,2
0,2931
12,9
0,2664
11,7
0,2438
10,7
0,2337
10,3
2
εVc − Vc 3,3945 − 0, 2913
=
= 0, 0141 dm3
220
220
/mm
µ p =
Ta có Vc =
pz
6, 647
=
= 0, 0266
250
250
Vh
3,18
=
= 0, 219 ( l )
ε − 1 15.5 − 1
V = V + V = 0,219 + 3,18 = 3,399 ( l )
Mặt khác ta có : V = ρ. V = 1,152.0,219 = 0,2523 ( l )
3.4 ) Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công :
Ta chọn tỉ lệ xích của hành trình piton S là :
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 13
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
μ = = =
180
= 0, 667
270
Thông số kết cấu động cơ là :
λ = = =
180
= 0, 2813 ( mm )
2.320
Khoảng cách OO’ là :
OO’= =
0, 2813.90
= 12, 6563 ( mm )
2
Giá trị biểu diễn của OO’ trên đồ thị :
gtbd = =
12, 6563
= 18,975 ( mm )
0, 667
Ta có nửa hành trình của piton là :
R = =
180
= 90 ( mm )
2
Giá trị biểu diễn của R trên đồ thị :
gtbd = =
90
= 134,93 ( mm )
0, 667
3.5 ) Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị :
1 ) Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp : (điểm a)
Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải β ,
bán kính này cắt đường tròn tại điểm a’ .Từ a’ gióng đường thẳng song song
với trục tung cắt đường P tại điểm a . Nối điểm r trên đường thải ( là giao
điểm giữa đường P và trục tung ) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá
trình thải sang quá trình nạp.
2 ) Hiệu định áp suất cuối quá trình nén : ( điểm c’)
Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm (động cơ
điezel ) và hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng ) nên thường chọn áp suất
cuối quá trình nén lý thuyết P đã tính. Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình
nén thực tế P’ được xác định theo công thức sau :
Đối với động cơ điezel :
P’ = P + .( P P ) = 3,607 + .( 6,647 3,607 ) = 4,6303 ( MPa ) Từ đó
xác định được tung độ điểm c’trên đồ thị công : yc ’ =
4, 6203
= 186, 0 (mm)
0, 022744
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 14
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
3 ) Hiệu chỉnh điểm phun sớm : ( điểm c’’ )
Do hiện tương phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lý
thuyết tại điểm c’’. Điểm c’’ được xác định bằng cách .Từ điểm O’ trên đồ
thị Brick ta xác định được góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm θ, bán kính
này cắt vòng tròn Brick tại 1 điểm
. Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại điểm
c’’. Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’
4 )Hiệu đính điểm đạt P thực tế
Áp suất p thực tế trong quá trình cháy giãn nở không duy trì hằng số
như động cơ điezel ( đoạn ứng với ρ.V ) nhưng cũng không đạt được trị số lý
thuyết như động cơ xăng. Theo thực nghiệm ,điểm đạt trị số áp suất cao nhất
là điểm thuộc miền vào khoảng 372° ÷ 375° ( tức là 12° ÷ 15° sau điểm chết
trên của quá trình cháy và giãn nở )
Hiệu định điểm z của động cơ diesel :
Xác định điểm z từ góc 15º .Từ điểm O΄trên đồ thị Brick ta xác định góc
tương ứng với 375º góc quay truc khuỷu ,bán kính này cắt vòng tròn tại 1
điểm . Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường P tại điểm z .
Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường giãn nở .
5 ) Hiệu định điểm bắt đầu quá trình thải thực tế : ( điểm b’ )
Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải
thực sự diễn ra sớm hơn lý thuyết . Ta xác định điểm b bằng cách : Từ điểm
O’trên đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm xupáp thải β,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’.
6 ) Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở : ( điểm b’’ )
Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế Pb thường thấp hơn áp suất cuối
quá trình giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm . Theo công thức kinh
nghiệm ta có thể xác định được :
1
2
1
2
Pb = Pr + .( Pb − Pr ) = 0,11 + .(0, 234 − 0,11) = 0,172 (MPa)
Từ đó xác định tung độ của điểm b’’ là :
p
4, 6203
c
yc = µ = 0, 0227 = 202, 74 ( mm )
p
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 15
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
Đồ thị công chỉ thị (được biểu diễn trên giấy A0)
PHẦN II : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
I ) Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học :
Các đường biểu diễn này đều vẽ trên 1 hoành độ thống nhất ứng với hành
trình piston S = 2R .Vì vậy độ thị đều lấy hoành độ tương ứng với V của độ
thị công ( từ điểm 1.V đến ε.V )
1.1 ) Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau :
1 . Chọn tỉ xích góc : thường dùng tỉ lệ xích ( 0,6 ÷ 0,7 ) ( mm/độ )
2 . Chọn gốc tọa độ cách gốc cách độ thị công khoảng 15 ÷ 18 cm
3 . Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10° ,20° ,
…….180°
4 . Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm
10° ,20°,…….180° tương ứng trên trục tung của đồ thị của x = ƒ(α) ta
được
các điểm xác định chuyển vị x tương ứng với các góc 10°,20°,…..180°
5 . nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ
x = f(α).
1.2 ) Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α) .
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của píton v = f(α). Theo
phương pháp đồ thị vòng .Tiến hành theo các bước cụ thể sau:
1.Vẻ nửa vòng tròn tâm O bán kính R ,phía dưới đồ thị x = f(α). Sát mép
dưới của bản vẽ
2. Vẽ vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/2
3. Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính là
Rλ/2 thành 18 phần theo chiều ngược nhau .
4. Từ các điểm chia trên nửa vòng tâm tròn bán kính là R kẻ các đường
song song với tung độ , các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 16
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
độ xuất phát từ các điểm chia tương ứng trên bán kính là Rλ/2 tại các điểm
a,b,c,….
5. Nối tại các điểm a,b,c,…. Tạo thành đường cong giới hạn trị số của
tốc độ piton thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm
cắt vòng tròn bán kính R tạo với trục hoành góc α đến đường cong a,b,c….
Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f(α) trên tọa độ độc cực
Hinh 2.1: Dạng đồ thị v = f( )
1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f( x)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston theo phương pháp Tôlê
ta vẽ theo các bước sau :
1.Chọn tỉ lệ xích μ phù hợp trong khoảng 30 ÷ 80 (m/s .mm )
Ở đây ta chọn μ = 80 (m/ s 2 .mm )
2.Ta tính được các giá trị :
Ta có góc :
ω = =
3,14.1600
= 167 (rad/s)
30
Gia tốc cực đại :
j max = R.ω .( 1 + λ ) = 0, 09.167 2.(1 + 0, 2813) = 3216, 0758 ( m/ s)
Vậy ta được giá trị biểu diễn j là :
gtbd = =
3216,0758
= 58 ( mm )
55
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 17
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
Gia tốc cực tiểu :
j = –R.ω.( 1– λ ) = −0, 09.167 2.(1 − 0, 2813) = −1803,944 ( m/s )
Vậy ta được giá trị biểu diễn của j là :
gtbd = =
1803,944
= 33 ( mm )
55
Xác định vị trí của EF :
EF = –3.R.λ.ω = −3.0, 09.0, 2813.167 2 = −2118,1974 ( m/s )
Vậy giá trị biểu diễn EF là :
gtbd = =
−2118,1794
= −39 ( mm )
55
3. Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = j , từ điểm B tương ứng
điểm chết dưới lấy BD = j , nối CD cắt trục hoành ở E ; lấy EF = –3.R.λ.ω về
phía BD Nối CF với BD ,chia các đoạn này làm 8 phần , nối 11, 22, 33 …Vẽ
đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33 …ta được đường cong biểu diễn
quan hệ j = ƒ(x
II )Tính toán động học :
2.1 )Các khối lượng chuyển động tịnh tiến :
Khối lượng nhóm piton m = 2,37 Kg
Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston
+ ) Khối lương thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m có thể tra
trong các các sổ tay ,có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệu
hoặc có thể tính gần đúng theo bản vẽ .
+ ) Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiêm sau :
Đối với động cơ ô tô ta có :
m = ( 0, 275 0, 285 ) m
Ta chọn m = 0,285. m = 0,285.5,26= 1,4991 (Kg )
Vậy ta xác định đươc khối lương tịnh tiến mà đề bài cho là :
m = m + m = 2,37 + 1,4991 = 3,8691 (Kg)
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 18
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
2.2 ) Các khối lượng chuyển động quay :
Hình 2.2 : Xác định khối lượng khuỷu trục
Khối lượng chuyển động quay của một trục khuỷu bao gồm :
Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt :
m = mtt m1 = 5,26 – 3,8691 = 1,3909 (Kg)
Khối lượng của chốt trucj khuỷu : m
m = π. .ρ
Trong đó ta có :
d : Là đường kính ngoài của chốt khuỷu : 85
δ : Là đường kính trong của chốt khuỷu : 44
l : Là chiều dài của chốt khuỷu : 70
ρ : Là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu
ρ : 7800 Kg/mm = 7,8.10 ( Kg/ m )
( 85
m = π.
2
− 442 ) .70
4
.7,8.10−6 = 0, 7219
Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt : m . Khối lượng này tính gần
đúng theo phương trình quy dẫn :
m =
Trong đó : m khối lượng của má khuỷu
r bán kính trọng tâm má khuỷu : 60
R :bán kính quay của khuỷu : R = S /2= 180/2 =90 (mm)
Ta có m = m = 0,105 ( kg )
2.3 ) Lực quán tính :
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến :
P = m.j = m.R.ω.( cos α + λ.cos 2α ) = 8,7.10.( cos α + λ.cos 2α )
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 19
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
Với thông số kết cấu λ ta co bảng tính P :
α radians
0
0
0.17453
10
3
0.34906
20
6
0.52359
30
9
0.69813
40
2
0.87266
50
5
1.04719
60
8
70
1.22173
1.39626
80
3
1.57079
90
6
1.74532
100 9
1.91986
110 2
A =cosα+λ.cos2α
Pj =8,7.1000.(cosα+λ.cos2α )
=cosα+0,2669.cos2α = 8,7.1000 . A
1.2669
11022.03
1.235611713
10749.82191
1.144149883
9954.103979
0.999475404
8695.436013
0.812391142
7067.802933
0.596440911
5189.035926
0.36655
0.137562881
3188.985
1196.797069
0.077155783
671.2553105
0.2669
2322.03
0.424452138
3692.733602
0.546477405
4754.353425
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 20
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
120
130
140
150
160
170
180
2.09439
5
2.26892
8
2.44346
1
2.61799
4
2.79252
7
2.96706
3.14159
3
0.63345
5511.015
0.689134308
5995.468482
0.719697744
6261.370377
0.732575404
6373.406013
0.735235359
0.734003793
6396.547623
6385.832995
0.7331
6377.97
2.4 ) Vẽ đường biểu diễn lực quán tính :
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo pp Tolê nhưng hoành
độ đặt trùng với đường p ở đồ thị công và vẽ đường –p =ƒ(x) (tức cùng chiều
với
j = ƒ(x))
Ta tiến hành theo bước sau :
1 ) Chọn tỷ lệ xích để của p là μ (cùng tỉ lệ xích với áp suất p )
(MPa/mm), tỉ lệ xích μ cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = ƒ(x)
Chú ý :
Ở đây lực quán tính p sở dĩ có đơn vị là MPa (tính theo đơn vị áp suất )
bởi vì được tính theo thành phần lực đơn vị (trên 1 đơn vị diện tích đỉnh piston
)để tạo điều kiện cho công việc công tác dụng lực sau này của lực khí thể và
lực quán tính.
2 ) Ta tính được các giá trị :
Diện tích đỉnh piston :
F = =
3,14.0,092 2
= 0,00664 ( m )
4
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực đại :
P ==
1, 025.46.10−3.376, 42 (1 + 0, 2669)
=1,274.106 N/m
0, 00664
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 21
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
P = 1,274 Mpa
Vậy ta được giá trị biểu diễn P là :
gtbd = =
1, 274
= 56 ( mm )
0, 0227435
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực tiểu :
1, 025.46.10−3.376, 42 (1 − 0, 2669)
P = =
= 0,737.106 ( N/m)
0, 00664
P = 0, 737 ( Mpa )
Vậy ta được giá trị biểu diễn P là :
gtbd = =
0, 737
= 32 ( mm )
0, 02296
Ta xác định giá trị E’F’ là :
E’F’==
3.1, 025.46.10−3.0, 2669.376, 42
= 0,8357 ( Mpa )
0, 00664
Vậy ta được giá trị biểu diễn của E’F’ là :
gtbd = =
0,8357
= 36,7 ( mm )
0, 0227435
3 ) Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy A’C’ = P từ điểm B tương
ứng với điểm chết dưới lấy B’D’ = P ; nối C’D’ cắt trục hoành ở E’ ; lấy
E’F’ về phía B’D’. Nối C’F’ và F’D’ ,chia các đoạn này ra làm 8 phần , nối 11,
22 , 33…
Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33…Ta đuợc đường cong biểu
diễn quan hệ –P = ƒ(x)
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 22
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
j
§ å THÞGIA Tè C
= 80,001
j
f(x)
2.5 ) Đường biểu diễn v = ƒ(x)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ v = ƒ(x) dựa trên 2 đồ thị là
đồ thị đó là x = ƒ(x) và đồ thị v = ƒ(x) (sử dụng theo pp đồ thị vòng ).Ta tiến
hành theo đồ thị sau :
1 ) Từ tâm các điểm đã chia độ trên cung của đồ thị Brick ta gióng các
đường song song với trục tung tương ứng với các giá trị góc quay α = 10°, 20°,
30°…180°
2 ) Đặt các giá của vận tốc v này (đoạn thăng biểu thị giá trị của v có 1
đầu mút thuộc đồ thị v = ƒ(x) ,1 đầu thuộc nữa vòng tròn tâm O, bán kính R
trên đồ thị ) trên các tia song song với các trục tung nhưng xuất phát tư các góc
tương ứng trên đồ thị Brick gióng xuống hệ trục tọa độ của đồ thị v = ƒ(x).
3 ) Nối các điểm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ v = ƒ(x)
Chú ý : nếu vẽ đúng điểm v sẽ ứng với j = 0
2.6 ) Khai triển đồ thị công P–V thành p =ƒ(α)
Để thuận tiện cho việc tính toán sau này ta tiến hành khai triển đồ thị
công P–V thành đồ thị p =ƒ(α).Khai triển đồ thị công theo trình tự sau :
1 ) Chọn tỷ lệ xích μ = 2°/ 1mm .Như vậy toàn bộ chu trình 720° sẽ ứng
với 360 mm .Đặt hoành độ α này cùng trên đường đậm biểu diễn P và cách
điểm chết dưới của đồ thị công khoảng 4÷5 cm
2 ) Chọn tỷ lệ xích μ đúng bằng tỷ lệ xích μ khi vẽ đồ thị công
(MN/mm)
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 23
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
3 ) Từ các điểm chia trên đồ thị Brick ta xác định trị số cua P tương ứng với
các góc α rồi đặt các giá trị này trêb đồ thị P–α
Chú ý : + ) Cần xác định điểm p .Theo kinh nghiệm , điểm này thường
xuất hiện ở 372° ÷ 375°.
+ ) Khi khai triển cần cận thận 1 đoạn có độ dốc tăng trưởng
và đột biến lớn của p từ 330° ÷ 400° ,nên lấy thêm điểm ở đoạn này để vẽ
được chính xác.
4 ) Nối các điểm xác định theo 1 đường cong trơn ta thu được đồ thị
biểu diễn quan hệ P = ƒ(α)
pkt
p0
0
0
720
360
5400
1800
00
Hình 2.3 Dạng đồ thị của pkt = f ( )
2.7 )Khai triển đồ thị P = ƒ(x) thành P = ƒ(α)
Đồ thị P = ƒ(x) biểu diễn trên đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng
tốc độ của động cơ.Nếu động cơ ở tốc độ cao đương này thế nào cũng cắt
đường nén ac . Động cơ tốc độ thấp, đường P ít khi cắt đường nén. Ngoài ra
đường P
còn cho ta tìm được giá trị của P = P + P một cách dễ dàng vì giá trị của
đường p chính là khoảng cách giữa đường nạp P với đường biểu diễn P của
các quá trình nạp, nén ,cháy giãn nở và thải của động cơ.
Khai triển đồ thị P = ƒ(x) thành đồ thị P = ƒ(α) tương tự như cách ta khai
triển đồ thị công ( thông qua vòng tròn Brick ) chỉ có điều cần chú ý là đồ thị
trước là ta biểu diễn đồ –P = ƒ(x) nên cần lấy lại giá trị P cho chính xác.
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 24
ĐẠI HỌC SPKT VINH ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG
pkt=f()
P
f
Pj
0
360
180
Đồ thị pkt
f
p
f
540
f
720
p j
2.8 ) Vẽ đồ thị P = ƒ(α).
Ta tiến hành vẽ đồ thị P = ƒ(α) bằng cách ta cộng 2 đồ thị là đồ thị là
độ thị P=ƒ(α) và đồ thị P = ƒ(α).
2.9 ) Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = ƒ(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = ƒ(α)
Theo kết quả tính toán ở phần động lực học ta có công thức xác định
lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến như sau :
T = P. ; Z = P.
Trong đó góc lắc của thanh truyền β được xác định theo góc quay α
của trục theo công thức sau : sin β= λ.sinα
Vẽ 2 đường này theo trình tự sau:
Bố trí hoành độ α ở dưới đường P , tỷ lệ xích μ = 2°/ 1mm sao cho đường
biểu diễn nằm ở khoảng giữa tờ giấy kẻ ly A ( có thể chọn trùng với
đường biểu diển hoành độ của đồ thị j = ƒ(α) ).Căn cứ vào thông số kết cấu λ
SVTH : PHẠM VĂN TUẤN Lớp ĐHOTOK7
Trang 25