Đồ án Động cơ đốt trong: Chu trình công tác của động cơ đốt trong
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (703.26 KB, 36 trang )
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 ở 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 ở 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 cơng nghiệp ơ tơ
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)
2
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 tại điểm z ,ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của 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 :
4
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 < 0,2%
Sau khi chọn các giá trị của n ta thấy n =1,36711 thõa mãn điều kiện bài
5 )Áp suất cuối q trình nén P :
Áp suất cuối q trình nén P được xác định theo cơng thức :
P = P ε = 0,086 17,2= 4,203409 (MPa)
6 )Nhiệt độ cuối q trình nén T
Nhiệt độ cuối q trình nén T được xác định theo cơng thức
T = T ε =353,53 17,2 = 975,997( ºK )
7 )Lượng mơi chất cơng tác của q trình nén M :
Lượng mơi chất cơng tác của q trình nén M được xác định theo cơng thức :
M = M+ M = M = 0,76935 (1+0,0419) = 0,717799
1.3.3 Tính tốn q 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 cơng thức:
β = = = 1+
Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo cơng thức sau:
ΔM = 0,21(1α) M + ( + )
Đối với động cơ điezel : ΔM = ( + )
Do đó
β = 1 + = 1 + = 1.0459
2 )Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót )
6
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác đinh theo cơng thức :
β = == 1,044058
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 cơng thức :
β = 1 + χ
Trong đó
χ = =
Nên: β =1 + = 1,038875
4 )Lượng sản vật cháy M :
Ta có lượng sản vật cháy M đươc xác định theo cơng thức :
M= M +ΔM = β. M = 1,0459040,6889= 0,720556
5 )Nhiệt độ tại điểm z T :
* Đối với động cơ điezel,tính nhiệt độ T bằng cách giải pt cháy :
(1)
Trong đó :
Q : là nhiệt trị của dầu điezel , Q =42,5.10( kJ/kgn.l )
:là tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy tại z là :
=8,314+
:là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại z được
tính theo ct :
=
= 20,817+ 2,678.103.Tz = a'' + (b''/2) T
.
Chỉnh lý lại ta có :
= 29,131 + 2,678.103.Tz = a'' + (b'' /2) T (2)
.
Thay (2) vào (1) ta được:
+ ( 19,848+ 2,1145.103Tz + 8,314 .1,6). 957.127
= 1,034.( 29,131 + 2,678.103.Tz).Tz
Giải phương trình trên ta được :
T = 2252,195052; T= 12198,01481 (loại)
6 )Áp suất tại điểm z p :
Page 7
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
Ta có áp suất tại điểm z p được xác định theo cơng thức
p = λ. Pc =6,910416( MPa )
Với λ là hệ số tăng áp
λ= β.
CHÚ Ý :Đối với động cơ điezel hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thơng số
chọn. Sau khi tính tốn thì hệ số giãn nở ρ (ở q trình giãn nở) phải đảmbảo ρ<λ,nếu
khơng thì phải chọn lại λ, λ được chọn sơ bộ trong khoảng 1,2 ÷2,4
Ở đây ta chọn λ =1,65
Vậy p =6,910416 (MPa)
1.3.4 Tính tốn q trình giãn nở
1 )Hệ số giãn nở sớm ρ :
Qua q trình tính tốn ta tính được ρ = 1,41665thõa mãn điều kiện ρ<λ
2 )Hệ số giãn nở sau δ :
Ta có hệ số giãn nở sau δ được xác định theo cơng thức :
δ =12,141289
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 cơng thức :
T= ( ºK )
Chọn = 1,23491 và thay vào hai vế ta có:
1=
<0,2%=> thỏa mãn điều kiện
Q : là nhiệt trị tính tốn
Đối với động cơ điezel Q= Q Q = 42500 (kJ/kg n.l)
Qua kiệm nghiêm tính tốn thì ta chọn đươc n =1,23.Thay n vào 2 vế của pt trên ta so
sánh ,ta thấy sai số giữa 2 vế <0,2% nên n chọn là đúng
4)Nhiệt độ cuối q trình giãn nở T :
T= = = ( ºK )
5 )Áp suất cuối q trình giãn nở p :
8
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
Áp suất cuối q trình giãn nở P được xác định theo CT :
6 )Tính nhiệt độ khí thải T :
Pb= = (MPa)
T = T. =1154,431.= 879,493 (0K)
Ta tính được T = 879,493( ºK ).So sánh với nhiệt độ khí thải đã chon ban đầu thỏa mãn
điều kiện khơng vượt q 15 %
1.3.5 Tính tốn các thơng số chu trình cơng tác
1 )Áp suất chỉ thị trung bình p'Đây là đơng cơ điezel áp suất chỉ thị trung bình P'được xác
định theo cơng thức :
Thay số vào ta có:
Qua tính tốn thực nghiệm ta tính được P' = 0,8188 (MPa)
2 )Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p :
Do có sự sai khác giữa tính tốn và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình, trong
thực tế được xác định theo cơng thức :
p= p'.φ = 0,86209.0,9487 = 0,81787(MPa)
Trong đó φ _hệ số hiệu đính đồ thị cơng.chọn theo tính năng và chung loại đơng cơ.
3 )Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g :
Ta có cơng thức xác định suất tiêu hoa nhiên liệu chỉ thị g:
(g/kW.h)
4 )Hiệu suất chỉ thi η:
Ta có cơng thức xác định hiệu suất chỉ thị η :
5 )Áp suất tổn thất cơ giới P :
Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều cơng thức khác nhau và đươc
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 = = = 10,78 (m/s)
Đối với động cơ diesel cao tốc dùng cho ơ tơ
P= 0,015+0,0156.V= 0,18317 (MPa)
Page 9
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
6 )Áp suất có ích trung bình P :
Ta có cơng thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo cơng
thức :
P = P – P =0,63470 (MPa)
7 )Hiệu suất cơ giới η :
Ta có có thức xác định hiệu suất cơ giới:
η = = 77,6 %
8 )Suất tiêu hao nhiên liệu g :
Ta có có thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính tốn là:
g= = (g/kW.h)
9 )Hiệu suất có ích η :
Ta có có thức xác định hiệu suất có ích η được xác định theo cơng thức:
η = η .η= 0,33257
10 )Kiểm nghiêm đường kính xy lanh D theo cơng thức :
D = (mm )
Mặt khác ( dm3 )
D = (mm)
Ta có sai số so với đề bài là :0,00< 0,1 (mm), (thỏa mãn điều kiện)
1.4. Vẽ và hiệu đính đồ thị cơng
Căn cứ vào các số liệu đã tính pa , p c , pz , pb , n1 , n2 , ε ta lập bảng tính đường nén và
đường giản nở theo biến thiên của dung tích cơng tác Vx =i.Vc (Vc: dung tích buồng cháy).
(dm3)
Ta có bảng tính các giá trị của q trình nén và q trình giản nở như sau:
(Xuất phát từ =const với Vx=i.Vc thay vào rút ra)
Sau khi ta chọn tỷ lệ xích và hợp lý để vẽ đồ thị cơng. Để trình bày đẹp thường chọn
chiều dài hồnh độ tương ứng từ 16εVc= 220mm trên giấy kẻ ly.
Ta có :(dm3/mm)
Tung độ thường chọn tương ứng với pz khoảng 250 mm trên giây kẻ ly (MPa/mm)
Từ tỷ lệ xích trên ta tính được các giá trị biểu diễn (gtbd) của q trình nén và q trình
giản nở sau:
Bảng 1: Tính q trình nén và q trình giãn nở
10
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
Để sau này khai triển đồ thị được dễ dàng, dễ xem, đường biểu diễn áp suất P 0 song
song với hồnh độ phải chọn đường đậm của giấy kẻ ly. Đường 1V c cũng phải đặt trên
đường đậm của tung độ.
Sau khi vẽ đường nén và đường giản nở , vẽ tiếp đường biểu diễn đường nạp và
đường thải lý thuyết bằng hai đường thằng song song với trục hồnh đi qua hai điểm p a và
pr .
Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị cơng để có đồ thị cơng chỉ thị. Các bước hiệu đính
như sau:
1.4.1 Vẽ vịng trịn Brick đặt phía trên đồ thị cơng
Ta chọn tỷ lệ xích của hành trình piston S là:
Vì gtbd Vmax – gtbd Vmin = 22013=207 (mm)
Thơng số kết cấu của động cơ là:
(mm)
’
Khoảng cách OO là:
(mm)
’
Giá trị biểu diễn OO trên đồ thị:
(mm)
Ta có nửa hành trình của pistơng là: (mm)
Giá trị biểu diễn R trên đồ thị:
(mm).
Từ và ta có thể vẽ được vịng trịn Brick
1.4.2 Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị
1 ) Hiệu đính điểm bắt đầu q 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 trịn 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 q trình thải sang q trình nạp.
2 ) Hiệu định áp suất cuối q trình nén : ( điểm c’)
Áp suất cuối q 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 q trình nén lý
thuyết P đã tính . Theo kinh nghiệm , áp suất cuối q trình nén thực tế P’ được xác định
theo cơng thức sau :
Vì đây là động cơ điezel :
P’ = P+ .( P P ) = 4,188 + .( 6,91–4,188) = 5,095595 ( MPa )
Từ đó xác định được tung độ điểm c’ trên đồ thị cơng :
Page 11
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
y = = = 184,3434 (mm )
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 vịng trịn
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 q trình cháy giãn nở khơng duy trì hằng số như động cơ
điezel ( đoạn ứng với ρ.V ) nhưng cũng khơng 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 q trình cháy và giãn nở )
Hiệu định điểm z của động cơ điezel :
Cắt đồ thị cơng bởi đường 0,85p z = 0,85.6,91 = 5,8735 (MPa), vậy ta có giá trị biểu
diễn đường pz là : y = pz = = 212,5 (mm)
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 vịng trịn 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 q trình thải thực tế : ( điểm b’ )
Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế q 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 tron Brick tại 1điểm.Từ điểm này
ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm b’.
6 ) Hiệu định điểm kết thúc q trình giãn nở : ( điểm b’’ )
Áp suất cuối q trình giãn nở thực tế P thường thấp hơn áp suất cuối q trình giãn
nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm . Theo cơng thức kinh nghiệm ta có thể xác định được :
P= P+ .( P P ) = 0,14 + .( 0,3166173 0,14 ) = 0,2283086 (MPa)
Từ đó xác định tung độ của điểm b’’ là :
y = = = 8,259585( mm )
Sau khi xác định b', b'' dùng cung thích hợp nối hợp với đường rr. Như vậy ta đã có đị thị
cơng chị thị dùng cho phần tính tốn động lực học.
12
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
CHƯƠNG 2
TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC
2.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học
Các đường biểu diễn này đều vẽ trên 1 hồnh độ thống nhất ứng với hành trình
piston S = 2R .Vì vậy độ thị đều lấy hồnh độ tương ứng với V của độ thị cơng
( từ điểm 1.V đến ε.V )
2.1.1 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 lệ xích góc : thường dùng tỉ lệ xích ( 0,6 ÷ 0,7 ) ( mm/độ )
ở đây ta chọn tỉ lệ xích 0,6 mm/độ
2 . Chọn gốc tọa độ cách gốc cách độ thị cơng 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).
2.1.2 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 vịng .Tiến hành theo các bước cụ thể sau:
1.Vẻ nửa vịng trịn tâm O bán kính R ,phía dưới đồ thị x = f( α). Sát mép dưới của
bản vẽ
2. Vẽ vịng trịn tâm O bán kính O'
3. Chia nửa vịng trịn tâm O bán kính R và vịng trịn tâm O bán kính là R λ/2
thành 18 phần theo chiều ngược nhau .
4. Từ các điểm chia trên nửa vịng tâm trịn bán kính là R kẻ các đường song
song với tung độ , các đường này sẽ cắt các đường song song với hồnh độ xuất
phát từ các điểm chia tương ứng trên bán kính là Rλ/2 tại các điểm a,b,c,….
Page 13
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
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 vịng
trịn bán kính R tạo với trục hồnh 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(α)
2.1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f( x)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston theo phương pháp Tơlê ta vẽ
theo các bước sau :
1.Chọn tỉ lệ xích μ phù hợp trong khoảng 30 ÷ 50 (m/s .mm )
Ở đây ta chọn μ = 45 (m/s .mm )
2.Ta tính được các giá trị :
Ta có vận tóc góc :
ω = = = 241,78 (rad /s )
Gia tốc cực đại :
j= R.ω .( 1 + λ ) = 70.10.241,78.( 1 +0,273) = 5,21.10( m/ s)
( Trong đó: )
Vậy ta được giá trị biểu diễn jlà :
= = = 115,8 ( mm )
Gia tốc cực tiểu :
j = –R.ω.( 1– λ ) = 70.10.241,78.( 10,273) = –2,973.10 ( m/ s) .Vậy ta
được giá trị biểu diễn của j là :
14
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
gtbd = = = –66,069 (mm)
Xác định vị trí của EF :
EF = –3.R.λ.ω = –3.70.10.0,27.241,78 = –3,356.10 ( m/s )
Vậy giá trị biểu diễn EF là :
gtbd = = = 74,59429 ( mm )
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 hồnh ở E ; lấy EF = –3.R.λ.ω về
phía BD Nối CF với FD ,chia các đoạn này làm 4 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)
2.2 Tính tốn động lực học
2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến
Khối lượng nhóm piton mnp = 3,25 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 cơng thức kinh nghiêm sau :
Đối với động cơ điezel ta có :
m =
Trong đó là khối lượng thanh truyền mà đề bài đã cho.
Ta chọn m = 0,28 . m = 0,28. 3,25= 1,1802
Vậy ta xác định đươc khối lượng tịnh tiến mà đề bài cho là :
m = m + m = 3,25 + 1,1802 = 4,4302 (Kg)
2.2.2 Các khối lượng chuyển động quay
Khối lượng chuyển động quay của một trục khuỷu bao gồm :
Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt :
m = = 4,4302– 1,1802= 3,0348
Khối lượng của chốt trục khuỷu : m
m = π. .ρ
Page 15
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
Trong đó ta có :
d : Là đường kính ngồi của chốt khuỷu :
δ : Là đường kính trong của chốt khuỷu :
l : Là chiều của chốt khuỷu :
ρ : Là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu
ρ : 7800 Kg/ m = 7,8.10 Kg/ mm
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 : mm khối lượng của má khuỷu
r bán kính trọng tâm má khuỷu :
R bán kính quay của khuỷu : R = S /2= 140/2 =70 (mm)
2.2.3 Lực qn tính
1) Lực qn tính chuyển động tịnh tiến :
P = m.j = m.R.ω.( cos α + λ.cos 2α ) = 4,4302.70.241,78.106( cosα + λ.cos
2α ) , [Mpa]
Bảng 2: Tính giá trị Pj
góc
(angle
pj=1366487 .( cos α +
)
(rad)
cos(alpha)+… λ .cos 2α )
0 0,0000
1,2734
1,740137
10
0,1745
1,2418
1,696843
20 0,3491
1,1492
1,570310
30 0,5236
1,0027
1,370238
40 0,6981
0,8135
1,111674
50 0,8727
0,5953
0,813478
60
1,0472
0,3633
0,496419
70
1,2217
0,1326
0,181135
80 1,3963
0,0833
0,113827
90 1,5708
0,2734
0,373649
16
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
100
110
120
130
140
150
160
170
180
1,7453
1,9199
2,0944
2,2689
2,4435
2,6180
2,7925
2,9671
3,1416
0,4306
0,5515
0,6367
0,6903
0,7186
0,7293
0,7302
0,7279
0,7266
0,588403
0,753598
0,870068
0,943245
0,981907
0,996589
0,997847
0,994613
0,992839
2.2.4 Vẽ đường biểu diễn lực qn tính –Pj=f(x)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực qn tính theo phương pháp Tolê
nhưng hồnh độ đặt trùng với đường p ở đồ thị cơng và vẽ đường =ƒ(x) (tức
cùng chiều với j = ƒ(x))
Ta tiến hành theo bước sau :
1 ) Chọn tỷ lệ xích để vẽ của là μ (cùng tỉ lệ xích với áp suất p ) (MPa/mm), tỉ
lệ xích μ cùng tỉ lệ xích với hồnh độ của j = ƒ(x)
Chú ý :
Ở đây lực qn 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 cơng việc cơng tác dụng lực sau này của lực khí thể và lực qn
tính.
2 ) Ta tính được các giá trị :
Diện tích đỉnh piston :
F = = ( m )
Lực qn tính chuyển động tịnh tiến cực đại :
P = = = 1,7401.10 N/m
P = 1,7401( Mpa)
Vậy ta được giá trị biểu diễn là :
gtbd = = = 62,9533( mm )
Lực qn tính chuyển động tịnh tiến cực tiểu :
Page 17
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
P = = = 0,99283.106 (N/m2)
= 0,99283 (Mpa)
Vậy ta được giá trị biểu diễn là :
gtbd = = = 35,918( mm )
Ta xác định giá trị E’F’ là :
E’F’ = = =1,12.106 (N/m2) =1,12 (Mpa)
Vậy ta được giá trị biểu diễn của E’F’ là :
gtbd = = = 40,552(mm )
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 hồnh ở E’ ; lấy E’F’ về phía B’D’.
Nối C’F’ và F’D’ ,chia các đoạn này ra làm 5 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)
2.2.5 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 phương pháp đồ thị vịng ).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 vịng trịn 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
2.2.6 Khai triển đồ thị cơng P–V thành p =ƒ(α )
Để thuận tiện cho việc tính tốn sau này ta tiến hành khai triển đồ thị cơng
P–V
thành đồ thị p =ƒ(α).Khai triển đồ thị cơng theo trình tự sau :
18
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
1 ) Chọn tỷ lệ xích μ = 2°/ 1mm .Như vậy tồn bộ chu trình 720° sẽ ứng với 360
mm .Đặt hồnh độ α này cùng trên đường đậm biểu diễn P và cách điểm chết dưới
của đồ thị cơng khoảng 4÷5 cm
2 ) Chọn tỷ lệ xích μ đúng bằng tỷ lệ xích μ khi vẽ đồ thị cơng (MN/mm)
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 vẽđược 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)
2.2.7 Khai triển đồ thị P = ƒ(x) thành P = ƒ(α)
Đồ thị P = ƒ(x) biểu diễn trên đồ thị cơng 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. Ngồi ra đường P cịn 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 q
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 cơng ( thơng qua vịng trịn 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.
2.2.8 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).
2.2.9 Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = ƒ(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = ƒ(α)
Theo kết quả tính tốn ở phần động lực học ta có cơng thức xác định lực tiếp
tuyến và lực pháp tuyến như sau :
Page 19
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
T = P. ; Z = P.
Trong đó góc lắc của thanh truyền β được xác định theo góc quay α của trục
theo cơng thức sau :sin β = λ.sinα
Vẽ 2 đường này theo trình tự sau:
Bố trí hồnh 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
biểudiển hồnh độ của đồ thị j = ƒ(α) )
Căn cứ vào thơng số kết cấu λ = R/l, dựa vào các cơng thức trên và dựa vào đồ
thị P = ƒ(α) ta xác định được các giá trị cho trong bảng dưới đây theo góc quay α
của trục khuỷu .
Biểu diển đường và trên tọa độ đã chọn
Chú ý : Kiểm tra các mối tương quan nhau :
+ ) Ở các điểm ta đều có T = 0 nên đường T đều cắt
trục hồnh .
+ ) Ở các điểm thì T = Z = 0 nên 2 đường này giao nhau trên trục hồnh .
Bảng 3: Tính giá trị T và Z
2.2.10 Vẽ đường biểu diễn Σ T = ƒ(α ) của động cơ nhiều xy lanh
Động cơ nhiều xilanh có mơmen tích luỹ vì vậy phải xác định mơmen này.
Ta xác định chu kỳ của mơmen tổng phụ thuộc vào số xilanh và số kỳ,
Chu kỳ này bằng đúng góc cơng tác của các khuỷu :
Trong đó :
: Là số kỳ của động cơ.
: Là số xilanh của động cơ.
Nếu trục khuỷu khơng phân bố các khuỷu theo đúng góc cơng tác (điều kiện
đồng đều chu trình) thì chu kỳ của mơmen tổng cũng thay đổi.
20
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn cũng chính là đường biểu diễn (do ta đãbiết ).
Ta vẽ đường biểu diễn này như sau :
1. Lập bảng xác định các góc ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc của động
cơ,chẳng hạn đối với độnh cơ 4 kỳ, 6 xilanh có thứ tự làm việc 153624 :
nạp
1
Nén
Thải
Cháy
2
N
C
T
n
N
3
C
T
n
N
C
4
n
N
C
T
n
5
T
n
N
C
T
6
C
T
N
N
(chú thích : tại thời điểm xilanh 1 đang ở góc cơng tác là = 00 thì các và xilanh
2,3,4,5 và 6 đang ở các góc cơng tác tương ứng , , , ,)
Để biểu diễn đồ thị ΣT = f(α) trên giấy vẽ cho phù hợp cho phù hợp ta chọn
= 0,42
2 ) Vẽ đường ngang xác định ΣT (đại diện cho momen cản ) trực tiếp trên đồ thị
bằng
cách đếm diện tích bao bởi đường ΣT với trục hồnh α (F) rồi chia diện tích này
cho chiều dài của trục hồnh. Nghĩa là :
(mm)
Trong đó là tỷ lệ xích của lực tiếp tuyến.
2.2.11 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
Ta tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu theo các bước:
Page 21
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
Vẽ hệ trục tọa độ 0’TZ và dựa vào bảng tính T= f( α) và Z= f( α) đã tính ở bảng
trên để xác định được các điểm 0 là điểm có tọa độ , ; điểm 1 là các điểm , …điểm
72 là điểm có tọa độ , .
Thực chất đây là đồ thị ptt biểu diễn trên đồ thị T Z do ta thấy tính từ gốc
tọa độ tại bất kỳ điểm nào ta đều có :.
Tìm gốc của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu bằng cách đặt vec tơ p ko( đại diện
cho lực qn tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu) lên đồ thị. Ta có cơng thức xác
định lực qn tính ly tâm tác dụng lên chốt khuỷu là:
( N)
Tính trên đơn vị diện tích đỉnh pittong :
Pko = (N/m2) = 0,936 (MPa)
=>( mm)
Vậy xác định được gốc O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Nối O với
bất cứ điểm nào trên đồ thị ta đều có:
Trị số thể hiện bằng độ dài . Chiều tác dụng là chiều . Điểm tác dụng là a trên
phương kéo dài của AO cắt vịng trịn tượng trưng cho mạt chốt khuỷu.
2.2.12 Vẽ đường biểu diễn Q = f( α )
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn Q= f( α) theo trình tự sau:
Chọn hồnh độ α gần sát mép dưới của tờ giấy vẽ và đặt cùng μ α với các đồ thị
p= f( α), T= f( α), Z= f( α).
Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta lập được bảng giá trị của Q theo góc
quay α của trục khuỷu:
Bảng 5: Giá trị của Q theo α
alpha
0
10
20
30
40
22
Q
alpha
Q
alpha
Q
alpha
Q
95,36
94,18
190 69,14
370 110,4
550 72,37
89,2
200
68,8
380 108,6
560 70,81
79,73
210 68,16
390 57,37
570
69,9
67,92
220 67,04
400 33,35
580 68,57
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
55,05
43,11
35,22
34,43
39,68
47,26
54,66
60,5
64,37
66,64
67,95
68,72
69,14
69,27
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
65,01
61,47
56,03
49,04
41,69
35,73
33,86
37,02
42,34
44,94
39,23
19,73
27,88
83,91
410
420
430
440
450
460
470
480
490
500
510
520
530
540
31,77
34,81
39,47
45,86
53,21
60,5
66,9
71,68
74,64
76,17
76,95
77,35
76,97
74,42
590
600
610
620
630
640
650
660
670
680
690
700
710
720
66,26
62,35
56,16
48,82
40,88
34,92
34,7
41,56
53,38
66,08
77,83
87,25
93,91
95,36
Vẽ Q= f( α) trên đồ thị Q α.
Xác định Q tb bằng cách đếm diện tích bao bởi Q= f( α) và trục hồnh rồi chia
cho chiều dài trục hồnh ta có Qtb:
= 63,145( mm)
Hệ số va đập χ: <4
2.2.13 Đồ thị mài mịn chốt khuỷu
Dựa vào 3 giả thiết:
Lượng mịn tỷ lệ thuận với lực tác dụng
Lực gây mịn khơng phải tại một điểm mà lân cận điểm đó trong phạm vi 1200
Lúc xây dựng đồ thị mài mịn khơng xác định với điều kiện thực tế
Xây dựng đồ thị theo trình tự các bước sau đây:
Page 23
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
Vẽ vịng trịn bất kỳ tượng trưng cho vịng trịn chốt tâm là K, các lực cắt trục
dương Z tại O và chia vịng trịn đó ra làm 24 phần bằng nhau, mỗi phần 15 0 và đánh
số các điểm chia từ 0 23
Xác định tổng các lực tác dụng nên trên các điểm 0,1,2 ..23, tương ứng Q0, Q1,
Q2, …. Q23, i =
m
.Q i ,
m
là tỷ lệ mài mịn, chọn
= 0,02 MPa/mm
m
Vẽ vịng trịn tượng trưng cho bề mặt chốt trên giấy kẻ ly và trên vịng trịn đó chia
làm 24 điểm bằng nhau và đánh số điểm chia từ 0 23, từ các điểm chia đó lấy theo
phương hướng tâm các đoạn có độ lớn bằng i đánh dấu đầu mút các đoạn đó ta
được dạng bề mặt của chốt sau khi đã mị
Bảng 7:Xác định vùng ảnh hưởng của
24
Đồ Án Động Cơ Đốt Trong GVHD:
Page 25
