ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đồ án "bản thiết kế tính toán động cơ đốt trong" MỤC LỤC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 Đồ án 1 "bản thiết kế tính toán động cơ đốt trong" 1 MỤC LỤC 2 LỜI NÓI ĐẦU Trong bối cảnh của đất nước ta hiện nay đã và đang phát triển một cách nhanh chóng và đang trên đà phát triển thành một nước công nghiệp trong thời gian sắp tới, thì vai trò của ngành động cơ đốt trong nói chung và nền công nghiệp ôtô nói riêng rất là quan trọng. Cụ thể hơn thì nền công nghiệp ôtô đã góp phần rất nhiều trong các ngành nông nghiệp ,công nghiệp ,dịch vụ…,và đặc biệt là khả năng di chuyển rất linh động đã làm cho phần lớn người dân Việt Nam đã chọn ôtô xe máy làm phương tiện di chuyển qua đó thúc đẩy ngành công nghiệp ôtô phát triển.Học qua môn kết cấu tính toán động cơ đốt trong đã giúp chúng ta phần nào có thể hình dung ra được cách tính toán thiết kế ra một động cơ đốt trong.Và dưới đây là bản thiết kế tính toán động cơ đốt trong mà tôi đã áp dụng những kiến thức về tính toán động cơ để thiết kế.Hi vọng bạn đọc có thể có góp ý giúp tôi để tôi có thể rút kinh nghiệm trong những bản thiết kế tiếp theo.Và xin cảm ơn thầy Phạm Hữu Truyền đã giúp đỡ em tận tình trong quá trình thực hiện bản thiết kế. Xin chân thành cảm ơn thầy cô! Vinh,ngày 27 tháng 12 năm 2010 Sinh viên thực hiện Vũ Đình Công CHƯƠNG I TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1Trình tự tính toán: 1.1.1 Số liệu ban đầu: 1 – Công suất của động cơ N e = 150 ( mã lực ) 2 – Số vòng quay trục khuỷu n = 3100 ( v/ph ) 3 – Đường kính xi lanh D = 100 ( mm ) 4 – Hành trình piston S = 95 ( mm) 5 – Dung tích công tác V h = 0.74613 ( dm 3 ) 6 – Số xi lanh i = 8 7 – Tỷ số nén ε = 6.5 8 – Thứ tự làm việc của xi lanh 1 – 5 – 4 – 2 – 6 – 3 – 7 – 8 9 – Suất tiêu hao nhiên liệu g e = 220 ( g/ml.h) 10 – Góc mở sớm xupap nạp α 1 = 31 ( o ) Góc đóng muộn xupap nạp α 2 = 83 ( o ) 11 – Góc mở sớm xupap thải β 1 = 67 ( o ) Góc đóng muộn xupap thải β 2 = 47 ( o ) 12 – Chiều dài thanh truyền l tt = 185 ( mm ) 13 – Khối lượng nhóm piston m pt = 1.187 ( mm ) 14 – Khối lượng nhóm thanh truyền m tt = 1.272 ( mm ) 1.1.2 Các thông số cần chọn: 1. Áp suất môi trường : p k = 0.1 ( Mpa) 2. Nhiệt độ môi trường: T k = 297 ( o k ) 3. Áp suất cuối quá trình nạp: p a = 0.085 ( Mpa) 4. Âp suất khí thải: p r = 0.105 ( Mpa) 5. Mức độ sấy nóng môi chất: ∆T = 6 ( o c) 6. Nhiệt độ khí sót ( khí thải ): T r = 1000 ( o k ) 7. Hệ số hiệu đinh nhiệt: λ t = 1.1 8. Hệ số quét buồng cháy: λ 2 = 1 9. Hệ số nạp thêm: λ 1 = 1.02 10. Hệ số lợi dụng nhiệt tại z: ξ z = 0.85 11. Hệ số lợi dụng nhiệt tại b ξ b = 0.856 12. Hệ số hiệu đính đồ thị công: φ d = 0.929 13. Chỉ số mũ đa biến: m = 1.45 1.2. Tính toán các quá trình công tác 1.2.1. Tính toán quá trình nạp: 1. Hệ số khí sót γ r : Hệ số khí sót γ r dược tính theo công thức 2 1 1 2 .( ) 1 . . . . . k r r r a m r t a T T p T p p p λ γ ε λ λ λ    ÷   + ∆ =   −  ÷   = 1 1,45 1.(297 6) 0,105 1 . . 1000 0,085 0,105 6,5.1,02 1,1.1. 0,085 r γ    ÷   + =   −  ÷   = 0.0699 Trong đó: m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót. m = 1,45 1. Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a : Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a được tính theo công thức: 1 1,45 1 1,45 ( ) . . . 1 0,085 (297 6) 1,1.0,0699.1000. 0,105 350,5 1 0,0699 m m a k t r r r a r a p T T T p T T λ γ γ −    ÷   −   + ∆ +  ÷   = +   + +  ÷   = = + ( o K ) T a > 310 o K → đạt yêu cầu 1. Hệ số nạp η v : 1 1 2 1 . . . . . . 1 ( ) m k a r v t k k a T p p T T p p η ε λ λ λ ε    ÷         = −  ÷   − +∆       = 1 1,45 1 297 0,085 0,105 . . . 6,5.1,02 1,1.1. 6,5 1 (297 6) 0,105 0,085 v η    ÷         = −  ÷   − +       = 0.8116 2. Lượng khí nạp mới M 1 : Lượng khí nạp mới M 1 được xác định theo công thức : 3 1 432.10 . . . . k v e e k p M g p T η = Trong đó: p e là áp suất có ích trung bình dược xác định theo công thức: 30. . . . e e h N p V ni τ = V h là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức: 2 2 6 . . 3,14.100 .95 .10 0,74613 4 4 h D S V Π = = = ( dm 3 ) ⇒ 30.150.4 0,7155 0,74613.3100.8 e p = = ⇒ 3 1 432.10 .0,1.0,8116 0,5516 220.0.7155.297 M = = ( kmol/kg nhiên liệu ) 2. Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M o : Lượng không khí lí thuyết cấn để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M o được tính theo công thức : 1 0,5120 0,21 12 4 32 o C H O M   = + − =  ÷   ( kmol/kg nhiên liệu ) Đối với nhiên liệu của động cơ xăng ta có: C = 0,855 ; H = 0,145. 3. Hệ số dư lượng không khí α: Trọng lượng phân tử của xăng là μ nl = 114 nên đối với động cơ xăng ta có: 1 1 1 0,5516 114 1,0602 0,5120 nl o M M µ α − − = = = 1.2.2 Tính toán quá trình nén: 1. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí: 19,806 0,00209. 19,806 0,00209.297 19,806 v mc T= + = + = ( kJ/kmol.độ ) 2. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy (α = 1). 5 1 '' (17,997 3,504 ) (360,34 252,4 )10 2 v mc T α α − = + + + = 5 1 '' (17,997 3,504.1,05) (360,34 252,4.1,05)10 2 v mc T − = + + + =21,74337T (kJ/kmol.độ) 3. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp. Được tính theo công thức: '' ' ' . ' 1 2 v r v v v v r mc mc b mc a T γ γ + = = + + Ta đặt : 19,806 v a = , 0,0209 2 v b = '' 17,997 3,504. 17,997 3,504.1,0602 21,71197 v a α = + = + = ( ) '' 5 1 . 360,34 252,4. .10 0,00314 2 2 v b α − = + = '' ' . 19,806 0,0699.21,71191 19,930 1 1 0,0699 v r v v r a a a γ γ + + = = = + + '' ' . 2 2 0,00209 0,0699.0,00314 0,0216 2 1 1 0,0699 v v r v r b b b γ γ   +  ÷ +   = = = + + Vậy ta có tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp ' 19,930 0,00216.297 20,5712 v mc = + = ( kJ/kmol.độ ) 4. Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 : Được tính theo công thức: ( ) 1 1 ' 1 ' 8,314 1 . . 1 2 n v v a n b a T ε − − = + + ( ) 1 1 1 8,314 1 19,930 0,00216.350,5. 6,5 1 n n − ⇒ − = + + ( I ) Ta chọn : n 1 = 1.375 thay vào hai vế của phương trình ( I ) ta được phương trình tương đương : 0.375 = 0.3743 Sai số n 1 = 0.1929 < 0.2% 5. Áp suất cuối quá trình nén p c : Áp suất cuối quá trình nén p c được xác định theo công thức 1 1,375 . 0,085.6,5 1,1147 n c a p p ε = = = ( MPa ) 6. Nhiệt độ cuối quá trình nén T c : Nhiệt độ cuối quá trình nén T c được tính theo công thức : 1 1 1,3750 1 . 350,5.6,5 707,2 n c a T T ε − − = = = ( o K) 7.Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c : Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c được tính theo công thức: M c = M 1 + M r = M 1 . ( 1 + γ r ) = 0.5516.( 1 + 0.0699) = 0.590 1.2.3: Tính toán quá trình cháy : 1. Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β o : Ta có độ tăng mol ∆M của các loại động cơ được xác định theo công thức: ∆M = 0.21.( 1 – α ). M o + 1 4 32 nl H O µ   + −  ÷   Nên hệ số thay đổi phan tử lý thuyết β o được xác định theo công thức: ( ) o 1 0.21. 1 – . M 4 32 1 1 . nl o o nl H O M α µ β α µ   + + −  ÷   = + + = ( ) 0,145 1 0.21. 1 – 1,0602 . 0,5120 4 114 1 1.0381 1 1,0602.0,5120 114 o β   + −  ÷   = + = + 2. Hệ số thay đổi phân tử thực tế β ( do có khí sót ). Được xác định theo công thức: 1,0381 0,0699 1,0356 1 1 0,0699 o r r β γ β γ + + = = = + + 3. Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z ( β z ) (do cháy chưa hết ): Ta có hệ số thay đổi thực tế tại điểm z, β z được xác định theo công thức : 1 1 . 1 o z z r β β χ γ − = + + Trong đó: 0,85 0,9930 0,856 z z b ξ χ ξ = = = 1,0381 1 1 .0,9930 1,0353 1 0,0699 z β − ⇒ = + = + 4. Lượng sản vật cháy M 2 : Ta có lượng sản vật cháy M 2 được xác định theo công thức: M 2 = M 1 + ∆M = β o .M 1 = 1,0381+ 0,5516 = 0,5726 ( kmol/kg n.l ) 5. Nhiệt độ tại điểm z T z : Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z T z được xác định bằng cách giải phương trình cháy : ( ) ' '' . 1 ( ) . . . . 1 z H H v c z vz z r Q Q mc T m c T M ξ β γ − ∆ + = + ( * ) Trong đó : Q H : nhiệt trị thấp của nhiên liệu ta có, thông thường có thể chọn Q H = 44000 ( kJ/kgnl ). ∆Q H : nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1 kg nhiên liệu, thông thường có thể xác định ∆Q H theo α bằng công thức sau: ∆Q H = 120.10 3 .(1- α)M o (kJ/kgnl) khi α < 1 ∆Q H = 0 khi α ≥ 1 '' . vz m c : Là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được xác định theo công thức: ( ) ( ) '' '' '' '' . . . 1 . . . . . 1 r o z v z v o vz vz vz z r o z z o m c m c m c a b T γ β χ χ β γ β χ χ β   + + −  ÷   = = +   + + −  ÷   Ta có: ( ) ( ) '' ' '' . . 1 . . 1 r o v z z v o vz r o z z o a a a γ β χ χ β γ β χ χ β   + + −  ÷   =   + + −  ÷   = ( ) ( ) 0.0699 1,0381.21,71197. 0,9930 1 0,9930 .19,930 1,0381 21,70070 0,0699 1,0381. 0,9930 1 0.9930 1,0381   + + −  ÷   = =   + + −  ÷   ( ) ( ) '' ' '' . . 1 . 2 2 . 1 v v r o z z o vz r o z z o b b b γ β χ χ β γ β χ χ β   + + −  ÷   =   + + −  ÷   = ( ) ( ) 0,0699 1,0381.0,0314. 0,9930 1 0,9930 .0,00216 1,0381 0,00313 0,0699 1,0381. 0,9930 1 0,9930 1,0381   + + −  ÷   = =   + + −  ÷   '' 21,70070 0,00313. vz z mc T⇒ = + . Thay vào phương trình ( * ) ta được: ( ) ( ) ' '' '' . 1 ( ) . . . . 1 z H H v c z vz vz z z r Q Q mc T a b T T M ξ β γ − ∆ + = + + ( ) ( ) 0,85. 44000 0 20,5712.707,2 1,0353. 21,70070 0,00313 0,5516.(1 0,699) z z T T − ⇒ + = = + 2 0,00324 22,468 83876.71 z z T T⇔ + = ( ) 1 2 2689,1 / 4807,26( i)(â ) z z T t m T loa m  = ⇔  = −  Vậy nhiệt độ tại điểm z T z = 2689.1 6. Áp suất tại điểm z p z : Ta có hệ số tăng áp: . 3,937 z z c T T λ β = = Áp suất tại điểm z p z được xác định theo công thức: p z = λ.p c = 3,937 . 1,1147 = 4,389 (MPa) 1.2.4. Tính toán quá trình giản nở: 1. Hệ số giản nở sớm ρ: . . z z c T T β ρ λ = Đối với động cơ xăng: ρ = 1 2. Hệ số giản nở sau δ : Ta có hệ số giản nở sau δ được xác định theo công thức: δ = ε ρ Với động cơ xăng : δ = ε = 6,5 3. Chỉ số giản nở đa biến trung bình n 2 : Ta có chỉ số giản nở đa biến trung bình n 2 được xác định từ phương trình cân bằng sau: ( ) ( ) ( ) ( ) 2 * '' '' 1 8,314 1 . . . 1 . . 2 b z H vz vz z b r z b n Q b a T T M T T ξ ξ γ β − = − + + + + − Trong đó: T b là nhiệt trị tại điểm b và được xác định theo công thức : 2 2 1 1 2689,1 6,5 z b n n T T δ − − = = ( o K ) Q H * : Nhiệt trị tính toán Đối với động cơ xăng: Q H * = Q H - ∆Q H = 4400 – 0 = 4400 ( kJ/kg.độ ) Thay vào phương trình; [...]... triển đồ thị công ( thông qua vòng tròn Brick) chỉ có điều cần lưu ý là ở đồ thị trước là ta biểu diễn đồ thị - pj = f ( α ) nên cần phải lấy lại giá trị pj cho chính xác 2.2.8 Vẽ đồ thị p∑ = f ( α ) Ta tiến hành vẽ đồ thị p∑ = f ( α ) bằng cách ta cộng hai đồ thị là đồ thị pj = f ( α ) và đồ thị p = f ( α ) 2.2.9 Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = f ( α ) và đồ thị lực pháp tuyến Z = f ( α ) Theo kết quả tính. .. 0,71648 ( MPa ) Sau khi tính toán được pe phải so sánh với trị số pe dã tính ở phần tính toán quá trình nạp Nếu có sai lệch thì phải tính lại So với pe ở quá trình nạp là pe = 0,7155 7 Hiệu suất cơ giới ηm : Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới: pe 0, 71648 = = 0,8195 pi 0,8743 ηm = (%) 8 Suất tiêu hao nhiên liệu ge: Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là: ge = gi 244, 78... tốc độ của động cơ Nếu động cơ ở tốc độ cao, đường này thế nào cũng cắt đường nén ac Động cơ tốc độ thấp, đường pj ít cắt đường nén Ngoài ra đường pj còn cho ta tìm được giá trị của p∑ = pkt + pj một cách dễ dàng vì giá trị của đường p∑ chính là khoảng cách giữa đường pj với đường biểu diễn pkt của các quá trình nạp, nén, cháy giãn nở và thải của động cơ Khai triển đồ thị pj = f ( x ) thành đồ thị pj... QH 244, 78 1000 (%) 5 Áp suất tổn thất cơ giới pm : Áp suất tổn thất cơ giới pm 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: S n 95.10−3.3100 vtb = = = 9,8111167 30 30 ( m/s ) Theo số liệu thực nghiệm, có thể tính pm theo công thức sau: Đối với động cơ xăng i = 8, S/D < 1: pm = 0.04 + 0.012... ) của động cơ nhiều xy lanh Động cơ nhiều xy lanh có moment tích lũy vì vậy phải xác định moment này Ta xác định chu kỳ của moment tổng phụ thuộc vào số xy lanh và số kỳ , chu kỳ này bằng đúng góc công tác của các khuỷu: δ ct = 180o.τ 180o.4 = = 90o i 8 Trong đó : τ : Là số kỳ của động cơ i : Là số xy lanh của động cơ Nếu trục khuỷu không phân bố các khuỷu theo đúng góc công tác ( điều kiện đồng điều... f(x) 2.2 Tính toán động lực học 2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến: - Khối lượng nhóm piston mnpt được cho trong số liệu ban đầu của đề bài ( kg ) - Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m1 có thể tra trong các sổ tay, có thể căn các chi tiết của nhóm để lấy số liệu hoặc tính gần đúng theo bản vẽ Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau: + Thanh truyền của động cơ ô tô:... dùng cung thích hợp nối với đường thải rr VßNG TRßN BRICK ĐỒ THỊ CÔNG µ µ 0.00199 0409 0 -Pj=f(x) b' CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC 2.1 Vẽ các đường biểu diễn các quy luật động học Các đường biểu diễn này điều vẽ trên một hoành độ thống nhất ứng với hành trình của piston S = 2R Vì vậy đồ thị điều lấy hoành độ tương ứng với Vh của đồ thị công ( từ điểm 1Vc đến εVc ) 2.1.1 Đường biểu diễn... 22, 33, … Ta được đường cong quan hệ - pj = f ( x ) j ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH µ = 80,001 j f(x) 2.2.5 Đường biểu diễn v = f ( x) Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ v = f ( x ) dựa trên hai đồ thị là đồ thị x = f ( α ) và đồ thị v = f ( α ) ( sử dụng phương pháp đồ thị vòng) Ta tiến hành theo trình tự sau: 1 Từ tâm các điểm đã chia độ trên cung của đồ thị Brick ta gióng các đường song song với trục tung... = 0, 00409 200 200 ( mm ) Từ đó ta có thể vẽ đồ thị công: O O' z PZ c' c c" b' r 0 b" a Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị Các bước hiệu đính như sau: * Vẽ vòng tròn Brick dặt phía trên đồ thị công: Ta chọn tỉ lệ xích của hành trình piston S là : µS = gttS S 95 = = = 0, 475 gtbd S gtbd S 200 Thông số kết cấu của động cơ là: λ= R S 95 = = = 0, 2566 Ltt 2.Ltt 2.185... ) Để thuận tiên cho việc tính toán sau này ta tiến hành khai triển đồ thị công P – V thành pkt = f ( α ) Khai triển đồ thị công theo trình tự sau: 1 Chọn tỉ lệ xích μα = 2o / 1mm Như vậy toàn bộ chu trình 720o sẽ ứng với 360 mm Đặt hoành độ α này cùng trên đường đậm biểu diễn po và cách ĐCD của đồ thị công khoảng 4 ÷ 5 cm 2 Chọn tỉ lệ xích μp đúng bằng tỉ lệ xích μp khi vẽ đồ thị công μp = 0,0199 (MN/mm) . ra được cách tính toán thiết kế ra một động cơ đốt trong.Và dưới đây là bản thiết kế tính toán động cơ đốt trong mà tôi đã áp dụng những kiến thức về tính toán động cơ để thiết kế. Hi vọng bạn. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đồ án "bản thiết kế tính toán động cơ đốt trong" MỤC LỤC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 Đồ án 1 "bản thiết kế tính toán động cơ đốt trong" 1 MỤC. viên thực hiện Vũ Đình Công CHƯƠNG I TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1Trình tự tính toán: 1.1.1 Số liệu ban đầu: 1 – Công suất của động cơ N e = 150 ( mã lực ) 2 – Số vòng