Đồ án động cơ đốt trong

LỜI NÓI ĐẦUĐộng cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thuỷ, máy bay và các máy công tác như máy phát điện, bơm nước…. Động cơ đốt trong là nguồn cung cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới. Chính vì vậy việc tính toán và thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quan trọng đối với các sinh viên chuyên ngành động cơ đốt trong.Đồ án tính toán thiết kế động cơ đốt trong đòi hỏi người thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức của các môn học cơ sở. Trong quá trình hoàn thành đồ án không những đã giúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học mà còn giúp em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên ngành của mình cũng như các kiến thức tổng hợp khác. Đồ án này cũng là một bước tập dượt rất quan trọng cho em trước khi tốt nghiệp. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất, song do những hạn chế về kiến thức cũng như những kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình làm không tránh được sai sót. Chính vì vậy em rất mong được sự đóng góp của các thầy, cô cũng như toàn thể các bạn để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Kiều Quang Thọ cũng như toàn thể các thầy giáo trong khoa đã tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành đồ án này. Sinh viên Nguyễn Việt Hùng Mục LụcPHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONGI ) Trình tự tính toán :1.1 )Số liệu ban đầu :1.2 )Các thông số cần chọn :1 )Áp suất môi trường :pk2 )Nhiệt độ môi trường :Tk 3 )Áp suất cuối quá trình nạp :pa 4 )Áp suất khí thải P r :5 )Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T 6 )Nhiệt độ khí sót (khí thải) T r 7 )Hệ số hiệu đính tỉ nhiêt λ t :8 )Hệ số quét buồng cháy λ 2 :9 )Hệ số nạp thêm λ 1 10 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ z :11 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b :12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ d :II )Tính toán các quá trình công tác :2.1 .Tính toán quá trình nạp :1 )Hệ số khí sót γ r :2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a 3 )Hệ số nạp η v :4 )Lượng khí nạp mới M 1 :5 )Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M o :6 )Hệ số dư lượng không khí α2.2 )Tính toán quá trình nén :1 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí :2 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy :3 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp :4 ) Chỉ số nén đa biến trung bình n 1:5 )Áp suất cuối quá trình nén P c :6 )Nhiệt độ cuối quá trình nén T c 7 )Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c : 2.3 )Tính toán quá trình cháy :1 )Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β 0 :2 )Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót )3 )Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β z : (Do cháy chưa hết ) 4 )Lượng sản vật cháy M 2 :5 )Nhiệt độ tại điểm z T z :6 )Áp suất tại điểm z p z :2.4 )Tính toán quá trình giãn nở :1 )Hệ số giãn nở sớm ρ : 2 )Hệ số giãn nở sau δ :3 )Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n 2 :4 )Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b :5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p b :6 )Tính nhiệt độ khí thải T rt :2.5 )Tính toán các thông số chu trình công tác 1 )Áp suất chỉ thị trung bình p i :2 )Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p i :3 )Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i :4 )Hiệu suất chỉ thi η i:5 )Áp suất tổn thất cơ giới P m :6 )Áp suất có ích trung bình P e :7 )Hiệu suất cơ giới η m :8 )Suất tiêu hao nhiên liệu g e :9 )Hiệu suất có ích η e :10 )Kiểm nghiêm đường kính xy lanh D theo công thức :III ) Vẽ và hiệu đính đồ thị công :3.1 ) Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén :3.2 ) Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở :3.3 ) Chọn tỷ lệ xích phù hợp và các điểm đặc biệt :3.4 ) Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công : 3.5 ) Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị :1 ) Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp : (điểm a)2 ) Hiệu định áp suất cuối quá trình nén : ( điểm c’)3 ) Hiệu chỉnh điểm phun sớm : ( điểm c’’ ) 4 )Hiệu đính điểm đạt P zmax thực tế 5 ) Hiệu định điểm bắt đầu quá trình thải thực tế : ( điểm b’ )6 ) Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở : ( điểm b’’ )PHẦN II : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌCI ) Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học :1.1 ) Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α)1.2 ) Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α) .1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f( x)II )Tính toán động học :2.1)Các khối lượng chuyển động tịnh tiến :2.2) Các khối lượng chuyển động quay :2.3) Lực quán tính :2.4)Vẽ đường biểu diễn lực quán tính :2.5) Đường biểu diễn v = ƒ(x)2.6) Khai triển đồ thị công P–V thành p kt =ƒ(α)2.7)Khai triển đồ thị P j = ƒ(x) thành P j = ƒ(α) 2.8) Vẽ đồ thị P Σ = ƒ(α).2.9) Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = ƒ(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = ƒ(α) 2.10)Vẽ đường biểu diễn ΣT = ƒ(α) của động cơ nhiều xy lanh.2.11) Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.2.12)Vẽ đường biểu diễn Q= f( α).Chương III :TÍNH NGHIỆM BỀN TRỤC KHUỶUI )Tính nghiệm bền trục khuỷu :1 ) Trường hợp chịu lực ( ) :2 ) Trường hợp chịu lực ( ) 2)Tính nghiệm bền cổ trục.3) Tính kiểm nghiệm bền má khuỷu.PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁCTRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONGI ) Trình tự tính toán :1.1 )Số liệu ban đầu : 1 Công suất của động cơ Ne : Ne =71 (Kw) 2 Số vòng quay của trục khuỷu n : n =1685.8 (vgph) 3 Đường kính xi lanh D : D =120(mm) 4 Hành trình piton S : S =147,5 (mm) 5 Dung tích công tác Vh : Vh = π.D2.S4 = 1,6682 (dm3) 6 Số xi lanh i : i = 4 7 Tỷ số nén ε : ε =15,3 8 Thứ tự làm việc của xi lanh : (1342) 9 Suất tiêu hao nhiên liệu ge : ge =211 (gml.h) 10 Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1 ; α2 : α1 =22 (độ) α2 =43 (độ) 11 Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải : =56 (độ) =24 (độ) 12 Chiều dài thanh truyền ltt : ltt =220 (mm) 13 Khối lượng nhóm pitton mpt : mpt =1,2 (kg) 14 Khối lượng nhóm thanh truyền mtt : mtt =2,3 (kg) 15 Góc đánh lửa sớm (phun sớm) : 19 (độ) 16 Mômen Me = 41 (kgm)1.2 )Các thông số cần chọn : 1 )Áp suất môi trường :pk 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 =p0 = 0,1 (MPa) (HD ĐAMH ĐCĐT HVKTQS 27) 2 )Nhiệt độ môi trường :Tk Giá trị Tk thay đổi theo mùa và vùng khí hậu. 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 (HD ĐAMH ĐCĐT HVKTQS 27) 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 ,hệ số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét động cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn pa : (GT NLĐCĐT 100) Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi: pa =(0,8÷0,9).pk =0,8.0,1÷0,9.0,1 = 0,0824÷0,0927 (MPa)Ta chọn: pa =0,088 (Mpa) 4 )Áp suất khí thải P r : Áp suất khí thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó thời điểm bắt đầu mở xupap thải, số vòng quay trục khuỷu và sức cản trên đường ống thải là những yếu tố quyết định. Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi : p r= (1,05÷1,1).p0 =1,05.0,103÷1,1.0,103=0,1082÷0,1133 (MPa) (GT NLĐCĐT 101) chọn P r = 0,1082 (MPa) 5 )Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T Trên đường vào xylanh động cơ, môi chất tiếp xúc với các chi tiết có nhiệt độ cao của động cơ nên nhiệt độ của nó tăng. 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 Với động cơ diezel : ∆T=20ºC ÷40ºC (GT NLĐCĐT 102) Chọn ∆T=38ºC 6 )Nhiệt độ khí sót (khí thải) T r Nhiệt độ khí sót T r phụ thuộc vào chủng loại đông cơ.Nếu quá trình giản nở càng triệt để ,Nhiệt độ T r càng thấp Thông thường ta có thể chọn : T r=700 ºK ÷ 900 ºK Chọn : T r =750 ºK (GT NLĐCĐT 102) 7 )Hệ số hiệu đính tỉ nhiêt λ t : Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiệu định .Thông thường có thể chọn λ t theo bảng sau : α 0,8 1,0 1,2 1,4 λ t 1,13 1,17 1,14 1,11 Đối với động cơ đang tính là động cơ diesel có α = 1,5÷1,8 có thể chọn λ t=1,11 (GT NLĐCĐT 103) 8 )Hệ số quét buồng cháy λ 2 :Tỉ số giữa lượng khí nạp được đưa vào xylanh trong một chu trình công tác và lượng khí nạp còn lại trong xylanh sau khi quét buồng cháy. Trường hợp không quét buồng cháy ta chọn λ 2 =1 (GT NLĐCĐT 107) 9 )Hệ số nạp thêm λ 1 Hệ số nạp thêm λ 1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí .Thông thường ta có thể chọn λ 1 =1,02÷1,07 (GT NLĐCĐT 106) ta chọn λ 1 =1,03 10 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ z :Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nội năng ở điểm z so với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ z phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ Với các loại động cơ điezen ta thường chọn : ξ z=0,70÷0,85 Chọn : ξ z=0,85 (GT LTĐCĐT 84) 11 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b : Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động cơ điezel .ξ b bao giờ cũng lớn hơn ξ zVới các loại đc điezen ta thường chọn : ξ b =0,8÷0,9 ta chọn ξ b=0,9 (GT LTĐCĐT 84) 12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ d : Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu trình công tác thực tế do không xét đến pha phối khí, tổn thất lưu động của dòng khí, thòi gian cháy và tốc độ tang áp suất... Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính toán của động cơ xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số φ d của động cơ xăng thường chọn hệ số lớn. Có thể chọn φ d trong phạm vi: φ d =0,92÷0,97Ta chọn φ d =0,97 (GT NLĐCĐT 195)II )Tính toán các quá trình công tác :2.1 .Tính toán quá trình nạp : 1 )Hệ số khí sót γ r : Hệ số khí sót γ r được tính theo công thức : Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến của khí sót m =1,45÷1,5 Chọn m =1,5 (GT NLĐCĐT 106,101) γr = =0,037915 2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a đươc tính theo công thức: (GT NLĐCĐT 107) ºK