Đang tải... (xem toàn văn)
huyết minh Đồ án động cơ đốt trong tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức của các môn học cơ sở giúp người đọc có những hiểu biết từ cơ bản, cụ thể đến chuyên sâu khái quát về động cơ đốt trong. Đây là tài liệu tham khảo dành cho sinh viên ngành Cơ khí - chế tạo máy.
Đồ án môn học động cơ đốt trong Lời nói đầu Động 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 đồ án môn học động cơ đốt trong là đồ án 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 và 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 tiến hành làm đồ án tốt nghiệp sau này. 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 Hoàng Đình Long cũng như toàn thể các thầy cô giáo trong Bộ môn Động Cơ Đốt Trong đã tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành đồ án tốt đẹp. Sinh viên Nông Minh Toàn 1 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong Phần 1: Tính Nhiệt. Số liệu ban đầu của đồ án môn học ĐCĐT ( Số 1) Họ và tên sinh viên: Nông Minh Toàn Khóa: 51 Các số liệu của phần tính toán nhiệt TT Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú 1 Kiểu động cơ ZIL 130 Chữ V góc V= 90 0 Đ/cơ Xăng, không tăng áp 2 Số kỳ τ 4 kỳ 3 Số xilanh i 8 - 4 Thứ tự nổ 1-5-4-2-6-3-7-8 - 5 Hành trình piston S 95 mm 6 Đường kính xilanh D 100 mm 7 Góc mở sớm xupáp nạp α 1 31 độ 8 Góc đóng muộn xupáp nạp α 2 83 độ 9 Góc mở sớm xupáp xả β 1 67 độ 10 Góc đóng muộn xupáp xả β 2 47 độ 11 Góc phun sớm ϕ i 15 độ 12 Chiều dài thanh truyền l tt 185 mm 13 Công suất động cơ N e 152 ml 111.796kWh 14 Số vòng quay động cơ n 3250 v/ph 15 Suất tiêu hao nhiên liệu g e 245 g/ml.h 333.107g/kWh 16 Tỷ số nén ε 6.5 17 Trọng lượng thanh truyền m tt 1,272 kg 18 Trọng lượng nhóm piston m pt 1,187 kg 1.1. Các thông số chọn. 1) áp suất môi trường p 0 2 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong - Áp suất môi trường p 0 là áp suất khí quyển. Với động cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupap nạp nên ta chọn: P 0 = 0,1(Mpa) 2) Nhiệt độ môi trường T 0 - Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm. Với động cơ không tăng áp ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupap nạp nên: T 0 = 24 0 C = 297 0 K. 3) Áp suất cuối quá trình nạp p a - Áp suất cuối quá trình nạp p a với động cơ không tăng áp ta có thể chọn trong phạm vi: P a = (0,8 – 0,9)p 0 = 0.85.p 0 = 0,09.0,1 = 0.09 (MPa) 4) Áp suất khí thải p r : - Áp suất khí thải p r có thể chọn trong phạm vi: p r = (1,10-1,15).p k = 1,15p k = 1,15.0,1 = 0,115 (MPa) 5) Mức độ sấy nóng môi chất Mức độ sấy nóng môi chất chủ yếu phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel. Với động cơ Xăng ta chọn: 6) Nhiệt độ khí sót (khí thải) T r : Nhiệt độ khí sót T r phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Thông thường ta có thể chọn: T r = (800 – 1000) = 1000 7) Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt : t Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt t được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiệu đính: 3 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong t = 1.16 8) Hệ số quét buồng cháy 2 : Với các động cơ không tăng áp ta thường chọn hệ số quét buồng cháy 2 là: 2 = 1 9) Hệ số nạp thêm 1 : Hệ số nạp thêm 1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí. Thông thường ta có thể chọn: 1 = (1,02 – 1,07) = 1.03 10) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z z ξ : Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z z ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ. Với các loại động cơ Xăng ta thường chọn: 0,85 0,92 0,88 z ξ = ÷ = 11) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b b ξ : Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b b ξ tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel. Với các loại động cơ Xăng ta chọn: 0,85 0,95 0,9 b ξ = ÷ = 12) Hệ số hiệu đính đồ thị công d ϕ : Hệ số hiệu đính đồ thị công d ϕ phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel. Với các động cơ Xăng ta chọn: 0,92 0,97 0,97 d ϕ = ÷ = 4 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong 1.2. Tính toán các quá trình công tác: 1.2.1. Tính toán quá trình nạp: 1) Hệ số khí sót r γ : Hệ số khí sót r γ được 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 ÷ + ∆ = − ÷ Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn: 1,45 1,5 1,47m = ÷ = Thay số vào công thức tính r γ ta được: 1 1,47 1.(297 20) 0,115 1 . . 0,07507 1000 0,09 0,115 6,5.1,03 1,16.1. 0,09 r γ ÷ + = = − ÷ 2) Nhiệt độ cuối quá trình nạp a T : Nhiệt độ cuối quá trình nạp a T được tính theo công thức: ( ) 1 . . . 1 m m a k t r r r a r p T T T p T λ γ γ − ÷ + ∆ + ÷ = + Thay số vào công thức tính a T ta được: ( ) 1,47 1 1,47 0,09 297 20 1,16.0,07507.1000. 0,115 369,762( ) 1 0,07507 a T K − ÷ + + ÷ = = + 3) Hệ số nạp v η : Hệ số nạp v η được xác định theo công thức: 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 ÷ = − ÷ − + ∆ 5 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong Thay số vào công thức tính v η ta được: ( ) 1 1,47 1 297 0,09 0,115 . . . 6,5.1,03 1,16.1. 0,8163 6,5 1 297 20 0,1 0,09 v η ÷ = − = ÷ − + 4) Lượng khí nạp mới 1 M : Lượng khí nạp mới 1 M được xác định theo công thức: 2 1 432.10 . . . . k v e e k p M g p T η = Trong đó: e p là áp suất có ích trung bình được xác định theo công thức: 30. . . . e e h N p V n i τ = h V là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức: 2 . . 4 h D S V π = Thay số vào các công thức trên ta được: 2 3 .1 .0,95 0,74575( ) 0,74575( ) 4 h V dm l π = = = 30.111,796.4 0,6919( ) 0,74575.3250.8 e p MPa = = 3 1 432.10 .0,1.0,8163 0,5152( / . ) 333,107.0,6919.297 M kmol kg nl = = 5) Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu 0 M : Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu 0 M được tính theo công thức: 0 1 . 0,21 12 4 32 C H O M = + − ÷ Đối với nhiên liệu của động cơ Xăng ta có: 0,855; 0,145; 0C H O = = = nên thay vào công thức tính 0 M ta được: 6 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong 0 0,512( / . )M kmol kg nl= 6) Hệ số dư lượng không khí α : Đối với động cơ Xăng hệ số dư lượng không khí α được xác định theo công thức: 1 0 1 nl M M µ α − = Trong đó: µ nl = 114 Thay số vào công thức tính hệ số dư lượng không khí α ta được: 1 0,5152 114 0,9891 0,512 α − = = 1.2.2. Tính toán quá trình nén: 1) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí: 19,806 0,00209. ( / . ) v mc T kJ kmol do = + 2) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy: Với các động cơ Xăng có hệ số dư lượng không khí 1 α < do đó tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí được xác định theo công thức: ( ) ( ) '' 5 1 17,977 3,504. . 360,34 252,4. .10 . 2 v mc T α α − = + + + Thay số ta được: ( ) ( ) '' 5 1 0,0061 17,997 3,504.0,9891 . 360,34 252,4.0,9891 .10 . 21,4627 . 2 2 v mc T T − = + + + = + 3) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp: Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén ' v mc tính theo công thức: '' ' ' ' . . ( / . ) 1 2 v r v v v v r mc mc b mc a T kJ kmol do γ γ + = = + + Thay số ta được: 7 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong ' 0,0061 19,806 0,00209. 0,07507. 21, 4627 . 0,004314 2 19,9217 . ( / . ) 1 0,07507 2 v T T mc T kJ kmol do + + + ÷ = = + + Do ta có: ' ' ' . 2 v v v b mc a T = + ' ' 19,9217 0,004314 v v a b = → = 4) Chỉ số nén đa biến trung bình 1 n : Chỉ số nén đa biến trung bình 1 n được xác định bằng cách giải phương trình: ( ) 1 1 1 ' ' 8,314 1 . . 1 n v v a n a b T ε − − = + + Thay 1 1,375n = vào hai vế của phương trình ta được: 1 1 0,375n − = và ( ) ( ) 1 ' 1,375 1 1 ' 8,314 8,314 0,37235 0,004314 19,9217 .369,762. 6,5 1 . . 1 2 2 n v v a b a T ε − − = = + + + + Vậy ta có sai số giữa hai vế của phương trình là: 1 0,37235 0,375 .100% 0,193% 0,2% 0,375 n − ∆ = = < Vậy ta có nghiệm của phương trình là: 1 1,375n = 5) áp suất cuối quá trình nén c p : áp suất cuối quá trình nén c p được xác định theo công thức: 1 . n c a p p ε = Thay số ta xác định được: 1,375 0,09.6,5 1,18( ) c p MPa = = 8 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong 6) Nhiệt độ cuối quá trình nén c T : Nhiệt độ cuối quá trình nén c T được xác định theo công thức: 1 1 . n c a T T ε − = Thay số ta được: 1,375 1 369,762.6,5 746,04( ) c T K − = = 7) Lượng môi chất công tác của quá trình nén c M : Lượng môi chất công tác của quá trình nén c M được xác định theo công thức: ( ) 1 1 . 1 c r r M M M M γ = + = + Thay số ta được: ( ) 0,5152. 1 0,07507 0,5539( / . ) c M kmol kg nl = + = 1.2.3. Tính toán quá trình cháy: 1) Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết 0 β : Ta có hệ số thay đổi phân tử lí thuyết 0 β được xác định theo công thức: 2 1 0 1 1 1 1 M M M M M M M β + ∆ ∆ = = = + Với động cơ xăng ta sử dụng công thức : nl nl M M OH µ α α µ β 1 )1(21,0) 1 324 ( 1 0 0 0 + −+−+ += Thay số ta được: 0 0,145 0 1 ( ) 0,21(1 0,9891).0,512 4 32 114 1 1,05562 1 0,9891.0,512 114 β + − + − = + = + 2) Hệ số thay đổi phân tử thực tế β : Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác định theo công thức: 9 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong 0 1 r r β γ β γ + = + Thay số ta xác được: 1,05562 0,07507 1,05173 1 0,07507 β + = = + 3) Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z z β : Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z z β được xác định theo công thức: 0 1 1 . 1 z z r β β χ γ − = + + Trong đó ta có: 0,88 0,97778 0,9 z z b ξ χ ξ = = = Thay số ta được: 1,05562 1 1 .0,97778 1,05058 1 0,07507 z β − = + = + 4) Lượng sản vật cháy 2 M : Ta có lượng sản vật cháy 2 M được xác định theo công thức: 2 1 0 1 .M M M M β = + ∆ = Thay số ta được: 2 1,05562.0,5152 0,54383( / . )M kmol kg nl = = 5) Nhiệt độ tại điểm z z T : Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z z T được xác định bằng cách giải phương trình sau: ( ) ( ) zvzzcv r Hz TmcTmc M QQ 1. )(. '', 1 β γ ξ =+ + ∆− (**) Trong đó: H Q là nhiệt trị thấp của nhiên liệu Xăng ta có: 44000( / . ) H Q kJ kg nl = 10 Nông Minh Toàn Động Cơ [...]... b’’ dùng cung thích hợp nối với đường thải ta được đồ thị công thực tế 21 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong p O 0,85pz O' z c' c c'' b' r a -pj = a b b'' V f(x) v=f(x) a =f( x ) x j=f( x) v=f(a) 22 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong Phần 2: Tính toán động học, động lực học 2.1 Vẽ các đường biểu diễn các quy luật động học: 2.1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston... Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong `00 1800 1 nạp 3600 Nén 5400 Cháy 7200 Thải 2 C T n N C 3 N C T n N 4 5 T T n N N N C C T 6 C T n N 7 N C T n 8 n N C T Ta có : α i = 7200 − ( j − 1).δ ct α 2 = 4500 α 5 = 6300 α 3 = 2700 α 6 = 3600 α 4 = 5400 α 7 = 1800 α 8 = 900 2) Ta có bảng tính ∑ T = f ( α ) : 33 Nông Minh Toàn Động Cơ n Đồ án môn học động cơ đốt trong 34 Nông Minh Toàn Động Cơ. .. chia trên đồ thị Brick ta xác định trị số của pkt tương ứng với các góc α rồi đặt các giá trị này trên toạ độ p − α 4) Nối các điểm xác định được theo một đường cong trơn ta thu được đồ thị biểu diễn quan hệ pkt = f ( α ) 28 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong 2.2.6 Khai triển đồ thị p j = f ( x ) thành p j = f ( α ) Ta tiến hành khai triển đồ thị p j = f ( x ) thành đồ thị p j... Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong 4) Hiệu suất chỉ thị η i Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị: 3, 6.103 ηi = g i QH Thay số ta được: ηi = 3, 6.103 = 0,30361 269, 48.44 5) áp suất tổn thất cơ giới pm : 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. .. được xác định theo công thức: pz = λ pc Trong đó λ là hệ số tăng áp : λ = βz Tz 2725,85 = 1, 05058 = 3,8386 Tc 746,05 11 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong Thay số ta được: pz = 3,8386.1,18 = 4,531( MPa) 1.2.4 Tính toán quá trình giãn nở: 1) Hệ số giãn nở sớm ρ : Hệ số giãn nở sớm ρ được xác định theo công thức sau: ρ= β z Tz λ.Tc Với động cơ xăng ta có: ρ =1 2) Hệ số giãn nở sau... 0,36252 Chọn: m1 = 0,35(kg ) Vậy ta xác định được khối lượng chuyển động tịnh tiến: m = m pt + m1 = 1, 272 + 0,35 = 1, 622(kg ) 2.2.2 Lực quán tính: Lực quán tính chuyển động tịnh tiến: Pj = m j = m.R.ω 2 ( cosα + λ cos ( 2.α ) ) Với thông số kết cấu λ = 0, 2568 ta có bảng tính p j theo α 25 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong cosα + λ.cos ( 2.α ) Pj = m.R.ω 2 ( cosα + λ.cos ( 2.α )... tuyến như sau: T = p∑ sin ( α + β ) cos β Z = p∑ cos ( α + β ) cos β Trong đó góc lắc của thanh truyền β được xác định theo góc quay α của trục theo biểu thức sau: sin β = λ.sin α 29 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong Dựa vào các công thức trên và dựa vào đồ thị p∑ = f ( α ) ta xác định được các giá trị cho trong bảng dưới đây theo góc quay α của trục khuỷu: α (độ) 0 10 20 30 40... được: pe = 0,85526 − 0,16350 = 0, 69176( MPa ) 7) Hiệu suất cơ giới η m : Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới: 15 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong pe pi ηm = Thay số vào công thức trên ta được: ηm = 0, 69176 = 0,809 0,85526 8) Suất tiêu hao nhiên liệu g e : Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là: ge = gi ηm Vậy thay số vào ta được: ge = 269, 48 = 333,174(... 9.771 61 70 24.21 25 24.785 16 9.460 8 0 -24.785 0 7 430 39.96426 0 2 0 1 39.62 1.958 62 -21.607 71 13.70 440 43.268 26 - 17 4.7339 29.34 35 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong 8 90 12 5 540 0 4 360 0 0 63 0 -14 36 Nông Minh Toàn Động Cơ 0 72 0 9 0 450 45 0 27 0 22.546 2 -17 0 18 0 0 26 ... các điểm chia tương ứng trên vòng tròn tâm O bán kính là λ.R 2 tại các điểm a, b, c, 4) Nối các điểm a, b, c, tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ piston 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, 23 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong 2.1.3 Đường biểu diễn gia tốc của piston: . đẹp. Sinh viên Nông Minh Toàn 1 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong Phần 1: Tính Nhiệt. Số liệu ban đầu của đồ án môn học ĐCĐT ( Số 1) Họ và tên sinh viên: Nông Minh Toàn Khóa:. Trọng lượng nhóm piston m pt 1,187 kg 1.1. Các thông số chọn. 1) áp suất môi trường p 0 2 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong - Áp suất môi trường p 0 là áp suất khí quyển : t Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt t được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiệu đính: 3 Nông Minh Toàn Động Cơ Đồ án môn học động cơ đốt trong t = 1.16 8) Hệ số quét buồng cháy 2 : Với các