Động cơ diesel buồng đốt thống nhất - Đồ Án Môn Học: Động Cơ | Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MÔN TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỘNG CƠ
ĐỘNG CƠ DIESEL BUỒNG ĐỐT THỐNG NHẤT TĂNG ÁP GVHD: Nguyễn Văn Trạng SVTH: Trương Văn Sĩ MSSV 20145060
MÃ LỚP HỌC PHẦN: SPAE310730_22_2_10CLC
TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MÔN TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Đồ án môn học: Động cơ
TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2023
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tư do – Hạnh phúc ***
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên SV: Trương Văn Sĩ MSSV: 20145060 Lớp: 20145CL5B Nhóm: 10CLC
1. Số liệu ban đầu
Loại động cơ: diesel Số kỳ, τ: 4
Công suất có ích, Ne (kW): 55
Số vòng quay, n (vòng/phút): 2500 Tỉ số nén, ε: 17
Hệ số dư lượng không khí, α: 1,7
Làm mát bằng: nước Số xylanh, i: 4
2. Nội dung thuyết minh
a. Tính toán nhiệt và xây dưng giản đồ công chỉ thị động cơ.
b. Tính toán động lưc học cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền.
3. Nội dung bản vẽ
a. Bản vẽ đồ thị công chỉ thị P – V (A3 ngang).
b. Bản vẽ đồ thị P – α, Pj, P1 (A3 ngang).
c. Bản vẽ đồ thị quãng đường S , vận tốc V p , gia tốc p J của piston (A4 p ngang).
d. Bản vẽ đồ thị T(α), Z(α) (A4 ngang).
e. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt trục khuỷu (T – Z) (A4 đứng). Ngày giao nhiệm vụ: 03/2023 Ngày hoàn thành: 11/06/2023 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) TS. Nguyễ n Văn Trạng
CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ ST TÊN TS
KÝ HIỆU GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ GHI CHÚ T 1 Kiểu động cơ Động cơ Diesel, không tăng áp 2 Số kỳ 4 3 Số xy lanh i 4 4 Thể tích công tác 5 Hành trình piston S mm 6 Đường kính B mm xilanh 7 Góc mở sớm của Độ Trước ĐCT supap nạp 8 Góc mở sớm của Độ Trước ĐCD supap thải 9 Góc đóng muộn Độ Sau ĐCD của supap nạp 10 Góc đóng muộn Độ Sau ĐCT của supap thải 11 Công suất cưc đại 55 kW Ở n = 2500 vg/ph 12 Mômen xoắn cưc N.m Ở n = vg/ph đại 13 Tỉ số nén 17 14 Góc phun nhiên Độ liệu sớm MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3
CHƯƠNG 1:TÍNH TOÁN NHIỆT 1
1.1. Trình tư tính toán............................................................................................1
1.1.1. Số liệu ban đầu............................................................................................1
1.1.2. Các thông số cần chọn.................................................................................1
1.2. Tính toán các quá trình công tác.....................................................................4
1.2.1. Quá trình nạp...............................................................................................4
1.2.2. Quá trình nén...............................................................................................5
1.2.3. Quá trình cháy.............................................................................................7
1.2.4. Quá trình giãn nở.........................................................................................9
1.2.5. Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình.........................................10
1.2.6. Thông số kết cấu động cơ..........................................................................11
1.2.7. Vẽ đồ thị công chỉ thị.................................................................................13 CHƯƠNG 2 18
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU TRỤC
KHUỶU – THANH TRUYỀN 18
2.1. Chuyển vị của piston....................................................................................18
2.2. Tốc độ piston................................................................................................21
2.3. Gia tốc piston................................................................................................22
2.4. Lưc khí thể....................................................................................................23
2.5 Lưc quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến....................................24
2.6 Lưc quán tính (lưc ly tâm) của khối lượng chuyển động quay Pk 25
2.7 Hệ lưc tác dụng trên cơ cấu Trục khuỷu-Thanh truyền.................................25
2.7.1 Lưc tổng cộng tác dụng lên đỉnh Piston.....................................................25
2.7.2 Lưc tác dụng dọc tâm Thanh truyền và lưc ngang N ép Piston lên thành
Piston...................................................................................................................27
2.7.3 Lưc tiếp tuyến T và lưc pháp tuyến Z.........................................................28
2.8 Moment quay trục khuỷu của một xylanh....................................................30
2.9 Đồ thị vector phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu..............................................31
PHỤ LỤC: CODE MATLAB...............................................................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................39 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. Đồ thị công P-V...................................................................................17
Hình 2. Đồ thị chuyển vị của piston..................................................................20
Hình 3. Đồ thị vận tốc của piston......................................................................21
Hình 4. Đồ thị gia tốc của piston.......................................................................22
Hình 5. Đồ thị các lưc Pkt, Pj, P1........................................................................26 Hình 6 Đồ thị tác dụng dọc tâm thanh truyền
...................................................27 Hình 7 . Đồ thị lưc ngang
N ...............................................................................28 Hình 8 . Đồ thị lưc tiếp tuyến T
.........................................................................29 Hình 9 . Đồ thị lưc pháp tuyến Z
........................................................................30 Hình 1 0 Đồ thị moment quay trục khuỷu của một xylanh
................................31 Hình 1 1 . Đồ thị phụ tải
......................................................................................32 PHỤ LỤC BẢNG
Bảng 1 Số liệu tính toán nhiệt động cơ...............................................................12
Bảng 2 Bảng các góc mở sớm đóng muộn của các súpap..................................15
Bảng 3 Bảng số liệu P-V....................................................................................48
Bảng 4 Bảng số liệu động học ...........................................................................64
Bảng 5 Bảng số liệu động lưc học .....................................................................66
CHƯƠNG 1:TÍNH TOÁN NHIỆT
1.1. Trình tự tính toán
1.1.1. Số liệu ban đầu
Loại động cơ : Diesel (buồng thống nhất, không tăng áp) Số kỳ, : 4 Công suất có ích,
Số vòng quay, n(vòng/phút) : 2500 Tỉ số nén, Số xi lanh: 4
1.1.2. Các thông số cần chọn
Áp suất không khí nạp (
Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển: (MN/
Nhiệt độ không khí nạp mới
Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của môi trường,
nơi xe sử dụng. Nước ta thuộc khu vưc nhiệt đới, nhiệt độ trung bình ngày có thể chọn là . Do đó
Áp suất khí nạp trước supap nạp
Động cơ 4 kỳ, tăng áp MN/
Nhiệt độ khí nạp trước supap nạp 1
Áp suất cuối quá trình nạp
Áp suất cuối quá trình nạp thường được xác định bằng công thức thưc nghiệm.
Với động cơ bốn kỳ, không tăng áp . Ta chọnMN/
Chọn áp suất khí sót
Đối với động cơ diesel ta có thể chọn: MPa Chọn
Nhiệt độ khí sót
Phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp khí, mức độ giãn nỡ và sư trao đổi nhiệt
trong quá trình giãn nở và thải. Đối với động cơ diesel: 900 Ta chọn :
Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới (ΔT)
Khi tiến hành tính toán nhiệt của động cơ người ta thường chọn trị số ΔT căn
cứ vào số liệu thưc nghiệm.
Với động cơ Diesel: ΔT = Chọn ΔT =
Chọn hệ số nạp thêm (
Hệ số nạp thêm biểu thị sư tương quan năng lượng tăng đối của hỗn hợp khí
công tác sau khi nộp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ ở thể tích
Hệ số nạp thêm trong giới hạn 2 Chọn
Chọn hệ số quét buồng cháy
Đối với động cơ không tăng áp chọn
Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (
Phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp α và nhiệt độ khí sót . Thông
thường tính cho động cơ diesel: Với α = 1,25 1,4 Chọn Với α = 1,5 1,8 Chọn
Chọn loại động cơ Diesel có buồng đốt thống nhất: α = 1,45 1,75 => Chọn
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z ( phụ thuộc vào chu trình công tác động cơ.
Đối với động cơ Diesel ta có thể chọn Ta chọn
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ( ) phụ thuộc vào nhiều yếu tố : tốc độ , động cơ
, tỷ số nén. Đối với động cơ Diesel ta có thể chọn Ta chọn
Chọn hệ số dư lượng không khí (α) 3
Hệ số ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy . Ta chọn hệ số dư lương không khí
cho động cơ diesel tăng áp nằm trong khoảng α = 1,45 1,75 (buồng cháy thống nhất) Ta chọn α = 1,7
Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (
Hệ số điền đầy đồ thị công ( ) đánh giá về phần hao hụt về diện tích của đồ thị
công thưc tế so với đồ thị công tính toán . Đối với động cơ diesel có buồng đốt thống nhất . Ta chọn 3 Tỷ số tăng áp (
Là tỷ số giữa áp suất của hỗn hợp khí trong xi lanh ở cuối quá trình cháy và
quá trình nén. Đối với động cơ Diesel có buồng cháy thống nhất: Ta chọn
1.2. Tính toán các quá trình công tác
1.2.1. Quá trình nạp Hệ số nạp
Hệ số nạp được xác định theo công thức:
Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn: 4 Hệ số khí sót
Hệ số khí sót được tính theo công thức:
Nhiệt độ cuối quá trình nạp
Nhiệt độ cuối quá trình nạp được tính theo công thức:
1.2.2. Quá trình nén
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy
Khi α > 1 tính cho động cơ diesel theo công thức = 20,8 + 2,66..
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén = 19,83 + 2,11 = . 5 => ;
Tỷ số nén đa biến trung bình =>
Áp suất quá trình nén
Nhiệt độ cuối quá nén
=> Phù hợp với động cơ Diesel 4 kỳ buồng thống nhất tăng áp
1.2.3. Quá trình cháy
Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu
Trong đó: C, H, O là thành phần của carbon, hyđro, ôxy tính theo khối lượng.
Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh
Lượng sản vật cháy
Với , lượng sản vật cháy được tính theo công thức :
Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết 6
Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế
Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm
Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn
Với động cơ Diesel khi thì
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm Z Với
Nhiệt độ cuối quá trình cháy Với (kJ/kg)( tra bảng ) Thế số vào, ta được:
Giải phương trình ta được:
Áp suất cuối quá trình cháy
1.2.4. Quá trình giãn nở
Tỷ số giãn nở đầu 7
Tỷ số giãn nở sau
Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình =>
Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở
Áp suất cuối quá trình giãn nở
Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót
Sai số < là chênh lệch nhiệt độ khí sót tính toán và chọn ban đầu.
1.2.5. Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình.
Áp suất chỉ thị trung bình tính toán
Áp suất chỉ thị trung bình thực tế 8
Hiệu suất cơ giới và áp suất tổn thất cơ khí Ta có :
Đối với động cơ Diesel, thường có Chọn (MPa)
Áp suất có ích trung bình 9
Hiệu suất chỉ thị Hiệu suất có ích
Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích
1.2.6. Thông số kết cấu động cơ + Thể tích công tác :
+ Đường kính của piston: + Hành trình piston:
+ Thể tích buồng cháy VC : + Thể tích toàn bộ Va :
Bảng 1. Số liệu tính toán nhiệt động cơ STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 % 0,8838 2 0,0221 3 356,7304 4 n1 1,3664 5 MN/m2 5,1845 6 Tc 1007,3412 7 M0 0,4357 10 8 M1 0,7407 9 M2 0,7723 10 1,0427 11 0,9582 12 1,0302 13 2178,127 14 MN/m2 15 16 14,5002 17 1,1702 18 1381,7114 19 MN/m2 309 20 857,5068 21 22 23 24 25 % 90 26 % 44,2 27 % 28 29
1.2.7. Vẽ đồ thị công chỉ thị
*Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công -
: điểm cuối hành trình nạp, có áp suất P Điểm a a và thể tích:
- Điểm c (Vc, Pc): điểm cuối hành trình nén.
- Điểm b (Vb, Pb): điểm cuối hành trình giãn nở. 11