BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BÀI TẬP LỚN
Môn học: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Tên nhóm: Nhóm 5
GVHD : Nguyễn Văn Trạng
HVTH : Huỳnh Quang Thảo. MSSV: 12145163
Nguyễn Thành.
Tp.Hồ Chí Minh
MSSV:12145156
ĐỀ BÀI
Dựa vào các thông số động cơ đã cho bên dưới, tính toán nhiệt và xây dựng đồ thị công
P-V, tính toán động học và động lực học của cơ cấu Piston- Khuỷu trục- Thanh truyền, vẽ
đồ thị chuyển vị, vận tốc và gia tốc piston, dồ thị biểu diễn các lực tiếp tuyến T, lực pháp
tuyến Z, lực ngang N và đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên trục khuỷu.
Các thông số động cơ:
-
Kiểu động cơ: Động cơ xăng, piston kiểu giao tâm.
-
Công suất: 60 kw.
-
Tỷ số nén ε =8,2.
-
Số vòng quay: 2400 v/ph.
-
Số xi lanh: 4.
PHẦN 1: TÍNH TOÁN NHIỆT.
Bảng số liệu ban đầu của ĐCĐT
Các số liệu của phần tính toán nhiệt
TT Tên thông số
Ký hiệu
Giá trị
Đơn
vị
1
Kiểu động cơ
2
Số kỳ
4
kỳ
3
Số xilanh
i
4
-
4
Góc mở sớm xupáp nạp
1
20
độ
5
Góc đóng muộn xupáp nạp
2
45
độ
6
Góc mở sớm xupáp xả
1
55
độ
10
Góc đóng muộn xupáp xả
2
30
độ
13
Công suất động cơ
Ne
60
kw
14
Số vòng quay động cơ
2400
v/ph
16
Tỷ số nén
n
Ghi chú
Đ/cơ Xăng,
không tăng áp
8.2
A- CÁC THÔNG SỐ CẦN CHỌN:
1) Áp suất môi trườnng p0
Áp suất môi trường p0 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:
Pk= P0 = 0,1 (Mpa)
2) Nhiệt độ môi trườnng T0
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:
T0 = 270C = 300 0K
3) Áp suất cuối quá trình nạp pa
Áp suất cuối quá trình nạp p a với động cơ không tăng áp ta có thể chọn trong
phạm vi:
Pa = (0,8 – 0,9)p0 = 0,9.p0 = 0,09.0,1 = 0.09 (MPa)
4) Áp suất khí thải pr:
Áp suất khí thải pr có thể chọn trong phạm vi:
pr = (1,05-1,12).pk = 1,10.pk = 1,10.0,1 = 0,110 (MPa)
5) Mức độ sấy nóng môi chất ∆ T
Mức độ sấy nóng môi chất ∆ T chủ yếu phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay
Diesel. Với động cơ Xăng ta chọn:
∆ T =( 0−20 ) ℃=20℃
6) Nhiệt độ khí sót (khí thải) Tr:
Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Thông thường ta có thể
chọn:
Tr = (700 – 1000)℃ = 900℃
7) Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt : λ t
Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt λ t được chọn theo hệ số dư lượng không khí
= 0,85 -
0.92 để hiệu đính:
= 0,88
λ t = 1.15
8) Hệ số quét buồng cháy λ 2:
Với các động cơ không tăng áp ta thường chọn hệ số quét buồng cháy λ 2 là:
λ2 = 1
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) = 1.03
10) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z
z :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z z phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ.
Với các loại động cơ Xăng ta thường chọn:
z 0,85 0,92 0,80
11) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b
b :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b
Với các loại động cơ Xăng ta chọn:
b tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel.
b 0,85 0,95 0,9
d :
12) Hệ số hiệu đính đồ thị công
Hệ số hiệu đính đồ thị công
các động cơ Xăng ta chọn:
d phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel. Với
d 0,92 0,97 0,97
B- TÍNH TOÁN CÁC QUẤ TRÌNH CÔNG TÁC:
I.Tính toán quá trình nạp:
1) Hệ số khí sót
Hệ số khí sót
r
r :
r được tính theo công thức:
2 .(Tk T ) pr
. .
Tr
pa
1
p
.1 t .2 . r
pa
1
m
Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn:
m 1, 45 1,5 1,5
Thay số vào công thức tính
r ta được:
1.(300 20) 0,110
r
.
.
900
0, 09
1
0,110
8, 2.1, 03 1,15.1.
0, 09
1
1,5
0, 0742
r nằm trong khoảng giá trị (0,0500,15)
2) Nhiệt độ cuối quá trình nạp
Nhiệt độ cuối quá trình nạp
Ta
Ta
:
được tính theo công thức:
m 1
m
p
Tk T t .r .Tr . a
pr
Ta
1 r
Thay số vào công thức tính
Ta
ta được:
1,5 1
1,5
0, 09
300 20 1,15.0, 0742.900.
0,110
Ta
1 0, 0742
365( K )
Đốối với động cơ xăng, nhiệt độ khí nạp Ta = (340 ÷400)k
3) Hệ số nạp
Hệ số nạp
v :
v được xác định theo công thức:
1
pr m
Tk
pa
1
v
.
. . .1 t .2 .
1 (Tk T ) pk
pa
Thay số vào công thức tính
v ta được:
1
1
300
0, 09
0,11 1,5
v
.
.
. 8, 2.1, 03 1,15.1.
0,836
8, 2 1 300 20 0,1
0, 09
4) Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu
M0
:
Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu
công thức:
M0
M0
được tính theo
1 C H O
.
0, 21 12 4 32
Đối với nhiên liệu của động cơ Xăng ta có: C 0,855; H 0,145; O 0
nên thay vào công thức tính
M0
ta được:
M 0 0,512(kmol / kg.nl )
5) Lượng khí nạp mới
Lượng khí nạp mới
M1
M1
:
được xác định theo công thức:
M 1 .M 0
1
nl
Trong đó: µnl = 114
M 1 0,88.0,512
6)Lượng sản vâ ̣t cháy
M2
1
0, 459( kmol / kg .nl )
114
: <1
C H
0,855 0,145
M 2 0, 79. .M 0
0, 79.0,88.0,512 0, 499( kmol / kg.nl )
12 2
12
2
II. Tính toán quá trình nén:
V)
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:
mcv av' bv' .T 19,806 0,00209.T (kJ / kmol.do)
2) Chỉ số nén đa biến trung bình
Chỉ số nén đa biến trung bình
n1
n1
:
được xác định bằng cách giải phương trình:
n1 1
8,314
a b .Ta . n1 1 1
'
v
'
v
Thay các giá trị n 1 vào hai vế của phương trình cho đến khi cân bằng 2 vế (sai số
cho phép 0,2%) ta được:
Vơi
n1 1,37
n1 1
8,314
8,314
0,37075
n1 1
a b .Ta . 1 19,806 0, 00419 .365. 8, 2 n1 1 1
2
'
v
'
v
Vậ y ta có sai sốố giữa 2 vếố củ a phương trình là:
n1
0.37075 0.37
100% 0.198% 0.2%
0.37
3) Áp suất cuối quá trình nén
Áp suất cuối quá trình nén
pc
pc
:
được xác định theo công thức:
pc pa . n1
Thay số ta xác định được:
pc 0,09.8, 21,37 1,61( MPa)
4) Nhiệt độ cuối quá trình nén
Nhiệt độ cuối quá trình nén
Tc
Tc
:
được xác định theo công thức:
Tc Ta . n1 1
Thay số ta được:
Tc 365.8, 21,375 1 795( K )
III. Tính toán quá trình cháy:
V)
Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết
Ta có hệ số thay đổi phân tử lí thuyết
0
0 :
0 được xác định theo công thức:
M 2 0, 499
1,08
M 1 0, 459
2) Hệ số thay đổi phân tử thực tế :
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế được xác định theo công thức:
0 r
1 r
Thay số ta xác được:
1, 08 0,0742
1,074
1 0, 0742
3) Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z
z :
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z,
z 1
z được xác định theo công thức:
0 1
. z
1 r
Trong đó ta có:
z
z 0,8
0,889
b 0,9
Thay số ta được:
z 1
4) Nhiệt độ tại điểm z
Tz
1,08 1
.0,889 1,066
1 0,0742
:
Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z
phương trình sau:
Tz
được xác định bằng cách giải
ξ z (. Q H −ΔQ )
M 1 . ( 1+γ r )
+ ( mc v, ) .T c =β z .mc vz'' .T z
(**)
Trong đó:
QH
là nhiệt trị thấp của nhiên liệu Xăng ta có:
ΔQ
QH 44000(kJ / kg .nl )
là nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1kg nhiên
liệu.trong điều kiện α<1 xác định như sau:
Q 120.103. (1 ).M o 120.103. 1 0.88 .0,512 7372 ( KJ / kg.nl )
mcvz'' là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được xác định theo công
thức:
mcvc'' 19806
4,19
4,19.795
.Tc 19806
21471,5( J / kmol.K )
2
2
Tỉ nhiê ̣t mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháy cuối quá trình nén:
(mcv ) c (mcv" ) c .r 21471,5 23395,8.0, 0742
mc
21604, 4( J / kmol.K )
1 r
1 0, 0742
''
vc
Tỉ nhiê ̣t mol đẳng tích trung bình của khí sót:
bvz''
1
mc a .Tz (17,997 3,504.0,88).103 .(360,34 252, 4.0,88)10 5.795 23395,8( J / kmol.K )
2
2
''
vc
''
vz
Tỉ nhiê ̣t mol đẳng tích trung bình của sản phâm cháy tại điểm z:
bvz''
1
mc a .Tz (17,997 3,504.0,88) .(360,34 252, 4.0,88)10 5.Tz
2
2
''
vz
''
vz
Thay các giá trị vào phương trình (**) ta tính được:
Tz =2525,3(K)
5) Áp suất tại điểm z: (
pz
)
Ta có áp suất tại điểm z được xác định theo công thức:
pz . pc
Trong đó λ là hệ số tăng áp :
z .
Tz
Tc
Thay số ta được:
p z z .
Tz
2525,3
.Pc 1, 066.
.1,61 5, 45( MPa)
Tc
795
IV. Tính toán quá trình giãn nở:
1) Hệ số giãn nở sớm :
Hệ số giãn nở sớm được xác định theo công thức sau:
z .Tz
.Tc
Với động cơ xăng ta có: ρ =1
2) Hệ số giãn nở sau :
Ta có hệ số giãn nở sau được xác định theo công thức:
Với động cơ xăng :
8, 2
3) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình
n2
:
Ta có chỉ số giãn nở đa biến trung bình
bằng sau:
n2 1
n2
được xác định từ phương trình cân
8,314
b z .QH
b ''
avz'' vz . Tz Tb
M 1. 1 r . . Tz Tb
2
Trong đó:
Tb
là nhiệt trị tại điểm b và được xác định theo công thức:
T
T
Tb n2z 1 n2z 1
QH*: là nhiệt trị thấp của nhiên liệu.
Với động cơ xăng :
QH* QH QH 44000 7372 36528( kJ / kg.nl )
Thế vào ta được:
8,314
n2 1
0,9 0,8 .36528
2525,3
0, 459. 1 0, 0742 .1, 074. 2525,3
8, 2n2 1
21,08
0, 0058
2525,3
. 2525,3
2
8, 2n2 1
Thay các giá trị n 2 =(1,23-1,27) vào 2 vế phương trình đến khi cân bằng 2 vế với
sai số <2%.
Thay n2 = 1,23 ta tính dược vế phải phương trình bằng 0.23045
Vậy sai số giữa 2 vế phương trình là:
n2
0.23045 0.23
100% 0.195% 0.2%
0.23
4) Áp suất cuối quá trình giãn nở
Áp suất cuối quá trình giãn nở
pb
pb
:
được xác định trong công thức:
p
pb nz2
Thay số vào ta được:
pb
5, 45
0, 409( MPa)
8, 21,23
Pb = (0,34 ÷ 0.45) Mpa
5) Tính nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb:
Nhiệt độ cuối quá trình giản nở được tính theo công thức:
Tb
Tz
n2 1
2525,3
1556,4( K )
8,21,23 1
Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr:
Điếều kiện:
Tr 10%Tr
1,5 1
Pr mm 1
0,11 1,5
Tr Tb ( ) 1556, 4.(
) 1000(K)
Pb
0, 409
Tr 1000 900
10%
Tr
1000
V. Tính toán các thông số chu trình công tác:
1) áp suất chỉ thị trung bình
pi'
:
Với động cơ Xăng áp suất chỉ thị trung bình
p'i=
Pc
pi'
được xác định theo công thức:
λ
1
1
1
( 1− n
)−
( 1− n
)]
1
ε −1 n2 −1
ε −1
ε 2 −1 n1 −1
[
Trong đó:
pc pa . n1
Trong đó λ là hệ số tăng áp :
pz . pc
=>
pz 5.45
3.38
pc 1.61
Thay số vào công thức trên ta được:
pi' 0, 09.
8, 21,37 3,38
1
1
1
(1
)
(1
) 0,932( MN / m 2 )
1,23
1,37
8, 2 1 1, 23 1
8, 2 1 1,37 1
8, 2 1
2) Áp suất chỉ thị trung bình thực tế
pi
:
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình
trong thực tế được xác định theo công thức:
pi pi' .d
Với φđ = 0,97
Thay số vào công thức trên ta được:
pi 0,932.0,97 0,904( MPa)
3) Hiệu suất chỉ thị
i
Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị:
i
4) Hiệu suất có ích
8,314.M 1.Pi .Tk 8,314.0, 459.0,904.300
0, 28
QH .Pk .v
43960.0,1.0,836
e :
Chọn hiệu suất cơ giới:
m 0,887
Ta có công thức xác định hiệu suất có ích
e được xác định theo công thức:
e m . i
Thay số vào công thức trên ta được:
e 0,887.0,0, 28 0, 248
5) Áp suất có ích trung bình
pe
:
Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo
công thức:
pe m .Pi 0,887.0,904 0,802( MPa)
6) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị
gi
:
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị
gi
gi
:
3600
3600
0, 273( Kg / Kw.h)
QH .i 43960.0, 28
8) Suất tiêu hao nhiên liệu
ge
:
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là:
g
ge i
m
Vậy thay số vào ta được:
ge
0, 273
0,31( Kg / KW .h)
0,887
C-KẾẾT CẤẾU ĐỘNG CƠ:
1) Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức:
Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức:
Vh
N e .30.
pe .i.n
Vậy thay số vào ta được:
Vh
60.30.4
0,935(l )
0,802.4.2400
Ta có công thức kiểm nghiệm đường kính xy lanh
Dkn
Dkn
:
4.Vh
.S
Thay số vào ta được:
Dkn
D-DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG P-V:
4.0,935
1, 09(dm) 109( mm)
3,14.1
1)Xác định các điểm đă ̣c biê ̣t của đồ thị công
Điểm a: cuối quá trình nạp, áp suất Pa, thể tích Va
V
0,935
Vc h
0,130( dm3 )
1 8, 2 1
Va = Vh + Vc = 0,935 + 0,130 = 1,065 (dm3)
Điểm c : cuối quá trình nén
Pc = 1,61 (MPa)
Vc = 0,130 (dm3)
ĐIểm z : cuối quá trình cháy
Pz = 5,45 (MPa)
Vz = Vc = 0,130 (dm3)
Điểm b : điểm cuối quá trình giãn nở
Pb = 0,409 (MPa)
Vb = Va = 1,065 (dm3)
Điểm r : cuối hành trình xả
Pr = 0,11 (MPa)
Vr = Vc = 0,130 (dm3)
2)Dựng đường cong nén:
Trong hành trình nén khí trong xi lanh bị nén với chỉ số đa biến trung bình n1 =
1,37 từ phương trình :
Pa .Van1 Pxn .Vxnn1 const
Pxn, Vxn là áp suất và thể tích tại 1 điểm bất kỳ trên đường cong nén
n1
V
1065
Pxn Pa . a 0,09.
Vxn
Vxn
1,37
Bằng cách cho giá trị Vxn chạy từ Vc đến Va , bước nhảy phụ thuô ̣c vào góc quay
trục khủy 5 [độ] theo công thức :
1
Vxn F .x .R 3 . 1
Với Sin( ) .Sin( )
1
Cos ( ) .Cos ( )
Thông số kết cấu, chọn
=0,29
3)Dựng đường cong giãn nở:
Trong quá trình giãn nở, khí cháy giãn nở theo chỉ số giản nở đa biến n2=1,23 từ
phương trình
Pz .Vzn2 Pxg .Vxgn2 const
Pxg, Vxg là áp suất và thể tích tại 1 điểm bất kỳ trên đường cong nén
V
Pxg Pz . z
V
xg
n1
130
5, 45.
Vxn
1,23
Bằng cách cho giá trị Vxn chạy từ Vc đến Va , bước nhảy phụ thuô ̣c vào góc quay
trục khủy
5 [độ] theo công thức :
1
Vxg F .x .R 3 . 1
1
Cos ( ) .Cos ( )
Với Sin( ) .Sin( )
Thông số kết cấu
=0,29
4)hiệu đính đồ thị công P-V:
Các điểm đặc biệt trên đồ thị:
Tên gọi
Góc/điểm đánh lửa sớm
Góc/điểm mở xupap nạp
Góc/điểm đóng xupap nạp
Góc/điểm mở xupap thải
Góc/điểm đóng xupap thải
Góc/ điểm áp suấất cực đại trước hiệu
chỉnh
Ký
hiệu
c'
r''
a'
b'
r'
z
z'
z''
c''
Gía trị
[độ]
20
25
45
55
30
Áp suấất [Mpa]
1.1178
0.11
0.0907
0.45
0.09
5.45
4.63
4.63
2.6
b''
0.25
PHẦN 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTONKHUỶU TRỤC- THANH TRUYỀN.
A-ĐỘNG LỰC HỌC.
Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:
Khối lượng nhóm piston
m pt
được cho trong số liệu ban đầu của đề bài là:
mnp 15( g / cm2 )
Khối lượng quy về đầu nhỏ thanh truyền:
mA 0,3mtt 0,3.20 6(g/ cm 2 )
Vậy ta xác định được khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu trục khuỷu
thanh truyền:
m m pt mA 15 6 21( g / cm 2 )
1) Lực quán tính:
Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến:
Pj m j . j m j .R. 2 . cos .cos 2.
m j m.( .R) 2 21.10.( .0.05452 ) 1,96kg
Với thông số kết cấu =0,29 ; R=54,5 mm ;
=251,3 và [0;7200]
2) Lực khí thể Pkt :
p f
Ta tiến hành khai triển đồ thị công P V thành đồ thị kt
để thuận tiện cho
việc tính toán sau này.
3) Xác định lực
p f
.
p f
Ta tiến hành vẽ đồ thị
và đồ thị
bằng cách ta cộng hai đồ thị là đồ thị
pj f
pkt f
4) Xác định lực tiếp tuyến, lực pháp tuyến và lực ngang N:
T p .
Z p .
sin
cos
cos
cos
N p .tag ( )
Trong đó góc lắc của thanh truyền được xác định theo góc quay
theo biểu thức sau:
sin .sin
6) Chuyển vị piston x
X 1 cos . 1 cos 2.
4
Với
0; 2
;
0, 29
7)Tốc đô ̣ piston Vp
V p R sin sin 2
2
Với
0; 2
; 0, 29
R=54,5 (mm) ; 251,3(rad / s )
8)Gia tốc piston Jp :
J p R 2 cos .cos
Với
0; 2
; 0, 29
của trục
R=54.5 (mm) ; 251,3(rad / s )
PHỤ LỤC:
Bảng số liệu và hình vẽ đính kèm trong file EXCEL
- Xem thêm -
.DOCX 
20 
1 
69 
