Đồ án động cơ đốt trong trường đại học SPKT HCM, đầy đủ các phần, tính toán chi tiết, danh mục bảng biểu, hình ảnh sắc nét. Code matlab dùng để vẽ đồ thị (gồm 10 đồ thị) được đính kèm ở phần cuối của bài tiểu luận.
Số liệu ban đầu của xe Mazda 6 2018 2.7L
T Tên Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú
G 2.5L DOHC 16-Valve I4 Động cơ xăng có tăng áp
4 Dung tích xylanh Vd 2498 cc
5 Công suất động cơ Ne
6 Số vòng quay động cơ n 4000 v/ph
9 Góc đánh lửa sớm θ s 20 độ
10 Góc mở sớm xúpap nạp φ 1 25 độ
11 Góc đóng muộn xúpap nạp φ 2 45 độ
12 Góc mở sớm xúpap xả φ 3 55 độ
13 Góc đóng muộn xúpap xả φ 4 20 độ
Yêu cầu tính toán
1 Tính toán nhiệt và xây dựng giản đồ công chỉ thị của động cơ.
2 Tính toán động học và động lực học cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền.
Bản vẽ
1 Bản vẽ đồ thị công chỉ thị P-V.
2 Bản vẽ đồ thị P- φ , Pj, P1.
3 Bản vẽ đồ thị quãng đường Sp, vận tốc Vp, gia tốc Jp của piston.
TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TÍNH TOÁN NHIỆT
1 Áp suất không khí nạp p o Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giá trị po phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển Càng lên cao thì po càng giảm do không khí càng loãng, tại độ cao so với mực nước biển: po = 0,1 MN/m 2
2 Nhiệt độ không khí nạp mới T o
3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp P k Đối với động cơ tăng áp: áp suất môi trường pk là áp suất khí nạp đã được nén sơ cấp trước trong máy nén tăng áp hoặc trong bơm quét khí pk > po
4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp Tk
5 Áp suất cuối quá trình nạp Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại động cơ, tính năng tốc độ n, 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 Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi:
6 Áp suất khí sót P Áp suất khí sót đối với động cơ xăng có thể chọn trong phạm vi:
7 Nhiệt độ khí sót (khí thải) T
Nhiệt độ khí sót T phụ thuộc vào loại động cơ, với quá trình giãn nở càng triệt để thì nhiệt độ T càng thấp Giá trị của T có thể được chọn trong khoảng từ 700 ºK đến 900 ºK.
Do đó, ta có thể chọn: T = 900 ºK
8 Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới ∆T
Khi khí nạp di chuyển trong ống nạp vào xilanh động cơ, nó sẽ bị sấy nóng do tiếp xúc với vách nóng, dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ ∆T Nhiệt độ này chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành hỗn hợp khí bên ngoài hoặc bên trong xilanh Đối với động cơ xăng, giá trị ∆T là 20 oC.
Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí
Thông thường ta có thể chọn λ =1,02÷1,07 ; ta chọn λ =1,05
10 Hệ số quét buồng cháy λ
Vì đây là động cơ tăng áp nên ta chọn λ = 0,1
11 Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ
Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ được xác định dựa trên hệ số dư lượng không khí α để hiệu đính Theo bảng tham khảo, với các giá trị α là 0,8, 1,0, 1,2, và 1,4, các hệ số λ tương ứng là 1,13, 1,17, 1,14, và 1,11 Đối với động cơ xăng có α trong khoảng 0,85 đến 0,92, hệ số λ có thể chọn là 1,15.
12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z, ký hiệu là ξ, phản ánh mức độ hiệu quả trong việc sử dụng nhiệt của động cơ tại điểm này Giá trị của ξ phụ thuộc vào chu trình hoạt động của động cơ Đối với động cơ xăng, hệ số lợi dụng nhiệt thường được chọn là 0,85.
13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξb) chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, trong đó tốc độ động cơ là một yếu tố quan trọng Khi tốc độ động cơ tăng, hiện tượng cháy rớt cũng gia tăng, dẫn đến giá trị ξb giảm Đối với các loại động cơ xăng, thường chọn hệ số ξ trong khoảng từ 0,85 đến 0,95 Vì vậy, một lựa chọn hợp lý cho hệ số lợi dụng nhiệt là ξ = 0,9.
14 Hệ số dư lượng không khí α Đối với động cơ xăng, có phạm vi từ: 0,85÷0,95, do đó ta có thể chọn α = 0,95
15 Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ
Bài viết thể hiện sự sai lệch giữa chu trình công tác lý thuyết và thực tế của động cơ Hệ số điền đầy đồ thị công φd được sử dụng để đánh giá mức độ hao hụt diện tích giữa đồ thị công thực tế và đồ thị công tính toán Đối với động cơ xăng, hệ số φd thường nằm trong khoảng từ 0,93 đến 0,97, và trong trường hợp này, chúng ta chọn φd = 0,93 để phản ánh phần hao hụt.
Tỷ số tăng áp λ là tỷ số giữa áp suất của hỗn hợp khí trong xi lanh ở cuối quá trình cháy và quá trình nén, được tính bằng công thức λ = Pz/Pc Đối với động cơ xăng có buồng cháy thống nhất, giá trị của λ thường nằm trong khoảng 3,00 đến 4,00, và chúng ta có thể chọn λ = 3.
TÍNH TOÁN NHIỆT
Tính toán nhiệt là quá trình xác định các thông số của chu trình lý thuyết và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của động cơ Đồ thị công chỉ thị được xây dựng dựa trên kết quả tính toán nhiệt, cung cấp số liệu cơ bản cho các bước tính toán động lực học và thiết kế động cơ tiếp theo.
Với m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m = 1,45÷1,5.
Hệ số khí sót γ được tính theo công thức: γ = \f(1,ε-1f(λ,T \f(1,ε-1f(P,P \f(1,ε-1f(p,p\f(1,ε-1f(1,m\f(1,ε-1a\f(1,ε-1ac\f(1,ε-1vs2(\f(1,ε-1f(1,
1.3 Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
Nhiệt độ cuối quá trình nạp T đươc tính theo công thức:
2.1 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí nạp mới:
2.2 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Khi hệ số lưu lượng không khí 0,7 < α < 1, tính cho động cơ xăng theo công thức sau:
2.3 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén:
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén tính theo công thức sau : mc v '
2.4 Tỉ số nén đa biến trung bình n:
Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 được xác định bằng cách giải phương trình: n1 - 1 = \f(1,ε-1f(b',2\f(1,ε-1a\f(1,ε-1ac\f(1,ε-1vs2(n-1\f(1,ε-1f(,a'+.T 8,314 19,81+0,002098
⇒Giải ra ta được giá trị n 1 ≈1,39∈(1,34−1,4) thỏa mãn điều kiện n1.
2.5 Áp suất quá trình nén p c : p c =p a ε n 1 =0,108.10,5 1,39 ≈2,837[MPa]
2.6 Nhiệt độ cuối quá trình nén:
3 Tính toán quá trình cháy
3.1 Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M 0 :
Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M 0 được tính theo công thức:
32) (kmolkk/kg.nl) Đối với nhiên liệu của động cơ xăng ta có: C= 0.855, H= 0.145, O= 0 nên thay vào công thức tính M 0 ta được: M 0= 0,512 (kmolkk/kg.nl)
3.2 Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M 1 :
Lượng khí nạp mới M 1 được xác định theo công thức:
3.4 Hệ số biến đổi phân tử khí lí thuyết β
Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β được xác định theo công thức : β = \f(1,ε-1f(M,M = 0,528
3.5 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác đinh theo công thức: β = 1+ β 1+ 0 −1 γ r = 1+ 1+ 1,067−1 0,0035 = 1,0668
3.6 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế tại điểm β
Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế tại điểm β được xác định theo công thức : β = 1 + β 1+ 0 −1 γ r χ Trong đó χ = \f(1,ε-1f(ξ,ξ =0,8 0,9 Nên: β = 1 +1+ 1,067 0,0035 −1.0,8 0,9 = 1,059
3.7 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn Đối với động cơ xăng vì 𝛼 < 1, thiếu ô xy nên nhiên liệu cháy không hoàn toàn, do đó gây tổn thất một lượng nhiệt, ký hiệu là ∆QH và được tính theo công thức sau:
3.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm z m c´ vz ' ' M 2 ( x z + γ β r 0 ) mc v ' + M 1 ( 1−x z ) mc ´ v
3.9 Nhiệt độ cuối quá trình cháy tại điểm T
* Đối với động cơ xăng, tính nhiệt độ T bằng cách giải pt cháy : ξ Z (44000−3072)
M 1 (1+0,0035) + mc v ' T C = β mc ' ' vz T eq¿(¿ ¿(, z)) (*) Trong đó :
+ mc ' vc : tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm C của hỗn hợp khí nén + mc vz
' ' :tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm Z của sản vật cháy.
Do đó , nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz:
3.10 Áp suất cuối quá trình cháy P z Động cơ xăng λ không chọn trước mà phải xác định bằng công thức: λ = β T eq ¿ (¿ ¿ (, z ))
4 Tính toán quá trình giãn nở
4.1 Tỷ số giãn nở đầu của động cơ xăng ρ=1
4.2 Tỷ số dãn nở sau của động cơ xăng δ=ε,5
4.3 Xác định chỉ số dãn nở đa biến trung bình n 2
Ta có chỉ số giản nở đa biến trung bình n2được xác định từ phương trình cân bằng sau:
QH*: Nhiệt trị tính toán Đối với động cơ xăng: QH* = QH -∆QH= 44000 – 3072 = 40928 (kJ/kg.độ)
Thay vào phương trình, ta tìm được n2: n 2 −1= 8,314
Giải phương trình trên tìm được giá trị n 2=1,28
4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b
4.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở P b
4.6 Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót
T r =| 945−900900 |∗100=3,89 %.Thoả yêu cầu sai số nhỏ hơn 10%
5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình
5.1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán p': Đây là động cơ xăng áp suất chỉ thị trung bình P' được xác định theo CT : p' i = p c ε−1 [ n λ p
5.2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p:
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 : p = p'i.φd đánh giá phần hao hụt về = 1,474.0,93 = 1,371 (MPa)
5.3 Áp suất tổn thất cơ khí P m Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và đươc 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 :
30 = 13,3 (m/s) Đối với động cơ xăng i = 4, S/D > 1, ta chọn a = 0,048, b = 0,01512 p = a +bVp + (pr - pa) = 0,048 +0,01512.13,3 + (0,11 - 0,108) = 0,25 (MPa)
5.4 Áp suất có ích trung bình P e p e =p i −p m =1,371−0,25=1,121
5.5 Hiệu suất cơ giới η m =pe pi = 1,121 1,371 = 0,818
5.8 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i g i = 3600
5.9 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g e g e = 3600
6 Tính toán các thông số kết cấu của động cơ
6.1 Thể tích công tác một xilanh
Vd - dung tích xylanh i - số xylanh của động cơ
Bảng kết quả tính toán nhiệt động cơ
STT Thông số Giá trị Đơn vị
10 φd đánh giá phần hao hụt vềd 0,93 -
7 Vẽ đồ thị công chỉ thị Đồ thị công là đồ thị biểu diễn quan hệ hàm số giữa áp suất của MCCT trong xilanh với thể tích của nó khi tiến hành các quá trình nạp-nén-(cháy + giãn nở) và thải trong một chu trình công tác của động cơ:
Công suất (Pkt) phụ thuộc vào vận tốc (Vx), với đồ thị công thể hiện rõ diện tích chỉ thị công của chu trình (Li) và áp suất chỉ thị trung bình (pi = Li/Vh) Những thông số này là cơ sở để đánh giá hiệu quả hoạt động của động cơ.
Triển khai đồ thị công chỉ thị thành đồ thị lực khí thể Pkt tác động lên đỉnh piston theo góc quay trục khuỷu, với trục tung biểu thị lực khí thể và trục hoành thể hiện góc quay trục khuỷu từ 0 đến 720 độ.
Cách xây dựng đồ thị công chỉ thị của động cơ tính toán tiến hành theo các bước dưới đây:
Bước 1: Chọn tọa độ vuông góc
Biểu diễn áp suất khí thể (P) trên trục tung và thể tích khí (V) trên trục hoành.
Bước 2: Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công
Điểm a: điểm cuối hành trình hút có: Áp suất Pa = 0,108 MPa
Thể tích Va = Vh + Vc = Vh Ɛ−1 +Vh = 625 10,5−1 + 625 = 690,79 cm 3
Điểm c: điểm cuối hành trình nén có: Áp suất Pc = 2,837 MPa
Thể tích Vc = V h ε−1 = 10,5−1 625 = 65,79 cm 3 Nhiệt độ T c = 856,64
Điểm z: điểm cuối quá trình cháy có : Áp suất PZ = 10,7 MPa
Điểm b: điểm cuối hành trình giãn nở có : Áp suất Pb = 0,527 MPa
Thể tích Vb = Va = 690,79 dm 3
Điểm r: điểm cuối hành trình thải có: Áp suất Pr = 0,11 MPa
Thể tích Vr = Vc = 65,79 cm 3
Bước 3: Dựng đường cong nén:
Từ điểm a lên c: là sẽ trải qua quá trình nén khí trong xilanh (đường cong trong xilanh bị nén với chỉ số đa biến n1 từ phương trình: p a V a n 1
⟹ Ta có: p xn =p a ( V V xn a ) n1 =0,108 ( 0,69079 V xn ) 1,39
Ta cho giá trị Vxn thay đổi từ Va đến Vc Mỗi lần tăng 0,02 đơn vị ( lít).
Bước 4: Dựng đường cong giãn nở
Từ điểm z” xuống điểm b’: sẽ có quá trình giãn khí trong xilanh ( đường cong trong xilanh bị nén với chỉ số đa biến n2 từ phương trình) : p z V n2 z =p xg V xg n2 = const
Ta cho giá trị Vxg thay đổi từ Vz tăng đến Vb Mỗi lần tăng 0,02 đơn vị (lít)
Xác định giá trị V xn (quá trình nén) và V xg (quá trình giãn nở)
Tại các quá trình nén và giãn nở, Vx được tính theo α bằng cách:
Chuyển vị của piston tại α tương ứng: x = R [(1 – cos α) + 4 λ (1 – cos 2α)] x = 5 [(1 – cos α) + 0,25 4 (1 – cos 2α)] (cm)
Thể tích toàn bộ của động cơ tại α tương ứng:
Từ điểm c lên z” : xây dựng đường thẳng: có điểm đầu c(Vc;Pc) & điểm cuối z ' ' ( V Z ' ' ; P Z ' ' ) Đường thẳng này sẽ phải đi qua điểm c’’.
Mà điểm z’’ chính là trung điểm đoạn z’z : z ' ( V c ; p z )= z ' (0,06579 ; 10,7) z( V z ; p z )= z (0,06579 ; 10,7 )
Từ điểm b’ về điểm b’’: Điểm đầu là b’ và điểm cuối là b ' ' ( V a ; P b ' ' ) Điểm b’’ chính là trung điểm đoạn ab: b( V b ; P b )=b ( 0,69079 ; 0,527) a( V a ; P a )=a (0,69079 ; 0,108 )
Từ điểm r quay về a: đi qua điểm uốn r ' (0,06579;0,11)
Bảng trị số áp suất của MCCT của quá trình nén và giãn nở
Góc quay trục khuỷu α (độ)
Bước 5: Dựng và hiệu đính đồ thị công
Để xây dựng đồ thị công chỉ thị của động cơ, cần nối liền các điểm đã xác định bằng một đường cong đều, tạo thành đồ thị công tính toán (đường cong nét đứt) Việc này yêu cầu thực hiện một số bước hiệu chỉnh cụ thể.
Sử dụng đồ thị Brich để xác định điểm đánh lửa sớm hoặc phun nhiên liệu sớm (c’) và các điểm phân phối khí, bao gồm việc mở sớm và đóng muộn các xupap nạp và thải (r’, a’, b’, r”) trên đồ thị.
+ Dựng phía dưới đồ thị công nửa đường tròn có bán kính R, tâm O là trung điểm đoạn V h
+ Lấy từ O một khoảng OO’ về phía phải, với: O O ' = λ R 2
Trong đó: λ= R l = 0,5 2 =0,25 : thông số kết cấu của động cơ
=> O O ' = 0,25.5 2 =0,625 (cm) + Từ tâm O’ ta vẽ các tia hơp với đường kính nửa vòng tròn tâm O các góc nối trên.
Từ giao điểm của các tia cắt nửa vòng tròn tâm O, chúng ta có thể vẽ các đường song song với trục tung để cắt đồ thị công Từ những điểm này, ta xác định được các điểm c’, r’, a’, b’ và r” trên đồ thị công.
- Hiệu đính phần đường cong của quá trình nén và cháy trên đồ thị công: + Ở động cơ xăng áp suất cực đại (điểm z’) có tung độ p z ’ = 0,85 p z = 0,85.10,7 = 9,1 (MN/m 2 ) z ' (V z ; p z ’ )=z ' (65,79;9,1)
+ Điểm z’’ là trung điểm đoạn thẳng qua điểm z’ song song với trục hoành và cắt đường cong dãn nở. z '' ( V z ' ' ; p z ’ ) =z ' (65,79 ; 9,1)
+ Điểm c” lấy trên đoạn cz’ với cc” = cz’/3
3 = 9,1−2,837 3 +2,2837 =¿4,9247(MN/m 2 ) + Điểm b” là trung điểm của đoạn ab.
Ta có bảng số liệu sau:
Bảng giá trị các điểm đặc biệt trên đồ thị P-V
Tên gọi Kí hiệ Áp suất (MN/m 2 )
Trong quá trình nạp, điểm cuối có thể tích 0,108 cm³ và áp suất 690,79 Điểm cuối quá trình nén đạt 2,837 cm³ với áp suất 65,79 Điểm cuối quá trình cháy ghi nhận 10,7 cm³ và áp suất 65,79 Trong khi đó, điểm cuối quá trình dãn nở có thể tích 0,527 cm³ và áp suất 690,79 Điểm thải có thể tích 0,11 cm³ và áp suất 65,79 Điểm áp suất cực đại không nằm trong đường hiểu chỉnh z’ là 9,1 với áp suất 65,79, tương tự với điểm áp suất cực đại của đường cong hiệu chỉnh z’’ cũng là 9,1 Điểm lấy trên đoạn cz’ với cc’’= cz’/3 có giá trị c’’ là 4,9247 cm³ với áp suất 65,79 Cuối cùng, điểm trung bình của đoạn ab được xác định là b’’ với giá trị 0,3175 cm³ và áp suất 690,79.
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON - TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN
ĐỘNG HỌC CỦA PISTON
Chú thích: x - chuyển vị của piston tính từ ĐCT theo góc quay trục khuỷu.
R - bán kính quay của khuỷu trục. α - góc quay của khuỷu trục. β - góc lệch giữa đường tâm thanh truyền và đường tâm xylanh.
Gọi λ=R/L chính là thông số kết cấu: (λ = 0,25 ÷ 0,29) Ta chọn: λ = 0,25
1 Chuyển vị của Piston Áp dụng công thức gần đúng đối với cơ cấu giao tâm, ta có:
Khi trục khuỷu quay một góc α thì piston dịch chuyển được một khoảng Sp so với vị trí ban đầu (ĐCT).
Chuyển vị của piston trong xilanh động cơ tính bằng công thức sau:
Vi phân biểu thức chuyển vị theo thời gian sẽ được phương trình tốc độ chuyển động của piston.
Trong đó: dx dα=V p −tốc độ piston dα dt=ω−vận tốc góc của trục khuỷu
Tốc độ của piston được tính bằng công thức sau:
Vận tốc trung bình của piston:
3 Gia tốc của Piston Đạo hàm biểu thức vận tốc theo thời gian, ta có công thức gia tốc của piston.
J p =dv dt=dv dα dα dt =dv dt ω
Ta có bảng số liệu sau:
Bảng số liệu tính toán động học của cơ cấu piston - thanh truyền khuỷu trục
Góc quay trục khuỷu α (độ)
ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU PISTON - KHUỶU TRỤC - THANH TRUYỀN
Lực khí thể Pkt trong xylanh được tính theo công thức:
Pkt = (pkt – po) F p = (pkt - po) π D 2
4 Với: p0 = 0,1 (MN/m 2 ): áp suất khí quyển. pkt: áp suất trong xilanh động cơ (MN/m 2 ).
F p : diện tích tiết diện của piston (dm 3 ).
D: đường kính xi lanh động cơ (dm).
Tuy nhiên trong quá trình tính toán thì Pkt thường được tính theo đơn vị diện tích MN/m 2 nên: P F kt p
=¿ p kt −p 0 Đồ thị p kt có thể chuyển từ đồ thị P - α với gốc tọa độ lấy tại p 0.
Chúng ta có thể xác định pkt thông qua phương pháp giải tích kết hợp với đồ thị Brich Các giá trị pkt trong các quá trình nạp, nén, giãn nở và thải được xác định dựa trên các quan hệ tương ứng theo góc quay α với các bước tăng đều 5 độ.
Ta có bảng số liệu sau:
Thông số Kí hiệu α (độ)
Góc mở sớm xúpap nạp φ 1 25
Góc đóng muộn xúpap nạp φ 2 45
Góc mở sớm xúpap xả φ 3 55
Góc đóng muộn xúpap xả φ 4 20 a) Quá trình nạp
Tính từ α=φ 4 0 đến α 0 0 p kt =p a =0,108 b) Quá trình nén
Tính từ α0 0 đến α6 0 0 −θ s 6 0 0 −20 0 40 0 ) p kt =p a i n1 =0,108.i 1,39 , ta cho giá trị chạy i chạy từ 1 cho đến ε = 10,5. c) Quá trình giãn nở
Tính từ α60 0 đến αT 0 0 −φ 3 T 0 0 −55 0 H5 0 p kt =p z i n 2 ,7 i 1,28 ( MN m 2 )
Ta cho giá trị i chạy từ 1 đến δ ,5 d) Quá trình thải: tính từ αU0 0 đến αr 0 0 p kt =p r =0,11( MN m 2 )
2 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động:
Lực quán tính được xác định theo công thức sau:
Trong đó m – khối lượng của các chi tiết chuyển động j – gia tốc chuyển động của các chi tiết đó.
2.1 Khối lượng của nhóm piston: m np =m p +m x =m c +…[kg] hoặc: m np =G np g =1 g(G p +G x +G c +…) Trong đó:
G np : trọng lượng của nhóm piston[kg] m np : khối lượng của nhóm piston
G p, G x, G c, m p, m x, m c là các ký hiệu liên quan đến trọng lượng và khối lượng của piston và xéc măng Chúng bao gồm khối lượng của piston, xéc măng và chốt piston Đơn vị thường được sử dụng để đo lường là khối lượng trên một đơn vị diện tích của piston, ký hiệu là m ' p = m p.
F p ( c m g 2 ) Đối với động cơ xăng thì vật liệu hợp kim nhôm: m ' p =(8−15)( g cm 2 ) với D = (60-100) mm.
2.2 Khối lượng của khuỷu trục (các chi tiết chuyển động quay)
Để tính khối lượng má khuỷu m m về tâm của chốt khuỷu, ta cần thay thế bằng khối lượng tương đương m} rsub {c} và xác định thông qua phương trình cân bằng lực quán tính: m mr R ω 2 = m m ρ ω 2, từ đó suy ra m mr = ρ.
Khối lượng chuyển động quay của khuỷu trục là: m K =m ChK +2m mr m K ¿m ChK +2m m ρ
2.3 Khối lượng của thanh truyền:
Tổng các khối lượng thay thế phải bằng khối lượng thực của thanh truyền: m tt =m A +m B +m o
Trọng tâm của hệ tương đương phải trùng với trọng tâm của thanh truyền: m A a+m B b=0→m A a=m B (L−a)
Tổng mômen quán tính của các khối lượng thay thế tại trọng tâm cần phải bằng mômen quán tính của thanh truyền tại trọng tâm của nó Để tính toán, ta có công thức: j tt = m A a^2 + m B b^2 = m A a^2 + m B (L−a)^2 Các khối lượng thay thế phải nằm trên một đường thẳng và đi qua trọng tâm của thanh truyền thực Trong đó, m A = j tt a L và m B = j tt.
Khối lượng được thay thế bằng công thức sau: m A ¿m tt L−a
Hiện nay, để xác định khối lượng đầu nhỏ và đầu to của thanh truyền trong động cơ ô tô máy kéo, người ta sử dụng công thức kinh nghiệm: m A =(0,275÷0,35)m tt và m B =(0,725÷0,65)m tt Đầu nhỏ thanh truyền thực hiện chuyển động tịnh tiến, trong khi đầu to thực hiện chuyển động quay và thân thanh truyền chuyển động lắc Do đó, trong quá trình chuyển động tịnh tiến, lực quán tính và khối lượng các chi tiết chuyển động của thanh truyền được quy về đầu nhỏ.
Theo công thực thực nghiệm, khối lượng quy về đầu nhỏ thanh truyền được xác định theo công thức sau: m A =(0,275÷0,350)⋅m tt (g).
Nếu tính theo đơn vị g c m 2 thì m ' tt =m tt
F p =(10−20)( cm g 2 ) đối với động cơ xăng có
2.4 Khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
Bao gồm khối lượng của piston & đầu nhỏ thanh truyền: m j =m p +m A =m p +0,3⋅m tt
2.5 Khối lượng chuyển động quay của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
Trong thiết kế tính toán các khối lượng này thường tính trên đơn vị diện tích đỉnh piston như sau:
Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến:
P jI =−m j R ω 2 cosφ – là lực quán tính tịnh tiến cấp I
P jII =−m j R ω 2 λcos2φ – làlực quán tính tịnhtiến cấp II
P j = P jI + P jII là các hàm điều hòa, trong đó đồ thị lực quán tính có hình dạng tương tự như đồ thị lực gia tốc nhưng có chiều ngược lại Tỉ lệ xích được thể hiện qua công thức μ pj = μ jp × m.
Lực quán tính của khối lượng chuyển động quay P K :
2.6 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động tịnh tiến:
Cũng được tính trên một đơn vị diện tích piston:
Suy ra : P j =¿ - mj = -m R ω 2 (cosα+λcos 2α) ¿−0,000165.5.10 −2 ( 4003 ) 2 ( cosα + 0.25 cos2 α )
Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền:
3 Lực tổng tác dụng lên đỉnh piston P Ʃ :
4 Lực tác dụng dọc tâm thanh truyền Ptt và lực ngang N ép piston lên thành xilanh:
Với sin = sin = 0,25.sin => = arcsin(0,25sin)
Ta thu được bảng số liệu sau:
Bảng số liệu tính toán động lực học của cơ cấu piston- thanh truyền- khuỷu trục.
Góc quay trục khuỷu α [độ]độ]
Lực tiếp tuyến T [độ]MN]
Lực pháp tuyến Z [độ]MN]
7 Tính đặc tính ngoài của động cơ
Pe: Công suất của động cơ tại số vòng quay bất kì
Pmax là công suất cực đại của động cơ, trong khi n là số vòng quay của động cơ và ne là số vòng quay tại một thời điểm bất kỳ Hệ số thực nghiệm a, b, c có giá trị bằng 1 đối với động cơ xăng.
Bảng số liệu tính toán đặc tính ngoài của động cơ
Số vòng quay n Công suất Pe (KW) Momen xoắn Me (N.m)
BẢN VẼ CÁC ĐỒ THỊ - CODE ĐỒ THỊ
ĐỒ THỊ
3 Đồ thị biểu diễn lực N-𝛂
4 Đồ thị biểu diễn lực T-𝛂
5 Đồ thị biểu diễn lực Z-𝛂
7 Đồ thị chuyển vị của piston x-𝛂
8 Đồ thị vận tốc của piston v-𝛂
9 Đồ thị gia tốc của piston j- α
10.Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ
CODE ĐỒ THỊ
s=(8.90^2.*pi)/4; ahc=[0 5 10 15 20]; phc=[0.11 0.1095 0.109 0.1085 0.108]; a1=[0:0.01:20]; x1=5.*(1-cosd(a1)+0.0625.*(1-cosd(2.*a1))); v1=x1.*s+65.79; p1=interp1(ahc,phc,a1,'spline'); a2=[20:0.01:180]; x2=5.*(1-cosd(a2)+0.0625.*(1-cosd(2.*a2))); v2=x2.*s+65.79; p2=linspace(0.108,0.108,16001); a3= [180:0.01:340]; x3= 5.*(1-cosd(a3)+0.0625.*(1-cosd(2.*a3))); v3=s.*x3+65.79; p3=0.108*(690.79./v3).^1.39;
%nén ahc=[340 345 350 355 360]; phc=[1.845 2.1697 2.5750 3.3651 4.9247]; a4=[340:0.01:360]; x4=5.*(1-cosd(a4)+0.0625.*(1-cosd(2.*a4))); v4=x4.*s+65.79; p4=interp1(ahc,phc,a4,'spline'); a5=[360 360]; x5=5.*(1-cosd(a5)+0.0625.*(1-cosd(2.*a5))); v5=x5.*s+65.79; p5=[4.9247 4.9247];
The article discusses a series of calculations involving angles and corresponding pressure values, utilizing spline interpolation for data points It begins with defining angle ranges and calculating values for several segments, including angles from 360 to 375 degrees, 375 to 480 degrees, and up to 720 degrees Each segment computes a variable 'x' based on a cosine function, which is then used to derive velocity 'v' and pressure 'p' The pressure values are interpolated using defined angle-pressure pairs, showcasing a systematic approach to analyzing the relationship between angle and pressure across multiple ranges Finally, it aggregates all computed angles, pressure, and velocity values for further analysis or visualization in a graphical representation.
%% ve do thi V-P plot(v,p, 'b'); xlabel('V (cm3)'); ylabel('P (MN/m2)'); title('DO THI CONG P-V'); grid on figure;
%%ve do thi a-P plot(a,p,'red','LineWidth',1.5); hold on; xlabel('a(do)') ylabel('P(MN/m2)') title('DO THI CONG P-a');
% luc quan tinh cua các chi tiet chuyen dong pj=-0.0165.*(0.05*((400/3).*pi).^2).*(cosd(a)+0.25.*cosd(2.*a)).*(10^-2); plot(a,pj,'green','LineWidth',1.5); hold on;
% luc tong hop pt=pj+p; plot(a,pt, 'blue','LineWidth',1.5); hold on; grid on; legend ('P-a','P-j','Pt-a');
% Góc beta b=asind(0.25.*sind(a)) figure;
% phan luc tac dung len thanh xylanh
N=pt.*tand(b); plot(a,N,'k'); hold on; grid on; xlabel('a(do)') ylabel('N(MN/m2)') title('DO THI BIEU DIEN LUC N'); figure;
T=pt.*(sind(a+b)./cosd(b)); plot(a,T,'b'); hold on; grid on; xlabel('a(do)') ylabel('T(MN/m2)') title('DO THI BIEU DIEN LUC T'); figure;
The equation Z = pt * (cosd(a + b) / cosd(b)) is used to calculate the value of Z in relation to the angle a The results are visualized in a red plot with 'a (degrees)' on the x-axis and 'Z (MN/m²)' on the y-axis, titled 'Graph of Z' Additionally, a second figure illustrates the relationship between T and Z, with 'T (MN/m²)' on the x-axis and 'Z (MN/m²)' on the y-axis, titled 'Graph of T-Z' The axis orientation is adjusted for clarity in the presentation of the data.
%% chuyen vi cua piston a=[a1 a2 a3 a4 a5]; x=0.05.*(1-cosd(a)+0.0625.*(1-cosd(2.*a))); plot(a,x,'r'); hold on; grid on; xlabel('a(do)') ylabel('S(m)') title('DO THI CHUYEN VI CUA PISTON'); figure;
% van toc cua piston v=(0.05*65.79.*pi).*(sind(a)+0.125.*sind(2.*a)); plot(a,v,'k'); hold on; grid on; xlabel('a(do)') ylabel('V(m/s)') title('DO THI VAN TOC CUA PISTON'); figure;
% gia toc cua piston j=(0.05*((400/3).*pi).^2).*(cosd(a)+0.25.*cosd(2.*a)); plot(a,j,'b'); hold on; grid on; xlabel('a(do)'); ylabel('J(m/s2)'); title('DO THI GIA TOC CUA PSITON');
