Đồ án: Tính toán động cơ đốt trong (Chi tiết)

MỤC LỤC

1. PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC

1.1. Trình tự tính toán

1.2. Số liệu ban đầu

1.3. Các thông số cần chọn

1.4. Tính toán các quá trình công tác

1.5. Tính toán quá trình nạp

1.6. Tính toán quá trình nén

1.7. Tính toán quá trình cháy

1.8. Tính toán quá trình giãn nở

1.9. Tính toán các thông số chu trình công tác

1.10. Vẽ và hiệu đính đồ thị công

1.11. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén

1.12. Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở

1.13. Chọn tỷ lệ xích phù hợp và các điểm đặc biệt

1.14. Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công

1.15. Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị

2. PHẦN II : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

2.1. Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học

2.2. Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α)

2.3. Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α)

2.4. Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f( x)

2.5. Tính toán động học

2.6. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến

2.7. Các khối lượng chuyển động quay

2.8. Lực quán tính

2.9. Vẽ đường biểu diễn lực quán tính

2.10. Đường biểu diễn v = ƒ(x)

2.11. Khai triển đồ thị công P–V thành p =ƒ(α)

2.12. Khai triển đồ thị P = ƒ(x) thành P = ƒ(α)

2.13. Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = ƒ(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = ƒ(α)

2.14. Vẽ đường biểu diễn ΣT = ƒ(α) của động cơ nhiều xy lanh

3. PHẦN III :TÍNH NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH

3.1. Tính nghiệm bền trục khuỷu

3.2. Trường hợp chịu lực ( Pzmax )

3.3. Trường hợp chịu lực ( Tm ax )

4. PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

4.1. Trình tự tính toán

4.1.1. Số liệu ban đầu

4.1.2. Các thông số cần chọn

I. Tổng Quan Đồ Án Tính Toán Động Cơ Đốt Trong Chi Tiết

Đồ án tính toán động cơ đốt trong là một phần quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư cơ khí ô tô. Mục tiêu chính là trang bị cho sinh viên kiến thức nền tảng và kỹ năng thực hành để thiết kế động cơ đốt trong, phân tích hiệu suất, và giải quyết các vấn đề kỹ thuật liên quan. Đồ án thường bao gồm các phần chính như: tính toán chu trình công tác, tính toán động học và động lực học, và tính nghiệm bền các chi tiết chính. Tài liệu này sẽ trình bày chi tiết các bước thực hiện đồ án, cùng những lưu ý quan trọng để đạt kết quả tốt nhất.

1.1. Ý Nghĩa và Mục Tiêu của Đồ Án Động Cơ Đốt Trong

Đồ án môn học động cơ đốt trong không chỉ là một yêu cầu bắt buộc mà còn là cơ hội để sinh viên áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế. Sinh viên có cơ hội hiểu sâu hơn về nguyên lý động cơ đốt trong, kết cấu động cơ đốt trong, và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ. Mục tiêu cuối cùng là sinh viên có thể tự tin thiết kế động cơ đốt trong đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cụ thể.

1.2. Cấu Trúc Tổng Quát của Một Đồ Án Chi Tiết

Một đồ án hoàn chỉnh thường bao gồm các phần sau: Mở đầu (giới thiệu, mục tiêu, phạm vi), Cơ sở lý thuyết (nguyên lý động cơ đốt trong, các định luật nhiệt động lực học), Tính toán chu trình công tác, Tính toán động học và động lực học, Tính nghiệm bền, Kết luận, Tài liệu tham khảo, và Phụ lục (bản vẽ động cơ đốt trong, bảng tính, v.v.). Mỗi phần đều có vai trò quan trọng trong việc đánh giá năng lực của sinh viên.

II. Thách Thức Vấn Đề Khi Tính Toán Động Cơ Đốt Trong

Quá trình tính toán động cơ đốt trong không hề đơn giản. Sinh viên thường gặp nhiều khó khăn trong việc chọn thông số ban đầu, xây dựng mô hình tính toán, và giải thích kết quả. Sự phức tạp của các quá trình nhiệt động lực học, sự biến thiên của các thông số, và sự tương tác giữa các bộ phận khiến cho việc thiết kế động cơ đốt trong trở nên thách thức. Sai sót trong bất kỳ bước nào đều có thể dẫn đến kết quả không chính xác và ảnh hưởng đến chất lượng của đồ án.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Lựa Chọn Thông Số Ban Đầu

Việc lựa chọn các thông số ban đầu như áp suất, nhiệt độ, hệ số dư lượng không khí ảnh hưởng rất lớn đến kết quả tính toán động cơ đốt trong. Chọn sai có thể dẫn đến các thông số tính toán không thực tế. Cần có kinh nghiệm hoặc tham khảo các tài liệu kỹ thuật để lựa chọn hợp lý.

2.2. Mô Hình Hóa Quá Trình Cháy và Truyền Nhiệt

Mô hình hóa chính xác quá trình cháy động cơ đốt trong và truyền nhiệt động cơ đốt trong là một thách thức lớn. Các mô hình đơn giản hóa có thể bỏ qua các yếu tố quan trọng, trong khi các mô hình phức tạp đòi hỏi kiến thức chuyên sâu và khả năng sử dụng phần mềm chuyên dụng.

2.3. Kiểm Tra Tính Hợp Lệ và Đánh Giá Kết Quả

Sau khi tính toán động cơ đốt trong, việc kiểm tra tính hợp lệ của kết quả và đánh giá hiệu suất động cơ là rất quan trọng. Sinh viên cần phải so sánh kết quả với các thông số kỹ thuật của động cơ thực tế hoặc với các kết quả nghiên cứu đã được công bố để đảm bảo tính tin cậy.

III. Hướng Dẫn Tính Toán Chu Trình Công Tác Động Cơ Đốt Trong

Tính toán chu trình công tác là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong đồ án. Nó bao gồm việc xác định các thông số nhiệt động lực học của các quá trình nạp, nén, cháy, và giãn nở. Kết quả tính toán sẽ được sử dụng để xây dựng đồ thị công và đánh giá hiệu suất của động cơ. Cần tuân thủ đúng trình tự và sử dụng các công thức chính xác để đảm bảo tính chính xác của kết quả. Dưới đây là ví dụ về trình tự tính toán chu trình công tác (YAMZ-236) lấy từ tài liệu gốc.

3.1. Xác Định Số Liệu Ban Đầu và Thông Số Chọn

Cần thu thập đầy đủ số liệu ban đầu như công suất, số vòng quay, đường kính xi lanh, hành trình piston, tỉ số nén, v.v. Các thông số cần chọn như áp suất, nhiệt độ môi trường, hệ số quét buồng cháy cần được lựa chọn dựa trên kinh nghiệm hoặc tham khảo tài liệu. Ví dụ trong tài liệu gốc có liệt kê chi tiết các thông số cần thiết cho động cơ YAMZ-236, bao gồm cả các giá trị được lựa chọn cho áp suất và nhiệt độ môi trường.

3.2. Tính Toán Các Quá Trình Nạp Nén Cháy Giãn Nở

Sử dụng các công thức nhiệt động lực học để tính toán các thông số như áp suất, nhiệt độ, thể tích tại các điểm đặc biệt của chu trình. Cần chú ý đến các hệ số hiệu chỉnh và các giả thiết đơn giản hóa để đảm bảo tính chính xác. Ví dụ, trong quá trình nạp, cần tính hệ số khí sót, nhiệt độ cuối quá trình nạp, và lượng khí nạp mới.

3.3. Vẽ và Hiệu Chỉnh Đồ Thị Công

Dựa trên kết quả tính toán, xây dựng đồ thị công P-V. Hiệu chỉnh đồ thị công bằng cách điều chỉnh các điểm đặc biệt như điểm bắt đầu quá trình nạp, điểm kết thúc quá trình nén, điểm bắt đầu quá trình thải. Việc hiệu chỉnh này giúp đồ thị công gần với thực tế hơn. Tài liệu gốc hướng dẫn chi tiết cách hiệu chỉnh các điểm trên đồ thị công, bao gồm cả cách xác định góc phun sớm và góc mở sớm xupáp thải.

IV. Phương Pháp Tính Động Học Động Lực Học Chi Tiết

Sau khi tính toán chu trình công tác, bước tiếp theo là tính toán động học và động lực học. Mục tiêu là xác định quy luật chuyển động của piston, vận tốc, gia tốc, và lực quán tính tác dụng lên các bộ phận. Kết quả tính toán sẽ được sử dụng để tính sức bền động cơ đốt trong và thiết kế các bộ phận có độ bền cao. Cần sử dụng các phương pháp tính toán chính xác và chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng đến lực quán tính.

4.1. Vẽ Đường Biểu Diễn Các Quy Luật Động Học x v j

Vẽ đường biểu diễn hành trình, vận tốc, và gia tốc của piston theo góc quay trục khuỷu. Sử dụng các phương pháp đồ thị như phương pháp Tôlê để xác định gia tốc. Các đường biểu diễn này giúp hình dung trực quan quy luật chuyển động của piston.

4.2. Tính Toán Lực Quán Tính và Khai Triển Đồ Thị

Tính toán lực quán tính chuyển động tịnh tiến và quay. Khai triển đồ thị công P-V thành đồ thị P theo góc quay trục khuỷu. Các đồ thị này là cơ sở để xác định lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu.

4.3. Vẽ Đồ Thị Lực Tiếp Tuyến Pháp Tuyến Tổng Lực

Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến theo góc quay trục khuỷu. Xác định tổng lực tác dụng lên chốt khuỷu. Các đồ thị này giúp phân tích tải trọng tác dụng lên các bộ phận và đánh giá độ bền của chúng.

V. Bí Quyết Tính Nghiệm Bền Chi Tiết Máy Quan Trọng

Tính nghiệm bền là bước cuối cùng và quan trọng nhất trong đồ án. Mục tiêu là kiểm tra xem các chi tiết chính của động cơ có đủ bền để chịu được tải trọng trong quá trình hoạt động hay không. Cần phân tích các trường hợp chịu lực nguy hiểm nhất và sử dụng các công thức tính ứng suất chính xác. Dưới đây là một vài ví dụ.

5.1. Xác Định Các Trường Hợp Chịu Lực Nguy Hiểm Nhất

Phân tích các trường hợp chịu lực nguy hiểm nhất như khi khởi động động cơ, khi động cơ hoạt động ở công suất cực đại. Xác định vị trí các chi tiết chịu ứng suất lớn nhất.

5.2. Tính Ứng Suất Uốn Xoắn và Nén Cho Trục Khuỷu

Sử dụng các công thức tính ứng suất để tính ứng suất uốn, xoắn, và nén tác dụng lên trục khuỷu. So sánh ứng suất tính toán với ứng suất cho phép để đánh giá độ bền của trục khuỷu.

5.3. Đánh Giá Độ Bền Các Chi Tiết Khác Piston Thanh Truyền

Tương tự như trục khuỷu, đánh giá độ bền của piston, thanh truyền và các chi tiết quan trọng khác bằng cách tính ứng suất và so sánh với ứng suất cho phép. Điều này đảm bảo rằng tất cả các bộ phận đều có đủ độ bền để hoạt động an toàn.

VI. Ứng Dụng Nghiên Cứu Mới Về Động Cơ Đốt Trong

Những kiến thức từ đồ án có thể ứng dụng rộng rãi. Nó không chỉ là bài tập mà còn là nền tảng cho các nghiên cứu về hiệu suất động cơ đốt trong, các giải pháp cải tiến để giảm ô nhiễm môi trường, và phát triển các loại động cơ mới thân thiện với môi trường. Các nghiên cứu về sử dụng nhiên liệu thay thế và công nghệ đốt cháy tiên tiến đang mở ra những hướng đi mới cho ngành công nghiệp ô tô.

6.1. Cải Thiện Hiệu Suất và Giảm Tiêu Hao Nhiên Liệu

Áp dụng các kiến thức về tính toán động cơ đốt trong để tối ưu hóa chu trình công tác, cải thiện quá trình cháy, và giảm tổn thất năng lượng. Điều này giúp tăng hiệu suất và giảm tiêu hao nhiên liệu, góp phần giảm chi phí vận hành và bảo vệ môi trường.

6.2. Phát Triển Động Cơ Sử Dụng Nhiên Liệu Thay Thế

Nghiên cứu và phát triển các loại động cơ có thể sử dụng nhiên liệu thay thế như ethanol, biodiesel, hydrogen. Điều này giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm phát thải khí nhà kính.

6.3. Nghiên Cứu Công Nghệ Đốt Cháy Tiên Tiến HCCI GDI

Nghiên cứu các công nghệ đốt cháy tiên tiến như đốt cháy đồng nhất nén tự động (HCCI) và phun xăng trực tiếp (GDI). Các công nghệ này giúp cải thiện hiệu suất và giảm phát thải NOx và particulate matter.

Đồ án môn học: Khảo sát và Tính toán Động cơ Đốt Trong - Đại học Đông Á