Đồ Án Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong

Đồ án nghiên cứu tính toán thiết kế động cơ đốt trong, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán toán học.

• Người hướng dẫn: GVHD: Trần Thanh Hải Tùng
• Trường học: Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Cơ Khí
• Đề tài: Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong
• Loại tài liệu: Đồ Án
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. PHẦN 1: PHƯƠNG PHÁP, TÍNH TOÁN XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
• 1.1. Tính toán xây dựng dồ thị công
• 1.3. Xây dựng đồ thị vận tốc V = f(α )
• 1.4. Xây dựng đồ thị gia tốc j = f(x)
• 1.5. Xây dựng đồ thị lực quán tính Pj
• 1.6. Xây dựng đồ thị khai triển Pkt , P j, P1 theo α
• 1.7. Xây dựng đồ thị T , Z , N theo α
• 1.8. Xây dựng đồ thị Σ T – α
• 1.9. Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
• 1.10. Khai triển đồ thị phụ tải trong hệ tạo độ cực O thành đồ thị Q – α
• 1.11. Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền
• 1.12. Xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu
• 2. PHẦN 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO
• 2.1. Một số nét khái quát về động cơ 6S50ME-B9 Tier II của hãng MAN B&W
• 2.2. Cơ cấu và hệ thống chính của động cơ 6S50ME-B9
• 3. PHẦN 3: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA NHÓM TRỤC KHUỶU-BẠC LÓT-BÁNH ĐÀ
• 3.3. Bánh đà

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong là một lĩnh vực quan trọng trong ngành cơ khí và động lực học. Nó không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ mà còn đảm bảo tính bền vững và tiết kiệm năng lượng. Động cơ đốt trong được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ ô tô đến máy móc công nghiệp. Việc hiểu rõ về các thông số kỹ thuật và quy trình tính toán là cần thiết để phát triển các sản phẩm động cơ hiệu quả.

1.1. Các Loại Động Cơ Đốt Trong Phổ Biến

Có nhiều loại động cơ đốt trong khác nhau, bao gồm động cơ xăng, động cơ diesel và động cơ hybrid. Mỗi loại động cơ có nguyên lý hoạt động và ứng dụng riêng, ảnh hưởng đến cách tính toán thiết kế.

1.2. Nguyên Lý Hoạt Động Của Động Cơ Đốt Trong

Động cơ đốt trong hoạt động dựa trên nguyên lý nén và đốt cháy nhiên liệu trong buồng đốt. Quá trình này tạo ra áp suất và nhiệt độ cao, giúp chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng cơ học.

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

Trong quá trình tính toán thiết kế động cơ đốt trong, có nhiều vấn đề và thách thức cần phải đối mặt. Các yếu tố như hiệu suất, độ bền, và tiêu thụ nhiên liệu đều ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng. Việc tối ưu hóa các thông số kỹ thuật là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao nhất.

2.1. Các Thông Số Kỹ Thuật Quan Trọng

Các thông số như áp suất nén, thể tích buồng cháy và tỷ số nén là những yếu tố quan trọng trong tính toán thiết kế động cơ. Chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của động cơ.

2.2. Thách Thức Về Vật Liệu Chế Tạo Động Cơ

Việc lựa chọn vật liệu chế tạo động cơ cũng là một thách thức lớn. Vật liệu cần phải có độ bền cao, khả năng chịu nhiệt tốt và trọng lượng nhẹ để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

III. Phương Pháp Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong

Có nhiều phương pháp khác nhau để tính toán thiết kế động cơ đốt trong. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đạt được kết quả tốt nhất.

3.1. Phương Pháp Tính Toán Thông Qua Đồ Thị Công

Phương pháp này sử dụng đồ thị công để xác định các thông số kỹ thuật của động cơ. Đồ thị công giúp hình dung rõ ràng hơn về quá trình làm việc của động cơ.

3.2. Phương Pháp Tính Toán Động Học

Tính toán động học giúp xác định chuyển động của các bộ phận trong động cơ. Phương pháp này rất quan trọng để đảm bảo rằng các bộ phận hoạt động một cách hiệu quả và đồng bộ.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Tính Toán Động Cơ Đốt Trong

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Các kết quả từ quá trình tính toán có thể được áp dụng trong sản xuất và cải tiến động cơ.

4.1. Cải Tiến Hiệu Suất Động Cơ

Thông qua tính toán, các kỹ sư có thể cải tiến hiệu suất động cơ, giảm tiêu thụ nhiên liệu và tăng cường độ bền. Điều này giúp giảm chi phí vận hành và bảo trì.

4.2. Nghiên Cứu Và Phát Triển Động Cơ Mới

Tính toán thiết kế động cơ cũng là cơ sở cho việc nghiên cứu và phát triển các loại động cơ mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về hiệu suất và bảo vệ môi trường.

V. Kết Luận Về Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong là một lĩnh vực quan trọng và đầy thách thức. Việc nắm vững các phương pháp và ứng dụng thực tiễn sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của động cơ. Tương lai của ngành động cơ đốt trong sẽ phụ thuộc vào khả năng cải tiến và đổi mới công nghệ.

5.1. Tương Lai Của Ngành Động Cơ Đốt Trong

Ngành động cơ đốt trong đang đối mặt với nhiều thách thức từ việc giảm phát thải và tiết kiệm năng lượng. Sự phát triển của công nghệ mới sẽ là chìa khóa cho sự tiến bộ trong lĩnh vực này.

5.2. Định Hướng Nghiên Cứu Trong Tương Lai

Các nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc phát triển các loại động cơ hiệu suất cao hơn, thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐỒ ÁN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: TRẦN THANH HẢI TÙNG MỤC LỤC Trang Lời nói đầu 1 Phần 1 Phương pháp, tính toán xây dựng đồ thị công, động học và động lực học 2 1.1 Tính toán xây dựng dồ thị công 5 1.3 Xây dựng đồ thị vận tốc V = f(α ) 11 1.4 Xây dựng đồ thị gia tốc j = f(x) 12 1.5 Xây dựng đồ thị lực quán tính Pj 13 1.6 Xây dựng đồ thị khai triển Pkt , P j, P1 theo α 15 1.7 Xây dựng đồ thị T , Z , N theo α 16 1.8 Xây dựng đồ thị Σ T – α 20 1.9 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 21 1.10 Khai triển đồ thị phụ tải trong hệ tạo độ cực O thành đồ thị Q – α 23 1.11 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 24 1.12 Xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu 25 Phần 2 Phân tích đặc điểm chung của động cơ chọn tham khảo 28 2.1 Một số nét khái quát về động cơ 6S50ME-B9 Tier II của hãng MAN B&W 28 2.2 Cơ cấu và hệ thống chính của động cơ 6S50ME-B9 30 Phần 3 Phân tích đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của nhóm trục khuỷu-bạc lót-bánh đà 3.3 Bánh đà 55 LỜI NÓI ĐẦU SVTH : LỚP : Trang 1 ĐỒ ÁN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: TRẦN THANH HẢI TÙNG Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh. Bên cạnh đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ. Trong đó phải nói đến ngành động lực và sản xuất ôtô, chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ôtô nổi tiếng trên thế giới cùng sản xuất và lắp ráp ôtô. Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ sư của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết.

Có như vậy ngành ôtô của ta mới đuổi kịp với đà phát triển của các quốc gia trong khu vực và trên thế giới. Sau khi được học hai học phần của ngành động lực là nguyên lý động cơ đốt trong , kết cấu và tính toán động cơ đốt trong cùng một số môn cơ sở nghành khác (sức bền vật liệu, cơ lý thuyết, vật liệu học,. ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học tính toán động cơ đốt trong. Đây là một học phần quan trọng trong chương trình đào tạo của nghành động lực, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học vào quá trình tính toán thiết kế động cơ đốt trong.

Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế động cơ DV6-02 với các thông số kĩ thuật đã cho. Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu các tài liệu bên ngoài cùng với vận dụng những kiến thức đã học tại lớp, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án một cách tốt nhất. Tuy nhiên, quá trình thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong các thầy chỉ dẫn để đồ án được hoàn thiện hơn.

Cuối cùng, em xin bày tỏ sự cảm ơn đến các thầy trong khoa cùng các anh chị khóa trên đã tận tình chỉ dẫn. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Thanh Hải Tùng đã quan tâm, cung cấp các tài liệu, nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án. Đà Nẵng, ngày 11 tháng 01 năm 2012 Sinh viên SVTH : LỚP : Trang 2 ĐỒ ÁN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: TRẦN THANH HẢI TÙNG Phần 1 Phương pháp, tính toán xây dựng đồ thị công, động học và động lực học - Các thông số tính: S .127 + Tốc độ trung bình của động cơ: Cm= = = 9,37 (m/s). 30 30 Trong đó: S là hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh (m).

n là tốc độ quay của động cơ (vòng/phút). Ta thấy rằng Cm = 9,37 (m/s) > 9 (m/s). Suy ra động cơ trên là động cơ cao tốc. + Áp suất cuối kỳ nạp: Đối với động cơ cao tốc: pa = (0.

Chọn pa = 0,95pk Trong đó: pk là áp suất môi chất mới ở trước xupáp nạp. Đối với động cơ 2 kỳ pk > pth > p0, pk phụ thuộc vào phương án quét nhưng thông thường pk = (0,11÷ 0,15) (MN/m2).Ta lấy pk = 0,13 (MN/m2). Suy ra: pa = 0,95pk = 0,95. + Áp suất cuối kỳ nén: Từ phương trình của quá trình nén đa biến: pa.Vcn1 Va n1 Suy ra: pc = pa ( ) = pa.ε n1 Vc Trong đó: Va là thể tích toàn phần.

Vc là thể tích buồng cháy. SVTH : LỚP : Trang 3 ĐỒ ÁN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: TRẦN THANH HẢI TÙNG Va ε= Vc là tỷ số nén. n1 = 1,32 ÷ 1,39 là tỷ số nén đa biến trung bình. Chọn n1 = 1,35 Nên pc = pa.

+ Áp suất cuối quá trình giãn nở: Từ phương trình của quá trình giãn nở đa biến: pz.Vbn2 Vz n2 pz Suy ra pb = pz ( ) = n2 Vb δ Trong đó: pz là áp suất cực đại. Vz ε δ= = là hệ số giãn nở. Vb ρ pz Suy ra: pb = ε n 2 ( ) ρ Với ρ là tỷ số giãn nở sớm. Đối với động cơ diesel ρ = 1,2÷1,5, ta chọn ρ = 1,3 Và n2 là tỷ số giãn nở đa biến trung bình.

pz 10 , 7 Nên pb = ε n2 = 17 1, 27 = 0,4087 (MN/m2). ( ) ( ) ρ 1 ,3 + Thể tích công tác: 2 π. 4 SVTH : LỚP : Trang 4 ĐỒ ÁN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: TRẦN THANH HẢI TÙNG Trong đó: S là hành trình của piston, S = 2214mm = 22,14 dm. D là đường kính xilanh, D = 500mm = 5dm.5 Suy ra: Vh= S.

4 4 + Thể tích buồng cháy: Vh 434 ,72 Vc = = = 27,17 dm3. ε−1 17−1 + Vận tốc góc của trục khuỷu: π. 30 + Áp suất khí sót: Đối với động cơ cao tốc: pr = (1,05÷1,1)pth Trong đó: pth là áp suất trước tuôcbin. Với động cơ không tăng áp có và có bình tiêu âm pth = (1,02÷ 1,04) p0 Ta chọn pth = 1,03 p0 Với p0 là áp suất không khí bên ngoài động cơ, p0 = 1atm = 0,0981(MN/m2).

Suy ra: pth = 1,03 p0 = 1,03.1 Tính toán xây dựng đồ thị công 1.1 Các thông số xây dựng đồ thị - Các thông số cho trước: + Áp suất cực đại: pz = 10,7 (MN/m2). SVTH : LỚP : Trang 5 ĐỒ ÁN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: TRẦN THANH HẢI TÙNG + Góc phun sớm: φ s = 30o + Góc phân phối khí: α 1 = 56o , α 2 = 56o , α 3 = 82o , α 4 = 72o - Các thông số chọn: + Áp suất khí nạp pk: Đối với động cơ không tăng áp có thể coi pk ≈ p0 = 0,0981 (MN/m2). - Xây dựng đường nén Gọi pnx và Vnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động cơ. Vì quá trình nén là quá trình đa biến nên ta có: pnx.1) Suy ra: pnx.(Vc)n1 ⇔ pnx = pc¿)n1 V nx p Đặt i = Vc , nên pnx = n1c (1.2) i - Xây dựng đường giãn nở Gọi pgnx và Vgnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của động cơ.

Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên ta có: Pgnx.3) Suy ra: pgnx. pz pz n2 n2 Suy ra: pgnx= V gnx = V gnx ( ) ( ) Vz ρ .V c SVTH : LỚP : Trang 6 ĐỒ ÁN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: TRẦN THANH HẢI TÙNG n2 V pz. ρ Đặt i = gnx , nên pgnx = n2 (1.4) Vc i - Giá trị biểu diễn của các thông số trên đồ thị: + Giá trị biểu diễn của thể tích buông cháy Vcbd Chọn Vcbd = 10 (mm). Vc 27 ,17 Suy ra tỉ lệ xích μv = V cbd = 10 = 2,717 (dm3/mm).

+ Giá trị biểu diễn của thể tích công tác Vhbd V h 434 ,72 Vhbd = = = 160 (mm). μv 2,717 Để đơn giản cho quá trình tính toán ta chia Vhbd thành ε = 17 khoảng bằng nhau. + Giá trị biểu diễn của áp suất cực đại pzbd Chọn pzbd = 200 (mm). pz 10 ,7 Suy ra tỉ lệ xích μp= = = 0,0535 (MN/m2.

p zbd 200 + Giá trị biểu diễn của đường kính vòng tròn Brick AB = Vhbd = 160 (mm). S 2214 Suy ra tỉ lệ xích μS= = = 13,84 (mm/mm) = 0,0138 (m/mm). AB 160 + Giá trị biểu diễn của oo’ SVTH : LỚP : Trang 7 ĐỒ ÁN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: TRẦN THANH HẢI TÙNG ' oo oo’bd= μs Rλ 2214.0 , 43 Từ 0 lấy đoạn 00’ về phía ĐCD: oo’ = = = 238 (mm). 2 4 ' oo 238 Suy ra: oo’bd= = = 17,2 (mm).

μs 13 ,84 - Bảng 1-1: Bảng giá trị đồ thị công động cơ Diesel i Vc(dm3 ) Vcbd(mm) in1 1/in1 Pc/in1(MN/m2) Pnx(mm) in2 1/in2 Pz.2 Cách vẽ đồ thị công động cơ Diesel 2 kì không tăng áp SVTH : LỚP : Trang 8 ĐỒ ÁN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: TRẦN THANH HẢI TÙNG + Vẽ hệ trục tọa độ P-V theo tỉ lệ xích: μv = 2,717 (dm3/mm), μp = 0,0535 (MN/m2. + Từ bảng giá trị đồ thị công ta vẽ đường nén và đường giãn nở. + Vẽ nửa vòng tròn của đồ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt: - Điểm phun sớm c’ : Xác định từ đồ thị Brick ứng với góc phun sớm φ s= 30o - Điểm c : (Vc , Pc= 5,6594 MN/m2). - Điểm mở cửa xupap thải b : Xác định từ đồ thị Brick ứng với α 3 = 82o - Điểm mở cửa quét d : Xác định từ đồ thị Brick ứng với α 1= 56o và pd ≈ pa = 0,1235 (MN/m2).

- Điểm bắt đầu nén a : Xác định từ đồ thị Brick ứng với α 4= 72o và pa= 0,1235 (MN/m2). - Điểm áp suất cực đại lý thuyết z’: ( 1,3 Vc , pz’= 10,7 MN/m2 ). - Điểm áp suất cực đại thực tế z’’: ( 0,65 Vc , pz’’= 10,7 MN/m2 ). - Điểm c’’ : ( Vc , pc’’= pc + pcc’’) Với pcc’’=1/3.

Sau cùng ta hiệu chỉnh quá trình cháy để có được đồ thị công.2 Đồ thị Brick  90 A ÂCT 0 180  B x x SVTH : C M LỚP :  Trang 9 R S=2R (S=Xmax) S=2R O X=f(   ĐỒ ÁN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNGDCƠÂCD ĐỐT TRONG GVHD: TRẦN THANH HẢI TÙNG 1.