Đồ án Động cơ đốt trong 7

LỜI NÓI ĐẦU Trong bối cảnh của đất nước ta hiện nay đã và đang phát triển một cách nhanh chóng và đang trên đà phát triển thành một nước công nghiệp trong thời gian sắp tới, thì vai trò của ngành động cơ đốt trong nói chung và nền công nghiệp ôtô nói riêng rất là quan trọng. Cụ thể hơn thì nền công nghiệp ôtô đã góp phần rất nhiều trong các ngành nông nghiệp ,công nghiệp ,dịch vụ…,và đặc biệt là khả năng di chuyển rất linh động đã làm cho phần lớn người dân Việt Nam đã chọn ôtô xe máy làm phương tiện di chuyển qua đó thúc đẩy ngành công nghiệp ôtô phát triển.Qua đó bản thiết kế “ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG” đã giúp chúng ta phần nào có thể hình dung ra được cách tính toán,trình tự thiết kế ra một động cơ đốt trong.Và dưới đây là bản thiết kế đồ án động cơ đốt trong mà chúng em đã áp dụng những kiến thức về tính toán động cơ,nguyên lý động cơ đốt trong,Kết cấu động cơ…để thiết kế. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Ngọc Dương đã chỉ dẫn chúng em trong quá trình làm đồ án.Hi vọng thầy có thể có góp ý giúp chúng em để chúng em có thể rút kinh nghiệm trong những bản thiết kế tiếp theo. CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 1/GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN: 1.1/ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ: -Động cơ thiết kế là động cơ 4 kì,4 xy lanh được bố trí thẳng hàng (I4) +Công suất danh nghĩa: Nen=90Kw +Tốc độ vòng quay danh nghĩa :nn=3800 (v/ph) Được sử dụng trên xe ôtô KIA BONGO III/TC-J3TK 1.2/TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY: 1.2.1/Loại nhiên liệu: -Nhiên liệu được sử dụng cho động cơ là nhiên liệu diesel. -Các thành phần có trong nhiên liệu là: C=0,87;H=0,126 ;O=0,004([2],39) 1.2.2/Hệ thống nhiên liệu: a/Hệ thống nhiên liệu: Nhiên liệu được bơm điện hút nhiên liệu từ bình chứa qua lưới lọc trên bơm đẩy nhiên liệu tới bộ lọc nhiên liệu và đi tới ống phân phối sau đó đi vào từng kim phun.Trong quá trình hoạt động nếu bộ lọc bị tắc nghẽn làm cho áp suất trong ống dẫn tăng thì lúc này bộ điều áp sẻ mở làm cho nhiên liệu quay trở lại bình chưa. b/Hệ thống điều khiển: c/Hệ thống nạp khí: Không khí Bộ lọc khíĐo lưu lượng khí nạpBướm gabuồng đốt 1.3/CƠ CẤU PHỐI KHÍ: 1.3.1/Công dụng: Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ nạp đầy hòa khí vào các xy lanh và thải sạch khí cháy ra khỏi các xy lanh sau khi bị đốt cháy 1.3.2/Yêu cầu: -Nạp đầy và thải sạch muốn vậy xuppap phải mởi sớm và đóng muộn -Đảm bảo kín buồn đốt trong thì nén và nổ -Đóng mở đúng thời gian quy định -Độ mở để dòng khí dễ lưu thông -Ít mòn tiếng kêu bé -Dễ điều chỉnh và sữa chữa giá thành chế tạo rẻ 1.3.3/Cơ cấu phối khí sử dụng: Sử dụng cơ cấu phối khí dạng trực tiếp cam đội xuppap ( hai trục cam rời) -Ưu điểm: đơn giản,làm việc êm không gây tiếng ồn vì lúc này không còn tiếng ồn gây ra bởi cò mổ,đũa đẩy,con đội. -Nhược điểm: khó chế tạo Cơ cấu phân phối khí có xupáp treo, trục cam đặt trên nắp xupáp. 1–xupáp xả; 2–lò xo xupáp; 3–trục cam; 4–đĩa tựa; 5–bulông điều chỉnh; 6–thân xupáp rỗng; 7–vành tựa; 8–mặt trụ; 9–đĩa tựa lò xo Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupáp thể hiện trên hình vẽ trên. Khi trục cam đặt trên nắp xylanh và cam trực tiếp điều khiển việc đóng, mở xupáp, không thông qua con đội, đũa đẩy, đòn gánh... Loại này có xupáp rỗng, ghép. 1.3.4/Phương pháp dẫn động: Phương pháp dẫn động trục cam là phương pháp dẫn động gián tiếp sử dụng dây curoa để truyền chuyển động từ trục khuỷu tới hai cốt cam. Vì những ưu điểm sau: -Truyền động êm không gây tiếng ồn -Dễ tháo lắp -Gía thành rẽ 1.3.5/Phương pháp điều chỉnh khe hở nhiệt: Bulông 5 đằng sau đuôi xuppap giúp ta điều chỉnh chiều dài xupáp, sẽ cho phép điều chỉnh khe hở nhiệt (giữ mặt tựa của cam và đuôi xupáp). Tuy nhiên, đối với xupáp xả thường làm việc ở nhiệt độ tới (300 – 400)0C. vì vậy các đường ren dễ bị kẹt do han rỉ và điều kiện áp lực lớn điều chỉnh bu lông 5 rất khó. Lò xo xupáp ở đây có hai chiếc có độ cứng khác nhau, chiều quấn nguợc nhau và có chiều dài bằng nhau. Nhờ vậy tránh được sự cộng hưởng nên bền lâu hơn. Với máy nhỏ đôi khi người ta đúc liền một khối, như vậy không điều chỉnh được khe hở nhiệt. Trong trường hợp này, nhà chế tạo để khe hở nhiệt lớn một chút, khi mòn càng lớn hơn, nên có thể có tiếng gõ khi máy làm việc, nhưng cấu tạo đơn giản, làm việc an toàn. 1.4/HỆ THỐNG LÀM MÁT: 1.4.1/Lý do phải làm mát động cơ: Trong quá trình làm việc tại thì nổ thì nhiệt độ của buồng đốt khoảng 2500 0C.Nhiệt đó sẽ được truyền đến các chi tiết tiếp xúc với khí cháy như (pittông,xec măng,xuppap,thành xy lanh,nắp xy lanh) khoảng 25-35% nhiệt do buồng đốt tạo ra.Vì vậy các chi tiết này bị đốt nóng mãnh liệt: nhiệt độ của đỉnh pittông khoảng 6000C,nhiệt độ nấm xuppap 9000C. Nhiệt độ các chi tiết cao sẽ gây ra các hậu quả như: -Phụ tải nhiệt các chi tiết lớn làm giảm sức bền ,giảm độ cứng vững và tuổi thọ của chúng -Nhiệt độ cao dẫn đến nhiệt độ dầu bôi trơn cũng cao do đó dẫn tới độ nhớt giảm khả năng nôi trơn kém làm tăng ma sát. -Có thê gây bó kẹt pittông do hiện tượng giản nỡ -Giảm hệ số nạp -Có thể gây hiện tượng kích nổ Vì vậy để khắc phục hiên tượng trên cần thiết phải làm mát động cơ giữ cho động cơ làm việc ở một mức độ nhiệt ổn định. 1.4.2/Phân tích chọn hệ thống làm mát: a/Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi: Hệ thống làm mát kiểu này là đơn giản nhất không cần bơm,quạt,phương pháp làm mát là khi động cơ làm việc nước bao bọc xung quanh sẽ sôi và bốc hơi thoát ra ngoài và một lượng nước khác phải được bổ sung kịp thời.Nhưng vấn đề ở đây là nếu không có nguồn nước bổ sung kịp thời thì lượng nước làm mát sẽ giảm dữ dội vì vậy phương pháp này không phù hợp với ô tô,máy kéo. b/Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên: -Với hệ thống làm mát loại này nước lưu động tuần hoàn được hoàn toàn là do sự chênh áp giữa 2 cột nước nóng và lạnh. -Sự chênh áp giữa 2 cột nước nóng và lạnh thì phụ thuộc vào +Nhiệt độ của 2 cột nước nóng và lạnh (khi mới khởi động t bé,khi tốc độ tăng t tăng) +Độ chênh lệch chiều cao giữa 2 cột nước Vì vậy mà trên động cơ luôn phải đảm bảo rằng bình chứa nước phải cao hơn đầu nước ra của động cơ. Nhưng vấn đề ở đây là khi tốc độ động cơ tăng dẫn tới sự chênh lệch nhiệt độ của đầu vào và đầu ra lớn ,trong khi đó vì kết cấu của động cơ mà chiều cao đặt bình chứa nước bị hạn chế nên vận tốc tuần hoàn bé dẫn tới chỉ một lượng ít nước đi qua quạt để tản nhiệt,vì vậy tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ ở đầu vào và đầu ra lớn làm thành xy lanh làm mát không đều .Nếu muốn tăng chiều cao đặt bình chứa nước thì kết cấu lại lớn không phù hợp với ô tô, máy kéo. Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên c/Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức: Nước lưu động trong hệ thống không phải do đối lưu mà là do sức đẩy của bơm nước tạo ra vì vậy ta dung hệ thống tuần hoàn cưỡng bức kiểu kín là phương pháp làm mát cho ô tô máy kéo. 1.4.3/Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức kiểu kín: Nguyên lý hoạt động như sau: -Nước làm mát từ các áo nước trong thân động cơ ,lên nắp xy lanh qua các ống đến van điều nhiệt tại đây nước chia làm 2 dòng một ra két nước làm mát qua bơm ly tâm về động cơ,một tuần hoàn trở lại động cơ.Sự phân chia lưu lượng nước này phụ thuộc vào nhiệt độ của nước làm mát và do van hằng nhiệt tự động điều chỉnh. -Hệ thống này được gọi là hệ thống làm mát kiểu kín vì sau khi đi qua két nước làm mát nước lại trở về động cơ thành một chu trình khép kín 1.4.4/Dung dịch làm mát: Chọn dung dịch làm mát là dung dịch abro (Mỹ) 129.000đ/1can 3,8 lít 1.4.5/Làm mát pittông,làm mát vòi phun: -Pittông được làm mát bằng cách phun dầu bôi trơn lên phía trong của pittông -Vòi phun được làm mát bằng nhiên liệu. 1.5/HỆ THỐNG BÔI TRƠN: 1.5.1/Lý do phải bôi trơn động cơ: Hệ thống bôi trơn của động cơ có nhiều nhiệm vụ -Bôi trơn bề mặt ma sát,làm giảm ma sát giữa các chi tiết chuyển động lẫn nhau. -Tẩy rữa các bề mặt ma sát:vì trong quá trình hoạt động sự ma sát giữa các chi tiết làm phát sinh các mạt sắt nên dầu bôi trơn sẽ rửa các bề mặt này và sẽ được lọc sạch tại bầu lọc thô và lọc tinh. -Làm mát cho động cơ: ngoài nước làm mát dầu nhờn cung có chức năng làm mát nó sẽ chuyển một phần nhiệt lượng sinh ra ở pittông ,ở các ổ trục ra khỏi nó. -Bao kín khe hở:vì dầu bôi trơn có độ nhớt cao nên sẽ bao kín khe hở giữa pittông và xylanh;xec măng và pittông khiến cho khả năng lọt khí sẽ giảm. 1.5.2/Chọn hệ thống bôi trơn: a/Bôi trơn bằng phương pháp vung té dầu: -Đối với phương pháp này dầu nhờn được đưa lên bôi trơn nhờ thìa múc dầu từ các te và vung té để bôi trơn,mỗi một vòng quay trục khuỷu là 1 lần vung té -Phương pháp bôi trơn này rất lạc hậu: +Nó không đảm bảo đủ lượng dầu bôi trơn +Nó chỉ ở động cơ có công suất nhỏ ,tốc độ thấp ,cho động cơ có 1 xy lanh kiểu nằm ngang.Nên hiện nay ít được sử dụng. Bôi trơn Phương pháp vung té dầu b/Bôi trơn cưỡng bức: Phương pháp này dầu bôi trơn sẽ được hút và đẩy đi đến các nơi cần bôi trơn bởi một bơm dầu nên đảm bảo được lượng dầu ,áp lực ổn định đến các chi tiết Có 2 loại: +Bôi trơn cưỡng bức các te ướt: tức là dầu được hút từ cac te trong động cơ sau đó đi bôi trơn và trở lại cac te ,đối với loại này ưu điểm là đơn giản,thiết kế gọn nhưng nhược điểm là nếu xe làm việc ở địa hình có đọ dốc nghiêng lớn sẽ làm thiếu hụt dầu vì vậy người ta dùng loại này trên ô tô,du lịch và để giảm lượng dầu thiếu hụt cũng như không bị dao động mạnh trong quá trình hoạt động người ta dùng các tấm ngăn phía dưới cac te. +Bôi trơn cưỡng bức cac te khô:loại này khác loại cac te ướt ở chỗ bình đựng dầu đặt bên ngoài đới với kiểu thiết kế này có ưu điểm là dầu không bị thiếu hụt dù dộ nghiêng lớn vì vậy thích hợp cho máy ủi,tàu thủy,máy kéo…Nhược điểm là kết cấu phức tạp chiếm không gian lớn Vì vậy ta chọn hệ thống bôi trơn cưỡng bức cac te ướt 1.5.3/Cấu tạo ,sơ đồ ,Nguyên lý hoạt đông: Hệ thống bôi trơn cưỡng bức cac te ướt -Dầu nhờn sẽ được bơm hút từ cac te qua lọc thô ở đây dầu sẽ được làm sạch các tạp chất cỡ lớn sau đó đi đến bầu lọc tinh tại bầu lọc tinh sẽ lọc sạch cặn bẩn cỡ nhỏ và nước sau đó dầu đi đến các đường dầu chính đi đến bôi trơn các cổ và chốt khuỷu và được vòi phun lên để bôi trơn đầu nhỏ thanh truyền ,chốt pittông và có các đường dầu đưa lên bôi trơn cơ cấu phối khí -Khi nhiệt độ của dầu lên cao quá 800C vì độ nhớt giảm nên van điều khiển sẽ mở và cho dầu đi qua đi qua két làm mát.Nếu lọc tinh bị tắc thì van an toàn mở ra và dầu không đi qua lọc tinh mà lên trực tiếp đường dầu chính.Van an toàn sẽ đảm bảo áp suất dầu trong hệ thống giữ ở một mức ổn định. CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1/CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ: 1.1/Loại động cơ: -Động cơ thiết kế là động cơ diesel vì động cơ diesel có tính kinh tế cao hơn động cơ xăng,thích hợp trong điều kiện làm việc ở chế độ toàn tải. tuy nhiên,động cơ diesel nặng nề,cồng kềnh,nhiều chi tiết đòi hỏi độ chính xác cao nên giá thành chế tạo và sửa chữa cũng cao. -Thiết kế động cơ xăng 4 kì vì tính hiệu quả về kinh tế ,ít ô nhiễm môi trường quá trình nạp và xả diễn ra hoàn thiện hơn động cơ hai kì. 1.2/Công suất (Ne): Công suất danh nghĩa Nen=90Kw 1.3/Số vòng quay (n): Số vòng quay danh nghĩa nn=3800 (v/ph) 1.4/Số xy lanh (i): Chọn thiết kế động cơ có 4 xy lanh (i=4) thẳng hàng vì: -Tạo ra sự đồng đều khi trục khuỷu quay -Vì số xy lanh là chẵn nên việc dùng đối trọng để cân bằng lực quán tính và moment quán tính sẽ dễ dàng hơn 1.5/Tỉ số nén (): Tỉ số nén =22 ( [2],26) 1.6/Thông số kết cấu: -Tỷ số : chọn ([2],26) -Tỷ số ; chọn =0,25 2/CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT: 2.1/Áp suất không khí nạp p0: p0 =0,1013 MN/m2 hay p0 = 1,03 bar ([2],27) 2.2/Nhiệt độ không khí nạp mới T0: tkk=290C (là nhiệt độ không khí trung bình ở nước ta) T0=29+273=302 0K 2.3/Áp suất khí nạp trước xuppap nạp (pk): Đối với động cơ 4 kì tăng áp thì pk > p0. Chọn 2.4/Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (T0): Đối với động cơ 4 kì tăng áp thì với m =1,4 là chỉ số nén đa biến trung bình. 2.5/Áp suất cuối quá trình nạp pa: Đối với động cơ tăng áp áp suất cuối quá trình nạp pa phải bé hơn áp suất khí quyển p0 thường xác định bằng công thức thực nghiệm: pa= (0,880,98)p0 (2-1) ([2],29) chọn pa= 0,9p0=0,9.1,03=0,927 bar 2.6/Áp suất khí sót (pr): Áp suất khí sót là áp suất của khí còn sót lại sau khi thải qua xuppap xả vì không thải hết sản phẩm cháy ra ngoài pr = pth +pr trong đó : pth là áp suất khí thải ra ngoài pr là áp suất thất thoát qua xuppap xả ,đường ống xả Thông thường pr được xác định theo công thức thực nghiệm: pr = (0,1060,115) MPa (2-2) ([2],30) chọn pr = 0,11 MPa=1,12 bar 2.7/Nhiệt độ khí sót Tr: Đới với động cơ diesel thì Tr=(700900)0K (2-3) ([2],30) Chọn Tr=9000K 2.8/Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới: Khi khí nạp mới được hút vào xy lanh thì trong qua trình di chuyển tiếp xúc với thành vách xy ống nạp,xuppap nên nhiệt độ khí nạp sẽ tăng lên giá trị T Đối với động cơ diesel : T = (530) 0K (2-4) ([2],32) Chọn T = 15 0K 2.9/Hệ số nạp thêm : Hệ số nạp thêm biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp khí công tác sau khi nạp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ ở thể tích Va =1,021,07 (2-5) ([2],32) chọn =1,02 2.10/Hệ số quét buồng cháy : Đối với động cơ tăng áp do không có quét buồng cháy thì chọn =1 2.11/Hệ sô dư lượng không khí : ([2],33) Với M0 là số kmol không khí cần đốt cháy hết 1kg nhiên liệu M1 là số kmol không khí thực tế đi vào xy lanh -Nếu hỗn hợp nghèo nhiên liệu,nhiên liệu cháy hết nên tiết kiệm nhiên liệu -Nếu hỗn hợp giàu nhiên liệu,nhiên liệu cháy dữ dội tốc độ cháy tăng ,áp suất tăng chạy càng nhanh nhưng không cháy sạch hết nhiên liệu làm ô nhiễm môi trường. Trong tính toán nhiệt ĐCĐT đối với động cơ diesel tăng áp thì =1,7 2,2 ([2],34) Chọn =1,9 2.12/Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt : Đối với động cơ diesel =1,9 thì chọn =1,11 ([2],32) 2.13/Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (): Động cơ diesel : =0,65-0,85 ([2],33) Chọn =0,8 2.14/Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (): Động cơ diesel : =0,85-0,9 ([2],33) Chọn =0,85 2.15/Hệ số điền đầy đồ thị công (): Hệ số điền đầy đồ thị công sẽ đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực tế so với đồ thị công tính toán =0,9-0,96 ([2],34) Chọn =0,93 2.16/Tỷ số tăng áp ( ) Là tỉ số giữa áp suất cuối quá trình cháy với áp suất cuối quá trình nén trong đó : pz là áp suất cuối quá trình cháy p0 là áp suất cuối quá trình nén đối với động cơ diesel : = ([2],35) chọn =2 STT Thông Số Kí hiệu Gía trị Đơn vị 1 Công suất danh nghĩa Nen 90 kW 2 Số vòng quay danh nghĩa nn 3800 v/ph 3 Số xy lanh i 4 cái 4 Tỷ số nén 22 5 S/D 1,25 6 R/L 0,25 7 Áp suất không khí nạp p0 1,03 bar 8 Nhiệt độ không khí nạp T0 302 0K 9 Áp suất khí nạp trước xuppap nạp pk 0,15 bar 10 Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp Tk 336 0K 11 Áp suất cuối quá trình nạp pa 0,927 bar 12 Áp suất khí sót pr 1,12 bar 13 Nhiệt độ khí sót Tr 900 0K 14 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới T 15 0K 15 Hệ số nạp thêm 1,02 16 Hệ số quét buồng cháy 1 17 Hệ số dư lượng không khí 1,9 18 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt 1,11 19 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z 0,8 20 Hệ số lợi dụng nhiệt tại b 0,85 21 Hệ số điền đầy đồ thị công 0,93 22 Tỉ số tăng áp 2 3/TÍNH TOÁN NHIỆT: 3.1/Qúa trình nạp: -Hệ số nạp : ([2],35) Trong đó: =6; Tk =336 0K; T=150K; pa=0,927 bar; pk=1,5 bar; pr=1,12 bar; =1,02; =1; =1,15 m là chỉ số nén đa biến trung bình của không khí m=1,5 động cơ diesel 4 kì tăng áp ([2],35) -Hệ số khí sót : ([2],36) Trong đó : =1,02; =1; =1,11 pr=1,12 bar; pa=0,927 bar Tk =336 0K; T=150K; Tr =900 0K Thay số ta được: Vậy động cơ diesel -Nhiệt độ cuối quá trình nạp: ([2],37) Thay các thông số tương ứng ta được : động cơ diesel tăng áp. 3.2/Qúa trình nén: -Áp suất cuối quá trình nén: ([2],38) Với pa=0,927 bar, =22 n1 là chỉ nén đa biến trung bình n1=1,34-1,37 ([1],33) chọn n1=1,3 bar -Nhiệt độ cuối quá trình nén: ([2],38) 3.3/Qúa trình cháy: -Mục đích của việc tính toán quá trình cháy là để xác định áp suất cuối quá trình cháy pz và nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz. -Để tính toán ta chia làm 2 giai đoạn: 3.3.1/Giai đoạn tính toán tương quan nhiệt hóa: Mục đích của việc tính toán tương quan nhiệt hóa là để xác định các đại lượng đặc trưng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hóa để làm tiền đề cho việc tính toán nhiệt động. -Lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết 1kg nhiên liệu lỏng: (Kmol/kgnl) ([1],48) Với nhiên liệu diesel : gC=0,87; gH=0,126; gO=0,004 M0=0,4947 (Kmol/kgnl) -Lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ ứng với 1 kg nhiên liệu M1 M1 = M0 ([1],48) = 1,9.0,4947=0,94 (Kmol/kgnl) -Số mol cuả sản vật cháy M2: Vì =1,9>1 (Kmol/kgnl) ([1],49) -Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết : ([1],49) -Hệ số thay đổi phân tử thực tế: ([1],49) Với là hệ số khí sót ta đã tính được =0,022; 3.3.2/Giai đoạn tính toán tương quan nhiệt động: -Nhiệt độ cuối quá trình cháy ta xác định như sau: ([2],41) Với QH là nhiệt trị thấp của nhiên liệu. QH của điesel là : QH=42500(KJ/kgnl) ([1],36) Ta đã tính được =0,8 ;M1=0,94 (Kmol/kgnl); =0,022 ;Tc=917,5 0K;=1,033 + (KJ/kmolđộ) ([1],50) Thay giá trị của Tc ta tính được + (KJ/kmolđộ) ([1],50) Ta tính được Thay các thông số này vào công thức ta tính được: loại giá trị Tz âm. Vậy ta tính được Tz=1859 0K. -Áp suất cuối quá trình cháy: ([2],41) Vây ta tính được: Tz=1859 0K; pz=103 bar 3.4/Qúa trình giãn nở: -Tỷ số giản nỡ trước: chọn -Tỷ số giãn nở sau: -Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb : ([2],42) với n2 là chỉ số giãn nỡ đa biến trung bình n2= 1,23-1,27 ([1],37) -Áp suất cuối quá trình giãn nỡ: ([2],43) Vậy ta tính được: Tb=10860K ; pb=4,1 bar 4/CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHU TRÌNH CÔNG TÁC VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ: 4.1/Các thông số chỉ thị: 4.1.1/Áp suất chỉ thị trung bình tính toán : ([2],44) Trong đó: =51,55 bar;=22;=1,2;=1,3 ; 4.1.2/Áp suất chỉ thị trung bình thực tế : ([1],54) Trong đó =0,93 là hệ số điền đầy đồ thị công 4.1.3/Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị: (g/KWh) ([1],55) Ta đã có được: p0=1,03 bar; T0=3360K; M1=0,94 (Kmol/kgnl); =0,8236; pi=14,13bar 4.1.4/Hiệu suất chỉ thị: ([1],55) Trong đó: QT=42500 (KJ/kgnl); gi=78 (g/KWh)=78.10-3 (kg/KWh) Hay =84,7% 4.2/Các thông số có ích: 4.2.1/Áp suất tổn hao cơ khí trung bình: pcơ=0,09+0,012.CTB ([1],57) Trong đó: Tra thông số các động cơ KIA có công suất tương đương ta chọn được: S=77mm=0,077m pcơ=0,09+0,012.9,75=0,207 (MPa) Hay pcơ= 2,07 bar 4.2.2/Áp suất có ích trung bình: pe= pi –pcơ ([1],56) pe= 14,13-2,07=12,06bar 4.2.3/Hiệu suất cơ khí: cơ= 4.2.4/Suất tiêu hao nhiên liệu có ích: (g/KWh) ([1],58) 4.2.5/Hiệu suất có ích: =0,847.0,853=0,0,722 Hay =72,2% 4.2.6/Công suất có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán: [KW] ([1],59) Với pe :áp suất có ích trung bình ta có: pe= 12,06.0,0981=1,18 MPa ta đã chọn phần trước : S/D=1 nên S=D=0,077m i=4 (số xy lanh);n=3800 (v/ph);=4 (kì) 4.2.7/Momen xoắn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán ? ([1],59) CHƯƠNG III: DỰNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ 1/Khái quát: Dựng đặc tính ngoài của đông cơ là tức là ta xây dựng đồ thị biểu thị sự tương quan giữa Ne;Me;Gnl với tốc dộ của động cơ ne khi thanh răng bơm cao áp chạm vào vít hạn chế mở hoàn toàn. 2/Dựng đồ thị đặc tính ngoài của động cơ: + (3-1) ([1],69) Đối với động cơ diesel : a=0,5;b=1,5;c=1 Nên ta có thể viết lại: Trong đó : Nemax=90Kw ; nN=3800 (v/ph) Tương ứng với từng giá trị tốc độ vòng qua của động cơ n ta sẽ có Ne tương ứng + (3-2) ([1],70) + (3-3) ([1],70) Trong đó : ge=91 (g/kWh)=0,091 (kg/kWh); Ne[kW]: Từ đó ta có bảng kết quả như sau: n(v/ph) 1000 2000 3000 3800 4000 5000 6000 Ne( kW) 19,55 47,96 75,38 90 91,98 87,9 53,33 Me(Nm) 186,79 229,1 240 226,3 219,7 167,9 84,9 Gnl(kg/h) 1,77 4,36 6,85 8,19 8,3 8 4,8 Ne Me Gnl Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ CHƯƠNG IV: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN 1/Quy luật chuyển động của pittông: (4-1) ([2],61) Với S=2R Ta có : λ=0,25 tra bảng (0-1) ([3],34) SP=0 SP=1,125R=1,125.38,5=43,3mm SP=2R=2.38,5=77mm SP=1,125R=1,125.38,5=43,3mm SP=0 2/Tốc độ chuyển động của pittông: (4-2) ([2],61) Ta có : λ= 0,25 tra bảng (0-2) ([3],34) VP=0 VP=R=575,96.38,5=22174 mm/s VP=0 VP=-R=-575,96.38,5=-22174 mm/s VP=0 3/Gia tốc chuyển động của pittông j: (4-2) ([2],61) Ta có :λ= 0,25 tra bảng (0-3) ([3],35) j=1,25..R=1,25.575,962.38,5=1,59.107 (mm/s2) j=-0,25..R=-0,25.575,962.38,5=-0,319.107 (mm/s2) j=-0,75..R=-0,75.575,962.38,5=-0,957.107 (mm/s2) j=-0,25..R=-0,25.575,962.38,5=-0,319.107 (mm/s2) j=1,25..R=1,25.575,962.38,5=1,59.107 (mm/s2) CHƯƠNG V: ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN 1/Lực khí thể tác dụng lên pittông: Pkh=FP.pe (5-1) ([1],75) Trong đó: Ta đã tính được: pe=0,7 (MN/m2) Pkh=4657.10-6.0,7.106= 3259,9 N=3,26kN 2/Lực quán tính: 2.1/Lực quán tính chuyển động tịnh tiến: (5-2) ([1],83) Trong đó: R là bán kính quay của trục khuỷu [m] là vận tốc góc trục khuỷu (rad/s) là hệ số kết cấu m là khối lượng chuyển động tịnh tiến ta tính m như sau: m= mnp + m1 ([3],4) mnp: khối lượng nhóm pittông m1: khối lượng đầu nhỏ thanh truyền m= mnp + m1 = Mà ta có khối lượng của khuỷu trục thanh truyền là với Ne = 53,6 (Kw) là công suất có ích của động cơ Vậy đối với 1 máy thì công suất có ích là Ne = 53,6/4=13,4 (kW) m= mnp + m1 = Với các thông số còn lại đã biết ta tính được như sau: Với =0,25 tra bảng (0-4) ([3],35) =-m..R(1+)=-1,25.16,75.575,962.0,0385=-267kN =m..R.=0,25.16,75.575,962.0,0385=53,48kN =-m..R(-1+)=0,75.16,75.575,962.0,0385=160kN =m..R.=0,25.16,75.575,962.0,0385=53,48kN =-m..R(1+)=-1,25.16,75.575,962.0,0385=-267kN 2.2/Lực quán tính chuyển động quay: Pk=- mr..R (5-3) ([2],76) Với mr= mk + m2 = Pk=- 50,25.575,962.0,0385 =641,7kN 2.3/Tổng lực tác dụng lên pittông: P=Pkh+Pj (5-4) ([3],4) P=3,26-267=-263,74 kN P=3,26+53,48=56,74 kN P=3,26+160=163,26kN P=3,26+53,48=56,74 kN P=3,26-229=-263,74 Kn 2.3.1/Thành phần lực tiếp tuyến T: (5-5) ([3],5) Tra bảng (0-5) ([3],36) T=0 T = P = 56,74 kN T=0 T = -P = -56,74 kN T=0 2.3.2/Thành phần lực pháp tuyến Z: (5-6) ([3],5) Tra bảng (0-4) ([3],35) ta được: Z=P=-263,74 kN Z=-0,256 P =-0,256.56,74 =-14,52kN Z=-P=-163,26kN Z=-0,256 P =-0,256. 56,74 =-14,52kN Z=P=-263,74 kN 2.3.2/Thành phần lực dọc tác dụng lên thanh truyền: (5-7) ([3],5) Tính cos? =00=1 =00=1 (tương tự trên) =00=1 Vậy nên ta tính được: S=P=263,74kN S=P=163,26kN S=P=263,26Kn Chương VI: Tính Toán Nghiệm Bền Các Chi Tiết Chính Của Động Cơ Đốt Trong. I/Nhóm pittông Pittông hợp kim nhôm có: Đường kính ngoài :D = 77 (mm) ; μ = 0,26 ; [σu ] = 190 MN/m2 ; [σ] = 60 MN/m2 Ta đã tính được pe = 126 MN/m2 Chiều dày pittông δ =(0,03 ÷ 0,09 )D Chọn δ =0,09D =0,09 x 77 = 6,9 mm Đường kính trong xy lanh D2: D2 = D – 2.δ = 77 – 2. 7,74 = 61,5 mm Di = = = 69,3 mm Kiểm tra độ bền theo phương pháp Back : σu = pe ()2 = x 126 x ()2 = 90,78 MN/m2 σu < [σu ] = 190 MN/m2 đạt yêu cầu Kiểm tra độ bền theo phương pháp Orlin: σΣ = (1+μ). pe . ()2 với : ri= = = 34,65 mm σΣ = (1+0,26). 126 . ()2 = 42,9 MN/m2 σΣ < [σ] = 60 MN/m2 đạt yêu cầu II/nhóm thanh truyỀn 1 .Tính toán sức bền đầu nhỏ thanh truyền ứng suất kéo : σkmax = Pjmax ứng với góc φ bằng 1800 Pjmax = 160 kN. δ = d2 – d1 :_chiều dày đầu nhỏ thanh truyền. d1 : đường kính trong chốt d2 : đường kính ngoài chốt d1 = 0,3D = 0,3.77 = 23,1 mm d2/d1= 1,2 => d2 = 1,2d1 = 1,2.23,1 = 27,72 mm Vậy δ = d2-d1 = 27.72-23,1 = 4,62 mm lđn = lđt = 0,5dck = 0,5 . 0,6 D = 0,3 D = 0,3.77 = 23,1 mm : (lđn là chiều dài đầu nhỏ thanh truyền; lđt là chiều dài đầu to thanh truyền ) khi đó ta có : σkmax = = 0,0602 kN/mm2 = 60,2 MN/m2 σkmax đạt yêu cầu 2 .Tính toán sức bền thân thanh truyền : σ = Pmax ứng với góc φ bằng 1800 Pmax= 163 kN Fmin = H.B – hb Với H = 0,135 Lt = 0,135 . B = 0,7.H ; h = 0,6.H ; b = 0,5.H Fmin = 0,4 H2 = 0,4 .( 0,135 . )2 = 173 mm2= 1,73.10-4 m2 σ = = 171000 kN/m2 = 171 MN/m2 σ đạt yêu cầu 3 .Tính toán sức bền đầu to thanh truyền : σu = Pjmax ( - ) Pjmax= 160.10-3 MN với F = 0,5(C –dC) : tiết diện ngang trung bạc lót và nắp thanh truyềndc = 0,6D = 0,6.77 = 46,2 mm C = 1,25 dC = 1,25.46,2 = 57,75mm => F = 0,5(57,75-46,2) = 5,8 mm2 Jb = lt .tb3 lt = (0,45 ÷ 0,95 )dC = 0,45.dC = 0,45.46,2 = 20,79 mm tb =2 mm =>Jb=lt.tb3 = 20,79.23= 166,32 mm4 J = lt(0,5C – r1)3 ; r1 = 0,5 ( 0,6D +2tb) = 0,5(0,6.77+2.2) = 25,1 mm J = 20,79(0,5.57,75 – 25,1)3 = 1,12.10-9 m4 Thay số và ta tính được: σu đạt yêu cầu.TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]-Hướng Dẫn Đồ Án Động Cơ Đốt Trong-TS.Vy Hữu Thành,Ths Vũ Anh Tuấn-Nhà xuất bản Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự Hà Nội 1999. [2]-Hướng Dẫn Đồ Án Động Cơ Đốt Trong-Văn Thị Bông,Vy Hữu Thành,Nguyễn Đình Hùng-Nhà Xuất Bản ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM 2007 [3]-Kết Cấu Động Cơ Đốt Trong-PGS.TS Nguyễn Văn Phụng-Nhà xuất bản ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM MỤC LỤC Lời nói đầu 1 Chương I:Giơí thiệu về động cơ 1/Giới thiệu động cơ thiết kế và lựa chọn phương án 1.1/Đặc điểm động cơ thiết kế 2 1.2/TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY: 1.2.1/Loại nhiên liệu 2 1.2.2/Buồng đốt 2 1.2.3/Hệ thống nhiên liệu: a/Hệ thống nhiên liệu 3 b/Hệ thống điều khiển 4 c/Hệ thống nạp khí 5 1.3/CƠ CẤU PHỐI KHÍ: 1.3.1/Công dụng 5 1.3.2/Yêu cầu 5 1.3.3/Cơ cấu phối khí sử dụng 5 1.3.4/Phương pháp dẫn động 7 1.3.5/Phương pháp điều chỉnh khe hở nhiệt 7 1.4/HỆ THỐNG LÀM MÁT: 1.4.1/Lý do phải làm mát động cơ 7 1.4.2/Phân tích chọn hệ thống làm mát: a/Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi 8 b/Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên 8 c/Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức 9 1.4.3/Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức kiểu kín 10 1.4.4/Dung dịch làm mát 11 1.4.5/Làm mát pittông,làm mát vòi phun 11 1.5/HỆ THỐNG BÔI TRƠN: 1.5.1/Lý do phải bôi trơn động cơ 11 1.5.2/Chọn hệ thống bôi trơn 11 a/Bôi trơn bằng phương pháp vung té dầu 12 b/Bôi trơn cưỡng bức 12 1.5.3/Cấu tạo ,sơ đồ ,Nguyên lý hoạt đông 13 1.6/HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG: 1.6.1/Nhiệm vụ 15 1.6.2/Yêu cầu 15 1.6.3/Phân loại 16 1.6.4/Cấu tạo máy khởi động loại giảm tốc 17 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1/CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ: 1.1/Loại động cơ 1.2/Công suất (Ne) 18 1.3/Số vòng quay (n) 18 1.4/Số xy lanh (i) 18 1.5/Tỉ số nén () 18 1.6/Thông số kết cấu 18 2/CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT: 2.1/Áp suất không khí nạp p0 19 2.2/Nhiệt độ không khí nạp mới T0 19 2.3/Áp suất khí nạp trước xuppap nạp (pk) 19 2.4/Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (T0) 19 2.5/Áp suất cuối quá trình nạp pa 19 2.6/Áp suất khí sót (pr) 19 2.7/Nhiệt độ khí sót Tr 20 2.8/Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới 20 2.9/Hệ số nạp thêm 20 2.10/Hệ số quét buồng cháy 20 2.11/Hệ sô dư lượng không khí 20 2.12/Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt 21 2.13/Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z () 21 2.14/Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b () 21 2.15/Hệ số điền đầy đồ thị công () 21 2.16/Tỷ số tăng áp ( ) 21 3/TÍNH TOÁN NHIỆT: 3.1/Qúa trình nạp 22 3.2/Qúa trình nén 24 3.3/Qúa trình cháy 24 3.3.1/Giai đoạn tính toán tương quan nhiệt hóa 25 3.3.2/Giai đoạn tính toán tương quan nhiệt động 26 3.4/Qúa trình giãn nở 27 4/CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHU TRÌNH CÔNG TÁC VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ: 4.1/Các thông số chỉ thị: 4.1.1/Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết 29 4.1.2/Áp suất chỉ thị trung bình thực tế 29 4.1.3/Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị 29 4.1.4/Hiệu suất chỉ thị 30 4.2/Các thông số có ích 30 4.2.1/Áp suất tổn hao cơ khí trung bình 30 4.2.2/Áp suất có ích trung bình 30 4.2.3/Hiệu suất cơ 4.2.4/Suất tiêu hao nhiên liệu có ích 31 4.2.5/Hiệu suất có ích 31 4.2.6/Công suất có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán 31 4.2.7/Momen xoắn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán 32 CHƯƠNG III: DỰNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ 1/Khái quát 33 2/Dựng đồ thị đặc tính ngoài của động cơ 33 CHƯƠNG IV: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN 1/Quy luật chuyển động của pittông 35 2/Tốc độ chuyển động của pittông 36 3/Gia tốc chuyển động của pittông j 37 CHƯƠNG V: ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN 1/Lực khí thể tác dụng lên pittông 39 2/Lực quán tính: 2.1/Lực quán tính chuyển động tịnh tiến 39 2.2/Lực quán tính chuyển động quay 41 2.3.1/Thành phần lực tiếp tuyến T 42 2.3.2/Thành phần lực pháp tuyến Z 43 2.3.2/Thành phần lực dọc tác dụng lên thanh truyền 44 Tài liệu tham khảo 45 Mục lục 46