Bài tập lớn tính toán động cơ đốt trong KOMATSU SA6D125E

Phân tí́ch kết cấu piston- trục khuỷu – thanh truyền Hệ thố́ng phát lực của độEng cơNhiệm vụ của hệ thố́ng phát lực Tiếp nhận năng lượng khí cháy, tạo thành chuyển động tịnh tiến của

Mục lục

Danh mục các từ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình

Sau ba năm học tại Công nghệ Kỹ Thuật Ô tô, chúng em đã được trang bị nhiềukiến thức về các môn học cơ sở như Nguyên lý máy, Sức bền vật liệu, Vật liệu học và Nhiệt động lực học cũng như nhiều môn học chuyên ngành khác Đồ án Động cơ đốt trong chính là cơ hội cho chúng em tổng hợp và áp dụng những kiến thức mình đã học.

Trong quá trình thực hiện đồ án em gặp rất nhiều khó khăn trong phương pháp thiết kế và tính toán cũng như việc hoàn thành các bản vẽ của mình, nhờ sự hướng dẫn tận tình của Thầy hướng dẫn cùng sự góp ý của các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này

Sau một thời gian làm việc với nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ từ tất cả mọi người, em đã hoàn thành Đồ án Động cơ đốt trong này Nay em xin gửi lời cảm ơn chânthành tới giáo viên hướng dẫn Thầy TS Lê Thanh Tuấn đã tận tình hướng dẫn chúng emthời gian qua

Mặc dù em đã cố gắng hết sức nhưng trong quá trình thực hiện khó tránh khỏi

thiếu sót, rất mong được sự góp ý chân thành từ thầy Em xin chân thành cảm ơn

I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.

Đông cơ đôt trong ngay nay đang phat triên rât manh me, giư vai tro quan trongtrong nhiêu nganh kinh tê quôc dân như công nghiêp, giao thông vân tai đương bô, đươngbiên, đương không cung như nhiêu nganh công nghiêp khac

Riêng vê san lương đông cơ đôt trong trong giao thông vân tai đương bô ngay naytrên thê giơi đa đat mưc 88,6 triêu xe ôtô/năm va san lương nay con co thê tăng hơn nưa.Trong nhiêu nươc công nghiêp phat triên, nganh cơ khi năng lương bao gôm ca côngnghiêp ôtô, thương đưng vi tri thư ba sau nganh điên tư công nghiêp va nganh hoa hoc Sôlương lao đông trong nganh đông cơ đôt trong va thiêt bi liên quan đên đông cơ đôt trongcung đa chiêm gân 30% lao đông toan xa hôi Qui mô nhiêu xi nghiêp hêt sưc to lơn, trơthanh nhưng tâp đoan san xuât xuyên luc đia như FORD, TOYOTA, HYUNDAI, BMW,MERCEDEC-BENZ, MAZDA, SUZIKI, CHEVROLET

Bai tâp lơn Tính toan Động Cơ Đốt Trong đươc coi như la san phẩm đâu tay cua

bai tâp lơn nay chung em co điêu kiên cung cô lai va nghiên cưu sâu hơn nhưng kiên thưc

đa hoc ơ cac môn hoc cơ sơ nganh va chuyên nganh như:

- Nguyên ly va chi tiêt may

- Sưc bên vât liêu

- Nguyên Ly Đông Cơ Đôt Trong

- Tinh toan va thiêt kê Đông Cơ Đôt Trong

II PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA ĐỘNG CƠ KOMATSU SA6D125E-3.

2.1 Tổng thể kết cấu của độEng cơ

2.2 Phân tí́ch kết cấu piston- trục khuỷu – thanh truyền (Hệ thố́ng phát lực của độEng cơ)

Nhiệm vụ của hệ thố́ng phát lực

Tiếp nhận năng lượng khí cháy, tạo thành chuyển động tịnh tiến của piston (trong xy –lanh) và biến nó thành cơ năng làm quay trục khuỷu, tạo mô – men có ích cho động cơlàm việc

2.2.1 Piston

Nhiệm vụ : Nhiệm vụ chủ yếu của piston là cùng với các chi tiết khác như xy-lanh, nắp

xy-lanh bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền lực của khí thể cho thanh truyềncũng như nhận lực từ thanh truyền để nén khí

Điều kiện làm việc:

Tải trọng cơ học lớn và có chu kỳ, áp suất lớn có thể đạt tới 120 kG/cm2, lực quán tínhlớn đặc biệt nếu là động cơ cao tốc

Tải trọng nhiệt cao vì piston tiếp xúc trực tiếp với khí cháy nên có thể đạt nhiệt độ cao từ

500 – 8000K Nhiệt độ cao khiến piston chịu ứng suất nhiệt lớn gây bó kẹt, nứt, giảm sứcbền, gây kích nổ vv…

Ma sát lớn và ăn mòn hóa học Ma sát gây nên do lực ngang nên có giá trị lớn với điềukiện bôi trơn khó khăn nên khó đảm bảo bôi trơn tốt Ăn mòn hóa học do piston thườngxuyên tiếp xúc với sản vật cháy

Yêu cầu:

Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt nhất

Có độ bền và độ cứng đủ để tránh biến dạng quá lớn và chịu mài mòn

Đảm bảo bao kín buồng cháy để công suất động cơ không bị giảm sút do hiện tượng lọtkhí từ buồng cháy xuống cacte

Tản nhiệt tốt để tránh dãn nở nhiệt quá mức khi động cơ đang làm việc, ngoài ra tránhđược hư hỏng piston do ứng suất nhiệt

Phân loại: Theo dạng đỉnh piston

Đỉnh bằng: diện tích chịu nhiệt nhỏ, kết cấu đơn giản

Đỉnh lõm: có thể tạo xoáy lốc nhẹ, tạo thuận lợi cho quá trình hình thành hỗn hợp và đốtcháy Tuy nhiên sức bền kém và diện tích chịu nhiệt lớn hơn so với đỉnh bằng.

Đỉnh chứa buồng cháy: thường gặp ở động cơ Diesel

2.2.2 Chố́t Piston: Là chi tiết nố́i Piston với thanh truyền.

Nhiệm vụ: Truyền lực tác dụng của khí thể từ piston xuống thanh truyền Chốt piston

thường có cấu tạo rỗng và được lắp lỏng với bệ chốt piston và đầu nhỏ thanh truyền

Điều kiện làm việc: Chốt piston chịu lực va đập, tuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện bôi

trơn khó khăn Chốt piston còn chịu ma sát dạng nửa ướt, chốt piston dễ bị mòn

Yêu cầu:

Chốt piston phải được chế tạo bằng vật liệu tốt để đảm bảo sức bền và độ cứng vững Bềmặt làm việc của piston cần tôi theo công nghệ đặc biệt để đảm bảo chốt có độ cứng cao,chịu mài mòn tốt

Ruột chốt phải dẻo để chống mỏi tốt Mặt chốt phải mài bóng để chống ứng suất tập trung

và khi lắp ghép với piston và thanh truyền khe hở phải nhỏ

Phân loại:

Theo kiểu lắp ghép chốt:

Cố định chốt piston trên bệ chốt piston

Cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền

Chốt piston lắp tự do

Theo hình dạng: bề mặt bên trong chốt có dạng hình trụ hoặc côn

2.2.3 Xec – măng

Nhiệm vụ : Đảm bảo piston di động dễ dàng trong xylanh Xec – măng có 2 loại là xec –

măng khí và xec – măng dầu Xec – măng khí làm nhiệm vụ bao kín buồng cháy tránh lọtkhí còn xec – măng dầu ngăn dầu bôi trơn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy

Điều kiện làm việc: Xec – măng chịu tải trọng cơ học lớn (áp lực khí cháy), chịu lực quán

tính lớn, có chu kỳ và va đập Ngoài ra xec – măng còn chịu nhiệt độ cao, ma sát lớn, ănmòn hóa học và ứng suất lắp ghép ban đầu

Yêu cầu:

Chịu nhiệt cao: đặc biệt với xec – măng khí tiếp xúc trực tiếp với khí cháy

Chịu lực va đập: vì khi làm việc lực khí thể và lực quán tính tác dụng lên xec – măng.Chịu mài mòn: khi làm việc xec – măng ma sát với các xylanh rất lớn

Phân loại: có hai loại xec – măng là xec – măng khí và xec – măng dầu.

2.2.4 Nhóm thanh truyền

Nhiệm vụ: Thanh truyền là chi tiết trung gian, trong đó đầu nhỏ lắp ghép với piston, đầu

lớn liên kết với chốt khuỷu Thanh truyền có nhiệm vụ truyền lực tác dụng từ piston đếntrục khuỷu

Điều kiện làm việc: Thanh truyền có chuyển động phức tạp bao gồm: đầu nhỏ chuyển

động tịnh tiến cùng piston, thân thanh truyền chuyển động lắc, đầu to chuyển động quaycùng với trục khuỷu Vậy thanh truyền chịu lực va đập tuần hoàn như lực khí thể, lựcquán tính của nhóm piston và của chính bản thân thanh truyền

Yêu cầu: Lựa chọn kích thước và vật liệu chế tạo hợp lý để thanh truyền chịu được các lực

va đập tuần hoàn như trên

Phân loại: Theo tiết diện thân thanh truyền.

Tiết diện hình chữ I: có sức bền đều theo hai phương, được dùng rất phổ biến từ động cơ

cỡ nhỏ đến động cơ cỡ lớn

Tiết diện hình chữ nhật, ô van: có ưu điểm là dễ chế tạo, thường dùng ở động cơ mô – tô,xuồng máy cỡ nhỏ

2.2.5 Trục khuỷu

Nhiệm vụ: Tiếp nhận lực tác dụng từ piston tạo moment quay kéo các máy công tác và

nhận năng lượng của bánh đà Sau đó, truyền cho thanh truyền và piston thực hiện quátrình nén cũng như trao đổi khí trong xylanh

Điều kiện làm việc: Trục khuỷu chịu lực T, Z do lực khí thể và lực quán tính của nhóm

piston – thanh truyền gây ra Ngoài ra trục khuỷu còn chịu lực quán tính ly tâm của cáckhối lượng quay lệch tâm của bản thân trục khuỷu và của thanh truyền Những lực nàygây uốn, xoắn, dao động xoắn và dao động ngang của trục khuỷu lên các ổ đỡ

Yêu cầu: Kết cấu trục khuỷu cần đảm bảo các yêu cầu:

Đảm bảo động cơ làm việc đồng đều, biên độ dao động của moment xoắn tương đối nhỏ.Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ

Động cơ làm việc cân bằng ít rung động

Công nghệ chế tạo đơn giản

Phân loại: có hai loại là trục khuỷu nguyên là trục khuỷu ghép.

2.2.6 Bánh đà

Nhiệm vụ: Giữ cho độ không đồng đều của động cơ nằm trong giới hạn cho phép Ngoài

ra bánh đà còn là nơi lắp vành răng khởi động và khắc vạch chia độ góc quay trục khuỷu

Yêu cầu: Trong quá trình làm việc, bánh đà tích trữ năng lượng dư sinh ra trong quá trình

sinh công (lúc này moment chính của động cơ có giá trị lớn hơn moment cản nên nó làmcho trục khuỷu quay nhanh) để bù đắp phần năng lương hao hụt trong các hành trình tiêuhao công (lúc này moment cản có giá trị lớn hơn moment chính của động cơ) khiến chotrục khuỷu quay đều hơn, giảm được biên độ dao động của tốc độ góc trục khuỷu

Phân loại: Theo kết cấu:

Bánh đà dạng đĩa: là bánh đà mỏng có moment quán tính nhỏ nên chỉ dùng cho động cơtốc độ cao

Trong động cơ đốt trong kiểu pit-tông cụm chi tiết chuyển động chính (pit-tông, thanh truyền, trục khuỷu) làm việc trên nguyên tắc sau:

- Nhóm pit-tông chuyển động tịnh tiến lên xuống truyền lực khí thể cho thanh truyền

- Nhóm thanh truyền là chi tiết chuyển động trung gian, có chuyển động phức tạp để biến chuyển động tịnh tiến của pit-tông thành chuyển động quay của trục khuỷu

- Trục khuỷu là chi tiết máy quan trọng nhất, có chuyển động quay và truyền công suất của động cơ ra ngoài để dẫn động máy công tác khác

Hinh 2.5 Các kỳ của động cơ

Theo chu kỳ lý thuyết, mỗi kỳ khởi sự ngay tại một điểm chết mà cũng chấm dứt ngay tại một điểm chết Trong động cơ bốn kỳ thì mỗi kỳ sẽ thực hiện một quá trình và có:

- Kỳ nạp/hút: pit-tông nhận năng lượng từ bánh đà thông qua kết cấu trục khuỷu và thanhtruyền dịch chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD) thực hiện quá trìnhnạp môi chất công tác

- Kỳ nén: pit-tông cũng nhận năng lượng từ bánh đà thông qua kết cấu trục khuỷu và thanhtruyền dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, thực hiện quá trình nén, thể tích xylanh nhỏ lại từ Va

đến Vc

- Kỳ sinh công: xảy ra quá trình cháy – giãn nở và sinh công Pit-tông nhận áp lực từ khícháy sinh ra trong xylanh động cơ dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD và truyền ra ngoài chothiết bị công tác thông qua cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền

- Kỳ thải/xả/thoát: pit-tông tiếp tục nhận năng lượng từ bánh đà thông qua cơ cấu truckhuỷu – thanh truyền, dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT thực hiện quá trình thải sản vật cháy rangoài

III TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ.

3.1 Số́ liệu ban đầu

 Loại động cơ: KOMATSU SA6D125E-3.

3.2 Chọn các thông số́ cho tí́nh toán nhiệt:

3.2.1 Chọn các thông số́ cho tí́nh toán nhiệt:

a) Áp suất không khí́ nạp ( Ρ

Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là t

Với động cơ 4 kỳ tăng áp:

m2)

f) Áp suất khí́ sót ( Ρ

r ):

Là một thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phẩ̉m cháy

ra khỏi xy lanh động cơ Tương tự như áp suất cuối quá trình nạp Ρ

th

Giá trị của áp suất khí sót Ρ

r phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Diện tích tiết diện thông qua của xupap xả

- Biên độ, độ cao, góc mở sớm, đóng muộn của xupap xả

- Động cơ có lắp hệ thống tăng áp bằng khí xả hay không

- Độ cản của bình tiêu âm, bộ xúc tác khí xả…

Đối với động cơ diesel: Ρ

0 Thông thường, giới hạn thấp chọn cho động cơ có tốc độ thấp, động cơ cao tốc chọn vùng giới ⇒ hạn cao.

h) ĐộE tăng nhiệt độE khí́ nạp mới ( ΔΤ ):

Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xy lanhcủa động cơ do tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ là ΔΤ

Mức độ sấy nóng khí nạp mới phụ thuộc vào tốc độ lưu thông của khí nạp, thời gian nạp dài hay ngắn, ngoài ra cũng phụ thuộc vào mức độ trên lệch nhiệt

độ giữa bề mặt tiếp xúc của xy lanh với khí nạp

Khi tăng nhiệt độ khí nạp mới mật độ của nó sẽ giảm, cho nên dùng phương pháp đặc biệt để sấy nóng hệ thống nạp của động cơ xăng chỉ có lợi trong phạm

vi mà nhiệt lượng cung cấp cho nó được lợi dụng để bốc hơi nhiên liệu Sấy nóng quá sẽ

ảnh hưởng không tốt đến lượng không khí nạp vào xy lanh Trị số tăng nhiệt độ của khí nạp

mới được biểu thị theo công thức sau:

ΔΤ=ΔΤt−ΔΤΔΤbh

t - Tăng nhiệt độ của khí nạp mới trong truyền nhiệt

ΔΤ

bh - Mức giảm nhiệt độ của khí nạp mới do bốc hơi nhiên liệu

Việc tính chính xác ΔΤ gặp nhiều khó khăn do việc tính chọn hệ số truyền nhiệt và nhiệt độ trung bình của các bề mặt tiếp xúc, hơn nữa việc xác định phần

nhiên liệu bốc hơi trong quá trình nạp rất phức tạp, nên khi tiến hành tính toán nhiệt của

động cơ người ta thường chọn trị số ΔΤ căn cứ vào số liệu thực nghiệm Đối với động cơ

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z là thông số biểu thị mức độ lợi

dụng nhiệt của quá trình cháy, hay tỷ lệ lượng nhiên liệu đã cháy tại điểm Z Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trị số ξ

z như khi tăng số vòng quay mặc dù truyền nhiệt cho vách

xy lanh có giảm đi, song do hiện tượng cháy rớt tăng nên trị số ξ

z giảm Ngoài ra hiện tượng phân giải sản phẩ̉m cháy cũng ảnh hưởng rất lớn đến hệ số ξ

z , hiện tượng này tăng làm cho ξ

z giảm

Đối với động cơ diesel, ξ

z nhỏ hơn động cơ xăng do hiện tượng cháyrớt nhiều hơn động cơ xăng Mặt khác, thành phần hỗn hợp công tác của động cơ diesel không đồng nhất

Độ bốc hơi của nhiên liệu càng tốt, quá trình tạo hỗn hợp tốt, tốc độlan tràn màn lửa càng lớn, ξ

z càng tăng

Khi tăng tải, ξ

z tăng vì lượng nhiên liệu cháy ở giai đoạn cháy chính

tăng và ngược lại

Khi tăng áp hiện tượng phân giải sản phẩ̉m cháy giảm, trị số ξ

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ( ξ

b ) phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khitốc độ động cơ càng cao, cháy rớt càng tăng dẫn đến ξ

0 (kmol) không khí Tuy

nhiên lượng không khí đi vào xy lanh Μ

1 (kmol) có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn Μ

0 Điều này được đánh giá bằng hệ số dư lượng không khí:

(ξ z)

α = Μ 1

Trong đó: Μ

1 - Lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh

Μ 0 - Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên

liệu

Hệ số α ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy:

- Hệ số α nhỏ, hỗn hợp đậm, quá trình cháy diễn ra càng dữ dội, tốc

độ cháy tăng, áp suất tăng, việc lợi dụng nhiệt càng hoàn hảo, công suất cực đại lớn nhất Tuy nhiên do hỗn hợp đậm, quá trình cháy sạch kém, suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên, ô

nhiễm khí thải tăng

- Hệ số α lớn, hỗn hợp nhạt, nhiên liệu cháy sạch, suất tiêu hao nhiên liệu giảm, tính tiết kiệm nhiên liệu tăng

Đối với động cơ đốt trong, tính toán nhiệt thường phải tính ở chế độcông suất cực đại, hệ số dư lượng không khí chọn trong phạm vi như sau: Đối vớiđộng cơ diesel

Tỷ số λ

càng lớn, lượng nhiên liệu cháy trong quá trình đẳng tích càng nhiều, áp suất cực đại càng cao, áp suất có ích trung bình tăng, suất tiêu hao

nhiên liệu giảm

- Đối với động cơ cao tốc nên tăng λ

để đảm bảo mức độ đồngđều thành phần của MCCT, độ đồng nhất của hỗn hợp

- Đối với động cơ tốc độ thấp, do mức độ đồng đều MCCT tốthơn nên λ

có thể chọn bé

Trị số λ

thường nằm trong phạm vi như sau: Đối với động cơ diesel

- Buồng cháy xoáy lốc: λ=1.35÷1 55

- Buồng cháy⇒ thống nhất: λ=1 60÷2.20

Chọn

Bảng các thông số́ cho tí́nh toán nhiệt

Tên thông số Ký hiệu Giá trị

Hệ số lợi dụng nhiệt tại z z 0.76

Hệ số lợi dụng nhiệt tai b b 0,91

Tỷ số tăng áp suất 1.7

Hệ số nạp thêm 1 1,06

Hệ số quét buồn cháy 2 0.4

IV TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ.

V KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

19TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com