Bản thuyết minh đồ án động cơ đốt trong 1RZE

§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong Lời nói đầu Ngành ô tô giữ một vai trò rất quan trọng trong hoạt động và phát triển của xã hội Ô tô được sử dụng phổ biến để phục vụ nền kinh tế quốc dân và trong lĩnh.

Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong

Lời nói đầu

Ngành ô tô giữ một vai trò rất quan trọng trong hoạt động và phát triển của xãhội Ô tô được sử dụng phổ biến để phục vụ nền kinh tế quốc dân và trong lĩnh vựcquốc phòng

Nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật và công nghệ mới đã áp dụng nhanh chóng vàocông nghệ chế tạo ô tô Các tiến bộ khoa học đó đã được áp dụng nhằm mục đíchgiảm nhẹ cường độ lao động cho người lái, đảm bảo an toàn cho xe,người, hàng hoá

và tăng vận tốc trung bình cũng như tăng tính kinh tế của xe

Nền kinh tế của nước ta đang trên đường phát triển, hiện nay nhiều loại xe đã vàđang sản xuất,lắp ráp tại Việt Nam, các thông số kỹ thuật phù hợp với điều kiện thờitiết, khí hậu và địa hình phức tạp

Ở nước ta hiện nay, sử dụng nhiều chủng loại xe khác nhau, đặc biệt chủng loại xe Toyota chiếm một lượng lớn Chính vì vậy việc tìm hiểu, đánh giá, kiểm

nghiệm các hệ thống, cụm, cơ cấu cho xe là vấn đề hết sức cần thiết, nhằm có biệnpháp khai thác sử dụng xe một cách hợp lý và có hiệu quả cao hơn

Nhiệm vụ đồ án được giao là: Tính toán kiểm nghiệm động cơ Toyota 1RZ-E ở

chế độ N eđm

Trong điều kiện thời gian có hạn nên chỉ là bước khảo sát, kiểm nghiệm đánh giámột số nội dung nhưng đây là cơ sở cho việc xem xét và so sánh thực tế khai thác sửdụng động cơ,để từng bước nâng cao chất lượng khai thác động cơ

Trong quá trình thực hiện đồ án em được sự hướng dẫn tận tình của các thầy

trong Bộ môn Động cơ đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy: Nguyễn Hà Hiệp đã giúp em hoàn thành đồ án.Tuy nhiên, do lần đầu tiên được tiếp xúc, làm đồ án về động cơ

nên trong quá trình thực hiện còn nhiều sai sót.Kính mong nhận được sự chỉ dẫn thêm

của các thầy giáo

Em xin chân thành cảm ơn

PHẦN I TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ TOYOTA 1RZ-E

1.1: Giới thiệu chung:

Động cơ Toyota 1RZ-E, do hóng xe Toyota Nhật Bản chế tạo Xe sử dụng động

cơ Đây là loại xe hạng trung, xe được sử dụng trong ngành du lịch để chở kháchĐộng cơ xăng, 4 kỳ, 4 xylanh được bố trớ một hàng

Đây là loại động cơ tạo hốn hợp bên ngoài và đốt cháy cưỡng bức Động cơ có

bộ chế hũa khớ để hũa trụn xăng cùng không khí tạo thành hỗn hợp cháy để nạp vào xylanh động cơ và có bộ đánh lửa để đốt cháy cưỡng bức hỗn hợp Động cơ sử dụng

cơ cấu phối khí kiểu xu páp treo, hệ thống làm mát bằng nước làm mát kết hợp với làm mát bằng kông khí ( Sử dụng quạt làm mát nắp ở một đầu trục khuỷu)

Một số tính năng của động cơ:

Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong

TT

(1)

Cỏc thụng số(2)

Giỏ trị(3)

Đơn vị(4)

6 Tốc độ quay ứng với mụmen xoắn lớn nhất n Memax 2600 v/ph

8 Tốc độ quay ứng với mụmen xoắn lớn nhất n Nemax 5200 v/ph

11 Dầu bôi trơn

12 Dầu thay thế

1.2 CÁC CƠ CẤU CỦA ĐỘNG CƠ.

Động cơ bao gồm ba cơ cấu chính là: Cơ cấu khuỷu trục- thanh truyền, cơ cấuphối khí và cơ cấu truyền động

1.2.1 Cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền.

Cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền của động cơ làm nhiêm vụ tiếp nhận lực do khícháy sinh ra trong buồng cháy và biến đổi chuyển động tịnh tiến lên xuống của Pistonthành chuyển động quay của trục khuỷu

Cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền gồm hai nhóm chi tiết : Nhóm chi tiết cố định

và nhóm chi tiết chuyển động Nhóm chi tiết cố định gồm thân máy, nắp xy lanh, ốnglót xy lanh và máng dầu Nhóm chi tiết chuyển động gồm nhóm Piston, thanh truyền,trục khuỷu, bánh đà

Kết cấu này có ưu điểm:

- Xy lanh được đúc liền trên cùng một vỏ thân, liền với hộp trục khuỷu làm tăng độ cứng vững, giảm biến dạng của xy lanh và ổ trục

- Giảm bớt được bề mặt lắp ghép, gia công khối thân máy đơn giản, giảm được độ dàycủa thân và hộp trục khuỷu tại vị trí vách ngăn, giảm trọng lượng khối thân máy, tiết kiệm kim loại

Để nâng cao độ cứng vững cho thân máy, ổ trục chính được đúc liền với vách ngăn, trên vách sử dụng nhiều gân tăng cứng Bố trí đủ ổ trục 4 xy lanh 5 ổ trục Hạ thấp mặt phân chia nửa trên- nửa dưới của hộp trục khuỷu so với đường tâm trục khuỷu để bắt ghép các chi tiết lên phần nửa trên để khối kim loại lớn chịu lực

Thân máy được làm mát bằng nước làm mát, có các khoang áo nước tại các vách

Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong

ngăn quanh các xy lanh Làm mát bằng nước làm mát kết hợp với quạt gió làm mát Thân máy được đúc bằng hợp kim nhôm

b: Nắp xy lanh (nắp mỏy):

Trên mặt phía dưới của nắp xy lanh có buồng cháy 1 và đế xu pỏp thải 2, xu pỏp nạp 4, cỏc lỗ lắp bugi 3 Trờn mặt thành trong, cú cỏc rónh 6 để dẫn hỗn hợp vào và các rónh 5 để tuần hoàn nước làm mát trong các áo nước của khối xy lanh Trên mặt ngoài của nắp xy lanh có các rónh để dẫn khí thải ra Trong các khoang buồng cháy của nắp xy lanh được ép các ống dẫn hướng cho xu páp nạp và thải Nắp xy lanh được

cố định với khối xy lanh bằng bu lông thông qua đệm nắp áy 7 Nắp xy lanh được dúcbằng hợp kim nhôm

1.2.1.2 Nhóm chi tiết chuyển động.

Các thông số của động cơ ở chế độ kiểm nghiệm

vị

2 2 Tốc độ quay của động cơ ứng với M emax là n Memax 2600 v/ph

Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong

PHẦN II

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ

2.1 MỤC ĐÍCH.

- Tớnh toỏn chu trỡnh cụng tỏc nhằm xác định các thông số của động cơ ở các

quỏ trỡnh trao đổi khí, quá trỡnh nộn, quỏ trỡnh chỏy và gión nở sinh cụng

- Xác định các tham số đặc trưng cho chu trỡnh cụng tỏc và sự làm việc của động cơ, đó là tham số chỉ thị và tham số có ích

- Trên cơ sở tham số của từng quá trỡnh dựng đồ thị công để làm cơ sở cho việctỡnh toỏn động lực học, tính sức bền và đồ thị mài mũn cỏc chi tiết của động cơ

- Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

- Để thực hiện cho quá trỡnh tớnh toỏn, ta chon số liệu ban đầu

- Công suất lớn nhất của động cơ Nemax =

- Hệ số dư lượng không khí : ở chế độ N emax quỏ trỡnh chỏy kiệt

giảm và do tốc độ lớn nên cản trở khí động lớn nên với ỏ = 0.85 ữ

0.90 chọn ỏ = 0,85

- Nhiệt độ môi trường: Chọn nhiệt độ trung bỡnh của moi chất ở nước ta là T= 24 o C vậy

0 K

- Áp suất môi trường: Giá trị ấp suất khí quyển ở độ cao mực nước biển là p = 1,03 10 5

lấy p 0 =

0,103 MN/m 2

- Hệ số nạp : Động cơ có cơ cấu phân phối khí xu pap treo nên = 0,75

Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong

0,75 0,82 Ở chế độ Nemax tốc độ quay lớn nên thời gian nạp ngắn

và cản trở khí động lớn, chọn =

- Áp suất cuối quỏ trỡnh thải p r: Ở chế độ N emax tốc độ quay của

động cơ cao vận tốc dũng khớ thải lớn, sức cản trờn đường thải tăng :

p r = ( 1,1  1,2) 10 5 N/m 2 Chọn p r = 0,12

MN/m 2

- Nhiệt độ cuối quá trỡnh thải T r : Ở chế độ N emax , tốc độ quay lớn

thời gian tạo hỗn hợp giảm, chỏy rớt nhiều T r tăng

= 900  1100 0

K chọn =

1100 0 K

- Độ sấy nóng hỗn hợp T: ở chế độ N emax số vũng quay trục khuỷu

lớn, vận tốc dũng khớ nạp lớn, thời gian tiếp xỳc giữa khớa nạp và

cỏc chi tiết núng giảm.

- Hệ số sử dụng nhiệt  z : Ở chế độ N emax thời gian cấp nhiệt nước làm

mát ngắn, lọt khí giảm, lọt khí giảm Nhiên liệu cháy tốt nhiệt tỏa ra

- Chỉ số dón nở đa biến trung bỡnh n 2 : ở chế độ N emax hiện tượng

cháy rớt kéo dài n 2 giảm Với n 2 = 1,23 1,27 chọn n 2 1,23

-Trọng lượng phân tử nhiên liệu nl = 114 Kg/kmol

- Chỉ số nén đoạn nhiệt của không khí k = 1,41

- Nhiệt rung riêng đẳng áp của không khí C p = 1,003 KJ/kgđộ

Áp suất của khí thải trước cửa vào tua bin khí dùng để dẫn động bơm tăng áp p p =

(0,85ữ0,92)p k chọn p p = 0,89p k

p p = 0,89.0,15 =

0,1335 MN/m 2

- Hiệu suất đoạn nhiệt của bơm tăng áp: được chọn theo

kết cấu của bơm tăng áp

= 0,72ữ0,78 chọn =

0,75

2.3 Quỏ trỡnh tớnh toỏn nhiệt:

* Qỳa trỡnh trao đổi khí.

+ Mục đích: Xỏc định các thông số cuối quá trỡnh nạp như áp suất pa và nhiệt

độ Ta.

- Hệ số khớ sút r:

Hệ số được xác định theo công thức:

Thay số vào ta được:

- Nhiệt độ cuối quá trỡnh nạp T a :

Giỏ trị của Ta được xác định theo công thức sau:

[ 0K]

Thay số vào ta được:

[ 0K]

- Áp suất cuối quỏ trỡnh nạp pa:

Giỏ trị của pa được xác định theo công thức sau

[MN/m2]Thay số vào ta được:

[MN/m2]

Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong

* Quỏ trỡnh nộn.

+Mục đích: Xác định các thông số như áp suất pc và nhiệt độ Tc cuối quỏ trỡnh nộn

- Áp suất cuối quỏ trỡnh nộn pc:

Giỏ trị của pc được xác định theo công thức sau:

pc = pa [MN/m2]

Thay số vào ta được:

[MN/m2]

- Nhiệt độ cuối quỏ trỡnh nộn Tc:

Giỏ trị của Tc được xác định theo công thức sau:

Tính toán tương quan nhiệt hóa.

Mục đích tính toán tương quan nhiệt hóa là xác định những đại lượng đặc trưngcho quá trỡnh chỏy về mặt nhiệt húa để làm cơ sở cho việc tính toán nhiệt động

- Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn một kg nhiờn liệu ở thể lỏnglà:

[Kmol/kgnl]

Trong đó:

g C , g H và g 0: là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng của Cacbon,Hydro và Oxy tương ứng chứa trong một kg nhiên liệu Trị số các thành phần đối vớinhiên liệu xăng:

Với xăng g C = 0,855; g H = 0,145 và g O = 0

Thay số vào biểu thức trên ta được:

[ Kmol / kgnl]

- Lượng không khí nạp thực tế vào xylanh ứng với 1kg nhiên liệu: Lượng không khí Mt được xác định theo công thức:

- Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết:

Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết được xác định theo công thức sau:

Thay số vào ta được:

- Hệ số thay đổi phân tử thực tế: 

Hệ số thay đổi phân tử thực tế được xác định theo công thức sau:

Thay số vào ta được:

+Tính toán tương quan nhiệt động:

- Xác định nhiệt độ cuối quá trỡnh chỏy Tz Để xác định Tz ta sử dụng phươngtrỡnh nhiệt động

Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong

(*)Trong đó:

+ cvc nhiệt dung mol đẳng tích trung bỡnh của hỗn hợp cụng tỏc ở cuối quỏtrỡnh nộn

+ cvz nhiệt dung mol đẳng tích trung bỡnh của khí thể tại điểm z

+ QT là tổn thất nhiệt do nhiờn liệu chỏy khụng hoàn toàn

Khi 0,7 ≤  ≤ 1 Nhiệt dung mol đẳng tích trung bỡnh của hỗn hợp cụng tỏc ở cuốiquỏ trỡnh chỏy

Thay số vào ta được:

- Tổn thất nhiệt do nhiờn liệu chỏy khụng hoàn toàn: QT

Giỏ trị của P được xác định theo công thức sau:

Thay số vào ta được:

- Áp suất cuối quỏ trỡnh chỏy pz được xác định theo công thức sau:

[ MN/m2]

Thay số vào ta được:

[ MN/m2]

* Tớnh toỏn quỏ trỡnh gión nở:

- Áp suất cuối quỏ trỡnh gión nở: pb

[ MN/ m2]Trong đó: ọ = = = 9,5

Thay số vào ta được:

* Kiển nghiệm kết quả tớnh toỏn:

Kiểm nghiệm kết quả theo cụng thức thực nghiệm sau:

Kết luận: với sai số giữa tớnh toỏn và kiểm tra , ta cú:

< 3%.Như vậy thông số đó chọn là hợp lý

2.4 CÁC THễNG SỐ DÁNH GIÁ CHU TRèNH CễNG TÁC VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA

Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong

Các thống số có ích là những thông số đặc trưng cho sự làm việc của động cơ

Để tính các thông số có ích ta phải tính áp suất tổn hao cơ giới trung bỡnh p cơ và

Giỏ trị của pe được xác định theo công thức sau:

pe = pi - pco [ MN/m2]

Thay số vào ta được:

[ MN/m2]

Hiệu suất cơ khí :

Giỏ trị của cơ được xác định theo công thức sau:

- Suất tiờu hao nhiờn liệu cú ớch g e :

Giỏ trị của ge được xác định theo công thức sau:

Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong

Thay số vào ta được:

-Với sai số = 2,63% < 3%, nên động cơ đảm bảo được yêu cầu như thiết kế

2.5 DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ

Mục đích của việc dựng đường đặc tính ngoài của động cơ là để biểu thị sự phựthuộc của các chỉ tiêu như công suất có ích Ne , mụ men xoắn cú ớch Me, lượng tiêuhao nhiên liệu trong một giờ Gnl và suất tiờu hao nhiờn liệu cú ớch ge vào tốc độ quaycủa trục khuỷu n(v/ph) khi bướm ga mở hoàn toàn Qua đó để đánh giá sự thay đổicác chỉ tiêu chính của động cơ khi tốc quay trục khuỷu thay đổi

Để dựng đường đặc tính, ta chọn trước thông một số giá trị trung gian của tốc độquay n trong giới hạn giữa nmin và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của Ne,

Me, ge theo cỏc biểu thức sau:

: Tốc độ quay ứng với cụng suất cú ớch lớn nhất [v/ph].

: Mô men xoắn lớn nhất ứng với tốc độ quay nN [Nm]

: Suất tiờu hao nhiờn liệu cú ớch ứng với tốc độ quay nN [g/kW

, , : Là cỏc giỏ trị biến thờn của cụng suất, mụ men xoắn và suất tiờu hao nhiờnliệu cú ớch ứng với tốc độ quay được chọn trước

Từ các thông số ban đầu và kết hợp tính toán trên ta có các thông số sau:

Công suất có ích lớn nhất tính được:

* Chọn giỏ trị của n biến thiờn từ n min = 600 [v/ph] đến n max = 5200 [v/ph] Kết

quả tớnh toỏn của , , , G nl ứng với từng giá trị của n được ghi trong bảng sau:

Bảng giỏ trị N e , M e , g e , G nl ứng với từng giỏ trị của n:

Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong

Me Ne ge Gnl

Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ:

Chọn tỷ lệ xích Ne = 0,2 [kW]/mm; Me = 2,0 [Nm]/mm

Gnl = 0,1 [kg/h]/mm ; ge = 0,4 [g/kWh]/mm n = 10 [v/ph]/mm

2.6.Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác

a Khỏi quỏt:

Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn quá trỡnh của chu trỡnh cụng tỏc xảy ra trongXylanh động cơ trên hệ tọa độ p-V Việc dựng đồ thị được chia ra làm hai bước:

+)Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết

+) Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết để được đồ thị công chỉ thị thực tế

Đồ thị công chỉ thị lý thuyết được dựng theo kết quả tính toán chu trỡnh cụng tỏc khichưa xét đến các yếu tố ảnh hưởng của một số quá trỡnh làm việc thực tế trong động

Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong

Đồ thị công chỉ thị thực tế là đồ thị đó kể đến các yếu tố ảnh hưởng khác nhau nhưgóc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm nhiên liệu, góc mở sớm và đóng muộn xupapcũng như sự thay đổi thể tích khi cháy

Theo kết quả phần tớnh toỏn nhiệt, ta cú:

-Nhiệt độ cuối quỏ trỡnh nạp:

- Áp suất cuối quỏ trỡnh nộn:

Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong

Theo bảng 5-1: Các giá trị tối ưu của pha phối khí

Mở sớm (f) Đóng muộn (a o ) Mở sớm (b ’ ) Đóng muộn (d)

Đồ thị công chỉ thị của động cơ

Tỷ lệ xớch: =0,032(Mpa/mm)

=0,0029(dm3/mm)

Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong

PHẦN III TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC

Phần tính toán động lực học nhằm xác định quy luật biến thiên của lực khí thể, lực quán tính và hợp lực tác dụng lên piston khi cũng như các lực tếp tuyến và pháp tuyến tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu Trên cơ đó xây dựng đồ thị véc tơ lực (phụ tải) tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu, cổ trục và bạc đầu thanh truyền cũng như đồ thị mài mũn bề mặt Từ cỏc đồ thị véc tơ phụ tải, ta biết được một cách định tính tỡnh trạng chịu lực của bề mặt và mức độ biến thiên của tải thông qua hệ số

va đập Phần này bao gồm các nội dung sau:

3.1.Triển khai đồ thị công chỉ thị p -V thành đồ thị công lực khí thể P k tỏc dụng lờn Piston, theo gúc quay :

Đồ thị công chỉ thị thể hện sự biến thiên áp suất tuyệt đối bên trong Xylanh theo

sự thay đổi thể tích của xylanh trong suốt một chu trỡnh cụng tỏc (hai vũng quay củatrục khuỷu- tương ứng với 4 hành trỡnh của Piston đối với động cơ 4 kỳ)

Lực khí thể được tạo bởi sự chênh áp suất giữa bề mặt trên và dưới đỉnh Piston

và được xác định như sau:

[MN]

Trong đó:

p : ỏp suất khớ thể trong Xylanh [MPa];

p0 : ỏp suất phớa dưới đỉnh Piston [MPa]

Chọn p0=0,103[MPa] áp suất môi trường

D: Đường kính danh nghĩa của Piston, [m]