1.4/HE THONG LAM MAT: 1.4.1/Lý do phải làm mát động cơ: Trong quá trình làm việc tại thì nô thì nhiệt độ của buồng đốt khoảng 2500 °C.Nhiét dé sé được truyền đến các chỉ tiết tiếp xúc v
Trang 1DO AN DO DOT TR HD:HOA D
LOI NOI DAU
Trong bỗi 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 nên công nghiệp ôtô nói riêng rất là quan trọng Cụ thể hơn thì nền công nghiệp ôtô đã góp phân tất nhiều trong các ngành nông nghiệp ,công nghiệp ,dịch vụ ,và đặc biệt là khả năng
di chuyển rất linh động đã làm cho phân lớn người dân Việt Nam đã chọn ôtô xe máy làm phương tiện di chuyên qua đó thúc đây ngành công nghiệp ôtô phát triển.Qua đó bản thiết kế “ĐÔ ÁN ĐỘNG CƠ ĐÓT TRONG” đã giúp chúng ta
phân 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 cầu động cơ đề thiết kế Chúng em xin chân thành cảm on thay Hoang Ngoc Duong
đã chỉ dẫn chúng em trong quá trình làm đồ án.Hi vọng thầy có thể có góp ý giúp chúng em đề chúng em có thê rút kinh nghiệm trong những bán thiết kế tiếp theo
Trang 2DO AN DO DOT TR
CHUONG I: GIOI THIEU CHUNG VE DONG CO
1/GIOI THIEU DONG CO THIET KE VA LUA CHON PHUONG AN:
1.1/DAC DIEM DONG CO THIET KE:
-Động cơ thiết kế là động cơ 4 kì,4 xy lanh được bố trí thăng hàng (14)
+Công suất danh nghĩa: N„=90Kw
+Tốc độ vòng quay danh nghĩa :n=3800 (v/ph)
Duoc su dung trén xe 6t6 KIA BONGO III/TC-J3TK
1.2/TO CHUC QUA TRINH CHAY:
1.2.1/Loai nhién liéu:
-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)
rung độn
a q Bom nhién liéu
Page 2
Trang 3DO AN DO DOT TR HD:HOA D
a/Hé thong nhién liéu:
Nhiên liệu được bơm điện hút nhiên liệu từ bình chứa qua lưới lọc trên bơm đây 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 khiến:
Cảm biến tốc độ động cơ
Cảm biên lưu lượng khí nạp
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát F—————>ểệ thông đánh lửa
| | +> Diéu khiên cầm chừng Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
c/Hệ thong nap khi:
Khéng khi +B6 loc khiDo luu lugng khi nap > Buém ga > buéng đốt
1.3/CO CAU PHOI KHI:
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/Yéu cau:
-Nạp đây và thải sạch muôn vậy xuppap phải mởi sớm và đóng muộn
-Dam bảo kín buôn đôt trong thì nén và nô
-Đóng mở đúng thời gian quy định
Trang 4DO AN DO DOT TR HD:HOA D
-Độ mở đề 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 cầu phối khí sử dụng:
Sử dụng cơ câu phối khí dạng trực tiếp cam đội xuppap ( hai trục cam rời)
-Uu diém: đơn giản,làm việc êm không gây tiêng ôn vì lúc này không còn tiêng ôn gây ra bởi cò mô,đũa đây,con đội
-Nhược điểm: khó chế tạo
CAM LOBE CAMSHAFT
SHIM
BUCKET
TAPPET
RETAINER VALVE
VALVE SPRING
VALVE CLOSED
Cơ cấu phân phối khí có xupáp treo, trục cam đặt trên nắp xupáp
l_xupáp xả; 2-l6 xo xupap; 3—truc cam; 4—dia tua; 5—buléng điêu chỉnh;
6—than xupap rong; 7-vanh tua; 8—mat tru; 9-dia tựa lò xo
Cơ câu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupáp thê hiện trên hình vẽ trên Khi trục cam đặt trên nắp xylanh và cam trực tiếp điều khiến việc đóng, mở xupáp, không thông qua con đội, đũa đây, đòn gánh Loại này có xupáp rỗng, ghép
1.3.4/Phương pháp dẫn động:
Page 4 SVTH: Nhóm 14 DHOT3
Trang 5DO AN DO DOT TR HD:HOA D
Phuong phap dan dong truc cam la phuong phap dan động gián tiếp sử dụng day curoa đê truyên chuyên động từ trục khuỷu tới hai côt cam
Vì những ưu điểm sau:
-Truyền động êm không gây tiếng ồn
-Dễ tháo lắp
-Gia thành rẽ
1.3.5/Phương pháp điều chỉnh khe hở nhiệt:
Bulông 5 đẳng 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)°C vì vậy các đường ren đễ bị kẹt do han ri
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 bên 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 dé khe
hở nhiệt lớn một chút, khi mòn càng lớn hơn, nên có thê có tiếng gõ khi máy làm việc,
nhưng cấu tạo đơn giản, làm việc an toàn
1.4/HE THONG LAM MAT:
1.4.1/Lý do phải làm mát động cơ:
Trong quá trình làm việc tại thì nô thì nhiệt độ của buồng đốt khoảng 2500
°C.Nhiét dé sé được truyền đến các chỉ 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 chị tiết này bị đốt nóng mãnh liệt: nhiệt độ của đỉnh pIftông khoảng 600°C, nhiét
độ nắm xuppap 900°C Nhiét độ các chỉ tiết cao sẽ gây ra các hậu quả như:
-Phụ tải nhiệt các chỉ tiết lớn làm giảm sức bền ,giảm độ cứng vững và tuôi 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 nỗ
Trang 6DO AN DO DOT TR HD:HOA D
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 ôn 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 bồ sung kịp thời.Nhưng vẫn đề ở đây là nếu không có nguồn nước bố 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 thông làm mát loại này nước lưu động tuân 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 At bé,khi tốc độ tăng At 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
Page 6 SVTH: Nhóm 14 DHOT3
Trang 7
a)
Sơ đô 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 đây 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 lam mát kiểu kín vì sau khi đi qua két nước làm mát nước lại trở về động cơ thành một chu trình khép kín
Page 7 SVTH: Nhóm 14 DHOT3
Trang 8DO AN DO DOT TR HD:HOA D
1.4.4/Dung dich lam mat:
Chọn dung dịch làm mát là dung dịch abro (Mỹ) 129.000đ/1can 3,8 lit
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 băng nhiên liệu
1.5/HE THONG BOI 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 chỉ tiết chuyển động lẫn nhau
- Tây rữa các bề mặt ma sát:vì trong quá trình hoạt động sự ma sát giữa các chi tiệt làm phát sinh các mạt sắt nên dâu bôi trơn sẽ rửa các bê mặt này và sẽ được lọc sạch tại bâu lọc thô va loc tinh
-Làm mát cho động cơ: ngoài nước làm mắt dâu nhờn cung có chức năng làm mắt nó sẽ chuyên một phân nhiệt lượng sinh ra ở piftông ,ở các ô 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 kiêu năm ngang.Nên hiện nay ít được sử dụng
Bôi trơn Phương pháp vung té dau
b/Bôi trơn cưỡng bức:
Page 8 SVTH: Nhóm 14 DHOT3
Trang 9+Bôi trơn cưỡng bức cac te khô: loại này khác loại cac te ướt ở chỗ bình đựng dầu đặt bên ngoài đới với kiêu thiết kế này có ưu điểm là dầu không bị thiêu hụt dù dộ nghiêng lớn vì vậy thích hợp cho máy ủi,tàu thủy,máy kéo Nhược điểm là kết câu phức tạp chiếm không gian lớn
Vì vậy ta chọn hệ thống bôi trơn cưỡng bức cac te ướt
1.5.3/Cầu tạo ,sơ đồ ,Nguyên lý hoạt đông:
Hệ thông 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 cô 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 câu phối khí
-Khi nhiệt độ của dầu lên cao quá 80°C vi độ nhớt giảm nên van điều khiến 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 6n định
Trang 10DO AN DO DOT TR HD:HOA D
CHUONG II: TINH TOAN NHIET DONG CO DOT TRONG
1/CHON CAC THONG SO CHO TRUOC CUA DONG CO:
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 nang né,céng kénh,nhiéu chi tiét doi 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
Chọn thiết kế động cơ có 4 xy lanh (i=4) thắng hàng vì:
-Tạo ra sự đồng đều khi trục khuỷu quay
-Vì sô xy lanh là chẵn nên việc dùng đôi trọng để cân bang lực quán tính và moment quan tinh sé dê dàng hơn
Trang 11DO AN DO DOT TR HD:HOA D
, £ R R _
-Ty so _ A=—-=0,25 +0,29 chọn 2 =0,25
2/CHỌN CAC THONG SO TINH TOAN NHIET:
2.1/Ap suat không khi nap po:
po =0,1013 MN/m hay pọ = 1,03 bar ([2],27)
2.2/Nhiệt độ không khí nạp mới Tụ:
tụ¿=29°C (là nhiệt độ không khí trung bình ở nước ta)
= To=291273=302 ”K
2.3/Áp suất khí nạp trước xuppap nạp (p,):
Đối với động cơ 4 kì tăng áp thì Dụ > po
2.5/Áp suất cuối quá trình nạp p„:
Đối với động cơ tăng áp áp suất cuỗi quá trình nạp p; phải bé hơn áp suất khí
quyền pọ thường xác định bằng công thức thực nghiệm:
Trang 12pO AN DC DOT TR HD:HOA D
Ap, là áp suất thất thoát qua xuppap xả ,đường ống xả
Thông thường p; được xác định theo công thức thực nghiệm:
2.8/Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới:
Khi khí nạp mới được hút vào xy lanh thì trong qua trình di chuyên tiếp xúc với thành vách xy ống nạp,xuppap nên nhiệt độ khí nạp sẽ tăng lên giá trị AT
Đối với động cơ diesel : AT = (5+30) °K (2-4) ([2],32)
2.10/Hệ số quét buồng cháy 4,:
Đối với động cơ tăng áp do không có quét buông cháy thì chọn 4,=l
2.11/Hệ sô dư lượng không khí ø:
0
Với Mụ là số kmol không khí cần đốt cháy hết 1kg nhiên liệu
Page 12 SVTH: Nhóm 14 DHOT3
Trang 13độ 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 điesel tăng áp thì
a=1,7+ 2,2 ([2].34)
Chon a=1,9
2.12/Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt 2:
Đối với động cơ diesel z=1,9 thì chọn 4=1,11 ([2],32)
2.13/Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (é):
2.15/Hệ số điền đầy đồ thị công (ø,):
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
Q, =0,9-0,96 ((2],34)
Trang 14trong dé : p, la ap suất cuỗi quá trình cháy
Po la ap suât cuôi quá trình nén
đối với động cơ diesel: 2, =1,6+2,44 ((2],35)
chọn 4, =2
9 Ap suat khi nap trudc xuppap nap | p, 0,15 bar
10 Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp | Ty 336 °K
14 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới AT 15 °K
18 Hệ sô hiệu đính tỷ nhiệt A, 1,11
19 Hệ sô lợi dung nhiét tai z é 0,8
20 Hé sé loi dung nhiét tai b E, 0,85
Page 14
SVTH: Nhóm 14 ĐHOT2
Trang 153/TINH TOAN NHIET:
3.1/Qua trinh nap:
Trong do: ¢=6; T, =336 °K; AT=15°K;
pa=0,927 bar; px=1,5 bar; pr=1,12 bar;
Trang 16DO AN DO DOT TR HD:HOA
T, =336 °K; A T=15°K; T,=900 °K
Vay 7, =0,022 € (0,02+0,07) dong co diesel
-Nhiệt độ cuỗi quá trình nạp:
-Áp suất cuỗi quá trình nén: 7Ø, = p,-€" (2138)
Với pạ=0,927 bar, e=22
n¡ là chỉ nén đa biến trung bình n¡=l,34-1,37 ([1],33)
Trang 17pO AN DC DOT TR HD:HOA D
-Mục đích của việc tính toán quá trình cháy là để xác định áp suất cuối quá trình cháy p„ và nhiệt độ cuối quá trình cháy Tạ
-Đề 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 để cho việc tính
Trang 183.3.2/Giai đoạn tính toán tương quan nhiệt động:
-Nhiệt độ cuối quá trình cháy ta xác định như sau:
ễ QO, — —
—°zXH— +( =§314. )T.= 8 (u +8,314).7
Với Qụ là nhiệt trị thấp của nhiên liệu
Qu cua diesel 1a : Qu=42500(KJ/kgnl) ({1],36)
Ta đã tính được ¢, =0,8 ;M\=0,94 (Kmol/kgnl); z =0,022 ;Tc=917,5 °K; ø=1,033
+ _„= 20,223+1,742.1 0”; (KJ/kmolđộ) ([11,50)
Thay giá trị của T ta tính được /„„ = 20,223 +1,742.10”.917,5 = 21,82
+ M,,, =18,423 + 2,596a + (1,55+1,38a)10°.7, (KJ/kmold6) ([1],50)
Trang 19Vậy ta tính được: Ty=1086°K ; py=4,1 bar
= T5902 = 1086°K ([2],42) véi nạ là chỉ số giãn nỡ đa biến trung bình
Trang 20DO AN DO DOT TR HD:HOA D
4/CAC THONG SO DANH GIA CHU TRINH CONG TAC VA SU LAM VIEC CUA DONG CO:
4.1/Các thông số chỉ thị:
4.1.1/Ap suat chi thị trung bình tính toán p„:
Trang 22ĐÔ AN DC DOT TR HD:HOA D
4.2.4/Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:
Trang 23DO AN DO DOT TR HD:HOA D
4
+M _ 3.10 53,6 = 134,6(Nm)
z.3800