ĐỒ ÁN TK ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG - 2017

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong: hệ thống phân phối khí LỜI MỞ ĐẦU 1 PHẦN 1: NHIỆM VỤ - ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC – YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 5 1.1 NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 5 1.2 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC 5 1.3 YÊU CẦU 6 PHẦN 2: NÊU PHƯƠNG ÁN – CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU THEO YÊU CẦU 8 2.1 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ TRỤC CAM 9 2.2 PHƯƠNG ÁN DẪN ĐỘNG TRỤC CAM 10 2.3 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XUPAP 12 2.4 PHƯƠNG ÁN DẪN ĐỘNG XUPAP 13 2.5 PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU NẤM XUPAP 14 2.6 PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU CON ĐỘI 15 2.7 PHƯƠNG ÁN BIÊN DẠNG CAM 16 2.8 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 16 PHẦN 3: TÍNH TOÁN NHIỆT 17 3.1. GIỚI THIỆU TÍNH TOÁN NHIỆT 17 3.1.1 Mục đích tính toán 17 3.1.2 Chế độ tính toán 18 3.2. CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ 18 3.2.1. Loại động cơ 18 3.2.1 Công suất (Ne) 19 3.2.2 Số vòng quay (n) 19 3.2.3. Chọn số xylanh (i) 19 3.2.4. Tỷ số nén (ε) 19 3.2.5 Các thông số kết cấu 19 3.3 CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TÍNH TOÁN NHIỆT 20 3.3.1 Áp suất không khí nạp ( ) 20 3.3.2 Nhiệt độ không khí nạp mới 20 3.3.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp ( ) 20 3.3.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp ( ) 20 3.3.5 Áp suất cuối quá trình nạp ( ) 20 3.3.6 Chọn áp suất khí sót (pr) 21 3.3.7 Nhiệt độ khí sót (Tr) 21 3.3.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (T) 21 3.3.9 Chọn hệ số nạp thêm 1 21 3.3.10 Chọn hệ số quét buồng cháy 2 21 3.3.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t 21 3.3.12 Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm Z (Z) 22 3.3.13 Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm b (b) 22 3.3.14 Chọn hệ số dư lượng không khí  22 3.3.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (d) 22 3.3.16 Chọn tỷ số tăng áp 22 3.4 TÍNH TOÁN NHIỆT 23 3.4.1 Quá trình nạp : 23 3.4.2 Quá trình nén : ( Đoạn 1-2) 24 3.4.3 Quá trình cháy : (Đoạn 2-3) 25 3.4.4 Tính toán quá trình giãn nở : (Đoạn 3-4) 27 3.4.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình 28 3.4.6 Tính thông số kết cấu của động cơ 29 3.4.7 Bảng kết quả tính toán 30 3.4.8 Vẽ đồ thị công chỉ thị 31 PHẦN 4: THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG 35 4.1 TƯƠNG TÁC VỚI CÁC HỆ THỐNG KHÁC 35 4.2 ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 35  Thông số góc đóng mở xupap 36 4.3 TÍNH TOÁN, CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CỦA CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ. 36 4.3.1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỦA TIẾT DIỆN LƯU THÔNG 36 4.3.2.XUPAP NẠP 38 4.3.3.XUPAP THẢI 39 4.3.4.ỐNG DẪN HƯỚNG XUPAP 40 4.3.5 CAM NẠP 41 4.3.6 CAM THẢI 44 4.3.7 CON ĐỘI 47 4.3.8 LÒ XO XUPAP 51 4.3.9 BỘ DẪN ĐỘNG TRỤC CAM 51 PHẦN 5: THIẾT KẾ KỸ THUẬT 55 5.1 QUY DẪN KHỐI LƯỢNG CÁC CHI TIẾT MÁY 55 5.2 TÍNH TOÁN LÒ XO XUPAP 56 5.3 TÍNH BỀN TRỤC CAM 57 5.4 TÍNH BỀN CON ĐỘI 61 5.5 TÍNH BỀN XUPAP 62 PHẦN 6: QUY TRÌNH THÁO LẮP, ĐIỀU CHỈNH, BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 63 6.1 QUY TRÌNH THÁO LẮP 63 6.2 NHỮNG HƯ HỎNG, PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA, SỬA CHỮA VÀ BẢO DƯỠNG CÁC CHI TIẾT 64 6.2.1 NHỮNG HƯ HỎNG 64 6.2.2 PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA, PHÂN LOẠI 64 6.2.3 KIỂM TRA VÀ SỬA CHỮA CÁC CHI TIẾT 66 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay, động cơ đốt trong xuất hiện trongnhiều lĩnh vực quan trọng của xã hội như: sản xuất công nghiệp, nông nghiệp đặc biệt làgiao thông vận tải Ở các cường quốc công nghiệp đều có một nền công nghiệp sản xuất,chế tạo động cơ tiên tiến, không những để đáp ứng nhu cầu trong nước mà còn để xuấtkhẩu

Việt Nam có nền khoa học công nghệ chưa mạnh bằng các quốc gia tiên tiến,chưa thể tự sản xuất được những động cơ tốt, công suất lớn nhưng không vì thế mà chúng

ta xem nhẹ việc nghiên cứu, chế tạo động cơ đốt trong Hiện nay, nhờ sự tập trung nghiêncứu cũng như chuyển giao công nghệ, chúng ta đã có thể sản xuất được các động cơdiesel cỡ nhỏ và trong tương lai sẽ ngày càng hoàn thiện hơn

Trong chương trình đào tạo kỹ sư ô tô của khoa Kỹ Thuật Giao Thông, trườngĐại học Bách Khoa TP HCM, đồ án môn học Thiết kế động cơ đốt trong là một môn họcđặc biệt quan trọng, nhằm trang bị cho sinh viên về phương pháp luận để thiết kế động cơđốt trong cũng như những hiểu biết sâu sắc về kết cấu và tính toán thiết kế động cơ Đểgiúp sinh viên vận dụng những lý thuyết đã học cũng như để làm quen với trình tự thiết

kế động cơ theo như thực tế ở bên ngoài, qua đó hoàn thiện được kiến thức chuyên ngành

và kỹ năng của mình

Vì đây là lần đầu tiên thực hiện một đồ án chuyên ngành về động cơ đốt trong nên

chắc chắn chúng em không tránh khỏi những sai xót, chúng em kính mong Thầy Đinh Quốc Trí và các thầy trong bộ môn Ô tô – Máy động lực Trường ĐH Bách Khoa TP Hồ

Chí Minh góp ý và chỉ ra những thiếu xót, khuyết điểm của chúng em trong Đồ án này,

để chúng em rút kinh nghiệm và hoàn thiện tốt hơn kiến thức chuyên ngành của mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của Thầy Đinh Quốc Trí cũng

như các thầy trong bộ môn Ô tô – Máy động lực và các bạn cùng khóa học đã giúp đỡchúng em hoàn thành đề tài đồ án môn học Thiết kế động cơ đốt trong!

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thiện Tâm

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

PHẦN 1: NHIỆM VỤ - ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC – YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 5

1.1 NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 5

1.2 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC 5

1.3 YÊU CẦU 6

PHẦN 2: NÊU PHƯƠNG ÁN – CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU THEO YÊU CẦU 8

2.1 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ TRỤC CAM 9

2.2 PHƯƠNG ÁN DẪN ĐỘNG TRỤC CAM 10

2.3 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XUPAP 12

2.4 PHƯƠNG ÁN DẪN ĐỘNG XUPAP 13

2.5 PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU NẤM XUPAP 14

2.6 PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU CON ĐỘI 15

2.7 PHƯƠNG ÁN BIÊN DẠNG CAM 16

2.8 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 16

PHẦN 3: TÍNH TOÁN NHIỆT 17

3.1 GIỚI THIỆU TÍNH TOÁN NHIỆT 17

3.1.1 Mục đích tính toán 17

3.1.2 Chế độ tính toán 18

3.2 CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ 18

3.2.1 Loại động cơ 18

3.2.1 Công suất (Ne) 19

3.2.2 Số vòng quay (n) 19

3.2.3 Chọn số xylanh (i) 19

3.2.4 Tỷ số nén (ε)) 19

3.2.5 Các thông số kết cấu 19

3.3 CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TÍNH TOÁN NHIỆT 20

3.3.1 Áp suất không khí nạp (p0 ) 20

3.3.2 Nhiệt độ không khí nạp mới 20

3.3.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp (p k) 20

3.3.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (T k ) 20

3.3.5 Áp suất cuối quá trình nạp (p a) 20

3.3.6 Chọn áp suất khí sót (pr) 21

3.3.7 Nhiệt độ khí sót (Tr) 21

3.3.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (T) 21

3.3.9 Chọn hệ số nạp thêm 1 21

3.3.10 Chọn hệ số quét buồng cháy 2 21

3.3.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t 21

3.3.12 Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm Z (Z) 22

3.3.13 Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm b (b) 22

3.3.14 Chọn hệ số dư lượng không khí  22

3.3.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (d) 22

3.3.16 Chọn tỷ số tăng áp 22

3.4 TÍNH TOÁN NHIỆT 23

3.4.1 Quá trình nạp : 23

3.4.2 Quá trình nén : ( Đoạn 1-2) 24

3.4.3 Quá trình cháy : (Đoạn 2-3) 25

3.4.4 Tính toán quá trình giãn nở : (Đoạn 3-4) 27

3.4.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình 28

3.4.6 Tính thông số kết cấu của động cơ 29

3.4.7 Bảng kết quả tính toán 30

3.4.8 Vẽ đồ thị công chỉ thị 31

PHẦN 4: THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG 35

4.1 TƯƠNG TÁC VỚI CÁC HỆ THỐNG KHÁC 35

4.2 ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 35

 Thông số góc đóng mở xupap 36

4.3 TÍNH TOÁN, CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CỦA CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 36

4.3.1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỦA TIẾT DIỆN LƯU THÔNG 36

4.3.2.XUPAP NẠP 38

4.3.3.XUPAP THẢI 39

4.3.4.ỐNG DẪN HƯỚNG XUPAP 40

4.3.5 CAM NẠP 41

4.3.6 CAM THẢI 44

4.3.7 CON ĐỘI 47

4.3.8 LÒ XO XUPAP 51

4.3.9 BỘ DẪN ĐỘNG TRỤC CAM 51

PHẦN 5: THIẾT KẾ KỸ THUẬT 55

5.1 QUY DẪN KHỐI LƯỢNG CÁC CHI TIẾT MÁY 55

5.2 TÍNH TOÁN LÒ XO XUPAP 56

5.3 TÍNH BỀN TRỤC CAM 57

5.4 TÍNH BỀN CON ĐỘI 61

5.5 TÍNH BỀN XUPAP 62

PHẦN 6: QUY TRÌNH THÁO LẮP, ĐIỀU CHỈNH, BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 63

6.1 QUY TRÌNH THÁO LẮP 63

6.2 NHỮNG HƯ HỎNG, PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA, SỬA CHỮA VÀ BẢO DƯỠNG CÁC CHI TIẾT 64

6.2.1 NHỮNG HƯ HỎNG 64

6.2.2 PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA, PHÂN LOẠI 64

6.2.3 KIỂM TRA VÀ SỬA CHỮA CÁC CHI TIẾT 66

KẾT LUẬN 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

PHẦN 1: NHIỆM VỤ - ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC – YÊU CẦU CỦA

HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ

1.1 NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ

-Nhiệm vụ của cơ cấu phân phối khí là điều khiển quá trình thay đổi môi chất công tác: bắt đầu từ việc thải sạch khí cháy trong các xylanh ra ngoài ở kỳ xả và nạp đầy hỗn hợp khí nạp (động cơ xăng) hay không khí sạch (động cơ diesel) vào các xylanh ở

kỳ nạp để động cơ làm việc được liên tục

- Ngoài ra, trong những hệ thống phân phối khí sử dụng trục cam, trục cam còn có thể có nhiệm vụ truyền moment quay đến bộ chia điện, đảm bảo truyền tín hiệu đánh lửa đúng cho từng xylanh (động cơ xăng)

-Nhiệm vụ cụ thể hơn của từng chi tiết như sau:

 Xupap: Đóng vai trò như là một cái van, có nhiệm vụ đóng mở để hút hòa khí vào

xy lanh trong quá trình nạp và mở ra để thải sản phẩm cháy ra ngoài xy lanh Kết cấu xupap gồm:

+Thân xupap: Có nhiệm vụ dẫn hướng xupap.

+ Đuôi xupap: có hình dạng đặc biệt để lắp ghép với đĩa lò xo.

+ Nấm xupap: tạo tiết diện lưu thông cho dòng khí nạp thải

 Lò xo xupap: Lò xo xupap có tác dụng giữ cho xupap ép kín với mặt đế, đảm bảo

xupap chuyển động theo đúng quy luật của cam phân phối khí, đảm bảo trong quá trình đóng mở xupap không có hiện tượng va đập trên mặt cam

 Ống dẫn hướng: Dùng để dẫn hướng cho thân xupap chuyển động lên xuống và

tạo điều kiện bôi trơn cho thân xupap

 Con đội: Là chi tiết máy truyền lực trung gian, đồng thời chịu lực nghiêng cho

xupap do cam gây ra trong quá trình dẫn động

 Cò mổ: Là chi tiết truyền lực trung gian, một đầu tiếp xúc với đũa đẩy (hoặc tiếp

xúc với trục cam) còn một đầu tiếp xúc với đuôi xupap

 Trục cam: Có nhiệm vụ dẫn động xupap đóng mở theo quy luật.

1.2 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC

- Chịu va đập

- Chịu tải trọng động và thay đổi đột ngột

- Chịu tải trọng nhiệt lớn (xupap thải).

- Chịu ma sát, mài mòn lớn và bị ăn mòn hóa học

- Truyền động thông qua nhiều chi tiết trung gian

- Bôi trơn khó khăn

 Nấm xupap:

-Mặt nấm xupap chịu phụ tải động và phụ tải nhiệt rất lớn

-Chịu tác động của lực khí thể

-Chịu va đập mạnh với đế xupap

-Chịu tải trọng nhiệt

-Chịu nhiệt độ cao và ăn mòn hóa học

 Yêu cầu của hệ thống:

- Đảm bảo đóng mở đúng thời gian quy định để thải sạch nạp đầy

- Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông

- Đảm bảo đóng kín buồng cháy của động cơ trong các kỳ nén, nổ và xupap thải không mở trong quá trình nạp.

- Trong quá trình làm việc ít gây ra tiếng ồn do va chạm

- Hệ thống phải được bôi trơn và làm mát tốt

- Tất cả các chi tiết phải đủ bền, chịu được mài mòn, va đập

- Dễ hiệu chỉnh và sửa chữa

- Đảm bảo giải nhiệt tốt cho xupap (đặc biệt là xupap thải)

Ngoài ra các chi tiết cũng phải đảm bảo yêu cầu của nó:

 Xupap: Tạo ra được tiết diện lưu thông lớn cho phép dòng khí dễ dàng di chuyển qua, chịu nhiệt độ tốt, sức bền cơ học cao, chống ăn mòn hóa học

 Nấm xupap: Chịu được nhiệt độ cao, chịu va đập tốt.

 Thân xupap: Dẫn hướng chính xác, chịu nhiệt độ cao, chịu lực nghiêng khi

xupap đóng mở

 Đế xupap: Phải tạo được sự kín khít cho buồng cháy, chịu va đập tốt, chịu

được nhiệt độ cao

 Ống dẫn hướng: Dẫn hướng chính xác, có khả năng thoát nhiệt tốt

 Lò xo xupap: Dập tắt được hiện tượng va đập trên bề mặt cam, độ cứng và độ

bền va đập cao, độ bền mỏi tốt, chịu nhiệt và chống gỉ tốt

 Trục cam:Chịu xoắn, chịu uốn tốt, bề mặt vấu cam phải có khả năng chống mài mòn cao

Cò mổ:thiết kế cánh tay đòn nhỏ để giảm lực quán tính,chọn vật liệu có độ

bền mỏi tốt

PHẦN 2: NÊU PHƯƠNG ÁN – CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

THEO YÊU CẦU

Trang 7

BỐ TRÍ

DẪN ĐỘNG TRỤC CAM BÁNH RĂNG XÍCH ĐAI RĂNG

BỐ TRÍ

- Dễ bảo trì ,sửa chữa.

- Ở tốc độ thấp tạo Moment cao hơn DOHC

-Giá thành thấp hơn

- Kết cấu động cơ sẽ rất phức tạp nếu nhiều xupap trên một

xy lanh-Tiêu tốn xăng hơn

-Moment và công suất ở tốc

- Tăng hiệu suất nhiệt

- Tăng công suất

- Thay đổi pha phối khí dễ dàng nên

dễ ứng dụng công nghệ van biến thiên

-Xupap không bị quá nóng và tăng sức bền

-Giảm ô nhiễm khí xả

-Tiết kiệm nhiên liệu

-Moment và công suất thấp hơn SOHC khi ở tốc độ thấp

- Tăng khối lượng động cơ và cồng kềnh hơn

CON ĐỘI THỦY LỰC

CON ĐỘI CON LĂN

CON ĐỘI HÌNH TRỤ

BIÊN DẠNG CAM LỒI LÕM TUYẾN TIẾP

- Phải bôi trơn

XÍCH

- Kết cấu đơn giản , gọn nhẹ

- Khoảng cách trục có thể lớn

- Hiệu suất khá cao

- Giá thành chế tạo cao-Ồn khi làm việc

- Phải có cơ cấu căng xích

- Phải bôi trơn

- Bảo dưỡng thường xuyên

ĐAI RĂNG - Làm việc êm, không bị trượt, không

cần bôi trơn và phù hợp hơn với khoảng cách trục lớn

- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ

- Tuổi thọ thấp hơn

- Cần có cơ cấu căng đai

Hình 1: Cách bố trí trục cam kiểu SOHC và DOHC

- Nhẹ nên giảm lực quán tính giúp tăng tuổi thọ của các chi tiết kết cấu.

- Dễ kiểm tra,điều chỉnh khe hở nhiệt của các xupap.

- Dẫn động xupap phức tạp

- Tăng chiều cao động cơ

- Kết cấu nắp xylanh phức tạp, khó chế tạo

-Có khả năng xupap va chạm với đỉnh piston

XUPAP

ĐẶT

- Kết cấu nắp xylanh đơn giản

- Dẫn động xupap dễ dàng

- Rút ngắn chiều cao động cơ

- Buồng cháy không gọn

- Diện tích truyền nhiệt lớn

- Hiệu suất nhiệt giảm, tăngtổn thất khí động

- Tiêu hao nhiên liệu nhiều

- Khó tăng tỷ số nén

2.4 PHƯƠNG ÁN DẪN ĐỘNG XUPAP

Hình 5: Phương án bố trí xupap treo và xupap đặt

2.5 PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU NẤM XUPAP

NẤM BẰNG

- Chế tạo đơn giản

- Có thể dùng cho cả xupap nạp và xupap thải

- Khả năng lưu thông của dòng khí nạp và thải khôngtốt lắm

NẤM LÕM

- Cải thiện khả năng lưu thông của dòng khí nạp vào xylanh

- Tăng độ cứng vững cho nấm xupap

- Khó chế tạo và bề mặt chịu nhiệt lớn, dễ bị quá nóng

2.6 PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU CON ĐỘI

- Ma sát nhỏ, phản ánh chính xác quy luật chuyển động nâng hạ của cam

- Kết cấu phức tạp

- Khả năng làm việc phụ thuộc rất nhiều vào chất lượngdầu nhờn

-Giá thành cao

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

2.7 PHƯƠNG ÁN BIÊN DẠNG CAM

CAM LỒI

- Có trị số thời gian-tiết diện lớn nhất nên khả năng nạp thải tốt hơn - Có gia tốc dương lớn nhất nên

gây ra va đập nhiều hơn

2.8 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

 Ta thiết kế trục cam nằm trên nắp máy: một trục cam nạp và một trục cam xả

 Trục cam dẫn động từ trục khuỷu qua bộ truyền đai răng

 Xupap treo, có 4 xupap cho 1 xylanh (2 nạp, 2 thải); hệ thống gồm 16 xupap chiathành 2 dãy nạp thải độc lập nhau, đường góp nạp thải nằm về 2 phía của động cơ

 Xupap loại nấm bằng

 Xupap được dẫn động gián tiếp qua con đội hình trụ ( còn gọi là chén đội)

 Biên dạng cam lồi

 Trục cam đúc liền khối, bánh đai trục cam được gắn vào đầu trục cam bằng then bằng

 Bôi trơn hệ thống bằng áp lực dầu được đẩy lên nhờ bơm dầu (bơm dầu dẫn động từ trục khuỷu) , một số chi tiết phải có đường dẫn dầu để bôi trơn cưỡng bức đối với cổ trục cam và bôi trơn nhỏ giọt lên bề mặt vấu cam

+ Quá trình nạp+ Quá trình nén+ Quá trình cháy + giãn nở+ Quá trình thải

Mỗi quá trình trên được đặc trưng bởi các thông số trạng thái là nhiệt độ, áp suất,thể tích của môi chất công tác (MCCT) ở đầu và cuối của quá trình Trên cơ sở lýthuyết của nhiệt động lực học kỹ thuật, nhiệt động hóa học, lý thuyết động cơ đốttrong xác định giá trị của các thông số nêu trên

Tiếp theo ta tính các thông số đánh giá tính năng của chu trình gồm các thông số chỉthị và các thông số có ích của chu trình công tác như: áp suất chỉ thị trung bình p i ,

áp suất có ích trung bình p e , công suất chỉ thị N i , công suất có ích N e , hiệu suất

e

 và suất tiêu hao nhiên liệu ge của động cơ, …

Cuối cùng, bằng kết quả các quá trình tính toán nói trên ta xây dựng giản đồ côngchỉ thị của động cơ và đây là các số liệu cơ bản cho các bước tính toán động lực học

và thiết kế sơ bộ cũng như thiết kế kỹ thuật toàn bộ động cơ

Trong tính toán kiểm nghiệm động cơ cho trước, việc tính toán nhiệt có thể đượcthay thế bằng cách đo đồ thị công thực tế trên động cơ đang hoạt động nhờ cácphương tiện, các dụng cụ đo ghi kỹ thuật hiện đại Tuy nhiên với phương pháp tínhtoán dựa trên cơ sở lý thuyết nhiệt động hóa học trong động cơ đốt trong, người tacũng có thể tiến hành khảo sát những chỉ tiêu động lực và chỉ tiêu kinh tế của cácđộng cơ đã có sẵn này với kết quả đáng tin cậy

Toàn bộ quá trình tính toán nhiệt tuân theo tài liệu Hướng dẫn đồ án môn học Động

Cơ Đốt Trong[1]

Đối với động cơ cao tốc, chế độ tính là chế độ công suất lớn nhất thường được chọn để tính, vì ở đó các lực khí thể và quán tính đều lớn Các chế độ tính toán phải

tiến hành đối với phụ tải toàn phần ứng với lượng cung cấp nhiên liệu lớn nhất, vì ở

đó trạng thái nhiệt của động cơ và phụ tải cơ học cao nhất

Những chế độ tính toán khác như: chế độ tải cục bộ, khi thay đổi thành phần hỗn hợp cháy, thay đổi góc đánh lửa hoặc góc phun sớm nhiên liệu chỉ tiến hành khi cần

khảo sát riêng biệt

Giá trị của áp suất lớn nhất và áp suất trung bình có thể chênh lệch nhau khoảng5÷10% Điều này do các yếu tố như điều kiện khí động của quá trình nạp, sự biếnđộng của quá trình cung cấp nhiên liệu, tạo hỗn hợp và cháy… chi phối

3.2 CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ

3.2.1 Công suất (Ne)

Cần lựa chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu của máy công tác Tuy nhiên, công suất thiết kế của động cơ còn phải phù hợp với tiêu chuẩn nhà nước quy định

về dãy công suất của động cơ

Chú ý: đối với động cơ xăng là công suất có ích lớn nhất Nemax

Chọn số xylanh cần căn cứ vào điều kiện sau:

- Điều kiện cân bằng của động cơ và khả năng dùng đối trọng đơn giản để cân bằng các lực quán tính và moomen quá tính

- Độ đồng đều tốc độ quay trục khuỷu

- Yêu cầu về kích thước bên ngoài, điều kiện lắp ghép ở nơi sử dụng động cơ

- Đảm bảo động cơ gọn nhẹ, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo nhưng thân máy và hộp trục khuỷu phải có độ cứng vững lớn nhất để giảm hao mòn cho các xylanh, piston, trục khuỷu và ổ trục khuỷu

3.2.4 Tỷ số nén (ε))

Đối với động cơ xăng, ε) được quy định bởi tính chống kích nổ của nhiên liệu được

đặc trưng bởi chỉ số octan Tỷ số nén càng lớn đòi hỏi chỉ số octan của nhiên liệu càng lớn Khi giảm phụ tải, khí sót tăng, nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới giảm, tính chống kích nổ tăng Do đó, động cơ làm việc ở chế độ phụ tải nhỏ thường được thiết kế với ε) cao hơn so với động cơ làm việc ở chế độ toàn tải

3.3 CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TÍNH TOÁN NHIỆT

3.3.1 Áp suất không khí nạp (p0 )

- Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển :

3.3.2 Nhiệt độ không khí nạp mới

- Nước ta khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là tkk=29oC

- Do đó: To = (tkk + 273)K = 29+273 = 302 K [1]

3.3.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp (p k)

- Động cơ bốn kỳ không tăng áp: pk = po = 0,1013 MN/m2 [1]

(Do kết cấu của đường ống nạp đơn giản, trở lực và tổn thất do ma sát nhỏ nên xem như bằng 0)

3.3.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (T k )

- Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp Tk = To = 302 K [1]

(Trong quá trình làm việc xylanh nóng nên truyền nhiệt ra bên ngoài họng nạp là gia nhiệt cho không khí ngoài họng nạp nóng lên một lượng)

3.3.5 Áp suất cuối quá trình nạp (p a)

- Đối với động cơ không tăng áp, áp suất cuối quá trình nạp thường nhỏ hơn áp suất khí quyển

Do có tổn thất trên ống nạp và bầu lọc gây nên cụ thể là do tổng thất áp tỷ lệ thuận với số vòng quay của trục khuỷu mà động cơ ta dùng có số vòng quay cao nên tổng thất áp nhiều mà pa= po-pk=(0,8-0,95)po nên ta chọn:

pa = 0,9.po = 0,09117 MN/m2 [1]

3.3.6 Chọn áp suất khí sót (pr)

- Đối với động cơ xăng chọn pr = 0,12 MN/m2 [1]

(Pr Phụ thuộc vào tổn thất áp, tổn thất áp tỷ lệ thuận với số vòng quay trục khuỷu,

mà động cơ ta sử dụng là động cơ cao tốc vì thế tổng thất áp sẽ lớn do vậy ta chọn

pr=0,11 đối với động cơ xăng)

3.3.7 Nhiệt độ khí sót (Tr)

(Do động cơ ta làm việc với tốc độ cao vì thế lượng khí cháy sẽ khó thải hết ra ngoài trong thời gian ngắn  lượng khí sót còn tồn động lại  Nhiệt độ khí sót cònlại sẽ cao Tr = (900-1100)K Nên ta chọn 1050K)

3.3.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (T)

- Chọn T = 20 oC

(Là độ tăng nhiệt độ do thành xylanh tỏa ra gia nhiệt cho lượng hòa khí nạp vào bồncháy thông thường T = 0-30 oC do động cơ ta dùng là cao tốc vì thế nhiệt do làm việc buồng cháy khá cao do vậy ta chọn T = 20 oC)

Chọn : 1 = 1,05 [1]

3.3.10 Chọn hệ số quét buồng cháy 2

- Động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy nên chọn 2 = 1 [1]

3.3.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t

- Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp  và nhiệt

độ khí sót Trd dựa vào thực nghiệm để tính toán nên ta chọn:

- Đối với động cơ xăng  = 0,92 ta chọn t =1,15 [1]

3.3.12 Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm Z (Z)

- Là thông số số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá trình cháy, hay tỷ lệ lượng nhiên liệu đã cháy tại điểm Z

- Dựa trên phân tích tổng thể các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số lợi dụng nhiệt như mức độ hòa trộn, hiện tượng cháy rớt… ta có giới hạn thực nghiệm Z = 0,75-0,92

do động cơ ta sử dụng là cao tốc vì thế khả năng hòa trộn không cao và hiện tượng cháy rớt tăng vì thế ta chọn:

Z = 0,865 [1]

3.3.13 Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm b (b)

- Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b b phụ thuộc vào nhiều yếu tố, Khi tốc độ động cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, mà động cơ ta sử dụng là cao tốc sẽ dẫn đến b không lớn nên:

Căn cứ theo bảng 1,8 chọn b = 0,95 [1]

3.3.14 Chọn hệ số dư lượng không khí 

- Lượng không khí đi vào xy lanh M1có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn Mo.

- Trong đó: M1- lương không khí thực tế nạp vào xylanh

Mo- lượng không khí lý thuyết cần thiết đốt cháy 1kg nhiên liệu

- Do động cơ ta dùng là động cơ xăng chọn hệ số  thông thường nằm trong khoảng

 = 0,85-0,95

3.3.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (d)

- Hệ số điền đầy đồ thị công đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực

tế so với đồ thị công tính toán đươc lựa theo hệ số kinh nghiệm đối với động cơ xăng d = 0,93-0,97

pp

p

 

- Trong đó: pz - áp suất cuối quá trình cháy

pc - áp suất cuối quá trình nén

- Đối với động cơ cao tốc thì tỷ số này nên tăng để đảm bảo mức độ đồng nhất của hỗn hợp tuy nhiên do động cơ dùng với mức đích để cắt cỏ nên yêu cầu này không thật sự cần thiết và để kết cấu của máy máy được bền hơn thông thường tỷ số p =3-

10,5.1,05 1,15.1.

10.5 1 302 20 0,1013 0,09117 0,8569

p

a

T T

P P

r a

r

1,5 1 1,5

p

T ΔTλγTT λ γT T

pT

bằng nhau ta được giá trị : n1 = 1,3724

3.4.3 Quá trình cháy : (Đoạn 2-3)

Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu xăng.

với QH = 43960 kJ/kg,QH 4915, 2 kJ/kg nl Thế mcvc, mcvz vào, giải phương trình ta được giá trị Tz = 3042,39 K

Áp suất cuối quá trình cháy.

Xác định chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2

● Ở nhiệt độ từ 1200 – 2600 K, sai khác của tỷ nhiệt không lớn lắm do đó ta cóthể xem: a’vb = a’vz ; bb = bz ; và  = z ta có :

( Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở )

● Giải hệ phương trình trên bằng cách thay dần từng cặp các giá trị n2 và Tb vàocác phương trình giải bằng cách lặp lại nhiều lần, ta nhận được giá trị :

T

T 1109,9

b r

K p

p

[1]

Vậy nhiệt độ khí sót chọn lúc ban đầu là chấp nhận được

3.4.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình

Áp suất chỉ thị trung bình tính toán p i

Hiệu suất tổn thất cơ giới

43960.0,1013.0,8569

i k i

43960.0,1013.0,8569

e k e

e h

e e

N V

p n i



 = 4 - số chu kỳ của động cơ

i = 1 - số xylanh của động cơ

ne = 6000 v/p - số vòng quay của động cơ

i g

Ne =79 kW - công suất động cơ

pe = 1,065 MN/m2 - áp suất có ích trung bình

Đường kính piston

3 3

4 4.0,37087

0,747884,7

75

h V D



trong đó  là thông số kết cấu, đã được chọn trước,+ Từ tâm O’ ta vẽ các tia hợp với đường kính nửa vòng tròn tâm O đã vẽ ở trênnhững góc nói trên, Các góc này có thể chọn theo động cơ tham khảo,

+ Từ giao điểm các tia cắt nửa vòng tròn tâm O đã vẽ ở trên ta đóng các đườngsong song với trục tung cắt đồ thị công và từ các điểm này ta xác định được cácđiểm (c’, r’, a’, b’, r”) trên đồ thị công,

+ Hiệu đính phần đường cong của quá trình cháy trên đồ thị công, ở động cơxăng áp suất cực đại (điểm z’) có tung độ pz’= 0,85 pz

+ Điểm z” là trung điểm đoạn thẳng qua điểm z’ song song vớI trục hoành và cắtđường cong giãn nở,

+ Điểm c” lấy trên đoạn cz’ với cc”= cz’/3,

Điểm b” là trung điểm của đoạn ab,

+ Dùng thước cong nối liền tất cả các điểm xác định trên thành một đường congliên tục ta được đồ thị công chỉ thị của đông cơ tính toán

+ Bảng các trị số áp suất của MCCT của quá trình nén và dãn nở tính toán củađộng cơ :

Vxn dm3 pxn MN/m2 pdn MN/m20.03904 2.297828484 8.77910.04004 2.219436942 8.5100843410.04954 1.657097465 6.5487657380.05004 1.634416005 6.4683405520.05954 1.287532 5.2227657840.06004 1.272839594 5.169297830.06954 1.040453767 4.3145254430.07004 1.030273742 4.276656742

0.07954 0.865250804 3.6570613970.08004 0.857841464 3.6289706350.08964 0.73433146 3.1568161680.08984 0.732088854 3.1481708760.09004 0.729858061 3.1395684060.10044 0.62818695 2.7444581750.10994 0.554911267 2.4556173150.11044 0.55146633 2.4419444670.11994 0.492419696 2.206162810.12044 0.489616334 2.194898350.12994 0.441168978 1.9991354650.13044 0.438849797 1.9897102570.14044 0.396542069 1.816834470.14994 0.362473686 1.6762404790.15094 0.359182018 1.6625858060.15994 0.331737798 1.5482233550.16094 0.328912214 1.5363945840.16994 0.305244586 1.4368917890.17094 0.302796588 1.4265554050.17994 0.282207397 1.3392700630.18094 0.280069106 1.3301680370.18994 0.262018814 1.2530410370.19094 0.260137367 1.2449707790.19994 0.244202969 1.1763749020.20094 0.242536634 1.169175250.30094 0.139328459 0.7112680140.40991 0.09117 0.486283574

PHẦN 4: THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG

4.1 TƯƠNG TÁC VỚI CÁC HỆ THỐNG KHÁC

 Hệ thống bôi trơn:

Hình 10: Đồ thị công chỉ thị

-Trục cam chịu ma sát mài mòn cho nên cần có điều kiện bôi trơn để giảm ma sát,

phải có đường dầu dẫn trong trục cam

-Đảm bảo áp suất nhớt bôi trơn vừa đủ để việc bôi trơn được tối ưu

-Không gian phía trên nắp máy rộng rãi,thuận tiện cho việc thiết kế các góc đặtxupap,tăng kích thước xupap, đảm bảo buồng cháy được tối ưu,thuận tiện cho việc ápdụng các hệ thống điều khiển đóng mở xupap thông minh

4.2 ĐỘNG CƠ THAM KHẢO

 Thông số động cơ xe Toyota 1NZ-FE

Nhiên Liệu: xăng

Kiểu động cơ: 4 xylanh thẳng hàng

Thứ Tự Nổ: 1-3-4-2

Công suất cực đại: 79 kW- 6000 vòng/phút

Moment xoắn cực đại: 139 N.m - 4200 vòng/phút

 Góc đóng trễ xupap thải: β2 =20

 Góc trùng điệp: 230

Bảng Kê: Các chi tiết

lượng

Con đội 16 cái Bánh xích cam thải 1 cái

Lò xo xupap 16 cái Bánh đai trục khuỷu 1 cái

Ống hẫn hướng 16 cái

Gối đỡ cam nạp 5 cái

4.3 TÍNH TOÁN, CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CỦA CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ.

4.3.1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỦA TIẾT DIỆN LƯU THÔNG

Căn cứ vào điều kiện lưu động ổn định và liên tục của dòng khí,ta có:

v k i f k γ k=v p F p γ p

Trong đó:

- vk [m/s] : Tốc độ trung bình của dòng khí chảy qua họng đế xupap

- fk [cm2] : Tiết diện lưu thông của họng đế xupap

- dh [mm] : Đường kính họng đế xupap

- i : Số xupap

- k ,p : mật độ của dòng khí ở họng xupap và ở trong xylanh,

thường k = p

- vp [m/s]: tốc độ bình quân của piston:

 Kích thước của tiết diện lưu thông

-Đường kính mặt ngoài xupap nạp: d1n

-Góc của mặt nấm xupap: Chọn α = 45

-Đường kính họng đế xupap    

24

d f

lt = (2,5 – 3,8) d1n ,chọn lt = 2,5.d1n = 75 (mm)

 Đuôi xupap

-Mặt côn phía ngoài móng ngựa đuôi xupap : chọn góc côn = 80

 Đế xupap :

-Chiều dày = (0,08 – 0,15) dh = 0,13 => Chiều dày = 0,08.18,3= 2 (mm)

-Chiều cao = (0,18 – 0,25) dh = 0,25 => Chiều cao = 0,2.30,2= 6 (mm)

 Hành trình Xupap nạp

Khi α = 450 : hn max ≈ 0,31 dhn = 0,31.30,2= 8,05 (mm)

4.3.3.XUPAP THẢI

 Kích thước của tiết diện lưu thông

- Đường kính mặt ngoài xupap thải: d1t