động-cơ-đốt-trong-Văn-Toàn_-1 (1)

Qua đồ án này giúp sinh viên chúng em nắm được các lực tác dụng ,công suất của động cơ và điều kiện đảm bảo bền của một số nhóm chi tiết ôtô , máy kéo.. Thanh truyền: Có nhiệm vụ nối pit

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Sinh viên thực hiện : HOÀNG VĂN TOÀN Lớp : 64DCOT01

Giáo viên hướng dẫn : LÊ VĂN KHÁNH

Vĩnh Yên ngày… tháng… năm 2016

LỜI NÓI ĐẦU

Ôtô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại cá nhâncũng như vận chuyển hành khách , hàng hoá rất phổ biến Sự gia tăng nhanh chóng sốlượng ôtô trong xã hội , đặc biệt là các loại ôtô đời mới đang kéo theo nhu cầu đào tạo rấtlớn về nguồn nhân lực phục vụ trong ngành công nghiệp ôtô nhất là trong linh vực thiết

kế

Sau khi học xong giáo trình ‘ động cơ đốt trong ’ chúng em được tổ bộ môn giaonhiệm vụ làm đồ án môn học Vì bước đầu làm quen với công việc tính toán , thiết kếôtô nên không tránh khỏi những bỡ ngỡ và vướng mắc Nhưng với sự quan tâm , độngviên , giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn , cùng giáo viên giảng dạy vàcác thầy giáo trong khoa nên chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đồ án trong thờigian được giao Qua đồ án này giúp sinh viên chúng em nắm được các lực tác dụng ,công suất của động cơ và điều kiện đảm bảo bền của một số nhóm chi tiết ôtô , máy kéo

Vì thế nó rất thiết thực với sinh viên nghành công nghệ kỹ thuật ôtô

Tuy nhiên trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng rất nhiều không tránh khỏi nhữngthiếu sót Vì vậy chúng em rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của cácthầy , các bạn để em có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn và cũng qua đó rút ra đượcnhững kinh nghiệm quý giá cho bản thân nhằm phục vụ tốt cho quá trình học tập và côngtác sau này

Em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu qua về động cơ

Động cơ R330 là loại động cơ được sử dụng trên máy xúc với 6 xylanh,.1 hàng,tăng áp, buồng cháy thống nhất, sử dụng nhiên liệu là diesel với công suất lớn

Với động cơ R330 có các thông số cơ bản như sau :

+ Đường kính xilanh: D = 120 (mm)

+ Số xilanh i = 6

+ Suất tiêu hao nhiên liệu: ge =215 (g/ml.h)

+ Số vòng quay : n = 2200 (vòng/phút)

Đối với loại động cơ 6 xy lanh bố trí thẳng hàng : đây là động cơ đơn giản nhất đạt được

sự cân bằng cơ khí cả chính yếu lẫn thứ cấp nên độ dao động gần như bằng không Nhờnhững ưu điểm này, chi phí sản xuất động cơ tương đối thấp và nó cũng hoạt động êm áihơn hẳn các động cơ thẳng hàng ít xy lanh hơn Tuy nhiên, nhược điểm của chúng là quádài nên không thể sử dụng cho xe dẫn động cầu trước Động cơ này thường có dung tíchtrên 2,5 lít

a Khối thân xi lanh:

Là chi tiết chính và có khối lượng lớn nhất trong các chi tiết của động cơ Nhiệm vụcủa khối thân xi lanh là tạo vị trí gá lắp cho các chi tiết khác như trục khuỷu, trục cam, xylanh, nắp máy, Ngoài ta khối thân xi lanh cùng với các-te tạo thành khoang chứa dầubôi trơn, cùng với nắp máy, lót xi lanh tạo thành khoang chứa nước làm mát cho động cơ.Khối thân xi lanh của động cơ R330 được chế tạo bằng gang xám, có kết cấu thân chịulực

Kết cấu ống lót xi lanh thể hiện trên hình.

Bề mặt công tác của ống lót xilanh sẽ tạo thành bề mặt dẫn hướng cho pittông

c Nắp xilanh:

Nắp máy được chế tạo bằng hợp kim nhôm AL-4

Nắp máy được dùng để đậy kín phía trên của xi lanh và kết hợp với xi lanh tạo nênbuồng cháy

Nắp máy còn là nơi gá lắp các chi tiết khác như: xupáp, giàn cò mổ, tạo ra các rãnh

để đưa hỗn hợp vào xi lanh và các đường thải để thải sản phẩm cháy ra bên ngoài

Nắp máy và khối thân xi lanh được cố định với nhau bởi các bu lông, giữa chúng cóđệm làm kín

1.2.1.2 Nhóm chi tiết chuyển động

a Pít tông:

Được chế tạo bàng hợp kim nhôm nhằm giảm khối lượng và lực quán tính

Cấu tạo chính của pittông gồm 3 phần chính: đỉnh pittông, đầu pittông và thânpittông

Đỉnh pittông cùng với nắp xilanh tạo thành buồng cháy ơ đầu pittông có tiện rảnh

để lắp vòng găng.Thân pittông có 2 vấu có lổ để lắp chốt pittông Để cải thiện sự mài ràgiữa pittông với ống lót xilanh và ngăn ngừa thân pittông khỏi bị xước người ta phủ lớpthiếc

b Các vòng găng:

Trên pittông được lắp 2 loại vòng găng là vòng găng khí và vòng găng dầu.Cácvòng găng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy của động cơ và để dẩn nhiệt từ đỉnhpittông ra thành ống lót xilanh.Vòng găng dàu có nhiệm vụ san đều dầu trên bề mặt làmviệc và gạt dầu bôi trơn thừa từ mặt gương xilanh về cácte Khi lắp vào píttông miệngvòng găng khí phải lệch nhau 900

c Chốt pittông:

Có nhiệm vụ nối pittông với đầu nhỏ thanh truyền.Chốt pittông được chế tạo bằngthép hợp kim,có dạng hình trụ rổng,mặt ngoài được gia công tinh luồn qua bạc đầu nhỏthanh truyền và gối lên 2 bệ chốt cua pittông Chốt pittông được lắp kiểu bơi,2 đầu chốt

có 2 khóa hảm để hạn chế dịch chuyển dọc trục.Chốt pittông được nắp căng trên bệchốt,do đó khi lắp cần phải nung nóng pittông trong dầu 80 đến 900C.

d Thanh truyền:

Có nhiệm vụ nối pittông với chốt khuỷu của trục khuỷu và truyền lực khí thể từpittông cho trục khuỷu từ hành trình giản nở và ngược lại ở các hành trìnhnạp,nén,thải.Kết cấu thanh tryuền được thể hiện trên (hình 8).Trong quá trình làm việcthanh truyền thực hiện 2 chuyển động phức tạp:

Tịnh tiến dọc theo đường tâm xilanh

Chuyển động lắc tương đối so với trục của chốt

Trên thân và nửa dưới có đánh dấu khi lắp thì phải chú ý mặt có dấu quay về phíađầu động cơ

Trong lắp ráp để đảm bảo cân bằng, khối lượng của thanh truyền chênh lệch khôngquá 6 đến 8 gam

e.Trục khuỷu:

Có nhiệm vụ truyền lực khí thể từ pittông, lực quán tính của các khối lượng chuyểnđông tình tiến và quay của các chi tiết cơ cấu thanh truyền,sau đó tạo momen quay.Trụckhuỷu được chế tạo bằng vật liệu có độ bền cao

Các cổ khuỷu được làm rổng tạo thành nhữmg khoang để chứa cặn bẩn của dầunhờn.Khi động cơ làm việc dưới tác dụng của lực li tâm,những phần tử nặng trong dầu vàcặn bẩn do mài mòn các chi tiết máy,lắng đọng trong các khoang đó.Khi tháo mở động

cơ người ta mở nút (2) ra để thải bỏ cặn bẩn và cọ rửa sạch

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1.1 Trình tự tính toán.

2.1.1.1 Các thông số ban đầu:

1- Kiểu động cơ: R330 Động cơ Diesel 1 hàng, tăng áp, buồng cháy thống nhất.2- Số kỳ: τ = 4 (kỳ)

17- Khối lượng thanh truyền: mtt = 3,9 (kg)

18- Khối lượng nhóm piston: mpt = 3,4 (kg)

2.1.1.2 Các thông số cần chọn:

Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ Với động cơ tăng

áp ta chọn pk = 0,12 MPa

Nhiệt độ môi trường được lựa chọn theo nhiệt độ bình quân của cả năm Với động

cơ tăng áp ta có nhiệt độ môi trưòng bằng nhiệt độ trước xupáp nạp nên:

Tk = T0 = 240C = (2970K)

Áp suất pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại động cơ, hệ số cản trênđường nạp, tiết diện lưu thông…Vì vậy cần xem xét động cơ đang tính thuộcnhóm nào để lựa chon pa.

Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi:

8 Hệ số quét buồng cháy λ 2 :

Động cơ tăng áp chọn λ2 =1

9 Hệ số nạp thêm λ 1 :

Hệ số nạp thêm λ1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí Thông thường có thểchon: λ1 =1,02 ÷ 1,07, chọn λ1 =1,02

10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (z ):

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (z ) phụ thuộc vào chu trình công tác của động

cơ, thể hiện lượng nhiệt phát ra đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháyhoàn toàn 1kg nhiên liệu

Với động Diesel ta thường chọn z =0,70÷0,85, chọn z =0,728

11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (b ):

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b b tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay động cơ

Diesel Với động cơ Diesel ta thường chọn b = 0,80÷0,90, chọn

2.Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a :

Nhiêt độ cuối quá trình nạp Ta được tính theo công thức:

r

pa

Tk T t r Tr

pr1

g p Tke e



(kmol/kg nhiên liệu)

Trong đó: p e là áp suất có ích trung bình được xác định theo công thức :

30.Ne

pe

.n.iVh



Vh là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức:

2.S D

Vh  4 (lít)

2 h

5.Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M 0 :

Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0 được tínhtheo công thức:

(kmol/kg nhiên liệu)Đối với nhiên liệu của động cơ Điêzen ta có:

C=0.87; H=0,126 ;O=0,004Thay các giá trị vào ta có:

126 , 0 12

87 , 0 21 , 0

1

=0,4946 (kmol/kg nhiên liệu)

Đối với động cơ diesel cần phải xét đến hơi nhiên liệu ,vì vậy:

M1 M0

2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình cuả sản phẩm cháy:

Khi hệ số dư lượng không khí  >1 ,tính theo công thức sau:

3 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén tính theocông thức sau:

2

  (kJ/kmol độ)av'=19,836; bv'/2=0,00211/2

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu và thông số vậnhành như kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải trạng thái nhiệt độcủa động cơ …Tuy nhiên n1 tăng giảm theo quy luật sau:

Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ làm cho n1 tăng

Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định bằng cách giải phương trình:

vế phải =0,3678 thoả mãn điều kiện

Áp suất cuối quá trình nén pc được xác định theo công thức sau:

n1

p c  p a 

1,3678

p c  0,11.18  5,73 (MPa)

6 Nhiệt độ cuối quá trình nén T c :

Được xác định theo công thức:

1 n1

T c  T a  

1,3678 1

T 382,3.18 c    1106,86 (0K)

Lượng môi chất công tác của quá trìng nén Mc được xác định theo công thức:

Mc=M1+Mr=M1.(1+r)Thay các giá trị vào ta có: Mc =0, 46.(1 0,028) 0, 47  (kmol/kg nhiên liệu)

2.1.2.3 Tính toán quá trình cháy:

1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết 0:

Ta có hệ số thay đổi phân tử lý thuyết  0 được xác định theo công thức:

.

) 32 4

(

1

M

O H

2 Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: (Do khí sót)

Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác định theo công thức:

Ta có hệ số thay đổi phân tử thưc tế tại điêm z (z) được xác định theo côngthức:

10

728 , 0

Ta có lượng sản vật cháy M2 được xác định theo công thức:

1 0 1

2      

  (kmol/kg nhiên liệu)

M2=1,07.0,46= 0,49 (kmol/kg nhiên liệu)

5 Nhiệt độ tại điểm z (T z ):

Đối với động Diesel, nhiệt độ tại điểm z (Tz ) bằng cách giải phương trình cháysau:

+ T = β T

Trong đó :

Q : là nhiệt trị của dầu điezel ,Q =42,5 10 ( kJ/kgn.l )

:là tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy tại z là :

6 Áp suất tại điểm Z( p z ):

Ta có áp suất tại điểm Z( pz) được xác định theo công thức:

Pz = λ.Pc =1,2 5,73 = 8,59 (MPa)

Chú ý: Hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông số chọn ,sau khi tính toán hệ sốgiản nở  (ở quá trình giản nở) phải bảo đảm   , λ được chọn sơ bộ trong khoảng1,5÷2 Chọn λ = 1,5

2.1.2.4 Tính toán quá trình giản nở:

3 Chỉ số giản nở đa biến trung bình n 2 :

Ta có chỉ số giản nở đa biến trung bình n 2 được xác định từ phương trình cânbằng sau :

)10(

2

.1

314,81

1

* 2

b z

vz vz b z r

H z

T T M

vế trái = 0,2438 sai số =0,0902 % <0,2%

vế phải = 0,3340 thỏa mãn điều kiện

4 Áp suất cuối quá trình giản nở p b :

Áp suất cuối quá trình giản nở p b được xác định theo công thức:

5 Tính nhiệt độ khí thải T rt :

Nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức:

m m

b

r b rt

p

p T T

1,5 1 1,5 rt

% 100

rt T

T T T

2.1.2.5 Tính toán các thông số chu kỳ công tác:

Với động cơ Diesel áp suất chỉ thi trung binh pi được xác định theo công thức:

,

1 2

1 1 1

1 1

1 1

1

c

i

n n

i p

p    0,86.0,92 0,79 (MPa)

Trong đó d là số hiệu đính đồ thị công Chọn theo tính năng và chủng loại động cơ

3 Suất tiêu hao nhiên liệu g i :

Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi:

g= =

3432.10 0,8.0,12

H i i

Q

g

10 6 ,





33,6.10

.1000 0, 221(%)

383, 67.42500

5 Áp suất tổn thất cơ giới p m :

Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và được biểu diễnbằng nhiều quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ Ta có tốc độ trung bìnhcủa động cơ là :



Theo số thực nghiệm có thể tính pm theo công thức sau :

Đối với động Diesel cao tốc (vtb > 7 ) nên :

p m  0 , 015  0 , 0156 v tb  0,015 0,0156.10,63 0,181   (Mpa)

Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo công thức:

m i

e p p

p   0,79 0,181 0,609  (MPa)

7 Hiệu suất cơ giới m:

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới :

8 Suất tiêu hao nhiên liệu g e :

Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là :

a, Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén :

- Phương trình đường nén đa biến :

P.V = const

Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường nén thì :

P V = P V

P = P = P =

n : Chỉ số nén đa biến trung bình n = 1,3678

P : Áp suất cuối quá trình nén P = 5,73 ( MPa)

b, Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở :

- Phương trình của đường giãn nở đa biến :

n : Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n = 1,2438

P : Áp suất tại điểm z : P = 8,59 (MPa)

c, Chọn tỷ lệ xích phù hợp và các điểm đặc biệt :

- Vẽ đồ thị P-V theo tỷ lệ xích : μv =gtbd 120gttt  1

μp =gtbdgttt 301

Ta có V = V + V = 0,097 + 1,64 = 1,737 ( dm3)

Quá trình nén Quá trình giãn nở

Giá trị biểudiễn V

in1

Px=

Giá trịbiểudiễn

in1

Px = P

Giá trị biểudiễn

Vì giá trị biểu diễn Vmax – giá trị biểu diễn Vmin = 210-10 = 200 (mm)

Thông số kết cấu của động cơ là:

1 ) Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp : (điểm a)

Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải β , bánkính này cắt đường tròn tại điểm a’ Từ a’ gióng đường thẳng song song với trụctung cắt đường P tại điểm a Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa đường

P và trục tung ) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trìnhnạp

2 ) Hiệu định áp suất cuối quá trình nén : ( điểm c’)

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm (động cơ điezel )

và hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng ) nên thường chọn áp suất cuối quá

trình nén lý thuyết P đã tính Theo kinh nghiệm , áp suất cuối quá trình nén thực

tế P’ được xác định theo công thức sau :

Vì đây là động cơ điezel :

P’ = P + ( P - P ) = 5,73 + ( 8,59-5,73 ) = 6,68 ( MPa )

Từ đó xác định được tung độ điểm c’trên đồ thị công :

y = = 6,68

0,033 = 200,5 (mm )

3 ) Hiệu chỉnh điểm phun sớm : ( điểm c’’ )

Do hiện tương phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lýthuyết tại điểm c’’ Điểm c’’ được xác định bằng cách Từ điểm O’ trên đồ thị Brick taxác định được góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm θ, bán kính này cắt vòng trònBrick tại 1 điểm Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tạiđiểm c’’ Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’

4 )Hiệu đính điểm đạt P thực tế

Áp suất p thực tế trong quá trình cháy - giãn nở không duy trì hằng số như động

cơ điezel ( đoạn ứng với ρ.V ) nhưng cũng không đạt được trị số lý thuyết nhưđộng cơ xăng Theo thực nghiệm ,điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộcmiền vào khoảng 372° ÷ 375° ( tức là 12° ÷ 15° sau điểm chết trên của quá trìnhcháy và giãn nở )

Hiệu định điểm z của động cơ điezel :

- Xác định điểm z từ góc 12º Từ điểm O΄trên đồ thị Brick ta xác định góc tương ứng

với 378º góc quay truc khuỷu ,bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm Từ điểm này tagióng song song với trục tung cắt đường P tại điểm z

- Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường giãn nở

5 ) Hiệu định điểm bắt đầu quá trình thải thực tế : ( điểm b’ )

Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải thực sự diễn

ra sớm hơn lý thuyết Ta xác định điểm b bằng cách : Từ điểm O’trên đồ thị Brick

ta xác định góc mở sớm xupáp thải β,bán kính này cắt đường tron Brick tại 1điểm.Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tạiđiểm b’

6 ) Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở : ( điểm b’’ )

- Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế P thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn

nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm.Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác địnhđược: P= P + ( P - P ) = 0,132 + ( 0,36- 0,132 ) = 0,246 (MPa)

Từ đó xác định tung độ của điểm b’’ là :

y = = 0, 2460,033 = 7,38 ( mm )

Sau khi xác định được các điểm b’ ,b’’ ta dùng các cung thích hợp nối với đường thải ra

2.2.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học:

Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một đường hoành độ thống nhất ứng

với hành trình của pittông S = 2R Vì vậy đồ thị đều ứng với hoành độ tương ứng với

vh của đồ thị công (từ điểm 1 vc đến vc).

Ta tiến hành vẽ đường hành trình của piston theo trình tự sau:

1.Chọn tỉ lệ xích góc: Thường dùng tỷ lệ xích (0,6 ÷ 0,7) (mm/độ)

2.Chọn gốc tọa độ cách gốc đồ thị công khoảng 15 ÷ 18 (cm)

3 Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 100, 200,….1800

4 Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 100, 200…1800

tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f ( ) ta được các điểm xác định chuyển vị

x tương ứng với các góc 100, 200….1800

5.Nối các điểm chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x = f ( )

Đường biểu diễn hành trình của piston X= f(α))

ĐCT

ĐCD

c b

6'

4

1'

0' 7'

3'

5' 2'

7 g

5

6

e 4'

R2

h

B 8

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn của pittông theo phương pháp đồ thị vòng Tiến hành theo các bước cụ thể sau :

1 Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x = f ( ), sát mép dưới của bản vẽ.

a, b, c,…….

5 Nối các điểm a, b, c,….tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ piston thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng tròn bán kính R tạo với trục hoành góc  đến đường cong a, b, c….

đồ thị này biểu diễn quan hệ v= f ( )trên tọa độ cực.

Đường biểu diễn vận tốc của piston V=f(α))