Thuyet minh động cơ đốt trong D160

lý thuyết động cơ đốt trong D160 .lý thuyết động cơ đốt trong D160 .lý thuyết động cơ đốt trong D160 .lý thuyết động cơ đốt trong D160 .lý thuyết động cơ đốt trong D160 .lý thuyết động cơ đốt trong D160

Chơng 1 Giới thiệu chung về động cơ

Động cơ Д-160 (Đ-160) đợc sử dụng rộng rãi trên các máykéo và máy nông nghiệp hiện đại, các trạm cố định và di

động…

Động cơ Д-160 thuộc loại các động cơ diesel 4 xy lanh bốtrí 1 hàng có công suất cao Động cơ đợc cải tiến trên cơ sở

động cơ Д-108 nhng so với động cơ Д-108 thì công suất tăngthêm khoảng 60% Sự tăng công suất động cơ đợc thực hiệnbằng phơng pháp tăng áp nhờ máy tăng áp tuabin So với độngcơ Д-108, trên động cơ Д-160 sử dụng nhiều cụm chi tiết và hệthống mới nh bầu lọc không khí thô dạng xoáy lốc tự động phunbụi ra bên ngoài, bầu lọc tinh không khí bằng giấy lọc, bầu lọcdầu ly tâm

Thân máy động cơ Д-160 đợc đúc bằng gang xám

CЧ21-40, có bốn lỗ bố trí theo một hàng để lắp các lót xy lanh kiểu

ớt vai tựa trên bằng gang hợp kim có thể tháo rời đợc Trên nămthành vách ngang của các te có bố trí năm ổ đỡ cổ trục khuỷu,dạng ổ trợt, mỗi ổ chia làm hai nửa và đợc cố định với nhaubằng các gu dông, đai ốc, có lỗ để lắp chốt định vị

Nắp máy của động cơ đợc đúc bằng gang CЧ 21- 40thành một khối chung cho hai xy lanh và có các lỗ lắp vòi phun.Các ống dẫn hớng xu páp đợc làm bằng gang biến tính, đợc épvào nắp máy thành một hàng dọc (bốn ống cho mỗi nắp máy).Phía trong nắp máy có đúc các khoang rỗng để tạo khoangchứa và lu thông nớc làm mát, đợc thông với khoang nớc làm mátcủa thân máy thông qua tám lỗ khoan Trong các lỗ khoan này

có ép nắp làm lệch, có khoan lỗ ở cạnh bên để hớng dòng nớc

từ thân máy mặt tiếp xúc với đế xu páp và vào ống lót của vòiphun Mặt trên có lắp hai gu dông M16 x 1,75x 250 để lắpgiàn cò mổ và nắp đậy kín Mỗi nắp đợc lắp ghép với thânmáy bằng 16 gu dông (6 gu dông M20 x 2,0 x 240 một đầu làM20 x 1,75 và 10 gu dông M16 x 1,75 x 240)

Pít tông của động cơ Д-160 đợc chế tạo bằng hợp kimnhôm, đỉnh pít tông dạng lõm tạo thành buồng cháy thốngnhất nằm sâu trên đỉnh pít tông phù hợp với phơng pháp tạohỗn hợp kiểu màng Đỉnh pít tông là phần hình trụ với độ cônnhỏ có bốn rãnh để lắp xéc măng, ba xéc măng trên lắp xécmăng khí, rãnh còn lại lắp xéc măng dầu Để làm tăng độ làmkín dầu, ở phía đuôi pít tông có xẻ rãnh để lắp thêm xécmăng dầu thứ hai ở rãnh lắp xéc măng dầu có gia công các lỗ

để thoát dầu

Trên động cơ Д-160 mỗi pít tông có: ba xéc măng khí và

ba xéc măng dầu Xéc măng khí đợc chế tạo bằng gang đặcbiệt (gang hợp kim mô líp đen)

Trục khuỷu bằng thép rèn dập có lắp đối trọng Cổ khuỷu

đợc khoan rỗng để lọc ly tâm dầu bôi trơn Bề mặt cổ trục

và cổ khuỷu đợc tôi cao tần ở bề mặt ngoài Bạc cổ trục vàbạc đầu to thanh truyền đợc chế tạo bằng cốt thép, trên bềmặt tiếp xúc có tráng một lớp ba bít nền nhôm

Thanh truyền của động cơ Д-160 có chiều dài L =

380+0,05mm; Khối lợng mTT = 9,6 kg, có tiết diện ngang dạng chữ

I Dọc theo thân thanh truyền có khoan lỗ dẫn dầu bôi trơncho bạc và chốt pít tông Bạc lót đầu nhỏ đợc khoan một lỗ 8,

khi ép bạc vào đầu nhỏ phải lắp cho lỗ khoan trùng với lỗ khoandọc thân thanh truyền thì dầu bôi trơn mới đợc đa từ cổkhuỷu lên bôi trơn cho bạc và chốt pít tông đợc Đầu nhỏ đợc

ép bạc đồng, bề mặt trong ở phía giữa bạc có rãnh vòng đểdẫn dầu phun qua lỗ làm mát đỉnh pít tông

Đầu to thanh truyền đợc chia làm hai nửa, đợc lắp ghép

cố định với nhau thông qua hai bu lông đặc biệt có lỗ để lắpchốt chẻ Hai bu lông này đợc làm bằng thép 45X, tôi đến độcứng 30 35 HRC Trên nửa trên của bạc đầu to có phay rãnhdẫn dầu ở chính giữa

Trên mỗi nửa đầu to thanh truyền có phay rãnh lắp gờ

định vị bạc lót đầu to Bạc lót đầu to cũng đợc khoan, khilắp, lỗ cũng phải trùng với lỗ trên thân thanh truyền

Cơ cấu phối khí trên động cơ Д-160 sử dụng cơ cấu phốikhí xu páp treo, trục cam bố trí trong hộp trục khuỷu và dẫn

động xu páp qua con đội, đũa đẩy và cò mổ Các xu páp đợc

bố trí theo một hàng thẳng dọc theo nắp máy theo thứ tự hai

xu páp nạp ở giữa, hai xu páp xả ở hai đầu

Hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng vòi phun kiểu kín

có 5 lỗ phun 0,35 mm, áp suất nâng kim phun 21 Mpa, vòiphun đợc lắp nghiêng một góc 150 so với đờng tâm xy lanh

Đầu vòi phun ở giữa vị trí 2 nấm xu páp Động cơ Д-160 lắp tuabin tăng áp TKP-11 (TKR-11); tốc độ quay rô to lớn nhất 44000v/p; pk = 0,145 Mpa; Gkk = 0,19 kg/s = 11,4 kg/ phút Tua bintăng áp là máy nén ly tâm một tầng đợc dẫn động từ tua binkhí hớng tâm, sử dụng năng lợng của dòng khí thải nóng Tuabin tăng áp đợc làm mát liên tục bằng nớc từ hệ thống làm mát

Bơm cao áp động cơ có bốn phân bơm, bố trí thành mộthàng có thể tháo rời đợc các bộ phận, điều chỉnh đợc lợngcung cấp nhiên liệu bởi cùng một thanh răng nối với bộ điều tốc

ly tâm đa chế độ Bầu lọc thô nhiên liệu có các lới kim loại cònbầu lọc tinh dùng các cuộn giấy lọc thay thế đợc Để tiết kiệmnhiên liệu và làm giảm tốc độ đóng muội than trên các xu pápxả khi động cơ làm việc lâu dài ở chế độ không tải, bơm cao

áp tự động ngắt nhiên liệu vào xy lanh thứ hai và thứ ba, chỉ

có xy lanh thứ nhất và thứ t làm việc

Trên động cơ Д-160 sử dụng phơng pháp bôi trơn hỗn hợp,kết hợp cỡng bức và vung té Các ổ đỡ trục khuỷu, bạc đầu to,bạc đầu nhỏ thanh truyền, ổ đỡ số 1 của trục cam, cò mổ đ-

ợc bôi trơn dới áp suất cao kể cả trục của tua bin tăng áp, các vịtrí bôi trơn khác do dầu vung té thực hiện Bơm dầu có haicặp bánh răng; nhánh hút dầu từ dới hốc trớc và sau các te đa

về hốc trung tâm để cho phân bơm chính hút và đẩy dầubôi trơn qua bầu lọc ly tâm, qua két làm mát dầu phía trớc

động cơ rồi tới đờng dầu chính

Động cơ Д-160 dùng hệ thống làm mát bằng chất lỏng tuầnhoàn cỡng bức kiểu kín Môi chất làm mát có dung tích 75 lít lànớc mềm có hàm lợng nhỏ muối khoáng Việc theo dõi nhiệt độnớc làm mát đợc thực hiện nhờ bộ cảm biến đặt ở đờng nớc từnắp máy ra Từ bộ cảm biến có dây dẫn tới đồng hồ nhiệt độ.Két làm mát nớc dùng ống đồng mỏng, dẹt, cùng cánh tản nhiệt.Quạt gió có 6 cánh đợc dẫn động bằng dây đai từ pu ly đầutrục khuỷu

Để tăng công suất động cơ trên động cơ Д-160 sử dụngtăng áp bằng máy nén khí ly tâm, không khí nạp đợc nén lên

đến áp suất 0,145 MPa sau đó mới đợc nạp vào buồng cháy.

Điều này làm tăng lợng khí nạp đồng thời tận dụng đợc năng ợng của khí thải thông qua tua bin khí để dẫn động máy nén

l-Hệ thống khởi động động cơ bằng động cơ phụ, đó là

động cơ xăng bốn kỳ hai xy lanh, làm mát bằng nớc, xu páp

đặt, có bộ chế hoà khí

Hệ thống đánh lửa kiểu Ma nhê tô quay trái có khớp tự

động điều chỉnh góc đánh lửa sớm Hệ thống làm mát của

động cơ khởi động chung với động cơ chính Hệ thống bôitrơn chung với hệ thống bôi trơn của động cơ chính theonguyên lý cỡng bức và vung té Nớc nóng đợc tạo thành khi độngcơ khởi động làm việc, dùng để sấy nóng nắp máy động cơchính khi khởi động Công suất động cơ khởi động đợctruyền đến bánh đà động cơ chính qua bộ ly hợp một đĩa

ma sát khô, hộp giảm tốc Động cơ khởi động đợc khởi độngbằng ác quy

BảNG Các thông số kỹ thuật chính của động cơ

tính

số liệu

8 Tốc độ quay ứng với công suất địnhmức v/ph 1250

10 Tốc độ quay không tải ổn định nhỏnhất v/ph 500

- Bơm thấp áp: lắp cùng một khối với BCA

18 Bộ điều tốc: Bộ điều tốc li tâm, cơhọc, đa chế độ, có bộ hiệu chỉnh lợng

cung cấp nhiên liệu cực đại

19 Vòi phun: kiểu kín, năm lỗ phun

21 Tua bin tăng áp TKP – 11 áp suất tăng áp pk

22

Bầu lọc không khí: hai tầng nối tiếp,

-Tầng thứ nhất: làm sạch theo nguyên lý

Chơng 2 Tính toán chu trình công tác 2.1 Mục đích

Mục đích của việc tính toán chu trình công tác của

động cơ Д-160 là xác định các chỉ tiêu kinh tế và hiệu quảchu trình công tác và sự làm việc của động cơ Việc tính toánchu trình công tác còn nhằm xây dựng đồ thị công để làmcơ sở tính toán động lực học, tính sức bền và độ mòn của cácchi tiết động cơ Việc tính toán chu trình công tác của độngcơ ở các chế độ khác nhau giúp ta có thể xây dựng đợc các

đờng đặc tính tốc độ của động cơ Chu trình công tác đợctính ở chế độ Memax với tốc độ trục khuỷu 900 v/ph (chế độmô men xoắn cực đại).

Để tính toán trớc hết phải chọn các số liệu ban đầu saocho phù hợp với động cơ do Liên Xô trớc đây chế tạo và đợc sửdụng ở Việt Nam

R: bán kính quay của trục khuỷu ( mm)

L: chiều dài của thanh truyền (mm)

* Hệ số d lợng không khí

1 0

LL

* Nhiệt độ môi trờng T 0 :

Nhiệt độ của môi trờng thay đổi theo mùa và vùng khíhậu Để tiện tính toán, ta lấy giá trị trung bình cho cả năm.Giá trị trung bình T0 ở nớc ta là 240C, tức là 2970K

* áp suất của môi trờng p 0:

p0 phụ thuộc vào độ cao sử dụng Chọn 5

o

p =0,103 10 Pa =0,103 MPa

Chọn pa= 0,9.0,14935 = 0,1344 Mpa

* áp suất khí thể cuối quá trình thải cỡng bức p r :

Giá trị của pr phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó thời

điểm bắt đầu mở xu páp xả, tốc độ trục khuỷu và sức cảntrên đờng ống thải là những yếu tố quyết định Động cơdiesel 4 kỳ tăng áp cho phép pr =(1,05 1,15)pp Trong đó pp

là áp suất khí thải trớc cửa tuabin

pp =[0,85 0,92]pk;

ở đây ta chọn pp = 0,85pk= 0,85.0,14935 = 0,12695 MPa

Ta chọn pr = 1,05pp = 1,05.0,12695 = 0,1333 MPa

* Nhiệt độ cuối quá trình thải T r :

Khi tính toán, thờng lấy giá trị Tr ở cuối quá trình thải ỡng bức Tr = 700 9000K Giá trị của Tr phụ thuộc vào nhiềuyếu tố khác nhau nh tỷ số nén ε, thành phần hỗn hợp α, tốc độtrục khuỷu n, góc phun sớm nhiên liệu Động cơ Д-160 có sử dụngtua bin tăng áp, ε cao, n thấp nên chọn Tr ở giới hạn trung bình

Động cơ Д-160 động cơ diesel bốn kỳ tăng áp, đờng nạp thải bốtrí về hai phía ΔT = 5 200K Ta chọn ΔT = 150K.

* Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 :

n1 phụ thuộc vào tốc độ trục khuỷu, phụ tải, kích thớc xylanh, kiểu làm mát Động cơ Д-160 làm mát tốt nên chọn n1 thấptrong giới hạn (1,34 đến 1,39) Ta chọn n1 = 1,34

* Hệ số sử dụng nhiệt :

Hệ số sử dụng nhiệt là tỉ số giữa lợng nhiệt biến thànhcông chỉ thị và lợng nhiệt sinh ra do quá trình đốt cháy nhiênliệu Giá trị của ở động cơ diesel thấp hơn so với động cơxăng là do cháy rớt và trao đổi nhiệt với nớc làm mát ở động cơdiesel nhiều hơn Động cơ diesel = 0,65 ữ0,85 Động cơ tăng

áp, chất lợng cháy tạo hỗn hợp và quá trình cháy đảm bảo nên

ta chọn theo giới hạn = 0,75

* áp suất cuối quá trình cháy pz

áp suất cuối quá trình cháy pz phụ thuộc phơng pháp tạohỗn hợp, mức độ cờng hoá của động cơ Động cơ diesel cóbuồng cháy không phân chia pz = 7 ữ 9 MPa Ta chọn pz = 7,2MPa

* Nhiệt trị thấp của nhiên liệu Q T

QT là lợng nhiệt toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 đơn vịkhối lợng hoặc thể tích nhiên liệu không kể đến nhiệt hoá hơicủa nớc chứa trong sản vật cháy Đối với nhiên liệu diesel QT =42,5.103 KJ/kgnl

* Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n 2 :

Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2 phụ thuộc vào nhiều

tố khác nhau nh số vòng quay, kích thớc xy lanh, phụ tải, mức

độ làm mát Động cơ diesel có buồng cháy không phân chia n2

3

* Hệ số nạp phụ Δ: Δ= (1,02 đến 1,07) Chọn Δ =1,05.

* Hệ số quét buồng cháy η r : là tỉ số giữa lợng khí nạp đa

vào xy lanh sau một chu trình công tác và lợng khí thải còn lạitrong xy lanh sau khi quét buồng cháy ηr =1,05 1,15 Chọnηr=1,12

suất pa và nhiệt độ Ta cuối quá trình nạp của động cơ tăng áp

*Nhiệt độ không khí sau máy nén

*Tỷ số tăng áp

p c

900 0K)

2.3.3 Tính các thông số của quá trình cháy

* Mục đích: xác định áp suất pz và nhiệt độ Tz của quátrình cháy

*Tính toán tơng quan nhiệt hoá: Mục đích là xác định

các đại lợng đặc trng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hoá

để làm cơ sở cho việc tính toán quá trình cháy

* Lợng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu ở thể lỏng

c H o 0

0,21 12 4 32trong đó : gC , gH, gO là thành phần khối lợng của C, H, Otrong 1 kg nhiên liệu.với nhiên liệu diesel: gC = 0,86; gH = 0,13;

gO = 0,01

Thay số vào ta có:

* Trong động cơ diesel quá trình tạo hỗn hợp xảy ra trong

xy lanh với khoảng thời gian rất ngắn nên thể tích chiếm chỗ của hơi nhiên liệu không đáng kể so với thể tích của không khí vì vậy có thể bỏ qua thể tích ấy

0,13 0,01

M =1,6.0,4945+ + =0,8241

* Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β 0:

Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết đợc xác định bằngcông thức sau:

0,8241

1,0410,7912

* Hệ số thay đổi phân tử thực tế :

Hệ số thay đổi phân tử thực tế đợc xác định bằng côngthức:

+

=1+

* Nhiệt độ cuối quá trình cháy T z đợc xác địng bằng công thức sau:

àcpz = àcvz + 8,314 = 28,988+ 2,4125.10 -3 TZ KJ/Kmolđộ Sau khi thay số vào ta đợc phơng trình nhiệt động quátrình cháy

Thỏa mãn với động cơ điesel buồng cháy không phân chiaTZ=(1950 đến 2100)oK.

2.3.4 Tính toán các thông số của quá trình dãn nở

* Mục đích: Mục đích việc tính toán quá trình dãn nở là

xác định các giá trị áp suất pb và nhiệt độ Tb ở cuối quá trìnhdãn nở

- Tỷ số dãn nở sớm ρ:

Tỉ số dãn nở sớm ρ đợc xác định bằng công thức:

2002,3.1,0404

1,4891,56.896,94

- Tỷ số dãn nở muộn δ

Tỷ số dãn nở muộn đợc xác định bằng công thức:

14

9,4021,489

ε

ρ

* áp suất cuối quá trình dãn nở:

áp suất cuối quá trình dãn nở đợc xác định bằng côngthức:

1,2

7,2

0,489 MPa9,402

Thỏa mãn nằm trong khoảng ( 0,2 đến 0,6)

Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở đợc xác định bằng côngthức:

1 1,2 1

2002,3

1279,059,402

Kiểm tra kết quả tính toán

Sau khi kết thúc việc tính toán các quá trình của chutrình công tác có thể dùng công thức kinh nghiệm sau đây

để kiểm tra kết quả việc chọn và tính các thông số

o 3

1279,05

829,22 K0,489

T

ppSai số giữa Tr chọn và Tr tính:

- áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết pi,

Trong đó :

ϕđ là hệ số điền đầy đồ thị công Đối với động cơ diesel

4 kỳ, buồng cháy thống nhất thì ϕđ = 0,93 ữ 0,96 Ta chọn ϕđ

= 0,93

Thay số vào ta có:

pi = 1,14 0,93 = 1,06MPa

- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị đợc xác định bằng côngthức :

o v i

- áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ :

áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ đợc xác định bằngcác công thức :

Hiệu suất cơ khí đợc xác định bằng công thức sau:

e co

- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:

Suất tiêu hao nhiên liệu có ích đợc xác định bằng côngthức:

i e co

P V i.n

N =

30Thay số vào ta có:

Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn các quá trình củachu trình công tác xảy ra trong xy lanh động cơ trên hệ toạ

độ p - V Việc dựng đồ thị đợc chia làm hai bớc: dựng đồ thịcông chỉ thị lý thuyết và hiệu chỉnh đồ thị đó để đợc đồthị công chỉ thị thực tế

Đồ thị công chỉ thị lý thuyết đợc dựng theo kết quả tínhtoán chu trình công tác khi cha xét các yếu tố ảnh hởng củamột số quá trình làm việc thực tế trong động cơ

Đồ thị công chỉ thị thực tế là đồ thị đã kể đến các yếu

tố ảnh hởng khác nhau nh góc phun sớm nhiên liệu, góc mở sớm

và đóng muộn các xu páp cũng nh sự thay đổi thể tích khicháy

2.5.2 Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết

ở đồ thị công chỉ thị lý thuyết, ta thay chu trình thực

tế bằng chu trình kín a-c-y-z-b-a Trong đó quá trình cháynhiên liệu đợc thay bằng quá trình cấp nhiệt đẳng tích c-y vàcấp nhiệt đẳng áp y-z, quá trình trao đổi khí đợc thay bằngquá trình rút nhiệt đẳng tích b-a Thứ tự tiến hành dựng đồthị nh sau:

Thống kê giá trị của các thông số đã tính ở các quá trình

nh áp suất khí thể ở các điểm đặc trng:

pa= 0,1344 MPa