tìm hiểu nguyên lý lμm việc của hệ thống bôi trơn, cân bằng nhiệt, tính toán kiểm nghiệm các chi tiết trong hệ thống bôi trơn của động cơ яm3-240

Tổng công suất của các động cơ đốt trong chiếm khoảng 95% công suất các thiết bị.. Nhưng chỉ sau 20 năm từ ngμy Cách mạng Tháng Tám thμnh công đến nay ngμnh động cơ đốt trong ở nước ta đ

Lời nói đầu Ngμy nay ngμnh động cơ đốt trong vẫn chiếm một vị trí vô cùng quan trọng vμ khẳng định được ưu thế của mình Đó lμ thiết bị động lực chủ yếu

được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực như giao thông vận tải, nông nghiệp, công nghiệp…

Động cơ đốt trong sử dụng được những điều kiện khí hậu khác nhau, như vùng nhiệt đới nóng ẩm, vùng Cực Bắc Tổng công suất của các động cơ

đốt trong chiếm khoảng 95% công suất các thiết bị Kỹ thuật sử dụng vμ thiết

kế, chế tạo động cơ đốt trong đang trên đμ phát triển

ở nước ta trước Cách mạng Tháng Tám cơ sở vật chất của các ngμnh chế tạo cơ khí hầu như không có gì, ngμnh động cơ đốt trong hầu như chỉ bó hẹp trong phạm vi sửa chữa, thay thế vμ sử dụng bảo dưỡng, trên khắp nước ta không có một Nhμ máy nμo có khả năng sản xuất phụ tùng chính của động cơ Nhưng chỉ sau 20 năm từ ngμy Cách mạng Tháng Tám thμnh công đến nay ngμnh động cơ đốt trong ở nước ta đã phát triển, các Nhμ máy sửa chữa ô tô, máy kéo của nước ta đã chế tạo được các phụ tùng thay thế như Nhμ máy cơ khí Trần Hưng Đạo đã sản xuất hμng loạt các động cơ Diezel 2-20; 4-40 vμ

đặc biệt lμ năm 1962 kết hợp với Trường Đại Học Bách Khoa Hμ Nội cùng với các Xí nghiệp khác Nhμ máy Cơ khí Trần Hưug Đạo đã chế tạo thμnh công chiếc máy kéo “Tháng Tám”

Hiện nay có rất nhiều Nhμ máy cơ khí chế tạo phụ tùng động cơ đốt trong, phụ tùng ôtô máy kéo như Nhμ máy Chế tạo phụ tùng ôtô số 1, Nhμ máy chế tạo động cơ Diezel Sông Công - Thái Nguyên

Mặt khác nước ta vẫn nhập vμ sử dụng nhiều động cơ đốt trong, ôtô, máy kéo của nước ngoμi Điều đó đòi hỏi người cán bộ kỹ thuật phải biết những kết hợp khoa học tiên tiến để giải quyết những vấn đề xảy ra trong thực

tế sản xuất

Động cơ ЯM3 - 240 được chế tạo tại Liên Xô vμ được lắp trên xe Benlaz nhập vμo nước ta từ lâu Động cơ có 12 xilanh dùng nhiên liệu lμ Diezel với công suất lμ 360 mã lực, có hệ thống lμm mát bằng nước cưỡng bức một vòng tuần hoμn kín

Để đáp ứng được yêu cầu mμ động cơ ЯM3-240 được thiết kế lắp trên

xe ôtô vận tải cỡ lớn phục vụ trên mỏ với hệ thống lμm mát bằng nước cưỡng bức một vòng tuần hoμn kín lμ thích ứng vμ hợp lý cho động cơ Trong khi đó

để tìm hiểu hệ thống lμm mát vμ tính toán xem các chi tiết trong hệ thống lμm

mát khi lμm việc có khả năng ổn định, tuổi thọ các chi tiết trong động cơ có cao không Xuất phát từ thực tế đó em được giao đề tμi “Tìm hiểu nguyên lý lμm việc của hệ thống bôi trơn, cân bằng nhiệt, tính toán kiểm nghiệm các chi tiết trong hệ thống bôi trơn của động cơ ЯM3-240”

Đề tμi bao gồm các nội dung chính sau:

Phần I: Giới thiệu chung về đặc tính kỹ thuật xe Benlaz 540 vμ động cơ ЯM3-240

Phần II: Tính toán chu trình công tác của động cơ ЯM3-240

Phần III: Cấu tạo vμ nguyên lý lμm việc của hệ thống vμ của từng bộ phận của bôi trơn động cơ

Phần IV: Tính toán kiểm nghiệm hệ thống bôi trơn ổ trục bơm dầu, lọc dầu thấm, lọc ly tâm, két mát dầu

Phần V: Quy trình vμ các thông số kỹ thuật sửa chữa hệ thống bôi trơn khi đại tu ô tô

Phần VI: Thiết kế thiết bị kiểm tra bầu lọc dầu sau sửa chữa

Với sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của PGS.TS Phạm Minh Tuấn đã dẫn

dắt em từng bước trong quá trình tính toán vμ sự giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy, Cô trong Bộ môn Động cơ đốt trong cùng các bạn đồng nghiệp để em hoμn thμnh tốt nhiệm vụ được giao

Vì thời gian có hạn, trình độ còn hạn chế vμ lần đầu tiên em được giao nhiệm vụ lớn nμy cho nên không tránh khỏi những thiếu sót, em mong các Thầy, Cô cùng toμn thể các bạn đồng nghiệp chỉ bảo vμ đóng góp chân thμnh

để em có kiến thức vững phục vụ trong công tác sau nμy

Một lần nữa em xin chân thμnh cảm ơn PGS.TS Phạm Minh Tuấn

cùng các Thầy, Cô giáo bộ môn đã tận tình chỉ bảo để em hoμn thμnh tốt đồ

án của mình

Cẩm Phả, ngμy tháng 06 năm

2009

Sinh viên thực hiện

Hoàng Tiến Hiệp

Phần 2 tính toán nhiệt động học vμ động lực học động cơ

s m n

S

Với Cm = 9,8 m/s ≥ 6,5 m/s

Động cơ ЯМ3 240 lμ động cơ cao tốc

1 áp suất môi trường p 0 :

Lμ áp suất khí quyển trước khi nạp vμo động cơ, p0 thay đổi theo độ cao, ở nước ta có thể chọn:

p0 = 0,1 (MPa)

2 Nhiệt độ môi trường: T 0

Lựa chọn nhiệt độ theo nhiệt độ trung bình cả năm

Nước ta có thể chọn: T0 = 240C = 2970 K

3 áp suất cuối quá trình nạp: P a

áp suất Pa phụ thuộc vμo rất nhiều yếu tố: thông số chủng loại động cơ, tính năng tốc độ, đường nạp, tiêt diện lưu thông,…

Đối với động cơ Diezel: Tr = (700 ữ 900)K

9 Mức độ sấy nóng môi chất: ΔT

Chủ yếu phụ thuộc vμo quá trình hình thμnh khí hỗn hợp bên ngoμi hay bên trong xilanh:

Với động cơ Diezel: ΔT = 20K ữ 40K

Với động cơ ЯМ3 240 chọn: ΔT = 30K

10 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z: ξZ

Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công vμ tăng nội năng ở điểm Z, với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoμn toμn 1kg nhiên liệu

Do đó ξZ phụ thuộc vμo chu trình công tác của động cơ

Động cơ Diezel có ξZ = 0,65 ữ 0,85

Ta chọn: ξZ = 0,83

11 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b: ξb

Môi chất được nhân nhiệt lên ξb bao giờ cũng lớn hơn ξZ

Thông thường với động cơ Diezel: ξb = 0,8 ữ 0,9

Chọn ξb = 0,86

12 Hệ số hiệu đính đồ thị công ϕd

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu trình công tác thực tế do đó không xét đến pha phối khí, tổn thất lưu động của dòng khí, thời gian cháy vμ độ tăng áp suất…Sự sai lệch giữa chu trình thực tế vμ chu trình lý thuyết của động cơ Diezel lớn hơn động cơ xăng vì thế hệ số ϕd của động cơ Diezel thường chọn trị số nhỏ, trong khoảng

r t

a

r r

r

P P P

P T

T T

1

2 1

0 2

1

.)(

=

λλελ

λγ

Trong đó m lμ chỉ số giãn nở đa biến trung bình: m = 1,5

033 , 0 088

, 0

11 , 0 1 1 , 1 02 , 1 5 , 16

1

088 , 0

11 , 0 800

) 30 297 ( 1

5 , 1

P

P T T

T T

a

r

m m

r

a r r t a

342 033

, 0 1

11 , 0

088 , 0 800 033 , 0 1 , 1 30 297

1

.

5 , 1 1 5 , 1

1 0

= +

Δ +

Với động cơ không tăng áp Ta = (310 ữ 350)K Vậy kết quả trên lμ phù hợp

1.3 Hệ số nạp: ηv

P P

P T T T

1 2

1 0 0

εη

802 , 0

088 , 0

11 , 0 1 1 , 1 02 , 1 5 , 16 11 , 0

088 , 0 30 297 1 5 , 16

1.4 L−ợng khí nạp mới: M 1

k e e

v k

T P g

P M

.

10

432 3 1

η

=

i n V

N P

h

e e

.

.

=

3 2

2

857 , 1 4

4 , 1 3 , 1 14 , 3 4

.

dm S

D

Ne = 360 mã lực = 265 kW

) ( 93

, 237 7355 , 0

4 265

=

723 , 0 297 679 , 0 93 , 237

802 , 0 1 , 0 10

1

0

H C

Nhiên liệu động cơ Diezel: 1 kg nhiên liệu có:

C = 0,87; H = 0,126; 0 = 0,004

496 , 0 32

004 , 0 4

126 0 12

87 0 21 , 0

723 , 0

T mC

v

v

00278 , 0 99 , 20

10 457 , 1

36 , 187 86 , 427 2

1 457 , 1

634 , 1 876

,

19

10 36 , 187 86 , 427 2

1 634 , 1 876 , 19

=

ư

ư

αα

2.1.3 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy:

) / ( 00211

, 0 844 , 19

033 , 0 1

00278 , 0 99 , 20 033 , 0 00209 , 0 806 , 19 1

'

'

' '

dộ

kmol kJ T

mC

T T

mC

mC mC

+

=

+

+ +

2.2 Chỉ số nén đa biến trung bình: n 1

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc rất nhiều vμo thông số kết cấu

vμ thông số vận hμnh như kích thước xilanh, loại buồng cháy…

Tuy nhiên n1 lại tăng giảm theo quy luật: tất cả các nhân tố lμm cho mỗi chất mất nhiệt sẽ lμm chỉ số n1 giảm

Giả thiết quá trình nén lμ đoản nhiệt, ta có thể xác định n1 như sau:

2

314 , 8 1

3 , 342

00211 , 0 2

838 , 19

' '

b a

a v v

Chọn sơ bộ n1 = 1,368 thay vμo ta có:

368 , 0 368

,

0

1 5

, 16 3 , 342 00211 , 0 838 , 19

314 , 8 1

3 Tính toán quá trình cháy:

3.1 Hệ số thay đổi phần tử lý thuyết: β0

044 , 1 496 , 0 457 , 1

32

004 , 0 4

126 , 0 1

32

0 4 1

3.2 Hệ số thay đổi phần tử thực tế: β

042 , 1 033 , 0 1

033 , 0 044 , 1 1

+

+

= +

β

3.3 Hệ số thay đổi phần tử thực tế tại điểm Z

041 , 1 96 , 0 033 , 0 1

1 044 , 1 1

96 , 0 86 , 0

83 , 0

1

1

= +

ư +

=

Z

b

Z Z

Z r Z

X

X

β

ξξγ

ββ

3.4 Lượng sản vật cháy:

M2 = M1 + ΔM = β0.M1 = 1,004.0,723 = 0,755 (kmol/kg.nl)

3.5 Nhiệt độ tại điểm Z:

Tính TZ bằng cách giải phương trình cháy của động cơ

Đối với động cơ Diezel ta có:

( 8 , 314 ) (*) )

c v

γ

+

86 , 21 959 00211 , 0 838 , 19 2

' '

mC lμ tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại Z

Xác định tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm Z:

Z Z

vz

Z

r Z

v Z

r Z v vz

T mC

T T

mC

X X

mC X X

mC mC

00276 , 0 956 , 20

96 , 0 1 044 , 1

033 , 0 96 , 0 044 , 1

00209 , 0 802 , 19 96 , 0 1 044 , 1

033 , 0 96 , 0 00278 , 0 99 , 20 044 , 1

*

* 1

.

1

"

"

0 0

' 0

− +

=

β

γβ

β

γβ

, 30 00287

,

0

00276 , 0 27 , 29 041 , 1 5 , 1 341 , 8 86 , 21 033 , 0 1

723

,

0

10 5 , 42

↔

+

= +

+ +

Z Z

Z Z

T T

T T

535 , 1 55 , 1

1 959

2192 041 , 1

1

=

λβ

ρ

c

Z Z

T T

4.2 Tỷ số giãn nở sau:

479 , 10 535 , 1

5 , 16

2

).

1 (

).

(

314 , 8

vz vz b Z r

H b

T T M

Q

n

+ +

+

− +

1

2 −

= n Z b

T T

δ : nhiệt độ tại điểm B (K)

00276 , 0 2

956 , 20

Chọn sơ bộ n2 = 1,26 thay vμo (***) ta có:

26 , 0 26

,

0

5 , 16

1 1 00276 , 0 956 , 20 1182 2192

042 , 1 033 , 0 1 723 , 0

10 5 , 42 83 , 0 86 , 0

314 , 8 1

26

,

1

26 , 0 3

+

− +

2192

26 , 0 1

314 , 6

26 , 1

P T

m

b

r b

317 , 0

11 , 0

1182 1,5

5 , 0 1

% 100

)

−

= Δ

r

chon r r

T T T

-> ΔTr ≤ 15% thoả mãn T r

Vậy chọn T r trên lμ đúng

III Tính toán các thông số của chu trình công tác:

1 áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết: P i'

) (

1 1 1

1 1

1 1

.

1

.

1 1

1 2

1 '

1 2

1

MPa n

n M

ρ

λ

) ( 866

,

0

5 , 16

1 1

1 368 , 1

1 479

, 10

1 1

1 26 , 1

535 , 1 55 , 1 55

, 1 1 5

,

16

5 , 16

26 , 1 )

1 535 , 1 (

368 , 1 '

MPa P

802 , 0 1 , 0 10 432

.

10 432

3 0 0 0 3

h kw g g

T P M

p g

i

i

v i

10 6 , 3

10 6 ,

Q g

η

5 áp suất tổn thất cơ giới trung bình: P m

áp suất nμy đ−ợc biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của piston

Đối với động cơ Diezel:

6751 , 0

) / ( 238 8205 , 0

195

h kw g

360 7355 , 0 4 30

30

.

4

3

dm n

i P

N V

S

V D

e

e h

Diện tích = 1 , 2999 ( ) 129 , 99 ( )

40 , 1 14 , 3

858 , 1 4

4

mm dm

858 , 1

* Giả thiết quá trình nạp áp suất bằng hằng số; Pa = 0,088 (MPa)

* Giả thiết quá trình thải áp suất bằng hằng số: Pr = 0,11 (MPa)

1 Xác định quá trình nén ac; quá trình gi∙n nở Z b

* Quá trình nén:

Ta có: P.Vn1 = const

-> Px 1 n1

c c

n

V = Đặt Vx = i.Vc Trong đó: i = 1 ữ ε

1 1

1

.

n c X

n

c

c c n

x

c c X

i P P

V i

V P V

V P

n z X

i P

P = ρ

Bảng xác định quá trình nén và quá trình giãn nở

Quá trình nén Quá trình giãn nở

1

1

n c X

i P

P =

2

2 n n

z X

i P

Từ các thông số được chon: việc vẽ đồ thị so với lý thuyết phải tương

đối chính xác nên sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính lại số điểm trên đồ thị

Trục hoμnh Vc thể hiện = 230 mm ~ 16,5 Vc -> μv = 0,0086 (dm3/mm) Trục tung biểu diễn Pz = 250mm ~ 6,314 Vc -> μp =

mm MPa /

dm mm

V

p

c v

2

3

/ 025

, 0 250

314 , 6

0086 , 0 1

70 2

2

Bd: S = 140 mm

) ( 648 , 0 216

75 , 8

mm

=

2 Vẽ đường nén và đường gi∙n nở:

Vẽ trên giấy ôly

- Trục tung thể hiện áp suất p (MPa)

- Trục hoμnh thể hiện dung tích công tác: V (dm2)

m MN

mm dm

p

v

025 , 0

/ 025

, 0

) / ( 0086 , 0

2 3

μ

μ

- Đường P0 trùng với đường đậm trên giấy vẽ

- Vẽ hai đường nạp vμ thải bằng 2 đường song song với trục hoμnh vμ đi qua 2 điểm Pa, Pr.

Pa = 0,088 (MPa)

Pr = 0,11 (MPa)

Căn cứ vμo các giá trị ở bảng trên ta vẽ đường nén vμ đường giãn nở

25 , 0 70 00

25 , 0 280 2

140

2

2

00

'

'

mm L

S L

R

R

H H

75 , 8 '

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

Từ 0’ của đồ thị Brick xác định góc đóng muộn xupap thải β2 = 200, bán kính nμy cắt vòng Brick ở a’, từ a’ dòng xuống đường song song với trục tung cắt đường Pa ở a

Nối điểm r trên đường thải với a, ta có đường chuyển tiếp từ đường thải sang đường nạp

3.2 Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (C)

áp suất cuối quá trình nén P’

c được xác định

(6 , 314 4 , 074) 4 , 82 ( ) 3

1 074 , 4

P c c z c

=

ư +

=

ư +

=

P’c vẽ = 192 , 8

025 , 0

82 , 4

=

Vậy có: 192 , 8 ( )

025 , 0

82 , 4

áp suất Pzmax trong thực tế không duy trì hằng số, đoạn từ 1Vc đến ρVcnhư trên đồ thị công lý thuyết (đoạn ZZ’)

Theo thực nghiệm điểm Pzmax lμ tại 3720 ữ 3750 tức lμ 120 ữ 150 sau

ĐCT của quá trình cháy giãn nở

Trên đồ thị Brick ta kẻ góc 150 rồi dóng xuống đồ thị công cắt tại Z Dùng 1 cung thích hợp nối điểm C với điểm Z vμ đường cháy giãn nở

3.4 Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế (b):

Căn cứ vμo góc mở sớn xupáp thải β1 = 560 Xác định β1 trên Brick dóng song song trục tung cắt đường thải ở đâu thì điểm đó lμ điểm (b’)

Xác định điểm (b”) áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế (Pb”) thường thấp hơn áp suất của quá trình giãn nở lý thuyết do xupap thải mở sớm

2

1 11 , 0 2

1

P b = r+ b ư r = + ư =

) ( 12 , 7 03 , 0

2135 , 0

Chương II: Tính toán động học và động lực học

I Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học:

Các đường nμy đều được vẽ trên 1 hoμnh độ thống nhất ứng với hμnh trình piston: S = 2R Vì vậy đồ thị đều lấy hoμnh độ ứng với Vh của đồ thị công (từ điểm 1Vcữ ε Vc)

1 Đường biểu diễn hành trình piston: x= f( )α

Vẽ theo phương pháp đồ thị dùng vòng tròn Brick đã vẽ ở phần hiệu

đính để vẽ

+ Chọn tỷ lệ xích: 0,6 mm/độ -> μx = 0 , 6 (mm/độ)

+ Chọn gốc toạ độ cách góc đồ thị công lμ 180 mm ở phía dưới

+ Từ tâm O’ của đồ thị Brick vẽ các bán kính ứng với các góc 100, 200,

300,… 1800 tương ứng trên trục tung của đồ thị x= f( )α để xác định chuyển vị

x tương ứng

Cách vẽ:

+ Từ các góc 100, 200, 300,… ,1800 trên vòng tròn (O’) kéo ra cắt vòng tròn (O) ở đâu thì dòng song song trục tung xuống phía dưới Từ các góc tương ứng trên trục tung dòng song song với trục hoμnh cắt các đường dóng trên Brick xuống

+ Nối các điểm cắt nhau đó ta được 1 đường thể hiện hμnh trình piston

2 Đường biểu diễn tốc độ piston: v= f( )α

- Vẽ đường biểu diễn tốc độ piston theo phương pháp đồ thị vòng

Ta đã có:

α

λα

α

λα

2 sin 2 sin

2 sin 2 sin

R R

- Từ các điểm chia trên vòng tròn (O,R) kẻ các đường song song với trục tung, các đường nμy sẽ cắt các đường song song với trục hoμnh xuất phát

từ các điểm chia tương ứng trên vòng tròn (O,λR/2) tại các điểm a, b, c,…

- Nối các điểm a, b, c,… tạo thμnh các đường cong giới hạn trị số của tốc độ thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với trục tung tính từ điểm cắt nửa vòng tròn (O,R) của bán kính nμy tạo thμnh với trục hoμnh các đường cong abc

3 Đường biểu diễn gia tốc piston: J = f( )α

- Vẽ đường nμy theo phương pháp Tôlê

- Chọn cùng hoμnh độ với trục x= f( )α Vẽ theo các bước sau:

+ Chọn tỷ lệ xích: μj = 40 (m/s2/mm)

+ Tính:

) / ( 8 , 219 30

2100 14 , 3 30

s rad

, 219 07 , 0

) / ( 1

.

2 2

2 2

max

s m

s m R

J

= +

, 0 8 , 219 07 , 0 3 3

) / ( 4 , 2536 25

, 0 1 8 , 219 07 , 0

) / ( 1

.

2 2

2

2 2

2 2

max

s m R

EF

s m

s m R

λω

Trục hoμnh trùng với trục hoμnh của x= f( )α , đặt trục hoμnh lμ AB = 2R, điểm A ≡ điểm D

) ( 4 , 63 40

4 , 2536

) ( 7 , 105 40

30 , 4227

min

max

mm

J BD

mm

J AC

Từ điểm A tương ứng với ĐCT lấy AC = Jmax

Từ điểm B tương ứng với ĐCT lấy BD = Jmin

Nối C với D cắt trục hoμnh tại E, lấy EF về phía BD Nối C với F vμ F với D; đẳng phân định hướng CF vμ FD như hình vẽ, nối các điểm 11, 22, 33,… Vẽ đường bao trong với tiếp tuyến 11, 22, 33,… ta có đường cong biểu diễn J = f( )x

Hình 2.2 Đồ thị động lực

, 0 14 , 3

4 78 , 2 4

M

d

np np

4 265 , 1 4

2 2

1 1

D

M F

, 0 14 , 3

4 52 , 4

F

M m

m2 = 340,7 - 95,35 = 245,35 (kg/m2)

3 VÏ ®−êng biÓu diÔn lùc qu¸ tr×nh: −Pj= f( )x