- Điểm mở sớm của xu páp nạp r’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α1- Điểm đóng muộn của xupáp thải r’’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α4 - Điểm đóng muộn của xupáp nạp a’: xác định t
Xây dựng đồ thị công
Xây dựng đường giãn nở
1.2.1XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỂM LÀM VIỆC: Đồ thị công động cơ xăng 4 kỳ không tăng áp
+ Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở.
+ Vẽ vòng tròn của độ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:
Ta có: Va = Vc + Vh
Vb = Va = 0,624231 [dm 3 ] pb = 0, 258078 [MN/m 2 ]
- Góc đánh lửa sớm c’: xác định từ đồ thị Brick ứng với góc đánh lửa sớm ᶿs;
Cách vẽ đồ thị
Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị công
Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau:
+ Chọn tỉ lệ xích: Biểu diễn áp suất cực đại Pzbd = 160 220 mm zbd z p p μ p [MN/(m 2 mm)] p μ 4,2 0,021
Biểu diễn thể tích buồng cháy Vcbd = 15mm cbd c
+ Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xi lanh, trục tung biểu diễn áp suất khí thể.
+ Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ Nối các tọa độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và đường cong giãn nở.
+ Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song song với trục hoành đi qua hai điểm Pa và Pr Ta có được đồ thị công lý thuyết.
Vẽ đồ thị brick phớa trờn đồ thị cụng Lấy bỏn kớnh cung trũn R bằng ẵ khoảng cách từ Va đến Vc.
- Tỉ lệ xích đồ thị brick:
( / ) (0,555634 / 0,004573) th th s bd h v s S mm mm s V
- Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng :
- Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm:
Mở sớm (b’) đóng muộn (r’’) xupap thải.
Mở sớm (r’) đóng muộn (a’) xupap hút.
- Áp suất cực đại của chu trình thực tế thường nhỏ hơn áp suất cực đại trong tính toán : pz’ = 0,85.pz = 0,85.4,2 = 3,57 (MN/m 2 )
Vẽ đường đẳng áp pz’ = 3,57 (MN/m 2 )
Từ đồ thị Brick xác định góc 10 0 gióng xuống cắt đoạn đẳng áp tại z’.
- Áp suất cuối quá trình nén thực tế pc’’ : Áp suất cuối quá trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết do sự đánh lửa sớm.
Nối các điểm c’, c’’, z’ lại thành đường cong liên tục và dính vào đường giãn nở.
- Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb’’ : Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do mở sớm xupap thải.
Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải prx.
- Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế.
Đồ thị brick
Phương pháp
Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị công Vẽ vòng tròn tâm O , bán kính R Do đó
AD = 2R = S 5 [mm] Điểm A ứng với góc quay =0 0 (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi
0 0 (vị trí điểm chết dưới).
Chọn tỉ lệ xích đồ thị brick:
( / ) (0,555634 / 0,004573) th th s bd h v s S mm mm s V
- Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng :
+ Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB , hạ M’C thẳng góc với AD Theo Brich đoạn AC = x Điều đó được chứng minh như sau:
+ Ta có : AC=AO - OC= AO - (CO’ - OO’) = R- MO’.cos +
Đồ thị chuyển vị
- Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α o , 20 o ,
30 o , ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB (hình 1.2) Hạ MC vuông góc với AD Điểm A ứng với góc quay =0 0 (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi 0 0 (vị trí điểm chết dưới).Theo Brick đoạn AC = x.
- Thật vậy, ta có thể chứng minh điều này rất dễ dàng.
AC = AO - OC = AO - (CO’ - OO’) = R - MO’.Cos + R./2
- Thay quan hệ trên vào công thức tính AC, sau khi chỉnh lý ta có :
- Vẽ hệ trục vuông góc OS, trục O biểu diễn giá trị góc còn trục OS biễu diễn khoảng dịch chuyển của Piston Tùy theo các góc ta vẽ được tương ứng khoảng dịch chuyển của piston Từ các điểm trên vòng chia Brich ta kẻ các đường thẳng song song với trục O Và từ các điểm chia (có góc tương ứng) trên trục O ta vẽ các đường song song với OS Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x của piston theo .
Bảng giá trị đồ thị chuyển vị S = f(α) α(độ)độ)) λ cosαα cosα2αα x=R[(độ)1-cosαα)+λ/4(1-cos2α)]λ/4(độ)1-cosα2αα)]
Xây dựng đồ thị vận tốc
Phương pháp
- Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính R1:
- Giá trị biểu diễn của R1 là:
- Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R2:
- Giá trị biểu diễn của R2 là:
- Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1, và vòng tròn bán kính R2 ra 18 phần bằng nhau Như vậy, ứng với góc ở nửa vòng tròn bán kính R1 thì ở vòng tròn bán kính
R2 sẽ là 2, 18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính R1 mỗi điểm cách nhau 10 và trên vòng tròn bán kính R2 mỗi điểm cách nhau là 20
- Trên nửa vòng tròn R1 ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, , 18 theo chiều ngược kim đồng hồ, còn trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số 0’,1’,2’, , 18’ theo chiều kim đồng hồ, cả hai đều xuất phát từ tia OA.
- Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1, ta dóng các đường thẳng vuông góc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R2 ta kẻ các đường thẳng song song với AB Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tương ứng theo từng cặp 0-0’;1-1’; ;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, , 18 Nối các điểm này lại bằng một đường cong và cùng với nửa vòng tròn bán kính R1 biểu diễn trị số vận tốc v bằng các đoạn 0, 1a,2b,3c, , 0 ứng với các góc 0, 1,2, 3 18 Phần giới hạn của đường cong này và nửa vòng tròn lớn gọi là giới hạn vận tốc của piston.
- Vẽ hệ toạ độ vuông góc OvS trùng với hệ toạ độ OS , trục thẳng đứng Ov trùng với trục O Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta kẻ các đường thẳng song song với trục Ov cắt trục Os tại các điểm 0, 1, 2, 3, , 18 Từ các điểm này, ta đặt các đoạn thẳng 00, 1a, 2b, 3c, , 1818 song song với trục Ovvà có khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn 0, 1a,2b,3c, , 0 Nối các điểm 0, a ,b c, , 18 lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc của piston v=f(S)
Đồ thị vận tốc
Hình 1- 2: Đồ thị Vận tốc V = f(S) của động cơ X5V6-0516
Đồ thị gia tốc
+ Giải gia tốc của Piston bằng phương pháp đồ thị thường dùng phương pháp TôLê Cách tiến hành cụ thể như sau:
Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R Từ A dựng đoạn thẳng AC = Jmax = R 2 (1+).
Từ B dựng đoạn thẳng BD = Jmin = -R 2 (1-) , nối CD cắt AB tại E.
Lấy EF = -3R 2 Nối CF và DF Phân đoạn CF và DF thành những đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1 , 2 , 3 , 4 , và 1’ , 2’ , 3’ , 4’ , như trên hình 1.6.
Nối 11’ , 22’ , 33’ , 44’ , Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số : j = f(x).
- Chọn tỷ lệ xích: max J max
- Lấy đoạn thẳng AB trên trục Os, với: s
- Tại A, dựng đoạn thẳng AC thẳng góc với AB về phía trên, với: max j
- Tại B, dựng đoạn thẳng BD thẳng góc với AB về phía dưới, với: min j
- Nối C với D cắt AB tại E, dựng EF thẳng góc với AB về phía dưới một đoạn: j
- Nối đoạn CF và DF, ta phân chia các đoạn CF và DF thành 8 đoạn nhỏ bằng nhau và ghi số thứ tự cùng chiều, chẳng hạn như trên đoạn CF: C, 1, 2, 3, 4, F; trên đoạnFD: F, 1’, 2’, 3’,4’,D Nối các điểm chia 11 ' , 22 ' , 33 ' , Đường bao của các đoạn này là đường cong biểu diễn gia tốc của piston: J = f(s).
Hình 1- 3: Đồ thị gia tốc J=f(S) của động cơ X5V6-0516
1.6 VẼ ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH
- Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyển động tịnh tiến bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền. m’ = mpt +m1 [kg] (1.32)[1]
+ mpt: Khối lượng nhóm piston Theo đề ta có mpt = 0,9 [kg]
+ m1: Khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền Được chọn tùy theo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại Vì động cơ đang thiết kế có các thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo nên ta chọn m1 trong khoảng. m1 = (0,275 0,35).mtt (1.33)
+ mtt: Khối lượng nhóm thanh truyền Theo đề ta có mtt = 1.2 [kg].
- Vậy khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến là: m’ = 0,9 + 0,6 = 1.26 [kg] (1.35)
- Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công thì -Pj phải có cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công, thay vì vẽ giá trị thực của nó ta vẽ -Pj= f(x) ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston.
1.6.2 Xây dựng đồ thị lực quán tính –P J – V
- Lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến:
- Từ công thức (1.37) ta xác định được: max
- Đồ thị PJ này vẽ chung với đồ thị công P-V
- Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - S, với
- Chọn tỷ lệ xích trùng với tỷ lệ xích đồ thị công
- Trục hoành trùng với trục Po của đồ thị công. j
1.7 ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN P KT , P J , P 1 – α
- Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc OP, trục hoành O nằm ngang với trục po.
- Trên trục O ta chia 10 o một, ứng với tỷ lệ xích = 2 [ o /mm].
- Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai triển như sau:
+ Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song với OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá trình nạp, nén, cháy - giãn nở và thải Qua các giao điểm này ta kẻ các đường ngang song song với trục hoành sang hệ trục toạ độ OP.
+Từ các điểm chia trên trục O, kẻ các đường song song với trục OP, những đường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của đồ thị Brick và phù hợp với quá trình làm việc của động cơ Nối các giao điểm này lại ta có đường cong khai triển đồ thị Pkt - với tỷ lệ xích :
1.7.2 Vẽ đồ thị khai triển P J -
- Cách vẽ đồ thị khai triển này giống như cách vẽ đồ thị khai triển Pkt - α Tuy nhiên, trên đồ thị p - V thì giá trị của lực quán tính là – PJ nên khi chuyển sang đồ thị
- Cộng các giá trị pkt với pj ở các trị số góc tương ứng, ta vẽ được đường biểu diễn hợp lực của lực quán tính và lực khí thể P1:
Bảng 1-4: Bảng giá trị P kt - ; P j - ; P 1 -
Giá trị đo (mm) Giá trị vẽ Giá trị thật α(độ) Pkt Pj P1 = pkt + pj P1
Hình 1-5: Đồ thị lực khai triển Pkt - ; Pj - ; P1 -
Hình 1-6: Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm.
- Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:
- Lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:
- Lực ngang tác dụng lên phương thẳng góc với đường tâm xylanh:
- P1 được xác định trên đồ thị khai triển tương ứng với các giá trị của .
- Ta có giá trị của góc :
- Ta lập bảng xác định các giá trị N, T, Z Sau đó, ta tiến hành vẽ đồ thị N, T, Z theo trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z - ).
(độ) sin(α+β)/ cosβ cos(α+β)/ cosβ
Giá trị thật Gíá trị vẽ (mm)
- Thứ tự làm việc của động cơ : 1-5-2-4-6-3
- Ta tính T trong 1 chu k ỳ góc công tác 180 180.4 120 0 ct 6 i
- Khi trục khuỷu của xylanh thứ 1 nằm ở vị trí 1 0 0 thì:
Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí 2 480 0 Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí 3 120 0 Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí 4 360 0 Khuỷu trục của xylanh thứ 5 nằm ở vị trí 5 600 0 Khuỷu trục của xylanh thứ 5 nằm ở vị trí 6240 0
- Dựa vào bảng tính T ở trên, tra các giá trị tương ứng mà Ti đã tịnh tiến theo α.
Sau đó, cộng tất cả các giá trị Ti lại ta có các giá trị của T.
Bảng 1-6: Bảng giá trị T- ΣTT ΣTTbd
- Tính giá trị của T tb bằng công thức: n F R π
+ Ni: công suất chỉ thị của động cơ m e i η
+ m: Hiệu suất cơ giới, các loại động cơ đốt trong hiện nay nằm trong giới hạn
+ n: là số vòng quay của động cơ, n = 4950 [vòng/phút]
+ Fp: là diện tích đỉnh piston
+ R: là bán kính quay của trục khuỷu
+ : là hệ số hiệu đính đồ thị công
= 0,97 (Khi vẽ đã hiệu chỉnh đồ thị công)
Dựa vào bảng tính T ở trên tra các giá trị tương ứng mà Ti đã tịnh tiến theo α.
Sau đó, cộng tất cả các giá trị Ti lại ta có các giá trị của T.
1.10 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU
- Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ở trục.
- Vẽ hệ toạ độ T - Z gốc toạ độ O’ trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới.
- Chọn tỉ lệ xích :T = Z = p = 0,021 [MN/(m 2 mm)]
- Đặt giá trị của các cặp (T,Z) theo các góc tương ứng lên hệ trục toạ độ T - Z. Ứng với mỗi cặp giá trị (T,Z) ta có một điểm, đánh dấu các điểm từ 0 72 ứng với các góc từ 0 0 72 0 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
- Dịch chuyển gốc toạ độ Trên trục 0’Z (theo chiều dương) ta lấy điểm 0 với
00' (lực quán tính ly tâm).
+ Lực quán tính ly tâm :
+ m2: khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu to
Với tỷ lệ xích Z ta dời gốc toạ độ O’ xuống O một đoạn O’O.
- Đặt lực P R 0về phía dưới tâm O’, ta có tâm O, đây là tâm chốt khuỷu.
Hình 1-9 : Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu
- Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q - rồi tính phụ tải trung bình Qtb
- Lập bảng tính xây dựng đồ thị Q - α:
Tiến hành đo các khoảng cách từ tâm O đến các điểm ai (Ti, Zi) trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, ta nhận được các giá trị Qi tương ứng Sau đó lập bảng Q - α:
Bảng 1-7: Bảng giá trị Q - Α T Z TÍNH -Z (-Z +Pro) Q = SQRT(T2 + Z2)
Hình 1-10 Đồ thị khai triển của véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
1.12 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN
Dựa trên nguyên lý lực và phản lực tác dụng tại 1 điểm bất kỳ trên chốt khuỷu và đầu to thanh truyền và xét đến sự chuyển động tương đối của chúng, ta có thể xây dựng được đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền, nhờ có kết quả xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
Tại bất kỳ một điểm trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, chúng ta hoàn toàn xác định được giá trị, phương, chiều và điểm đặt của lực tác dụng lên chốt khuỷu. Bây giờ chúng ta xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền tức là tìm các phản lực tác dụng lên ổ trượt đầu to thanh truyền do phụ tải Q trên chốt khuỷu gây ra.
Như vậy, ứng với một giá trị Q ta sẽ có một phản lực Qi bằng nhau về giá trị nhưng ngược chiều nhau Còn điểm đặt của phản lực này do có sự chuyển động tương đối nên tại vị trí của một chốt khuỷu có góc i thì trên đầu to thanh truyền sẽ có một góc tương ứng là i + i, chiều quay của đầu to thanh truyền ngược chiều quay với chốt khuỷu.
Giá trị i có thể là dương hoặc có thể là âm tùy thuộc vào và được xác định theo bảng sau:
Bảng 1-8: Bảng giá trị + α (độ) α (radian) sin α β (radian) β (độ) α + β (độ)
- Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền được xây dựng bằng cách :
- Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm 0 0 ,
Xây dựng đồ thị lực quán tính –P J – V
Vẽ đồ thị khai triển P J -
- Cách vẽ đồ thị khai triển này giống như cách vẽ đồ thị khai triển Pkt - α Tuy nhiên, trên đồ thị p - V thì giá trị của lực quán tính là – PJ nên khi chuyển sang đồ thị
Vẽ đồ thị P 1 -
- Cộng các giá trị pkt với pj ở các trị số góc tương ứng, ta vẽ được đường biểu diễn hợp lực của lực quán tính và lực khí thể P1:
Bảng 1-4: Bảng giá trị P kt - ; P j - ; P 1 -
Giá trị đo (mm) Giá trị vẽ Giá trị thật α(độ) Pkt Pj P1 = pkt + pj P1
Hình 1-5: Đồ thị lực khai triển Pkt - ; Pj - ; P1 -
Xây dựng đồ thị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N theo α
Hình 1-6: Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm.
- Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:
- Lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:
- Lực ngang tác dụng lên phương thẳng góc với đường tâm xylanh:
- P1 được xác định trên đồ thị khai triển tương ứng với các giá trị của .
- Ta có giá trị của góc :
- Ta lập bảng xác định các giá trị N, T, Z Sau đó, ta tiến hành vẽ đồ thị N, T, Z theo trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z - ).
(độ) sin(α+β)/ cosβ cos(α+β)/ cosβ
Giá trị thật Gíá trị vẽ (mm)
- Thứ tự làm việc của động cơ : 1-5-2-4-6-3
- Ta tính T trong 1 chu k ỳ góc công tác 180 180.4 120 0 ct 6 i
- Khi trục khuỷu của xylanh thứ 1 nằm ở vị trí 1 0 0 thì:
Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí 2 480 0 Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí 3 120 0 Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí 4 360 0 Khuỷu trục của xylanh thứ 5 nằm ở vị trí 5 600 0 Khuỷu trục của xylanh thứ 5 nằm ở vị trí 6240 0
- Dựa vào bảng tính T ở trên, tra các giá trị tương ứng mà Ti đã tịnh tiến theo α.
Sau đó, cộng tất cả các giá trị Ti lại ta có các giá trị của T.
Bảng 1-6: Bảng giá trị T- ΣTT ΣTTbd
- Tính giá trị của T tb bằng công thức: n F R π
+ Ni: công suất chỉ thị của động cơ m e i η
+ m: Hiệu suất cơ giới, các loại động cơ đốt trong hiện nay nằm trong giới hạn
+ n: là số vòng quay của động cơ, n = 4950 [vòng/phút]
+ Fp: là diện tích đỉnh piston
+ R: là bán kính quay của trục khuỷu
+ : là hệ số hiệu đính đồ thị công
= 0,97 (Khi vẽ đã hiệu chỉnh đồ thị công)
Dựa vào bảng tính T ở trên tra các giá trị tương ứng mà Ti đã tịnh tiến theo α.
Sau đó, cộng tất cả các giá trị Ti lại ta có các giá trị của T.
1.10 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU
- Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ở trục.
- Vẽ hệ toạ độ T - Z gốc toạ độ O’ trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới.
- Chọn tỉ lệ xích :T = Z = p = 0,021 [MN/(m 2 mm)]
- Đặt giá trị của các cặp (T,Z) theo các góc tương ứng lên hệ trục toạ độ T - Z. Ứng với mỗi cặp giá trị (T,Z) ta có một điểm, đánh dấu các điểm từ 0 72 ứng với các góc từ 0 0 72 0 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
- Dịch chuyển gốc toạ độ Trên trục 0’Z (theo chiều dương) ta lấy điểm 0 với
00' (lực quán tính ly tâm).
+ Lực quán tính ly tâm :
+ m2: khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu to
Với tỷ lệ xích Z ta dời gốc toạ độ O’ xuống O một đoạn O’O.
- Đặt lực P R 0về phía dưới tâm O’, ta có tâm O, đây là tâm chốt khuỷu.
Hình 1-9 : Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu
- Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q - rồi tính phụ tải trung bình Qtb
- Lập bảng tính xây dựng đồ thị Q - α:
Tiến hành đo các khoảng cách từ tâm O đến các điểm ai (Ti, Zi) trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, ta nhận được các giá trị Qi tương ứng Sau đó lập bảng Q - α:
Bảng 1-7: Bảng giá trị Q - Α T Z TÍNH -Z (-Z +Pro) Q = SQRT(T2 + Z2)
Hình 1-10 Đồ thị khai triển của véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
1.12 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN
Dựa trên nguyên lý lực và phản lực tác dụng tại 1 điểm bất kỳ trên chốt khuỷu và đầu to thanh truyền và xét đến sự chuyển động tương đối của chúng, ta có thể xây dựng được đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền, nhờ có kết quả xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
Tại bất kỳ một điểm trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, chúng ta hoàn toàn xác định được giá trị, phương, chiều và điểm đặt của lực tác dụng lên chốt khuỷu. Bây giờ chúng ta xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền tức là tìm các phản lực tác dụng lên ổ trượt đầu to thanh truyền do phụ tải Q trên chốt khuỷu gây ra.
Như vậy, ứng với một giá trị Q ta sẽ có một phản lực Qi bằng nhau về giá trị nhưng ngược chiều nhau Còn điểm đặt của phản lực này do có sự chuyển động tương đối nên tại vị trí của một chốt khuỷu có góc i thì trên đầu to thanh truyền sẽ có một góc tương ứng là i + i, chiều quay của đầu to thanh truyền ngược chiều quay với chốt khuỷu.
Giá trị i có thể là dương hoặc có thể là âm tùy thuộc vào và được xác định theo bảng sau:
Bảng 1-8: Bảng giá trị + α (độ) α (radian) sin α β (radian) β (độ) α + β (độ)
- Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền được xây dựng bằng cách :
- Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm 0 0 ,
10 0 , 20 0 , 30 0 , trùng với trục OZ của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véc tơ Q 0 , Q 10 , Q 20 , Q 30 , của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0 , 10 , 20 , 30,
Nối các điểm 0 , 15 , 30 , bằng một đường cong , ta có đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền
Hình 1-11: Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền
1.13.ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU
- Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý
T ' (MN/m²) thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúng nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng.
- Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây:
+ Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ n định mức;
+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 120 0 ;
+ Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải;
+ Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép
- Các bước tiến hành vẽ như sau:
+ Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ vòng tâm O, bán kính bất kì. Chia vòng tròn này thành 24 phần bằng nhau, tức là chia theo 15 o theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, bắt đầu tại điểm 0 là giao điểm của vòng tròn O với trục OZ (theo chiều dương), tiếp tục đánh số thứ tự 1, 2, , 23 lên vòng tròn.
+ Từ các điểm chia 0, 1, 2, , 23 của vòng tròn O, ta kẻ các tia qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải tại nhiều điểm, có bao nhiêu điểm cắt đồ thị thì sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại điểm chia đó Do đó ta có : in i1 i0 i Q' Q' Q' ΣTQ'
+ i : Tại mọi điểm chia bất kì thứ i.
+ 0, 1, , n: Số điểm giao nhau của tia chia với đồ thị phụ tải tại 1 điểm chia.
- Lập bảng ghi kết quả Q’i
- Chọn tỉ lệ xích: μ ΣTQ 2 [MN/(m2.mm )]
- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu, chia vòng tròn thành 24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0, 1, , 23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.
- Vẽ các tia ứng với số lần chia.
- Lần lượt đặt các giá trị Q0, Q1, Q2, …, Q23 lên các tia tương ứng theo chiều từ ngoài vào tâm vòng tròn Nối các đầu mút lại ta có dạng đồ thị mài mòn chốt khuỷu.
- Các hợp lực Q0, Q1, Q2, …, Q23 được tính theo bảng sau :
Hình 1-12: Đồ thị mài mòn chốt khuỷu μΣTQ = 2 [MN/m 2 mm]
II PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO – TOYOTA 5VZ-FE LẮP TRÊN XE CẢMY.
2.1 Thông số kỹ thuật động cơ chọn tham khảo 5VZ-FE.
Loại động cơ Chọn 5VZ-FE Yêu cầu
Số xylanh – cách bố trí 6xylanh – V type 6 xylanh – type
Loại nhiên liệu Xăng Xăng
Công suất cực đại/số vòng quay
Tỷ số nén 9,6 9,1 Đường kính x hành trình piston
Hệ thống nhiên liệu EFI EFI
Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cácte ướt Cưỡng bức cácte ướt
Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất
Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng
Hệ thống phân phối khí 24 valve – DOHC 24 valve – DOHC
Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
- Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ở trục.
- Vẽ hệ toạ độ T - Z gốc toạ độ O’ trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới.
- Chọn tỉ lệ xích :T = Z = p = 0,021 [MN/(m 2 mm)]
- Đặt giá trị của các cặp (T,Z) theo các góc tương ứng lên hệ trục toạ độ T - Z. Ứng với mỗi cặp giá trị (T,Z) ta có một điểm, đánh dấu các điểm từ 0 72 ứng với các góc từ 0 0 72 0 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
- Dịch chuyển gốc toạ độ Trên trục 0’Z (theo chiều dương) ta lấy điểm 0 với
00' (lực quán tính ly tâm).
+ Lực quán tính ly tâm :
+ m2: khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu to
Với tỷ lệ xích Z ta dời gốc toạ độ O’ xuống O một đoạn O’O.
- Đặt lực P R 0về phía dưới tâm O’, ta có tâm O, đây là tâm chốt khuỷu.
Hình 1-9 : Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu
Khai triển đồ thị Q -
- Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q - rồi tính phụ tải trung bình Qtb
- Lập bảng tính xây dựng đồ thị Q - α:
Tiến hành đo các khoảng cách từ tâm O đến các điểm ai (Ti, Zi) trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, ta nhận được các giá trị Qi tương ứng Sau đó lập bảng Q - α:
Bảng 1-7: Bảng giá trị Q - Α T Z TÍNH -Z (-Z +Pro) Q = SQRT(T2 + Z2)
Hình 1-10 Đồ thị khai triển của véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền
Dựa trên nguyên lý lực và phản lực tác dụng tại 1 điểm bất kỳ trên chốt khuỷu và đầu to thanh truyền và xét đến sự chuyển động tương đối của chúng, ta có thể xây dựng được đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền, nhờ có kết quả xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
Tại bất kỳ một điểm trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, chúng ta hoàn toàn xác định được giá trị, phương, chiều và điểm đặt của lực tác dụng lên chốt khuỷu. Bây giờ chúng ta xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền tức là tìm các phản lực tác dụng lên ổ trượt đầu to thanh truyền do phụ tải Q trên chốt khuỷu gây ra.
Như vậy, ứng với một giá trị Q ta sẽ có một phản lực Qi bằng nhau về giá trị nhưng ngược chiều nhau Còn điểm đặt của phản lực này do có sự chuyển động tương đối nên tại vị trí của một chốt khuỷu có góc i thì trên đầu to thanh truyền sẽ có một góc tương ứng là i + i, chiều quay của đầu to thanh truyền ngược chiều quay với chốt khuỷu.
Giá trị i có thể là dương hoặc có thể là âm tùy thuộc vào và được xác định theo bảng sau:
Bảng 1-8: Bảng giá trị + α (độ) α (radian) sin α β (radian) β (độ) α + β (độ)
- Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền được xây dựng bằng cách :
- Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm 0 0 ,
10 0 , 20 0 , 30 0 , trùng với trục OZ của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véc tơ Q 0 , Q 10 , Q 20 , Q 30 , của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0 , 10 , 20 , 30,
Nối các điểm 0 , 15 , 30 , bằng một đường cong , ta có đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền
Hình 1-11: Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền
Đồ thị mài mòn chốt khuỷu
- Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý
T ' (MN/m²) thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúng nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng.
- Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây:
+ Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ n định mức;
+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 120 0 ;
+ Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải;
+ Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép
- Các bước tiến hành vẽ như sau:
+ Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ vòng tâm O, bán kính bất kì. Chia vòng tròn này thành 24 phần bằng nhau, tức là chia theo 15 o theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, bắt đầu tại điểm 0 là giao điểm của vòng tròn O với trục OZ (theo chiều dương), tiếp tục đánh số thứ tự 1, 2, , 23 lên vòng tròn.
+ Từ các điểm chia 0, 1, 2, , 23 của vòng tròn O, ta kẻ các tia qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải tại nhiều điểm, có bao nhiêu điểm cắt đồ thị thì sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại điểm chia đó Do đó ta có : in i1 i0 i Q' Q' Q' ΣTQ'
+ i : Tại mọi điểm chia bất kì thứ i.
+ 0, 1, , n: Số điểm giao nhau của tia chia với đồ thị phụ tải tại 1 điểm chia.
- Lập bảng ghi kết quả Q’i
- Chọn tỉ lệ xích: μ ΣTQ 2 [MN/(m2.mm )]
- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu, chia vòng tròn thành 24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0, 1, , 23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.
- Vẽ các tia ứng với số lần chia.
- Lần lượt đặt các giá trị Q0, Q1, Q2, …, Q23 lên các tia tương ứng theo chiều từ ngoài vào tâm vòng tròn Nối các đầu mút lại ta có dạng đồ thị mài mòn chốt khuỷu.
- Các hợp lực Q0, Q1, Q2, …, Q23 được tính theo bảng sau :
Hình 1-12: Đồ thị mài mòn chốt khuỷu μΣTQ = 2 [MN/m 2 mm]
PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO–
Phân tích một số đặc điểm kết cấu của động cơ 5VZ-FE
Động cơ 5VZ-FE, mới được phát triển để thay thế cho động cơ 3VZ-E, là một động cơ V6, 3.4 lít, 24 van DOHC Basedon động cơ 3VZ-E được đánh giá cao Nó đã nhận ra cả hiệu suất cao và tiết kiệm nhiên liệu thông qua một tăng chuyển tổng số xi lanh, việc áp dụng một cơ chế van mà là tương tự như của các cơ 3VZ-FE trên '92Camry, và một hệ thống điều khiển động cơ mà là tương tự như của các 1MZ-FE động cơ trên '94
Hình 1.4 Mặt Cắt Ngang Động Cơ 5VZ-FE
Hình 1.5 Mặt Cắt Dọc Động Cơ 5VZ-FE
2.2.1 Nhóm piston, thanh truyền, trục khuỷu
Thân máy của động cơ 5VZ-FE được giới thiệu trên hình 1.4 Đây là loại thân máy kiểu thân xy lanh, hộp trục khuỷu Thân máy được chế tạo bằng gang xám bằng phương pháp đúc Các vách ngăn ở các te trên có gia công các gân để tăng độ cứng vững cho thân, thân phía trong có các bệ để lắp ổ trục chính, nắp gối đỡ ổ trục chính được bắt bằng bu lông, trên thân máy có các áo nước để làm mát cho động cơ , các lỗ ren trên thân máy được dùng để bắt nắp máy và các te với thân máy Xy lanh được doa thẳng vào thân máy Đường kính xy lanh nằm trong khoảng 81.5- 82mm.
Khe hở giữa pít tông và xy lanh của động cơ 5VZ-FE nằm trong khoảng 0,02 - 0,04 mm Để tăng thời gian sử dụng động cơ, thân máy có thể doa để lên cốt sửa chữa cho xy lanh ( Lên cốt sửa chữa là tăng đường kính xy lanh lên 0,25 mm ) Chỉ có thể lên 6 cốt sửa chữa, nếu doa rộng quá cốt 6 sẽ làm mất lớp bề mặt xy lanh
Phần dưới của thân máy có 6 ổ đỡ trục khuỷu Nắp ổ đỡ trục khuỷu được bắt vào thân máy bằng bu lông, và được gia công cùng với thân máy Do đó không lắp lẫn được các lắp ổ đỡ trục khuỷu, vì vậy trong quá trình sửa chữa cần chú ý đến vị trí của các nắp ổ đỡ Tránh nắp nhầm vị trí của các ổ đỡ gây bó kẹt dẫn tới phá vỡ kết cấu lắp ghép.
Có thể nói kết cấu của thân máy kiểu xy lanh được đúc liền với thân máy có ưu điểm là có độ cứng vững cao kết cấu gọn, bảo đảm độ kín khít giữa xy lanhvà khoang làm mát Song kết cấu như vậy cũng có nhược điểm là việc chế tạo khó khăn do các đường nước bố trí bên trong nên trong quá trình đúc thân máy khó Khó khăn cho quá trình sửa chữa cũng như số lần được phép sửa chữa không nhiều (chỉ được tăng cốt 6 lần tức là tăng đường kính xy lanh lên 1mm) Vượt quá kích thước này sẽ làm mất phần vật liệu thuộc lớp bề mặt xy lanh ( Tức là lớp vật liệu chịu nhiệt độ và mài mòn cao) Khi lớp bề mặt xi lanh mất đi chỉ có thể khắc phục bằng phương pháp doa rộng xi lanh và lắp ống lót mới , nếu không thể lắp thêm ống lót thì buộc phải thay cả thân máy Đây là một nhược điểm của kết cấu kiểu này không phù hợp với điều kiện Việt Nam khi nền kinh tế còn nghèo
Nắp máy được đúc liền một khối cho cả 6 xi lanh và được đúc bằng hợp kim nhôm Các ống dẫn hướng xupap làm bằng kim loại gốm và được ép vào nắp máy. Trên nắp máy cũng bố trí các áo nước làm mát và được thông với áo nước của thân máy Nắp được đinh vị với thân nhờ bu lông cấy trên thân máy Nắp máy còn được gia công các lỗ để bắt chặt với thân máy nhờ bu lông và các lỗ ren để bắt vòi phun, bugi.
Các đường rãnh dẫn khí nạp được bố trí 1 góc có độ nghiêng thích hợp nhằm tạo ra chuyển động theo phương tiếp tuyến của dòng khí nạp đối với mặt trụ bên trong của xi lanh, chuyển động đó tạo thành xoáy lốc, có tác dụng làm tăng chất lượng của quá trình tạo hỗn hợp và đốt cháy nhiên liệu.
Giữa thân máy và nắp máy có đệm làm kín bằng hợp kim nhôm khi xiết các bu lông mặt máy 1 lực từ 7 đến 8 KG đệm biến dạng tạo sự kín khít giữa thân máy và nắp máy Ngoài nắp máy có lắp dàn cò mổ bằng hợp kim nhôm Nắp máy của động cơ 5VZ-FEđược giới thiệu trên hình 1.4
Trong các chi tiết chuyển động của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, các chi tiết thuộc nhóm pít tông- thanh truyền là các chi tiết chịu phụ tải lớn cả về cơ và nhiệt, các chi tiết chịu mài mòn nhanh gồm pít tông, xéc măng và bạc lót ở đầu nhỏ, bạc lót ở đầu to thanh truyền
Các chi tiết trong nhóm piston – thanh truyền được mô tả dưới hình 2.3.
Hình 2.3 piston và thanh truyền của động cơ 4G93
1- đai ốc đầu to thanh truyền ; 2- nắp đầu to thanh truyền ; 3 – 5: bạc lót nắp đầu to thanh truyền ;4-bu lông đầu to thanh truyền ; 6- xéc măng khí thứ nhất , 7- xéc măng khí thứ 2 ; 8 – xéc măng dầu ; 9- chốt piston ; 10-piston ; 11- thân thanh truyền.
Pít tông được đúc bằng hợp kim nhôm có hàm lượng đi ô xít cao Phần đỉnh đầu pít tông được làm lõm tạo thành không gian buồng cháy hình chêm.
Bề mặt của pít tông có dạng côn cong Tiết diện ngang phần đuôi có hình ô van Trục lớn vuông góc với đường tâm chốt pít tông.
Phần váy pít tông có phủ lớp chì để chống mòn.
Thân pít tông còn gia công 3 rãnh để lắp xéc măng khí và xéc măng dầu Trong rãnh xéc măng dầu có gia công lỗ dẫn dầu bôi trơn.
Chốt pít tông được chế tạo bằng thép hợp kim và để giảm bớt khối lượng người ta làm rỗng, chốt được nhiệt luyện bằng nguyên công thấm than có độ thấm sâu là 0,1 đến 1,4mm và được tôi cứng Độ cứng bề mặt chốt thường đạt giá trị HRC từ 56 đến 60.
Chốt pít tông được lắp với bệ chốt theo kiểu bơi Hai mặt đầu của chốt được bố trí hai nút hãm để ngăn ngừa dịch chuyển theo chiều trục.
Trên pít tông đặt 2 xéc măng khí và 1 xéc măng dầu Các xéc măng khí được chế tạo bằng gang hợp kim và có tiết diện hình thang tăng khả năng bao kín, bề mặt ngoài của xéc măng số 1 được phủ 1 lớp Crôm còn xéc măng số 2 phủ lớp mô líp đen ( Mục đích tăng khả năng chống mòn cho xéc măng)
Xéc măng dầu là tổ hợp các chi tiết lắp gép bao gồm một vòng bằng gang có phủ crôm và một lò xo xoắn giãn nở được.
Thanh truyền và nắp đầu to thanh truyền được chế tạo rời nhau Nắp đầu to thanh truyền được gia công với thân thanh truyền vì vậy không lắp lẫn các nắp đầu to thanh truyền với nhau được.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ XDV4-0516
Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát
3.1.1 Mục đích của hệ thống làm mát
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy như: piston, xecmăng, xupap, nắp xilanh, thành xilanh chiếm khoảng 25 35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốt nóng mãnh liệt-nhiệt độ đỉnh pittông có thể lên tới 600 o C,còn nhiệt độ của nấm xupap có thể lên
900 o C Nhiệt độ của các chi tiết máy cao gây ra những hậu quả xấu như:
- Phụ tải nhiệt làm giảm sức bền làm giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ của các chi tiết máy
- Do nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn nên làm tăng tổn thất ma sát.
- Có thể gây bó kẹt piston trong cylinder do hiện tượng giản nở nhiệt.
- Đối với động cơ xăng dễ phát sinh hiện tượng cháy kích nổ. Để khắc phục các hậu quả xấu trên.Vì vậy cần thiết phải làm mát động cơ Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy rồi đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ của các chi tiết không quá nóng nhưng cũng không quá nguội Động cơ quá nóng sẽ gây ra các hiện tượng như đã nói, còn quá nguội tức là động cơ được làm mát quá nhiều vì vậy tổn thất nhiệt cho dung dịch làm mát nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh công ít do đó hiệu suất nhiệt của động cơ thấp, ngoài ra do nhiệt độ động cơ thấp ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn, độ nhớt của dầu bôi trơn tăng, dầu bôi trơn khó lưu động vì vậy làm tăng tổn thất cơ giới và tổn thất ma sát, ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và công suất động cơ Động cơ X5V6-0516 có hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức.
3.1.2 Yêu cầu của hệ thống làm mát Đối với động cơ X5V6-0516 cũng như các động cơ lắp trên xe con thì hệ thống làm mát phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất cho làm mát bé.
- Bảo đảm nhiệt độ của môi chất làm mát tại cửa ra van hằng nhiệt ở khoảng 8395 0 C và nhiệt độ của dầu bôi trơn trong động cơ khoảng 95÷115 0 C.
- Bảo đảm động cơ làm việc tốt ở mọi chế độ và mọi điều kiện khí hậu cũng như điều kiện đường sá, kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí.
Nhiệm vụ của hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát của động cơ X5V6-0516 có nhiệm vụ làm mát động cơ, máy nén và dầu bôi trơn.
3.2.1 Làm mát động cơ và máy nén
Hệ thống làm mát có nhiệm vụ chính là làm mát động cơ, bảo đảm động cơ có nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình làm việc Ngoài ra, hệ thống cũng có nhiệm vụ không kém phần quan trọng đó là rút ngắn thời gian chạy ấm máy, nhanh chóng đưa động cơ đạt đến nhiệt độ làm việc Bên cạnh đó hệ thống làm mát còn làm mát cho máy nén khí nhằm tăng hiệu suất cho máy nén khí Đường nước làm mát máy nén khí được trích từ đường nước chính làm mát động cơ.
3.2.2 Làm mát dầu bôi trơn.
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn tăng lên không ngừng do các nguyên nhân cơ bản sau:
- Dầu bôi trơn phải làm mát các trục, tỏa nhiệt lượng sinh ra trong quá trình ma sát các ổ trục ra ngoài.
- Dầu bôi trơn tiếp xúc trực tiếp với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như cò mổ, đuôi xupáp, piston Để đảm bảo nhiệt độ làm việc của dầu ổn định, giữ độ nhớt dầu ít thay đổi và đảm bảo khả năng bôi trơn, vì vậy cần phải làm mát dầu bôi trơn Đường dầu bôi trơn được khoan song song với đường nước làm mát động cơ Khi nước làm mát động cơ đồng thời làm mát luôn cho dầu bôi trơn, nhằm hạ nhiệt độ cho dầu bôi trơn.
Nguyên lý làm biệc cảu hệ thống làm mát dộng cơ
Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức khắc phục được nhược điểm trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu Trong hệ thống này, nước lưu động do sức đẩy cột nước của bơm nước tạo ra Tùy theo số vòng tuần hoàn và kiểu tuần hoàn ta có các loại tuần hoàn cưỡng bức như: hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng kín, kiểu cưỡng bức một vòng hở, kiểu cưỡng bức hai vòng tuần hoàn Mỗi kiểu làm mát có những nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng khác nhau.
Hình 3-3 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng.
Trên hình (3-3) là hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức của động cơ ô tô máy kéo một hàng xilanh Ở đây, nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm, qua ống phân phối nước đi vào các khoang chứa của các xilanh Để phân phối nước làm mát đồng đều cho mỗi xilanh, nước sau khi bơm vào thân máy chảy qua ống phân phối đúc sẵn trong thân máy Sau khi làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy rồi theo đường ống ra khỏi động cơ với nhiệt độ cao rồi đến van hằng nhiệt Khi van hằng nhiệt mở, một phần nước chảy qua đường ống về đường ống hút của bơm nước,một phần lớn nước qua van hằng nhiệt vào ngăn chứa phía trên của két nước.
Tiếp theo, nước từ ngăn phía trên của két đi qua các ống mỏng có gắn cánh tản nhiệt Tại đây, nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt tạo ra Quạt được dẫn động bằng đai hay bánh răng từ trục khuỷu của động cơ Tại ngăn chứa phía dưới, nước có nhiệt độ thấp hơn lại được bơm nước đẩy vào động cơ thực hiện một chu kỳ làm mát tuần hoàn. Ưu điểm của hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín là nước sau khi qua két làm mát lại trở về động cơ Do đó ít phải bổ sung nước, tận dụng việc trở lại nguồn nước để tiếp tục làm mát động cơ Vì vậy, hệ thống này rất thuận lợi đối với các loại xe đường dài, nhất là ở những vùng thiếu nguồn nước.
IV Tính toán h th ng làm mát đ ng c ệ thống làm mát động cơ ống làm mát động cơ ộng cơ ơ X5V6-0516
4.1 T ng quan v truy n nhi t qua vách có cánhổng quan về truyền nhiệt qua vách có cánh ề truyền nhiệt qua vách có cánh ề truyền nhiệt qua vách có cánh ệ thống làm mát động cơ
+ Lập phương trình vi phân dẫn nhiệt, các dạng đặt biệt của phương trình và mô tả các điều kiện đơn trị. Độ tăng dI của dV bằng hiệu số dòng nhiệt (vào – ra )dv
Theo định luật Fourier- q =-λ gra dt (4-3) Thay phương trình (8-3) vào (8-1) ta có div q = div(-λ gra dt )=- λdiv( gra dt ) với gra dt = i z k t y j t x t
= a (m 2 /s) - Hệ số khuếch tán nhiệt. khí đó -
Nếu nhiệt độ trong vật thể không thay đổi theo thời gian (trường ổn định) phương trình Fourier trở thành phương trình Poisson: ad 2 t +
Khi không có nguồn nhiệt bên trong, qv = 0, ta có phương trình Laplace: d 2 t = 0 (4-7)
Các phương trình trên đúng với mọi hệ tọa độ, sự khác nhau chỉ ở ý nghĩa của các toán tử vi phân, cụ thể:
- Đối với hệ tọa độ Đềcác : d 2 2
- Đối với hệ tọa độ trụ : d 2 2
Nghiệm tổng quát của phương trình có dạng t=C1x+C2
Từ điều kiện biên ta xác định các hằng số tích phân C1,C2
Phân bố nhiệt độ trong vách được biểu diễn bằng phương trình t=tw1-
(x-x1) (4-9) thay x2-x1 bằng δ và cho x1=0 phương trình trở thành t= tw1-( tw1- tw2)
Lượng nhiệt truyền qua vách trong thời gian một giây
( tw1- tw2)F (w) (4-11)+ Truyền nhiệt qua vách có cánh
Giả sử có một vách có cánh làm bằng vật liệu có hệ số dẫn nhiệt , vách dày , phía vách phẳng có diện tích F1 tiếp xúc với môi trường có nhiệt độ tf1, hệ số tỏa nhiệt từ môi trường đến bề mặt phẳng là 1 Phía làm cánh có diện tích F2 tiếp xúc với môi trường có nhiệt độ tf2, hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt có cánh vào môi trường là 2 Gọi tw1 là nhiệt độ bề mặt không có cánh, tw2 là nhiệt độ trung bình của phía làm cánh Cần xác định dòng nhiệt truyền qua vách có cánh, dòng nhiệt này có thể dùng 3 phương trình sau để biểu thị:
Q = α2.F2.(t w2 - t f2) (4-14) Giải các phương trình trên ta xác định được Q, t w1, t w2 : tf1 - t w1 = Q
(W/K) (4-19) là hệ số truyền nhiệt của vách có cánh Khi đó:
Q = kc.(tf1 – tf2) (W) (4-20) Biết Q ta có thể xác định tw1, tw2: tw1 = tf1 - Q
Mật độ dòng nhiệt phía không làm cánh q1 và ở phía làm cánh q2 được xác định theo các công thức sau: q1 F 1
F gọi là hệ số cánh.
Việc làm cánh là nhằm mục đích tăng cường sự truyền nhiệt Để thấy rõ hiệu quả của việc làm cánh, ta chỉ cần so sánh mật độ dòng nhiệt truyền qua bề mặt phẳng trong trường hợp vách không có cánh và vách có cánh.
Khi vách không làm cánh, mật độ dòng nhiệt được xác định theo công thức tính đối với vách phẳng: q10 = 1 1 ( )
Khi làm cánh, người ta sẽ bố trí cánh ở phía có hệ số tỏa nhiệt nhỏ và cánh bố trí sao cho không cản trở đến sự chuyển động của môi trường trao đổi nhiệt.
4.2 Các thông số của két nước, bơm nước và quạt gió
Bán kính ngoài của quạt R = 150(mm);Bán kính trong của quạt r q (mm).
Góc nghiêng đặt cánh α = 30 0 ;Số cánh Z = 7
Bề rộng lớn nhất của cánh b = 30 (mm).
Bề rộng làm việc két nước L = 500 (mm);Bề dày của két nước B = 50 (mm) Chiều cao két nước H = 400 (mm).
Chiều cao làm việc của ống nước h = 320 (mm). Độ dày của thành ống δ = 0,2 (mm);Kích thước ngoài của ống (20 x 2)mm
Số hàng ống: 2 hàng;Số lượng ống trong một hang: 32ống.
Số ống trên toàn bộ két làm mát n = 2*32 d
Số cánh tản nhiệt k = 77; một cánh gồm 390 lớp
Một lớp có các thông số sau:
Bề rộng 1 lớp cánh tản nhiệt 5 (mm);Chiều dài 1 lớp cánh tản nhiệt 20 (mm).
Bề dày cánh tản nhiệt δ’ = 0,2 (mm);Vật liệu làm ống : Nhôm.
Lưu lượng định mức Gb = 2.5 (kg/s);Cột áp H = 8 (m cột nước).
Bán kính ngoài của bánh công tác r2 = 35 (mm).
Bán kính trong của bánh công tác r1 = 19(mm).
Bán kính ở bánh công tác r0 = 10(mm).
Số cánh bánh công tác Z = 6.
4.3 Xác định lượng nhiệt của động cơ truyền cho nước làm mát.
Tính cân bằng nhiệt là giai đoạn cuối của tính nhiệt đối với động cơ nhằm mục đích sau:
+ Tính những tổn thất nhiệt trong động cơ, trên cơ sở đó có thể tìm biện pháp giảm các tổn thất để dùng nhiệt vào những việc có ích Ví dụ- biết các tổn thất nhiệt đem theo khí thải và nước làm mát có thể lắp đặt các thiết bị để sử dụng số nhiệt đó , như đặt nồi hơi để sản xuất nhiệt của toàn bộ thiết bị lớn hơn hiệu suất nhiệt của bản thân động cơ.
+ Kết quả tính cân bằng nhiệt cho ta cơ sở để tính và thiết kế các thiết bị phụ của động cơ.
+ Xác định cân bằng nhịêt nhơ số liệu thực nghiệm đo được trực tiếp trên băng thử động cơ, là phượng tiện tốt để đo đạc
Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể coi gần bằng số nhiệt lượng đưa qua két làm mát truyền vào không khí Lượng nhiệt truyền cho hệ thống làm mát của động cơ xăng X5V6-0516 chiếm khoảng 15 ÷ 35% tổng số nhiệt lượng do nhiên liệu tỏa ra Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể xác định bằng phương trình cân bằng nhiệt động cơ.
Qo = Qlm + Qe + Qth + Qch + Qd + Qcl (4-23) Trong đó:
Qo - nhiệt lượng tổng cộng đưa vào động cơ khi động cơ làm việc ở một trạng thái phụ tải đã cho (J/s)
Qe - nhiệt lượng tương đương với công có ích của động cơ.(J/s)
Qth - nhiệt lượng do khí thải đem ra ngoài.(J/s)
Qch - nhiệt lượng do tổn thất cháy không hoàn toàn.(J/s)
Qd - nhiệt lượng truyền cho dầu bôi trơn.(J/s)
Qcl - nhiệt lượng tương ứng với các tổn thất nhiệt lượng khác không tính các thành phần nói trên của phương trình cân bằng nhiệt.(J/s)
+ Nhiệt lượng tổng cộng Q0 tiêu hao trong một đơn vị thời gian.
QH - nhiệt trị thấp của nhiên liệu (J/kg). Động cơ đang khảo sát là động cơ xăng
Theo [1] trang 51, có QH = 43,995.10 6 (J/kg)
Gnl - lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giây (kg/s)
Ne – Công suất định mức của động cơ Ne = 142 (kw). ge - suất tiêu hao nhiên liệu Ta có ge = 210 (g/kw.h)
Nhiệt lượng tổng cộng đưa vào động cơ khi động cơ làm việc ở một phụ tải đã cho (xét ở công suất định mức).
+ Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát Qlm, nếu tính theo phần trăm toàn bộ nhiệtlượng đưa vào động cơ Theo [1] ta có: qe = 100 %
Theo [1] trang 215, ta có: qlm + qe + qth + qcc + qd + qcl = 100% (4-27)
Từ [1] trang 217, ta chọn: qe= 32%; qth2%; qcc= 7%; qd= 5%; qcl= 6%
Qe = Qo.qe.100% ; Qth = Qo.qth.100% (8-28)
Qcc = Qo.qcc.100%; Qd = Qo.qd.100%.
Suy ra: Qlm = Qo – (Qe + Qth + Qcc + Qd + Qcl)
Qlm = Qo(1 - qe - qth- qcc - qd - qcl)
4.4 Tính ki m nghi m b m nểm nghiệm bơm nước ệ thống làm mát động cơ ơ ướcc
Lưu lượng của bơm nước trong hệ thống phụ rất nhiều vào nhiệt lượng do nước mang đi và chênh lệch nhiệt độ của nước ra vào két. Để tính toán kiểm nghiệm bơm nước ta dựa vào các thông số kết cấu thực tế của bơm để tính và so sánh với giá trị của các thông số lý thuyết của bơm (thông số này có trong catalogue). ro r1 r2 r2 r1 ro b1
Hình 8-1 Sơ đồ tính kiểm nghiệm bơm nước.
Glm: Lượng nước làm mát tuần hoàn trong hệ thống trong một đơn vị thời gian Theo
Trong đó: cn - Tỷ nhiệt của nước làm mát (J/kg.độ) ứng với nhiệt độ 83 0 C
Theo [2] tập 3 trang 259, ta có: cn = 4,187(kJ / kg.độ).
tn - Hiệu nhiệt độ nước vào và ra sau khi qua két làm mát
Với động cơ ô tô máy kéo tn = 5 ÷ 10 0 C Chọn tn = 8 0 C.
Lưu lượng của bơm nước xác định theo công thức sau:
Trong đó :Hệ số tổn thất của bơm.
Vậy ta có lưu lượng của bơm
+ Lưu lượng tính toán của bơm nước Theo [2] tập 3 trang 263 ta có:
Gbtt = c1.ρn.π.(r1 2- r0 2).(Kg/s) (4-29) Trong đó: ρn - mật độ nước làm mát. r1- bán kính trong của bánh công tác r0 - bán kính ở bánh công tác c1 - vận tốc tuyệt đối của nước khi đi vào cánh.
Theo [2] tập 3 trang 263 ta có: c1 = 2-5 (m/s), chọn c1 = 5 (m/s).
Dựa theo tài liệu về kết cấu bơm nước và đo đặc thực tế về bơm nước động cơ ta chọn được bán kính bánh công tác ro (mm).
Tốc độ ra u2 cần thiết để tạo nên áp lực chất lỏng
H- Cột áp của bơm (m) H = 3,515 mH20 Chọn H =8 mH2O.
b - Hiệu suất của bơm b 0 , 6 0 , 7 Chọn n 0 , 68
2- Góc giữa các phương vận tốc c 1 và u 1
Góc giữa các phương vận tốc w và u ; thường 12 15 0 Chọn 2 12 0
- Bán kính ngoài của cánh bơm nước r2 (mm)
- Chiều rộng b2(mm) của cánh bơm ở miệng vào:
GH- Lưu lượng nước cấp từ bơm; GH=2.3
1- Góc giữa các phương vận tốc của u theo hướng ngược lại; chọn 1 12 o Z: số cánh của bơm z = 312; ta chọn z =6
1:Chiều dày cánh tại nơi vào của bơm 1=35(mm), chọn 1=3,5(mm)
- Chiều rộng b2(mm) của cánh bơm ở miệng cửa ra:
GH: Lưu lượng nước cấp từ bơm; GH=2.3
2:Góc giữa các phương vận tốc của u theo hướng ngược lại; chọn 2 12 o Z- số cánh của bơm z = 312; ta chọn z =6.
2- Chiều dày cánh tại nơi vào của bơm 2=35(mm), chọn 1=4,3 (mm) cr- Tốc độ ly tâm của nước ở lối ra (m/s)
cl -Mật độ của nước (kg/m 3 ) cl 00(Kg/m 3
+ Công suất tiêu hao cho bơm nước được xác định Theo [2] tập 3 trang 265, ta có:
(4-31) Trong đó: ηb : hiệu suất của bơm, ηb = 0,6-0,7. ηcg : hiệu suất cơ giới của bơm, ηcg = 0,7-0,9
H : cột áp của bơm, theo [45) có H = 8(m cột nước) cg b btt b
Ta thấy răng công suất của bơm tiêu tốn rất nhỏ so với công suất động cơ chiếm nhỏ hơn 1% không ảnh hưởng đến động cơ.
4.5 Tính ki m nghi m qu t gióểm nghiệm bơm nước ệ thống làm mát động cơ ạt gió
Hình 8-2 Sơ đồ tính quạt gió.
Lưu lượng không khí do quạt cung cấp, áp suất động do quạt tạo ra và công suất tổn thất cho quạt phụ thuộc số vòng quay của trục quạt (phụ thuộc vào số vòng quay của trục khuỷu) Lượng không khí tỉ lệ bậc nhất, áp suất tỉ lệ bậc hai và công suất tỉ lệ bậc ba với số vòng quay.
Khi tính toán quạt gió của động cơ này, ta phải tính đến ảnh hưởng của tốc độ gió gây ra do tốc độ chuyển động của ô tô.
Do đó, lưu lượng thực tế của quạt Gq thường lớn hơn lưu lượng tính toán Gkk.
Mức độ lớn bé lưu lượng thực tế của quạt phụ thuộc vào tốc độ ô tô Khi tốc độ ô tô lớn, lưu lượng gió thực tế đi qua két nước tăng lên, nên lưu lượng không khí do quạt gió cung cấp giảm xuống rõ rệt.
Lưu lượng của quạt gió Gq phụ thuộc vào kích thước của quạt gió và được xác định theo sơ đồ hình (8-2) Theo [2] tập 3 trang 226 ta có:
kk - khối lượng riêng của không khí theo điều kiện làm việc, không khí đi ra ở phía sau bộ tản nhiệt có nhiệt độ là tkkr = 66 0 C Theo [3] trang 225 ta có ρkk = 1,029 (kg/m 3 )
R, r – bán kính ngoài và bán kính trong của quạt (m).
Tính toán hệ thống làm mát động cơ X5V6-0516
Các thông số của két nước, bơm nước và quạt gió
Bán kính ngoài của quạt R = 150(mm);Bán kính trong của quạt r q (mm).
Góc nghiêng đặt cánh α = 30 0 ;Số cánh Z = 7
Bề rộng lớn nhất của cánh b = 30 (mm).
Bề rộng làm việc két nước L = 500 (mm);Bề dày của két nước B = 50 (mm) Chiều cao két nước H = 400 (mm).
Chiều cao làm việc của ống nước h = 320 (mm). Độ dày của thành ống δ = 0,2 (mm);Kích thước ngoài của ống (20 x 2)mm
Số hàng ống: 2 hàng;Số lượng ống trong một hang: 32ống.
Số ống trên toàn bộ két làm mát n = 2*32 d
Số cánh tản nhiệt k = 77; một cánh gồm 390 lớp
Một lớp có các thông số sau:
Bề rộng 1 lớp cánh tản nhiệt 5 (mm);Chiều dài 1 lớp cánh tản nhiệt 20 (mm).
Bề dày cánh tản nhiệt δ’ = 0,2 (mm);Vật liệu làm ống : Nhôm.
Lưu lượng định mức Gb = 2.5 (kg/s);Cột áp H = 8 (m cột nước).
Bán kính ngoài của bánh công tác r2 = 35 (mm).
Bán kính trong của bánh công tác r1 = 19(mm).
Bán kính ở bánh công tác r0 = 10(mm).
Số cánh bánh công tác Z = 6.
Xác định lượng nhiệt của động cơ truyền cho nước làm mát
Tính cân bằng nhiệt là giai đoạn cuối của tính nhiệt đối với động cơ nhằm mục đích sau:
+ Tính những tổn thất nhiệt trong động cơ, trên cơ sở đó có thể tìm biện pháp giảm các tổn thất để dùng nhiệt vào những việc có ích Ví dụ- biết các tổn thất nhiệt đem theo khí thải và nước làm mát có thể lắp đặt các thiết bị để sử dụng số nhiệt đó , như đặt nồi hơi để sản xuất nhiệt của toàn bộ thiết bị lớn hơn hiệu suất nhiệt của bản thân động cơ.
+ Kết quả tính cân bằng nhiệt cho ta cơ sở để tính và thiết kế các thiết bị phụ của động cơ.
+ Xác định cân bằng nhịêt nhơ số liệu thực nghiệm đo được trực tiếp trên băng thử động cơ, là phượng tiện tốt để đo đạc
Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể coi gần bằng số nhiệt lượng đưa qua két làm mát truyền vào không khí Lượng nhiệt truyền cho hệ thống làm mát của động cơ xăng X5V6-0516 chiếm khoảng 15 ÷ 35% tổng số nhiệt lượng do nhiên liệu tỏa ra Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể xác định bằng phương trình cân bằng nhiệt động cơ.
Qo = Qlm + Qe + Qth + Qch + Qd + Qcl (4-23) Trong đó:
Qo - nhiệt lượng tổng cộng đưa vào động cơ khi động cơ làm việc ở một trạng thái phụ tải đã cho (J/s)
Qe - nhiệt lượng tương đương với công có ích của động cơ.(J/s)
Qth - nhiệt lượng do khí thải đem ra ngoài.(J/s)
Qch - nhiệt lượng do tổn thất cháy không hoàn toàn.(J/s)
Qd - nhiệt lượng truyền cho dầu bôi trơn.(J/s)
Qcl - nhiệt lượng tương ứng với các tổn thất nhiệt lượng khác không tính các thành phần nói trên của phương trình cân bằng nhiệt.(J/s)
+ Nhiệt lượng tổng cộng Q0 tiêu hao trong một đơn vị thời gian.
QH - nhiệt trị thấp của nhiên liệu (J/kg). Động cơ đang khảo sát là động cơ xăng
Theo [1] trang 51, có QH = 43,995.10 6 (J/kg)
Gnl - lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giây (kg/s)
Ne – Công suất định mức của động cơ Ne = 142 (kw). ge - suất tiêu hao nhiên liệu Ta có ge = 210 (g/kw.h)
Nhiệt lượng tổng cộng đưa vào động cơ khi động cơ làm việc ở một phụ tải đã cho (xét ở công suất định mức).
+ Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát Qlm, nếu tính theo phần trăm toàn bộ nhiệtlượng đưa vào động cơ Theo [1] ta có: qe = 100 %
Theo [1] trang 215, ta có: qlm + qe + qth + qcc + qd + qcl = 100% (4-27)
Từ [1] trang 217, ta chọn: qe= 32%; qth2%; qcc= 7%; qd= 5%; qcl= 6%
Qe = Qo.qe.100% ; Qth = Qo.qth.100% (8-28)
Qcc = Qo.qcc.100%; Qd = Qo.qd.100%.
Suy ra: Qlm = Qo – (Qe + Qth + Qcc + Qd + Qcl)
Qlm = Qo(1 - qe - qth- qcc - qd - qcl)
4.4 Tính ki m nghi m b m nểm nghiệm bơm nước ệ thống làm mát động cơ ơ ướcc
Lưu lượng của bơm nước trong hệ thống phụ rất nhiều vào nhiệt lượng do nước mang đi và chênh lệch nhiệt độ của nước ra vào két. Để tính toán kiểm nghiệm bơm nước ta dựa vào các thông số kết cấu thực tế của bơm để tính và so sánh với giá trị của các thông số lý thuyết của bơm (thông số này có trong catalogue). ro r1 r2 r2 r1 ro b1
Hình 8-1 Sơ đồ tính kiểm nghiệm bơm nước.
Glm: Lượng nước làm mát tuần hoàn trong hệ thống trong một đơn vị thời gian Theo
Trong đó: cn - Tỷ nhiệt của nước làm mát (J/kg.độ) ứng với nhiệt độ 83 0 C
Theo [2] tập 3 trang 259, ta có: cn = 4,187(kJ / kg.độ).
tn - Hiệu nhiệt độ nước vào và ra sau khi qua két làm mát
Với động cơ ô tô máy kéo tn = 5 ÷ 10 0 C Chọn tn = 8 0 C.
Lưu lượng của bơm nước xác định theo công thức sau:
Trong đó :Hệ số tổn thất của bơm.
Vậy ta có lưu lượng của bơm
+ Lưu lượng tính toán của bơm nước Theo [2] tập 3 trang 263 ta có:
Gbtt = c1.ρn.π.(r1 2- r0 2).(Kg/s) (4-29) Trong đó: ρn - mật độ nước làm mát. r1- bán kính trong của bánh công tác r0 - bán kính ở bánh công tác c1 - vận tốc tuyệt đối của nước khi đi vào cánh.
Theo [2] tập 3 trang 263 ta có: c1 = 2-5 (m/s), chọn c1 = 5 (m/s).
Dựa theo tài liệu về kết cấu bơm nước và đo đặc thực tế về bơm nước động cơ ta chọn được bán kính bánh công tác ro (mm).
Tốc độ ra u2 cần thiết để tạo nên áp lực chất lỏng
H- Cột áp của bơm (m) H = 3,515 mH20 Chọn H =8 mH2O.
b - Hiệu suất của bơm b 0 , 6 0 , 7 Chọn n 0 , 68
2- Góc giữa các phương vận tốc c 1 và u 1
Góc giữa các phương vận tốc w và u ; thường 12 15 0 Chọn 2 12 0
- Bán kính ngoài của cánh bơm nước r2 (mm)
- Chiều rộng b2(mm) của cánh bơm ở miệng vào:
GH- Lưu lượng nước cấp từ bơm; GH=2.3
1- Góc giữa các phương vận tốc của u theo hướng ngược lại; chọn 1 12 o Z: số cánh của bơm z = 312; ta chọn z =6
1:Chiều dày cánh tại nơi vào của bơm 1=35(mm), chọn 1=3,5(mm)
- Chiều rộng b2(mm) của cánh bơm ở miệng cửa ra:
GH: Lưu lượng nước cấp từ bơm; GH=2.3
2:Góc giữa các phương vận tốc của u theo hướng ngược lại; chọn 2 12 o Z- số cánh của bơm z = 312; ta chọn z =6.
2- Chiều dày cánh tại nơi vào của bơm 2=35(mm), chọn 1=4,3 (mm) cr- Tốc độ ly tâm của nước ở lối ra (m/s)
cl -Mật độ của nước (kg/m 3 ) cl 00(Kg/m 3
+ Công suất tiêu hao cho bơm nước được xác định Theo [2] tập 3 trang 265, ta có:
(4-31) Trong đó: ηb : hiệu suất của bơm, ηb = 0,6-0,7. ηcg : hiệu suất cơ giới của bơm, ηcg = 0,7-0,9
H : cột áp của bơm, theo [45) có H = 8(m cột nước) cg b btt b
Ta thấy răng công suất của bơm tiêu tốn rất nhỏ so với công suất động cơ chiếm nhỏ hơn 1% không ảnh hưởng đến động cơ.
4.5 Tính ki m nghi m qu t gióểm nghiệm bơm nước ệ thống làm mát động cơ ạt gió
Hình 8-2 Sơ đồ tính quạt gió.
Lưu lượng không khí do quạt cung cấp, áp suất động do quạt tạo ra và công suất tổn thất cho quạt phụ thuộc số vòng quay của trục quạt (phụ thuộc vào số vòng quay của trục khuỷu) Lượng không khí tỉ lệ bậc nhất, áp suất tỉ lệ bậc hai và công suất tỉ lệ bậc ba với số vòng quay.
Khi tính toán quạt gió của động cơ này, ta phải tính đến ảnh hưởng của tốc độ gió gây ra do tốc độ chuyển động của ô tô.
Do đó, lưu lượng thực tế của quạt Gq thường lớn hơn lưu lượng tính toán Gkk.
Mức độ lớn bé lưu lượng thực tế của quạt phụ thuộc vào tốc độ ô tô Khi tốc độ ô tô lớn, lưu lượng gió thực tế đi qua két nước tăng lên, nên lưu lượng không khí do quạt gió cung cấp giảm xuống rõ rệt.
Lưu lượng của quạt gió Gq phụ thuộc vào kích thước của quạt gió và được xác định theo sơ đồ hình (8-2) Theo [2] tập 3 trang 226 ta có:
kk - khối lượng riêng của không khí theo điều kiện làm việc, không khí đi ra ở phía sau bộ tản nhiệt có nhiệt độ là tkkr = 66 0 C Theo [3] trang 225 ta có ρkk = 1,029 (kg/m 3 )
R, r – bán kính ngoài và bán kính trong của quạt (m).
R = 0,15 (m), r = 0,071 (m);b - bề rộng cánh, b = 30(mm) nq - số vòng quay của quạt nq = i.n (vòng/ phút) (4-33) i: tỉ số truyền động quạt, Theo [2] tập 3 trang 266 ta có i = (1÷2) Chọn i = 1,11 n- số vòng quay trục khuỷu tính ở số vòng quay cực đại n = 4950(v/p). nq= i.n = 1,1.5130 = 5445(vòng/ phút) α – góc nghiêng của cánh, α = 30 0
Z - số cánh quạt, Z = 7 cánh. ηk - hệ số tổn thất tính đến sức cản của dòng không khí ở cửa ra dưới nắp đầu xe.(do động cơ đặt phía trước xe).Chọn ηk = 0,7. fn - diện tích tiết diện cửa ra của không khí dưới nắp đầu xe Theo [2] tập 3 trang 266 ta có quan hệ giữa hệ số ηk với tỷ số 2
Hình 8-3 Quan hệ giữa ηk với tỷ số 2
Vậy lưu lượng của quạt gió Gq là:
Công suất của quạt gió Theo [4] trang 107 ta có:
Hk - Áp suất của quạt, tính theo chiều cao cột chất khí, (m cột khí); ρkk- Khối lượng riêng của chất khí ở điều kiện làm việc của quạt (kg/m3). Xét điều kiện nhiệt độ không khí ở phía sau bộ tản nhiệt có tkkr = 660C.
Theo [3] trang 225 ta có ρkk = 1,029 (kg/m3) g - gia tốc trọng trường, (m/s2); g = 9,81 (m/s2); η - hệ số hiệu dụng của quạt, η = 0,6 ÷ 0,75 Chọn η = 0,7;
Ta lần lượt tính các thông số còn lại ở công thức (8-34) như sau:
+ Xác định lưu lượng của quạt
+ Xác định vận tốc hướng trục của quạt:
Trong đó: Q - lưu lượng của quạt (m3/s).
De - đường kính đỉnh cánh quạt (m); De = 0,30(m).
+ Xác định áp suất của quạt.
Trong đó: φ - hệ số phụ thuộc dạng cánh.
Theo [4] trang 118 ta có: φ = 2,8 ÷ 3,5; chọn φ = 3,2
Ue- vận tốc vòng của quạt; (m/s).
De - đường kính đỉnh cánh, De = 0,3 (m);
Thay giá trị Ue vào phương trình (8-39) ta được
Ta đổi áp lực của chất khí sang chiều cao là m cột nước H20, Theo [4] trang
Thay lần lượt các giá trị g, Q, H vào (8-19) ta được công suất trên trục của quạt.
* Xác định công suất động cơ Nđ tiêu tốn để dẫn động quạt gió.
Nq - công suất đặt trên trục quạt, đã tính Nq = 0.49 (KW); a - hệ số tương ứng công suất Nq Theo [4] trang 115, ta có: a = 1,02 đối với quạt hướng trục. ηt - hệ số truyền động hiệu dụng Theo [4] trang 114, ta có: ηt = 0,9.
Vậy công suất động cơ cần tiêu tốn cho dẫn động quạt là:
Ta nhận thấy rằng công suất động cơ tiêu tốn cho việc dẫn động quạt gió là tương đối nhỏ so với công suất động cơ chỉ chiếm nhỏ hơn công suất động cơ,quạt gió được điều khiển bơi khớp chất lỏng sẽ tiết kiêm được công suất động cơ.Đây cũng là một ưu điểm nữa của hệ thống làm mát này.
4.6 Tính két gi i nhi t làm mát đ ng cải nhiệt làm mát động cơ ệ thống làm mát động cơ ộng cơ ơ
4.6.1 Tính các thông s c a két nố của két nước ủa két nước ướcc
Hình 8-5 Sơ đồ kết cấu ống nước
Ta có: b = 2 - 2.0,2 = 1,6 (mm). a = 20 - 2.0,2 = 19,6 (mm). c = 20 - 2 = 18 (mm).
+ Diện tích tiếp xúc với chất lỏng F1:
Hình 8-6 Sơ đồ kết cấu két nước
F0 - diện tích tiếp xúc chất lỏng của một ống (m 2 ). n - số ống của két nước.
F0 = h P0 (4-45) h - chiều dài làm việc của ống.
P0 - chu vi thành trong của ống.
+ Tiết diện lưu thông chất lỏng trong két.
S0- tiết diện lưu thông của chất lỏng qua một ống nước. n- số ống nước trong két.
+ Tính diện tích két nước tiếp xúc với không khí F2.
Hình 8-7 Sơ đồ tính toán két nước
F3 - diện tích ống nước tiếp xúc với không khí.
F4 - diện tích cánh tản nhiệt tiếp xúc với không khí.
F3 ’- Diện tích mặt ngoài của ống nước.
P1 - chu vi tiết diện ngoài của ống.
P1 = 2.c + π.2 = 2.18 + 3,14.2 = 42,28 (mm). h - chiều dài làm việc của ống. h = 320 (mm).
F3 ’ = 0.866 (m 2 ) F3 ’’- Diện tích mặt ngoài ống tiếp xúc với cánh tản nhiệt.
F3 ’’ = P1.n δ’.m (4-51) δ’ - Độ dày cánh tản nhiệt Theo thông số thực tế δ’ = 0,2 (mm). m - Số lớp của 1 cánh tản nhiệt, m = 390.
F4 = m.b’.l.i (4-52) k - số cánh tản nhiệt Đo đạc thực tế ta có: k = 77. b’ - bề rộng cánh tản nhiệt Thực tế xe b’= 6. l - chiều dài cánh tản nhiệt.Tính theo bề dày của két l = B = 50 (mm). i – số bề mặt tiếp xúc không khí của cánh tản nhiệt i = 2.
Vậy diện tích két nước tiếp xúc với không khí là:
4.6.2 Xác đ nh lịnh lượng nhiệt của két làm mát truyền ra môi trường bên ượng nhiệt của két làm mát truyền ra môi trường bênng nhi t c a két làm mát truy n ra môi trệt của két làm mát truyền ra môi trường bên ủa két nước ền ra môi trường bên ường bênng bên ngoài
+ Việc xác định nhiệt lượng do két làm mát truyền ra môi trường nhằm kiểm nghiệm khả năng tản nhiệt của két nước thông qua các thông số thực tế của két nước.
+ Xác định kích thước của các mặt tản nhiệt dựa trên cơ sở lý thuyết truyền nhiệt.
Tính két giải nhiệt làm mát động cơ
Qua hơn 2 tháng làm việc tích cực cộng với sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn,các thầy cô bộ môn Đến nay đồ án em đã hoàn thành. Đồ án môn học " Thiết kế động cơ đốt trong” Nhằm mục đích tìm hiểu mục đích ,ý nghĩa của các đồ thị công, động học và động lực học ngoài ra còn tìm hiểu nguyên lý làm việc cũng như kết cấu các bộ phận của các hệ thống trên động cơ để có phương án bảo dưỡng và sửa chữa những hư hỏng kịp thời.
Trong lĩnh vực đề tài, em đã trình bày được cách thực hiện để vẽ các đồ thị công động học và động lực học và các vấn đề như giới thiệu về tổng quan của hệ thống trong động cơ tham khảo và động cơ mà em đang thiết kế, nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu của các bộ phận, chi tiết sử dụng trong hệ thống Đặc biệt ở nội dung trình bày hệ thống thiết kế em đã khảo sát tìm hiểu nguyên lý làm việc, tính toán và tìm hiểu kết cấu cũng như trình bày các kết cấu của hệ thống làm mát đi kèm theo nó là phần bản vẽ các cơ cấu, bộ phận của hệ thống làm mát trong động cơ thiết kế.
Trong quá trình thực hiện đề tài này, kiến thức lý thuyết và thực tế của bản thân đã được học hỏi thêm nhiều Nhưng do điều kiện tài liệu cũng như lượng kiến thức của bản thân có phần còn hạn chế và thiếu thốn nên đồ án này hoàn thành không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong thầy, cô trong bộ môn tham gia góp ý để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa em xin cảm ơn sự giúp đỡ rất nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn
Dương Việt Dũng cùng các thầy cô trong bộ môn cho em hoàn thành đề tài này Em xin chân thành cảm ơn.