Tính toán và thiết kế hệ thống làm mát của động cơ theo các thông số kĩ thuật

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 LỜI NÓI ĐẦU Môn học “Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong” chiếm vị trí quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành cơ khí động lực. Môn học này cung cấp cho mỗi sinh viên những kiến thức kết cấu tổng quát và phương pháp tính toán thiết kế các chi tiết, hệ thống chính của động cơ ô tô. Để thiết kế các cơ cấu như khuỷu trục thành truyền, xinh lanh, pít tông hay các hệ thống như hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn, hệ thống nhiên liệu trên động cơ vận hành tốt, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đòi hỏi người thiết kế phải có sự hiểu biết nhất định về “Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong”. Đồ án môn học “Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong” giúp cho sinh viên bước đầu tìm hiểu và thiết kế một hệ thống cụ thể trên động cơ ô tô. Trong đồ án môn học này, em được bộ môn Máy động lực giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế hệ thống làm mát của động cơ theo các thông số kĩ thuật. Đây là một hệ thống không thể thiếu trong động cơ đốt trong. Giảm nhiệt độ của động cơ thực hiện chu trình công tác sinh công. Nhiệm vụ của đồ án này là phải tính toán thành lập được các bản vẽ đồ thị công, động học và động lực học, bản vẽ hệ thống làm mát và các cụm chi tiết của hệ thống làm mát, phân tích đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát, chọn động cơ mẫu phù hợp. Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất. Tuy nhiên, thời gian thực hiện đồ án có hạn, bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể tránh khỏi còn nhiều thiếu sót. Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tình truyền đạt lại những kiến thức quý báu cho em. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy NGUYỄN QUANG TRUNG đã quan tâm cung cấp các tài liệu, nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án. Em rất mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của quý thầy để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình. Đà nẵng, ngày tháng năm 2012. Sinh viên thực hiện Lưu Viết Giang 1 Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612    Số xilanh/cách bố trí i 4/thẳng hàng Thứ tự làm việc 1-3-4-2 Loại nhiên liệu diezel Công suất cực đại/số vòng quay (KW/vg/ph) Ne/n 33,1 / 1950 Tỷ số nén ε 20 Số kỳ τ 4 Đường kính /hành trình piston(mm) D / S 92 / 100 Tham số kết cấu λ 0,27 Áp suất cực đại (MN/m 2 ) Pzmax 7,5 Khối lượng nhóm piston(kg) mpt 0,9 Khối lượng nhóm thanh truyền (kg) mtt 1,2 Góc phun sớm (độ) θs 15 Góc phối khí (độ) α1 23 α2 65 α3 67 α4 18 Hệ thống nhiên liệu Bocsh PE inline pump Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cácte ướt Hệ thống làm mát Cưỡng bức cacte ướt Hệ thống nạp Không tăng áp Hệ thống phối khí 8valve - OHV   !"#$ !%" &'()*+,-./012*+ &'()*+,34*+15*+6789:..;<*,34*+*=* Ta có : phương trình đường nén đa biến : p.V n1 = conts, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì : 11 n nxnx n cc VpVp = Từ đó rút ra : 2 Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 1 1 . n c nx cnx V V pp         = Đặt: c nx V V i = Khi đó, áp suất tại điểm bất kỳ x:  1 n c nx i p p = [MN/m 2 ] Ở đây: 1 . n ac pp ε = - áp suất cuối quá trình nén. Trong đó: p a - áp suất đầu quá trình nén - Động cơ không tăng áp p a = (0,8 ÷ 0,9)p k Chọn p a = 0,9 p k Trong đó: p k - áp suất trước xu páp nạp Đối với động cơ không tăng áp p k ≈ p o [MN/m 2 ] Chọn p k = 0,1 [MN/m 2 ] Vậy: 0,90.0,1 0,09 a p = = [MN/m 2 ] ε- tỷ số nén, ε = 20 n 1 - chỉ số nén đa biến trung bình - Động cơ điêzel: n 1 = (1,32÷ 1,39). Chọn n 1 = 1,34 ⇒ p c = 0,09.20 1,34 = 4.9845 [MN/m 2 ]. >&'()*+,34*+15*+6789:..;<*,34*++?@**A Phương trình của đường giãn nở đa biến là : p.V n2 = conts, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì : 22 n gnxgnx n zz VpVp = 3 Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 Từ đó rút ra : 2 1 . n z gnx zgnx V V pp         = Ở đây: p z - áp suất cực đại p z = 7,5 [MN/m 2 ] V z = ρ.V c (động cơ điêzel) Trong đó: ρ- tỷ số giãn nở sớm ρ = 1.2 ÷ 1,5 (chọn ρ=1,5) n 2 -chỉ số giãn nở đa biến trung bình -Đối với động cơ diêzen: n 2 BC1,14÷ 1,23D. Chọn n 2 = 1,14 Ta đặt : i V V c gnx = Suy ra: 2 2 . n n zgnx i pp ρ = [MN/m 2 ] Lập bảng tính : Vẽ hệ trục tọa độ (V, p) với các tỷ lệ xích: µ p = 7,5 200 = 0.0375 (MN/m 2 .mm) µ v = 0.0350 9 =0.0039 (lit/mm), Bảng 1.1. Các điểm áp suất trên đường nén và đường giản nở. 4 Đường nén Đườngng giãn nở V x i i n1 1/i n1 p c *1/i n1 i n2 1/i n2 p z . ρ n2 \i n2 0.0350 1.0000 1.0000 1.0000 4.9845 1.0000 1.0000 7.5000 0.0525 1.5000 1.7217 0.5808 2.8951 1.5876 0.6299 7.5000 0.0700 2.0000 2.5315 0.3950 1.9690 2.2038 0.4538 5.4030 0.1050 3.0000 4.3586 0.2294 1.1436 3.4988 0.2858 3.4032 0.1399 4.0000 6.4086 0.1560 0.7778 4.8568 0.2059 2.4516 0.1749 5.0000 8.6421 0.1157 0.5768 6.2636 0.1597 1.9010 0.2099 6.0000 11.0337 0.0906 0.4518 7.7107 0.1297 1.5442 0.2449 7.0000 13.5654 0.0737 0.3674 9.1920 0.1088 1.2954 0.2799 8.0000 16.2234 0.0616 0.3072 10.7034 0.0934 1.1125 0.3149 9.0000 18.9970 0.0526 0.2624 12.2416 0.0817 0.9727 0.3499 10.000 21.8776 0.0457 0.2278 13.8038 0.0724 0.8626 0.3849 11.000 24.8580 0.0402 0.2005 15.3882 0.0650 0.7738 0.4198 12.000 27.9321 0.0358 0.1785 16.9929 0.0588 0.7007 0.4548 13.000 31.0945 0.0322 0.1603 18.6164 0.0537 0.6396 0.4898 14.000 34.3409 0.0291 0.1451 20.2575 0.0494 0.5878 0.5248 15.000 37.6671 0.0265 0.1323 21.9151 0.0456 0.5433 0.5598 16.000 41.0696 0.0243 0.1214 23.5883 0.0424 0.5048 0.5948 17.000 44.5453 0.0224 0.1119 25.2762 0.0396 0.4711 0.6298 18.000 48.0911 0.0208 0.1036 26.9781 0.0371 0.4414 0.6648 19.0000 51.7047 0.0193 0.0964 28.6932 0.0349 0.4150 0.6997 Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công. Pr ( Vc, Pr). Vc; Thể tích buồng cháy. 1 − = ε h c V V V h - thể tích công tác: 2 2 . .0,092 . .0,09 0.6648 4 4 h D V S π π = = = [dm 3 ] = 0.6648 [l] Khi đó: 0.6648 0.035 1 20 1 h c V V ε = = = − − [l] - p r - áp suất khí sót, phụ thuộc vào loại động cơ 5 20.0000 55.3835 0.0181 0.0900 30.4210 0.0329 0.3914 Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 Tốc độ trung bình của piston: . 0,1*1950 30 30 M S n C = = =6,5 [m/s] Như vậy động cơ đang khảo sát là động cơ tốc độ trung bình, do đó áp suất khí sót p r được xác định: p r = (1,03÷1,06).p th : đối với động cơ diêzen không tăng áp Trong đó: p th - áp suất khí thải p th = (1,02 - 1,04)p 0 Vậy: P r = 1,05.p 0 = 0,105[MN/m 2 ]. Vậy: r (0,035[l]; 0,105 [MN/m 2 ] ) - Điểm a ( V a ,p a ) Trong đó : V a = V h + V c = 0,6648+0.035 =0,6997 [l]. ⇒ a (0.6997 [l] ;0,09 [MN/m 2 ] ) - Điểm b (V b , p b ) Ở đây: p b - áp suất cuối quá trình giãn nở. 2 max n Pz Pb δ = δ: tỉ số giản nở sau. Đối với động cơ điênzen : 20 13,333 1,5 ε δ ρ = = =  n 2 = 1,25 p zmax =7,5 (MN/m 2 ) 1,25 7,5 0,3914 13,333 b P⇒ = = (MN/m 2 ) V a =V b = 0,6997 ⇒ b (0,6997 [l]; 0,3914 [MN/m 2 ]). - Điểm c (V c , p c ) ⇒ c (0,035 [l];4,985 [MN/m 2 ]). - Điểm y (V c , p z ) ⇒ y (0,0350 [l]; 7,5 [MN/m 2 ]) - Điểm z (V z , p z ) Với V z = ρ.V c = 1,5. 0,0350 = 0,0525 [l]. ⇒ z (0,0525 [l]; 7,5[MN/m 2 ]) 6 Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 Bảng 1.2 Giá trị biểu diễn các điểm V P a 180 2,4 b 180 10,438 c 9 132,92 y 9 200 z 13,5 200 r 9 2,8 Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết. Dùng đồ thị Brick xác định các điểm: - Góc phun sớm c - Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupáp thải. - Mở sớm (r’), đóng muộn (a’’) xupáp nạp. Hiệu chỉnh đồ thị công :. Đối với động cơ điêzen áp suất cực đại cuối quá trình cháy, điểm z có toạ độ (V z ,P z ) , điểm y có toạ độ (V c , P z ) Điểm z” là trung điểm của đoạn thẳng yz’, song song với trục hoành và căt đường cong giản nở Điểm c” trên đoạn cy với cc”=cy/3. Điểm b” là trung điểm của đoạn ab. Nối các điểm c’c’’z’’ và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại ĐCT và ĐCD và tiếp xúc với đường thải, ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh. 7 Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 o o' 0 b b" b' a a' r r' r" c' c c" y z z' 1v c 3v c 5v c 7v c 9v c 11v c 13v c 15v c 17v c 19v c 20v c p=f(v) A B C D E F 1 2 3 4 1' 2' 3' 4' P (MN/m 2 ) V(dm 3 ) 7,5 4,985 0,3914 Hình 1.1 Đồ thị công >&'()*+,-./01/9'E*F07?8.5*GH*+7/3I*+7/67,-./0J Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính 2R = S =100 [mm]. ⇒ R= 100 50 2 = (mm) Chọn tỷ lệ xích sao cho S=V h Chọn tỷ lệ xích: µ s = . 100.0,039 0,5848 0,6848 v h S V µ = = [mm/mm]. Giá trị biểu diễn của R là : 8 Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 50 85,49 0,5848 bd S R R µ = = = [mm]. Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía điểm chết dưới một đoạn : 2 . ' λ R OO = Ở đây: λ- thông số kết cấu, λ = 0,27. Giá trị biểu diễn là : ⇒ . 50.0,27 ' 11,5425 2 2. bd s R OO λ µ = = = [mm]. Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB như hình 1.2. Hạ MC vuông góc với AD. Theo Brick đoạn AC = x. Thật vậy, ta có thể chứng minh điều này rất dễ dàng. Từ hình 1.1 ta có : AC = AO - OC = AO - (CO’ - OO’) = R - MO’.Cosα + R.λ/2 Coi: α λ Cos R RMO .2 . ' +≈ Thay quan hệ trên vào công thức tính AC, sau khi chỉnh lý ta có : ( ) ( ) ( ) ( ) xCosCosRCosCosRAC =       −+−=       −+−= α λ αα λ α 21. 4 1.1. 2 1. 2 Từ điểm O kẻ các tia OB ứng với các góc 10 o , 20 o , 30 o , Từ điểm O’ kẻ các tia O’B’ song song với OB cắt vòng tròn tại B’. Kẻ B’C vuọng góc với AD. Theo Brich thì đoạn AC = x (độ dịch chuyển). Vẽ hệ trục vuông góc Oxα ở dưới vòng tròn Brich, trục Oα biểu diễn giá trị góc còn trục Ox biễu diễn khoảng dịch chuyển của Piston. Tùy theo các góc α 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 Oα. Và từ các điểm chia (có góc tương ứng) trên trục Oα ta vẽ các đường nằm ngang. Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm 1, 2, 3, 18. Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x của piston theo α. Chọn tỷ lệ xích µ R = µ S =0,5848 [mm/mm]. 9 Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 Hình 1.2: Đồ thị Brick K&'()*+,-./0FL*.M1 Tỷ lệ xích : µ v = ω.µ s Ở đây: ω- tốc độ góc của trục khuỷu, . 3,14.1950 204,2035 30 30 n π ω = = = (rad/s) ⇒ . 204,2035.0,5848 119,4173 v S µ ω µ = = = [mm/s.mm] Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính R1: R 1 = R.ω = 50.204,2035= 10210,176 [mm/s]. Giá trị biểu diễn của R1 là : 1 1 10210,176 85,5 119,4173 v R R µ = = = [mm] Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R 2 : 2 . . 50.0,27.204,2035 1378,3738 2 2 R R λ ω = = = [mm/s]. Giá trị biểu diễn của R 2 là: 2 2 1378,3738 11,5425 119,4173 bd v R R µ = = = [mm].s 10 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 5 20 40 60 80 100 120 140 160 180 s=f(α) v=f(s) α(độ) [...]... phân phối khí (độ) thải Hệ thống nhiên liệu Hệ thống bôi trơn Hệ thống làm mát Hệ thống phân phối khí pump pump Cưỡng bức cácte ướt Cưỡng bức cácte ướt Cưỡng bức, sử dụng Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng 8 valve - OHv 35 môi chất 8 valve – OHV Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 2 2 Phân tích nguyên lý và đặc điểm kết cấu của động cơ YANMAR 4TNV98-GGE 2.2.1 Khối thân động cơ YANMAR 4TNV98-GGE... chốt khuỷu 34 Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO: 2.1 Thông số chọn của động cơ tương đương Loại động cơ Yêu cầu Chọn động cơ YANMAR Số xy lanh – cách bố trí 4 xylanh – thẳng 4TNV98-GGE 4 xylanh – thẳng Số kỳ Loại nhiên liệu Công suất cực đại /số vòng quay hàng 4 Diesel 33,1/ 1950 hàng 4 Diesel 34,1 / 1500 (KW/vg/ph) Tỷ số nén Đườg kính... với kỳ thải của động cơ, trên đồ thị Brick ta dóng các đoạn thẳng song song với trục P của đồ thị công sẽ cắt đường biểu diễn đồ thị công tương ứng các kỳ nạp, nén, cháy - giãn nở, thải của động cơ và lần lượt đo các giá trị được tính từ điểm cắt đó đến đường thẳng song song với trục V và có tung độ bằng p 0, ta đặt sang bên phải bản vẽ 14 Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 các giá trị vừa... Thân động cơ 4TNV98-GGE được đúc liền thành khối bằng thép rất chắc chắn, trên thân máy có khoét các lỗ để lắp khối xylanh, lắp các đường ống khí xả, nạp và khoan các lỗ có ren bên trên để lắp nắp xylanh của động cơ bằng bulong Ngoài ra trên thân máy còn khoan các lỗ tròn để dẫn nước làm mát và đúc các áo nước môi chất làm mát khối xylanh, hai bên thân máy có khoan các lỗ có ren để bắt các chi tiết của. .. Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số -Pj=f(x) Diện tích F1 = F2 1.5.2 Đồ thị lực khí thể P kt Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên ta có cách vẽ như sau : Từ các góc 0, 100, 200, 300, , 1800 tương ứng với kỳ nạp của động cơ 1900, 2000, 2100, , 3600 tương ứng với kỳ nén của động cơ 3700, 3800, 3900, , 5400 tương ứng với kỳ cháy - giãn nở của động cơ 5500, 5600,... 0.30826 Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 Hình 1.7 Đồ thị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N 1.5.6; Tính mômen tổng ΣT - Thứ tự làm việc của động cơ : 1 - 3 -4 - 2 - Góc công tác δ ct = 180.τ 180.4 = = 180 0 i 4 Bảng 1.4 Bảng thứ tự làm việc của động cơ 1 2 3 4 NẠP NÉN XẢ NỔ NÉN NỔ NẠP XẢ NỔ XẢ NÉN NẠP + Khi trục khuỷu của xylanh thứ nhất nằm ở vị trí α1=0o Thì khuỷu trục của. .. quan hệ của hàm số j=f(x) Diện tích F1 = F2 12 Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 C 1 2 E A B 3 4 F 1' 2' 3' 4' D Hình 1.4: Đồ thị gia tốc 1.5 Xây dựng đồ thị lực quán tính Pj, lực khí thể Pkh, lực tổng P1 1.5.1 Đồ thị lực quán tính Pj Cách xây dựng hoàn toàn giống đồ thị gia tốc, ta chỉ thay các giá trị J max, Jmin và -3λRω2 bằng các giá trị Pmax, Pmin, (-3λRω2).m Khối lượng chuyển động. . .Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 Chia nữa vòng tròn R 1 và vòng tròn R2 thành n phần đánh số 1, 2, 3, , n và 1’, 2’, 3’, , n’ theo chiều như hình 1.3 _Từ các điểm 0, 1, 2, 3, kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song AB kẻ từ 0, 1’, 2’, 3’, tại các điểm O, a, b, c, Nối O, a, b, c, bằng đường cong ta được đường biểu diễn trị số tốc độ _Các đoạn thẳng a1,... tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ 28 Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612 giấy bóng cho các điểm 0, 1, 2, 3, , 72 trùng với trục +Z của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véctơ Q0, Q1, Q2, , Q72 của đồ thị phụ tải chốt khuỷu hiện trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0, 1, 2, 3, , 72 Nối các. .. dầu… phía dưới thân máy có một nửa bệ đỡ chính của máy được chế tạo liền với thân máy, một nửa còn lại của bệ đỡ chính được chế tạo rời và lắp với nhau bằng bulong Động cơ có công suất 33,4Kw/1500v/p có hệ thống nhiên liệu sử dụng bơm cao áp PE, sử dụng hệ thống nạp tăng áp Turbo Charger Intercooler, hệ thống bôi trơn cưỡng bức các te ướt, hệ thống làm mát bằng nước 36 . Máy động lực giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế hệ thống làm mát của động cơ theo các thông số kĩ thuật. Đây là một hệ thống không thể thiếu trong động cơ đốt trong. Giảm nhiệt độ của động cơ. của đồ án này là phải tính toán thành lập được các bản vẽ đồ thị công, động học và động lực học, bản vẽ hệ thống làm mát và các cụm chi tiết của hệ thống làm mát, phân tích đặc điểm kết cấu và. thức kết cấu tổng quát và phương pháp tính toán thiết kế các chi tiết, hệ thống chính của động cơ ô tô. Để thiết kế các cơ cấu như khuỷu trục thành truyền, xinh lanh, pít tông hay các hệ thống