Trong bối cảnh của đất nước ta hiện nay đã và đang phát triển một cách nhanh chóng và đang trên đà phát triển thành một nước công nghiệp trong thời gian sắp tới, thì vai trò của ngành động cơ đốt trong nói chung và nền công nghiệp ôtô nói riêng rất là quan trọng.
Trang 1LỜI NÓI ĐẦU
Trong bối cảnh của đất nước ta hiện nay đã và đang phát triển một cách nhanh chóng và đang trên đà phát triển thành một nước công nghiệp trong thời gian sắp tới, thì vai trò của ngành động cơ đốt trong nói chung và nền công nghiệp ôtô nói riêng rất là quan trọng Cụ thể hơn thì nền công nghiệp ôtô đã góp phần rất nhiều trong các ngành nông nghiệp ,công nghiệp ,dịch vụ…,và đặc biệt là khả năng
di chuyển rất linh động đã làm cho phần lớn người dân Việt Nam đã chọn ôtô xe máy làm phương tiện di chuyển qua đó thúc đẩy ngành công nghiệp ôtô phát
triển.Qua đó bản thiết kế “ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG” đã giúp chúng ta
phần nào có thể hình dung ra được cách tính toán,trình tự thiết kế ra một động cơ đốt trong.Và dưới đây là bản thiết kế đồ án động cơ đốt trong mà chúng em đã áp dụng những kiến thức về tính toán động cơ,nguyên lý động cơ đốt trong,Kết cấu động cơ…để thiết kế Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Ngọc Dương
đã chỉ dẫn chúng em trong quá trình làm đồ án.Hi vọng thầy có thể có góp ý giúp chúng em để chúng em có thể rút kinh nghiệm trong những bản thiết kế tiếp theo.
Trang 2CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ
1/GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN: 1.1/ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ:
-Động cơ thiết kế là động cơ 4 kì,4 xy lanh được bố trí thẳng hàng (I4)
+Công suất danh nghĩa: Nen=90Kw
+Tốc độ vòng quay danh nghĩa :nn=3800 (v/ph)
Được sử dụng trên xe ôtô KIA BONGO III/TC-J3TK
1.2/TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY:
1.2.1/Loại nhiên liệu:
-Nhiên liệu được sử dụng cho động cơ là nhiên liệu diesel.
-Các thành phần có trong nhiên liệu là: C=0,87;H=0,126 ;O=0,004([2],39)
1.2.2/Hệ thống nhiên liệu:
a/Hệ thống nhiên liệu:
Trang 3Nhiên liệu được bơm điện hút nhiên liệu từ bình chứa qua lưới lọc trên bơm đẩy nhiên liệu tới bộ lọc nhiên liệu và đi tới ống phân phối sau đó đi vào từng kim phun.Trong quá trình hoạt động nếu bộ lọc bị tắc nghẽn làm cho áp suất trong ống dẫn tăng thì lúc này bộ điều áp sẻ mở làm cho nhiên liệu quay trở lại bình chưa
b/Hệ thống điều khiển:
c/Hệ thống nạp khí:
1.3/CƠ CẤU PHỐI KHÍ:
1.3.1/Công dụng:
Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ nạp đầy hòa khí vào các xy lanh và thải sạch khí cháy
ra khỏi các xy lanh sau khi bị đốt cháy
1.3.2/Yêu cầu:
-Nạp đầy và thải sạch muốn vậy xuppap phải mởi sớm và đóng muộn
-Đảm bảo kín buồn đốt trong thì nén và nổ
-Đóng mở đúng thời gian quy định
-Độ mở để dòng khí dễ lưu thông
Trang 4-Ít mòn tiếng kêu bé
-Dễ điều chỉnh và sữa chữa giá thành chế tạo rẻ
1.3.3/Cơ cấu phối khí sử dụng:
Sử dụng cơ cấu phối khí dạng trực tiếp cam đội xuppap ( hai trục cam rời)
-Ưu điểm: đơn giản,làm việc êm không gây tiếng ồn vì lúc này không còn tiếng ồn gây ra bởi cò mổ,đũa đẩy,con đội.
-Nhược điểm: khó chế tạo
Cơ cấu phân phối khí có xupáp treo, trục cam đặt trên nắp xupáp.
1–xupáp xả; 2–lò xo xupáp; 3–trục cam; 4–đĩa tựa; 5–bulông điều chỉnh;
6–thân xupáp rỗng; 7–vành tựa; 8–mặt trụ; 9–đĩa tựa lò xo
Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupáp thể hiện trênhình vẽ trên Khi trục cam đặt trên nắp xylanh và cam trực tiếp điều khiển việc đóng, mởxupáp, không thông qua con đội, đũa đẩy, đòn gánh Loại này có xupáp rỗng, ghép
1.3.4/Phương pháp dẫn động:
Trang 5Phương pháp dẫn động trục cam là phương pháp dẫn động gián tiếp sử dụng dây curoa để truyền chuyển động từ trục khuỷu tới hai cốt cam.
Vì những ưu điểm sau:
-Truyền động êm không gây tiếng ồn
-Dễ tháo lắp
-Gía thành rẽ
1.3.5/Phương pháp điều chỉnh khe hở nhiệt:
Bulông 5 đằng sau đuôi xuppap giúp ta điều chỉnh chiều dài xupáp, sẽ cho phépđiều chỉnh khe hở nhiệt (giữ mặt tựa của cam và đuôi xupáp) Tuy nhiên, đối với xupáp
và điều kiện áp lực lớn điều chỉnh bu lông 5 rất khó Lò xo xupáp ở đây có hai chiếc có
độ cứng khác nhau, chiều quấn nguợc nhau và có chiều dài bằng nhau Nhờ vậy tránhđược sự cộng hưởng nên bền lâu hơn Với máy nhỏ đôi khi người ta đúc liền một khối,như vậy không điều chỉnh được khe hở nhiệt Trong trường hợp này, nhà chế tạo để khe
hở nhiệt lớn một chút, khi mòn càng lớn hơn, nên có thể có tiếng gõ khi máy làm việc,nhưng cấu tạo đơn giản, làm việc an toàn
1.4/HỆ THỐNG LÀM MÁT:
1.4.1/Lý do phải làm mát động cơ:
Trong quá trình làm việc tại thì nổ thì nhiệt độ của buồng đốt khoảng 2500
0C.Nhiệt đó sẽ được truyền đến các chi tiết tiếp xúc với khí cháy như (pittông,xecmăng,xuppap,thành xy lanh,nắp xy lanh) khoảng 25-35% nhiệt do buồng đốt tạo ra.Vì
-Phụ tải nhiệt các chi tiết lớn làm giảm sức bền ,giảm độ cứng vững và tuổi thọ của chúng-Nhiệt độ cao dẫn đến nhiệt độ dầu bôi trơn cũng cao do đó dẫn tới độ nhớt giảm khảnăng nôi trơn kém làm tăng ma sát
-Có thê gây bó kẹt pittông do hiện tượng giản nỡ
-Giảm hệ số nạp
-Có thể gây hiện tượng kích nổ
Trang 6Vì vậy để khắc phục hiên tượng trên cần thiết phải làm mát động cơ giữ cho động cơ làmviệc ở một mức độ nhiệt ổn định.
1.4.2/Phân tích chọn hệ thống làm mát:
a/Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi:
Hệ thống làm mát kiểu này là đơn giản nhất không cần bơm,quạt,phương pháp làm mát làkhi động cơ làm việc nước bao bọc xung quanh sẽ sôi và bốc hơi thoát ra ngoài và mộtlượng nước khác phải được bổ sung kịp thời.Nhưng vấn đề ở đây là nếu không có nguồnnước bổ sung kịp thời thì lượng nước làm mát sẽ giảm dữ dội vì vậy phương pháp nàykhông phù hợp với ô tô,máy kéo
b/Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên:
-Với hệ thống làm mát loại này nước lưu động tuần hoàn được hoàn toàn là do sự chênh
áp giữa 2 cột nước nóng và lạnh
-Sự chênh áp giữa 2 cột nước nóng và lạnh thì phụ thuộc vào
+Nhiệt độ của 2 cột nước nóng và lạnh (khi mới khởi động t bé,khi tốc độ tăng t tăng)+Độ chênh lệch chiều cao giữa 2 cột nước
Vì vậy mà trên động cơ luôn phải đảm bảo rằng bình chứa nước phải cao hơn đầu nước racủa động cơ
Trang 7Nhưng vấn đề ở đây là khi tốc độ động cơ tăng dẫn tới sự chênh lệch nhiệt độ của đầuvào và đầu ra lớn ,trong khi đó vì kết cấu của động cơ mà chiều cao đặt bình chứa nước
bị hạn chế nên vận tốc tuần hoàn bé dẫn tới chỉ một lượng ít nước đi qua quạt để tảnnhiệt,vì vậy tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ ở đầu vào và đầu ra lớn làm thành xy lanh làmmát không đều Nếu muốn tăng chiều cao đặt bình chứa nước thì kết cấu lại lớn khôngphù hợp với ô tô, máy kéo
Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên
c/Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức:
Nước lưu động trong hệ thống không phải do đối lưu mà là do sức đẩy của bơm nước tạo
ra vì vậy ta dung hệ thống tuần hoàn cưỡng bức kiểu kín là phương pháp làm mát cho ô
tô máy kéo
1.4.3/Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức kiểu kín:
Nguyên lý hoạt động như sau:
-Nước làm mát từ các áo nước trong thân động cơ ,lên nắp xy lanh qua các ống đến vanđiều nhiệt tại đây nước chia làm 2 dòng một ra két nước làm mát qua bơm ly tâm về độngcơ,một tuần hoàn trở lại động cơ.Sự phân chia lưu lượng nước này phụ thuộc vào nhiệt
độ của nước làm mát và do van hằng nhiệt tự động điều chỉnh
-Hệ thống này được gọi là hệ thống làm mát kiểu kín vì sau khi đi qua két nước làm mátnước lại trở về động cơ thành một chu trình khép kín
Trang 81.4.4/Dung dịch làm mát:
Chọn dung dịch làm mát là dung dịch abro (Mỹ) 129.000đ/1can 3,8 lít
1.4.5/Làm mát pittông,làm mát vòi phun:
-Pittông được làm mát bằng cách phun dầu bôi trơn lên phía trong của pittông
-Vòi phun được làm mát bằng nhiên liệu
1.5/HỆ THỐNG BÔI TRƠN:
1.5.1/Lý do phải bôi trơn động cơ:
Hệ thống bôi trơn của động cơ có nhiều nhiệm vụ
-Bôi trơn bề mặt ma sát,làm giảm ma sát giữa các chi tiết chuyển động lẫn nhau.
-Tẩy rữa các bề mặt ma sát:vì trong quá trình hoạt động sự ma sát giữa các chi tiết làmphát sinh các mạt sắt nên dầu bôi trơn sẽ rửa các bề mặt này và sẽ được lọc sạch tại bầulọc thô và lọc tinh
-Làm mát cho động cơ: ngoài nước làm mát dầu nhờn cung có chức năng làm mát nó sẽchuyển một phần nhiệt lượng sinh ra ở pittông ,ở các ổ trục ra khỏi nó
-Bao kín khe hở:vì dầu bôi trơn có độ nhớt cao nên sẽ bao kín khe hở giữa pittông vàxylanh;xec măng và pittông khiến cho khả năng lọt khí sẽ giảm
1.5.2/Chọn hệ thống bôi trơn:
a/Bôi trơn bằng phương pháp vung té dầu:
-Đối với phương pháp này dầu nhờn được đưa lên bôi trơn nhờ thìa múc dầu từ các te vàvung té để bôi trơn,mỗi một vòng quay trục khuỷu là 1 lần vung té
-Phương pháp bôi trơn này rất lạc hậu:
+Nó không đảm bảo đủ lượng dầu bôi trơn
+Nó chỉ ở động cơ có công suất nhỏ ,tốc độ thấp ,cho động cơ có 1 xy lanh kiểu nằmngang.Nên hiện nay ít được sử dụng
Bôi trơn Phương pháp vung té dầu
b/Bôi trơn cưỡng bức:
Trang 9Phương pháp này dầu bôi trơn sẽ được hút và đẩy đi đến các nơi cần bôi trơn bởi mộtbơm dầu nên đảm bảo được lượng dầu ,áp lực ổn định đến các chi tiết
+Bôi trơn cưỡng bức cac te khô:loại này khác loại cac te ướt ở chỗ bình đựng dầu đặt bênngoài đới với kiểu thiết kế này có ưu điểm là dầu không bị thiếu hụt dù dộ nghiêng lớn vìvậy thích hợp cho máy ủi,tàu thủy,máy kéo…Nhược điểm là kết cấu phức tạp chiếmkhông gian lớn
Vì vậy ta chọn hệ thống bôi trơn cưỡng bức cac te ướt
1.5.3/Cấu tạo ,sơ đồ ,Nguyên lý hoạt đông:
Hệ thống bôi trơn cưỡng bức cac te ướt
-Dầu nhờn sẽ được bơm hút từ cac te qua lọc thô ở đây dầu sẽ được làm sạch các tạp chất cỡ lớn sau đó đi đến bầu lọc tinh tại bầu lọc tinh sẽ lọc sạch cặn bẩn cỡ nhỏ và nước sau đó dầu đi đến các đường dầu chính đi đến bôi trơn các cổ và chốt khuỷu và được vòi phun lên để bôi trơn đầu nhỏ thanh truyền ,chốt pittông và có các đường dầu đưa lên bôi trơn cơ cấu phối khí
và cho dầu đi qua đi qua két làm mát.Nếu lọc tinh bị tắc thì van an toàn mở ra và dầu không đi qua lọc tinh mà lên trực tiếp đường dầu chính.Van an toàn sẽ đảm bảo áp suất dầu trong hệ thống giữ ở một mức ổn định.
Trang 10CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1/CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ:
1.1/Loại động cơ:
-Động cơ thiết kế là động cơ diesel vì động cơ diesel có tính kinh tế cao hơn động
cơ xăng,thích hợp trong điều kiện làm việc ở chế độ toàn tải tuy nhiên,động cơ diesel nặng nề,cồng kềnh,nhiều chi tiết đòi hỏi độ chính xác cao nên giá thành chế tạo và sửa chữa cũng cao
-Thiết kế động cơ xăng 4 kì vì tính hiệu quả về kinh tế ,ít ô nhiễm môi trường quá trình nạp và xả diễn ra hoàn thiện hơn động cơ hai kì.
1.2/Công suất (Ne):
Công suất danh nghĩa Nen=90Kw
1.3/Số vòng quay (n):
Số vòng quay danh nghĩa nn=3800 (v/ph)
1.4/Số xy lanh (i):
Chọn thiết kế động cơ có 4 xy lanh (i=4) thẳng hàng vì:
-Tạo ra sự đồng đều khi trục khuỷu quay
-Vì số xy lanh là chẵn nên việc dùng đối trọng để cân bằng lực quán tính và moment quán tính sẽ dễ dàng hơn
([2],26)
Trang 112.2/Nhiệt độ không khí nạp mới T0:
tkk=290C (là nhiệt độ không khí trung bình ở nước ta)
2.3/Áp suất khí nạp trước xuppap nạp (pk):
Đối với động cơ 4 kì tăng áp thì pk > p0.
Chọn p k 0 , 15MN/m2
2.4/Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (T0):
p
p T
m K k
0 1
đa biến trung bình.
2.5/Áp suất cuối quá trình nạp pa:
Đối với động cơ tăng áp áp suất cuối quá trình nạp pa phải bé hơn áp suất khí quyển p0 thường xác định bằng công thức thực nghiệm:
Trang 12pr là áp suất thất thoát qua xuppap xả ,đường ống xả Thông thường pr được xác định theo công thức thực nghiệm:
2.8/Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới:
Khi khí nạp mới được hút vào xy lanh thì trong qua trình di chuyển tiếp xúc với thành vách xy ống nạp,xuppap nên nhiệt độ khí nạp sẽ tăng lên giá trị T
Đối với động cơ diesel : T = (5 30) 0K (2-4) ([2],32)
Chọn T = 15 0K
2.9/Hệ số nạp thêm 1:
công tác sau khi nạp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ ở thể tích Va
1
=1,02 1,07 (2-5) ([2],32) chọn 1=1,02
2.10/Hệ số quét buồng cháy 2:
2.11/Hệ sô dư lượng không khí :
Trang 13M1 là số kmol không khí thực tế đi vào xy lanh
01
M
M
tiết kiệm nhiên liệu
1
0 0
1
M
M
độ cháy tăng ,áp suất tăng chạy càng nhanh nhưng không cháy sạch hết nhiên liệu làm ô nhiễm môi trường.
Trong tính toán nhiệt ĐCĐT đối với động cơ diesel tăng áp thì
=1,7 2,2 ([2],34)
2.12/Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t:
Đối với động cơ diesel =1,9 thì chọn t=1,11 ([2],32)
2.13/Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (z):
2.15/Hệ số điền đầy đồ thị công (d):
Hệ số điền đầy đồ thị công sẽ đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực tế so với đồ thị công tính toán
d
Chọn d=0,93
Trang 14trong đó : pz là áp suất cuối quá trình cháy
p0 là áp suất cuối quá trình nén
đối với động cơ diesel : p =1 , 6 2 , 44 ([2],35)
chọn p=2
Trang 15, 0 12 , 1 1 11 , 1 02 , 1 22 5 , 1 927 , 0 15 336
336
a
p p
Trang 16-Nhiệt độ cuối quá trình nạp:
1
1
m m a
r a
r
p
p T
6 , 363 022
, 0 1
12 , 1 927 , 0 900 022 , 0 11 , 1 15
n1 là chỉ nén đa biến trung bình n1=1,34-1,37 ([1],33)
-Mục đích của việc tính toán quá trình cháy là để xác định áp suất cuối quá trình
cháy pz và nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz.
-Để tính toán ta chia làm 2 giai đoạn:
3.3.1/Giai đoạn tính toán tương quan nhiệt hóa:
Trang 17Mục đích của việc tính toán tương quan nhiệt hóa là để xác định các đại lượng đặc trưng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hóa để làm tiền đề cho việc tính toán nhiệt động.
-Lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết 1kg nhiên liệu lỏng:
126,032
87,0
972 ,
Trang 18033 , 1 022 , 0
1
022 , 0 034
3.3.2/Giai đoạn tính toán tương quan nhiệt động:
-Nhiệt độ cuối quá trình cháy ta xác định như sau:
Z cvz
z c p cvc
)
.314,8(
894 , 28
K T
z
z
0 0
Trang 19-Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb :
, 0
9,12
Trang 204/CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHU TRÌNH CÔNG TÁC VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ:
'
1 2
11.1
11
1.1
.1
p p
c
i
n n
1 9
, 12
1 1 1 2 , 1
2 7 , 1 1 7 , 1 2
2 , 0
1 0
423 .10
.
v i
13 , 14
97
,
0
10 8236 , 0 03
Trang 21Trong đó: QT=42500 (KJ/kgnl); gi=78 (g/KWh)=78.10-3 (kg/KWh)
847 , 0 10 78
3800
077
,
0
s m
Trang 22) / ( 91 853
,
0
78
kWh g
3800 4 359 , 0 18
) ( 6 , 134 3800
.
6 , 53 10
Trang 23
CHƯƠNG III: DỰNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ
1/Khái quát:
Trang 24Dựng đặc tính ngoài của đông cơ là tức là ta xây dựng đồ thị biểu thị sự tương quan giữa Ne;Me;Gnl với tốc dộ của động cơ ne khi thanh răng bơm cao áp chạm vào vít hạn chế mở hoàn toàn.
2/Dựng đồ thị đặc tính ngoài của động cơ:
Đối với động cơ diesel : a=0,5;b=1,5;c=1
Nên ta có thể viết lại:
) ( ) ( ) (
5 , 1 5 , 0
n
n n
n n
n N
N
N N
N e
5 , 1 3800 5
e e
Trong đó : ge=91 (g/kWh)=0,091 (kg/kWh); Ne[kW]:
Từ đó ta có bảng kết quả như sau:
Trang 25Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ
N e
M e
G nl
Trang 26CHƯƠNG IV: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤC
Trang 30CHƯƠNG V: ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤC
THANH TRUYỀN 1/Lực khí thể tác dụng lên pittông:
Pkh=FP.pe (5-1) ([1],75) Trong đó:
Trang 31m= mnp + m1 ([3],4) mnp: khối lượng nhóm pittông
m1: khối lượng đầu nhỏ thanh truyền
Trang 352.3.2/Thành phần lực dọc tác dụng lên thanh truyền:
74 , 56
Trang 3674 , 56
Trang 37Chương VI: Tính Toán Nghiệm Bền Các Chi Tiết Chính
Của Động Cơ Đốt Trong.
Trang 38II/nhóm thanh truyỀn
1 Tính toán sức bền đầu nhỏ thanh truyền
ứng suất kéo :
σkmax =
Trang 39lđn = lđt = 0,5dck = 0,5 0,6 D = 0,3 D = 0,3.77 = 23,1 mm : (lđn là chiều dài đầu nhỏthanh truyền; lđt là chiều dài đầu to thanh
truyền )
khi đó ta có :
σkmax = 2.4,16062.23,1 = 0,0602 kN/mm2
σkmax < [σ] = 60 ÷ 80 MN/m2 => đạt yêu cầu
2 Tính toán sức bền thân thanh truyền :
Trang 41TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]-Hướng Dẫn Đồ Án Động Cơ Đốt Trong-TS.Vy Hữu Thành,Ths Vũ Anh Nhà xuất bản Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự Hà Nội 1999.
Tuấn-[2]-Hướng Dẫn Đồ Án Động Cơ Đốt Trong-Văn Thị Bông,Vy Hữu Thành,Nguyễn Đình Hùng-Nhà Xuất Bản ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM 2007
[3]-Kết Cấu Động Cơ Đốt Trong-PGS.TS Nguyễn Văn Phụng-Nhà xuất bản ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM