Tính toán thiết kế động cơ M - 21 ở chế độ Memax

Tài liệu tham khảo Tính toán thiết kế động cơ M - 21 ở chế độ Memax

Lời nói đầu

Ngành ô tô giữ một vai trò rất quan trọng trong hoạt động và phát triển của xãhội Ô tô đợc sử dụng phổ biến để phục vụ nền kinh tế quốc dân và trong lĩnh vựcquốc phòng

Nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật và công nghệ mới đã áp dụng nhanh chóngvào công nghệ chế tạo ô tô Các tiến bộ khoa học đó đã đợc áp dụng nhằm mục đíchgiảm nhẹ cờng độ lao động cho ngời lái, đảm bảo an toàn cho xe, ngời, hàng hoá vàtăng vận tốc trung bình cũng nh tăng tính kinh tế của xe

Nền kinh tế của nớc ta đang trên đờng phát triển, hiện nay nhiều loại xe đã và

đang sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam, các thông số kỹ thuật phù hợp với điều kiệnthời tiết, khí hậu và địa hình phức tạp

Tuy nhiên ở nớc ta hiện nay nói chung và trong quân đội nói riêng, vẫn còn sửdụng các thế hệ “ô tô sản xuất từ Liên Xô trớc đây và với nhiều chủng loại khácnhau Chính vì vậy việc tìm hiểu, đánh giá, kiểm nghiệm các hệ thống, cụm, cơcấu cho xe là vấn đề hết sức cần thiết, nhằm có biện pháp khai thác sử dụng xe mộtcách hợp lý và có hiệu quả cao hơn

Nhiệm vụ đồ án đợc giao là:“ Tính toán kiểm nghiệm động cơ M -21 ở chế độ

Memax”.

Trong điều kiện thời gian có hạn nên chỉ là bớc khảo sát, kiểm nghiệm đánhgiá một số nội dung nhng đây là cơ sở cho việc xem xét và so sánh thực tế khai thác

sử dụng động cơ, để từng bớc nâng cao chất lợng khai thác động cơ

Trong quá trình thực hiện đồ án đợc sự hớng dẫn tận tình của các thầy trong

Bộ môn Động cơ đặc biệt là Thầy:Vy Hữu Thành đã giúp tôi hoàn thành đồ án.Tuy nhiên trong quá trình thực hiện còn nhiều sai sót kính mong nhận đợc sự chỉdẫn của các thầy giáo

Tôi xin chân thành cảm ơn

Phần 1: Tìm hiểu kết cấu động cơ

1.Giới thiệu chung

Động cơ M- 21 lắp trên xe du lịch Volga do Liên xô cũ chế tạo Đây là loại

động cơ xăng 4 kỳ, 4 xi lanh, bố trí thành một hàng thẳng đứng.Thứ tự công tác của

động cơ là1-2-4-3

Đờng kính xi lanh D= 92 mm Hành trình pít tông S = 92 mm Thể tích côngtác Vh=2,445 lít Tỉ số nén =6,7 Công suất lớn nhất Nemax = 55,2 Kw,ở số vòngquay nN=4000 V/ph Mô men xoắn lớn nhất Memax = 166,6 N.m ở số vòng quay

nM= 2200 V/ph

Hệ thống bôi trơn là hệ thống bôi trơn bằng dầu có áp lực kết hợp với vung tédầu Hệ thống làm mát: là hệ thống làm mát bằng nớc, kiểu kín.Cơ cấu phối khí xupáp treo

6 Tốc độ quay của khuỷu trục

8 Tốc độ quay của khuỷu trục

2 Các cơ cấu chính của động cơ

2.1.Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền.

Đây là cơ cấu hết sức quan trọng của động cơ nó bao gồm các chi tiết sau:

2.1.1.Nhóm chi tiết cố định

Nhóm chi tiết cố định bao gồm thân máy,nắp máy,ống lót xi lanh ớt.Đây lànhóm chi tiết để gá lắp các chi tiết của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền,của các hệthống và các chi tiết khác

2.1.1.1.Thân máy

Thân máy động cơ M21 có kết cấu kiểu thân xi lanh và nửa trên hộp trục khuỷu thành một khối Đây là chi tiết có khối lợng và kích thớc lớn nhất của động cơ.Thân xi lanh và nửa trên hộp trục khuỷu, nửa dới hộp trục khuỷu đợc đúc thành khối bằng hợp kim nhôm sau đó gia công cơ có độ bền cao.Trong hộp trục khuỷu có

5 ổ đỡ cổ trục khuỷu và 5 ổ đỡ trục cam Nắp các ổ đỡ có trục chính làm bằng đua

ra Nắp ổ đỡ đợc định vị bằng rãnh chuyên dùng.Tất cả các xi lanh trong thân máy

đợc gia công theo từng bộ cho nên trong quá trình sửa chữa thay thế không đợc đổi lẫn vì vậy trên các xi lanh đợc đánh dấu bằng số.Trên thân máy có các khoang

rỗng để chứa nớc làm mát xung quanh xi lanh tạo thành áo nớc.Trên thân máy

có các đờng dẫn dầu bôi trơn Ngoài ra còn có các budông để bắt chặt nắp máy,gugiông và mặt bích lắp các hệ thống phụ, nắp ổ đỡ cổ trục Bên trái thân máy có mặtbích lắp động cơ khởi động, có các vấu mặt bích lắp bơm xăng, mặt bích lắp bộ chia

điện Bên phải có các vấu lắp máy phát điện Mặt sau thân máy có vị trí lắp ly hợp

đợc liên kết bằng bu dông.Trên thân máy có gia công 4 lỗ để lắp 4 ống lót xi lanh

ống lót xi lanh của động cơ M21 là ống lótnớc.Vật liệu chế tạo bằng gang xám Để tăngtính chống mòn của xi lanh có ép một đoạn ốnglót chế tạo bằng gang hợp kim cứng Mặt ngoàicủa xi lanh trực tiếp tiếp xúc với nớc làm mát,mặt trong đợc gia công rất chính xác và màibóng tạo thành mặt gơng xi lanh Để nâng caotính chống mòn của ống lót xi lanh, ngời ta mạlên mặt gơng xi lanh một lớp crôm xốp Phíatrên ống lót xi lanh có vai tựa lắp cao hơn mặtthân máy 0,05-0,055 mm để khi lắp nắp máy

và đệm nắp máy sẽ ép chặt với vai trò bảo đảmchất lợng bao kín tránh lọt khí Phía ngoài củaống lót cũng có vai tựa để lắp đệm bằng cao su với thân máy tránh rò nớc vào cát te

2.1.1.3.Nắp máy

Nắp máy là chi tiết làm việc trong điều kiện rất xấu: chịu nhiệt độ cao, áp suấtlớn, ăn mòn hóa học nhiều Ngoài ra khi lắp ráp nắp máy còn chịu ứng suất nén khixiết chặt các bu giông Nắp máy động cơ M21 là loại nắp máy liền chế tạo bằnghợp kim nhôm do đó thuận lợi cho việc bố trí hệ thống làm mát, đờng nạp, đờngthải, lắp đặt đế xu páp, bu gi…và có độ cứng vững cao, giữa thân máy và nắp máy

có đệm nắp máy đợc làm bằng ác bét đồng

2.1.2.Nhóm chi tiết chuyển động

Bao gồm nhóm pít tông- thanh truyền, trục khuỷu, bánh đà

2.1.2.1.Nhóm pít tông

Nhóm pít tông bao gồm: pít tông, xéc măng, chốt pít tông, vòng hãm Nhómpít tông có chức năng tiếp nhận lực khí thể truyền cho thanh truyền qua chốt píttông để làm quay trục khuỷu Khối lợng của nhms pít tông nặng 722g

a) Pít tông:

Pít tông động cơ M21 đợc đúc bằng thép AK-4 Đỉnh pít tông có dạng đỉnhbằng Phần đầu pít tông có 3 rãnh: hai rãnh trên dùng để lắp xéc măng khí, rãnh dớilắp xéc măng dầu Pít tông đợc lắp vào xi lanh với khe hở từ 0,012- 0,024 mm, ở 2

đầu bệ chốt pít tông ngời ta tiện vát bớt một phần kim loại để giảm trọng lợng vàtránh giãn nở vì nhiệt.Tiết diện ngang phần thân đợc chế tạo thành hình ô van có

trục ngắn trùng với đờng tâm chốt pít tông không bị bó két khi chịu lực ngang lớn

và do giãn nở đều về nhiệt

b) Chốt pít tông

Trong quá trình làm việc chốt pít tông chịu lực khí thể và lực quán tính rất lớncác lực này đều thay đổi theo chu kỳ đồng thời có tính chất va đập mạnh, điều kiệnbôi trơn kém

Chốt pít tông động cơ M21 dạng hình trụ rỗng Chốt đợc chế tạo bằng thépcác bon 45X, bề mặt ngoài chốt đợc thấm cac bon Đờng kính ngoài của chốtDn=25mm, chiều dài l=80,1mm Chốt pít tông đợc lắp vào đầu nhỏ thanh truyềntheo kiểu lắp bơi

Độ dôi giữa chốt và bệ chốt ở trạng thái nguội là 0,0025mm Do đó khi lắprắp, pít tông đợc luộc trong dầu với nhiệt độ khoảng 700C rồi dùng tay ấn nhẹchốt pít tông vào bệ chốt Với phơng pháp lắp ghép này có nhiều u điểm là :

Do chốt đợc chốt đợc xoay tự do quanh đờng tâm của nó nên mòn đều và mặtchịu lực luôn luôn thay đổi khiến cho chốt bị ăn mòn Nếu có chất bẩn (mạt kimloại, tạp chất cơ học…) chui vào làm kẹt chốt với đầu nhỏ hay bệ chốt vẫn làm việctơng tự nh kiểu lắp cố định chốt pít tông trên bệ chốt hoặc cố định chốt trên đầu nhỏthanh truyền

Để định vị chiều trục cho chốt pít tông tránh cào xớc mặt gơng xi lanh Ngời

ta dùng khoá hãm , khoá hãm có tiết diện tròn làm bằng thép lo xo

Chốt pít tông đợc bôi trơn bằng cách hứng dầu Trên đầu nhỏ thanh truyền

ng-ời ta có khoan 1 lỗ dầu để hứng dầu bơi trơn cho chốt pít tông với đầu nhỏ thanhtruyền Còn trên bệ chốt đợc bôi trơn nhờ dầu gạt từ xéc măng dầu qua lỗ trên thânpít tông

*Xéc măng dầu

Xéc măng dầu có nhiệm vụ gạt dầu bám trên thành vách xi lanh chảy về cát te.Ngoài tác dụng gạt dầu, xéc măng dầu còn san đều một lớp dầu trên mặt xi lanh,xéc măng dầu động cơ M21 là loại xéc măng dầu đơn

2.1.2.2.Thanh truyền

Thanh truyền là chi tiết nối pít tông với truc khuỷu thanh truyền có tác dụngtruyền lctác dụng trên pít tông xuống trục khuỷu biến chuyển động tịnh tiến của píttông thành chuyển động quay của truc khuỷu Nó đợc chế tạo từ thép hợp kim45Г2 Khi động cơ làm việc thanh truyền chịu lực khí thể lực quán tính của các khốilợng chuyển động tịnh tiến của nhóm pít tông, lực quán tính của thanh truyền Cáclực này luôn luôn thay đổi theo chu kỳ kể cả giá trị số và dấu, nên thanh truyền cótính chịu va đập mạnh kết cấu của thanh truyền gồm 3 phần: đầu nhỏ, thân, đầu to

Đầu nhỏ thanh truyền: có dạng hình trụ mỏng Trên đầu nhỏ có khoan lỗ hứngdầu bôi trơn cho bạc lót đầu nhỏ thanh truyền Bạc đầu nhỏ thanh truyền đợc chếtạo bằng đồng Trên bạc có khoan lỗ để trùng với lỗ hứng dầu trên đầu nhỏ thanhtruyền.

+Thân thanh truyền : thân thanh truyền có tiết diện ngang hình chữ I loại này

có u điểm là giảm đợc trọng lợng cho thanh truyền mà độ cứng vẫn bảo đảm

+Đầu to thanh truyền: đợc chia thành 2 nửa, nửa trên làm liền với thân, đầu tothanh truyền đợc lắp với trục khuỷu thông qua bạc lót Bạc lót cũng đợc chia làm 2nửa, bạc đợc định vị với đầu to bằng vấu lỡi gà Trên bạc đầu to thanh truyền cókhoan lỗ dẫn dầu bôi trơn, khi lỗ này trùng với lỗ dầu của chốt trục khuỷu thì dầu đ-

ợc phun ra để bôi trơn cho thành xi lanh và cam cơ cấu phân phối khí

Khối lợng nhóm thanh truyền 1021g Trong đó đầu to nặng 744g, đầu nhỏnặng 277g

2.1.3.Trục khuỷu

Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất của động cơ Trụckhuỷu tiếp nhận lực từ thanh truyền biến chuyển động tịnh tiến của nhóm pít tôngthành chuyển động quay của chính nó, truyền mo men xoắn qua hệ thống truyền lựclàm cho bánh xe quay và các thiết bị khác làm việc Trong quá trình làm việc trụckhuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính chuyển động tịnh tiến, lực quántính chuyển động quay Nhữnglực này có trị số rất lớn và thay đổi theo chu kỳ nên

có tính va đập mạnh Trục khuỷu độnh cơ M21 là loại trục khuỷu nguyên, có đủ cổtrục Trên trục khuỷu có gia công 5 cổ trục khuỷu, trục khuỷu đợc đúc bằng gangcầu Trục khuỷu gồm các thành phần : đầu trục khuỷu, cổ trục khuỷu, chốt khuỷu,má khuỷu và đuôi trục khuỷu

+Đầu trục khuỷu: dùng để lắp bánh răng dẫn động trục cam, bánh đai (puli)dẫn

động quạt gió và đai ốc khởi động để khởi động động cơ bằng tay

+Chốt khuỷu và cổ trục khuỷu: đợc làm rỗng để giẩm trọng lợng và chứa dầubơi trơn cho bạc đầu to thanh truyền và bạc cổ trục

+ Bạc cổ trục và bạc cổ chốt khuỷu: đều đợc chia làm hai nửa và đợc định vibằng vấu lỡi gà Gộp thép của bạc lót và bạc cổ trục đợc chế tạo bằng thép các bonthấp, bề mặt làm việc đợc phủ một lớp hợp kim chống mòn COC- 66 Chiều dày củabạc cổ trục là 2,25 (-0,013) Bạc lót đầu to thanh truyền dày 2,237(-0,020) mm Khối lợng của bộ phận trục khuỷu nặng 16900g

2.1.4 Bánh đà

Bánh đà có nhiệm vụ chủ yếu là đảm bảo tốc độ góc của trục khuỷu đợc đồng

đều Bánh đà động cơ M21 có dạng đĩa đợc đúc bằng gang trên bánh đà có ép vànhrăng bằng thép để khởi động động cơ bằng động cơ điện Bánh đà đợc tiến hành cânbằng động cùng với trục khuỷu và đợc liên kết với trục khuỷu nhờ 4 bu lông Trênbánh đà có ghi các ký hiệu ĐCT và góc đánh lửa sớm

Khối lợng của bánh đà nặng 12500g

2.2 Cơ cấu phối khí

Trên động cơ M21 bố trí cơ cấu phân phối khí xu páp treo

Với cơ cấu phối khí xu páp treo bảo đảm cho buồng cháy nhỏ gọn, chống cháykích nổ tốt nên có thể tăng đợc tỉ số nén và làm cho dạng đờng thải, nạp thanh thoát, khiến sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời do có thể bố trí xu páp hợp lí

hơn nên có thể tăng đợc tiết diện lu thông của dòng khí khiến hệ số nạp tăng Cấu tạo cơ cấu phối khí gồm các chi tiết chính sau : trục cam, xu páp, con đội, đũa đẩy,

* Xu páp nạp

Xu páp nạp làm bằng thép Tán nấm dạng

lõm, giữa thân và tán nấm có bán kình góc lợn

lớn để cải thiện tình trạng lu thông của dòng

khí nạp vào xi lanh, đồng thời tăng độ cứng

vững cho xu páp, giảm đợc trọng lợng Phần

đuôi đợc tôi cứng

* Xu páp thải

Xu páp thải làm bằng thép chịu nhiệt

Nấm xu páp thải dạng lồi Phần đuôi đợc tôi

cứng để tránh mòn và có rãnh để lắp móng hãm

giữa đuôi xu páp và lò xo xu páp

Móng hãm hình côn gồm 2 nửa với kiểu

lắp này có kết cấu đơn giản, độ an toàn cao, và

không gây nên ứng suất tập trung trên đuôi xu

páp Để dễ sửa và tránh hao mòn cho nắp xi

lanh ở chỗ lắp xu páp ngời ta lắp ống dẫn hớng ống dẫn hớng có dạng hình trụ rỗng

đợc đóng ép vào nắp xi lanh đến một khoảng cách nhất định

+ Đế xu páp hình ống mặt trong đợc vát góc theo góc vát của tán nấm và đợc

trục cam đợc dẫn động từ trục khuỷu bằng cặpbánh răng riêng Bánh răng trên trục cam đợclàm bằng gỗ phíp còn moay ơ bằng gang.Trên bánh răng đó có hai lỗ ren để tiện tháolắp

Để hạn chế sự dịch chuyển dọc chục củatrục cam ngời ta dùng ổ chắn dọc trục ổ chắngồm có mặt bích 2 bằng thép đợc cố địnhtrênmặt đầu của thân máy bằng bu lông Mộtmặt của mặt bích 2 tiếp xúc với mặt đầu của

cổ trục cam, mặt kia cách mặt đầu của moay ơ bánh răng cam một khe hở khoảng0,1- 0,2 mm Trị số khe hở dọc trục này do chiều dài của vòng chắn 3 quyết định.Vòng chắn 3 lắp trên đầu ổ chục cam và bị bánh răng cam ép sát vào mặt đầu của ổchục cam Trong quá trình sửa chữa sau này để điều chỉnh khe hở đúng quy địnhchỉ cần thay đổi chiều dài của vòng chắn 3

Dầu bôi trơn mặt ma sát của ổ chắn đợc dẫn từ cổ chục cam tới Ngoài mặtbích hai còn đợc bôi trơn bằng dầu vung té Trong hộp bánh răng cam trên các bánhrăng trục khuỷu và bánh răng trục cam có hai dấu khi lắp ráp phải để các dấu trùngnhau để đảm bảo góc pha phối khí (hình 5)

Đũa đẩy là một thanh thép nhỏ hình trụ rỗng dùng để truyền lực từ con đội đến

đòn bẩy, hai đầu đũa đẩy hàn với đầu tiếp xúc hình cầu để tiếp xúc với con đội vàchụp trên cò mổ Các đầu tiếp xúc này đợc tôi cứng để giảm mài mòn

2.2.5 Cò mổ.

Đòn bẩy là chi tiết chuyền lực trung gian, một đầu tiếp xúc với đũa đẩy, một

đầu tiếp xúc với đuôi xu páp Đầu tiếp xúc với đũa đẩy có vít điều chỉnh và đợc hãmbằng đai ốc Đầu tiếp tiếp xúc với đuôi xu páp có mặt tiếp xúc phẳng và đợc tôicứng để chống mòn

Mặt ma sát giữa trục và bạc lót ép trên đòn bẩy đợc bôi trơn bằng bầu nhờ chứatrong phần rỗng của trục Đòn bẩy đợc dập bằng thếp các bon trong bình

Nhiệm vụ hệ thống bôi trơn là bôi trơn tất cả các bề mặt ma sát, làm giảm tổnthất ma sát, làm mát ổ trục đồng thời tẩy rửa mặt ma sát Ngoài ra hệ thống bôi trơncòn làm nhiệm vụ bao kín giữa pit tông, xéc măng và thành xi lanh

2.3.2 Nguyên lí làm việc

Khi động cơ làm việc, thông qua hệ thống dẫn động làm cho bơm dầu 1 làmviệc: dầu đợc hút từ cát te qua phao dầu (3) dầu đợc bơm dầu đẩy tới bầu lọc dầu,bầu lọc đợc làm sạch và theo các đờng dầu chính đi bôi trơn cho bạc trục khuỷu.Trục cam và một phần dầu đợc đẩy lên bôi trơn cho bạc dầu còn mổ

Khi nhiệt độ dầu vợt quá quy định dầu đợc qua két mát dầu 5 và đợc làm mátsau đó trở về cat te tiếp tục hành trình tiếp theo

2.3.3 Kết cấu cụ thể của hệ thống

Hệ thống bôi trơn động cơ M21gồm các bộ phận chính nh sau:

Bơm dầu, bộ lọc dầu, két mát dầu

Hệ thống bôi trơn1- bơm dầu; 2- nút xả dầu; 3- phao hút dầu; 4- van an toàn; 5- két mát dầu; 6-khoá két mát; 7- bộ cảm biến áp suất dầu; 8-bộ cảm biến báo hỏng; 9- bầu lọc dầu;

10-lỗ dầu bôi trơn cho cặp bánh răng phối khí

động 6, làm bằng thép đã đợc lắp với trục (4) bằng then Bánh răng bị động 7 cũng

đợc làm bằng thép và đợc lắp quay tự do trên chục bị động nhờ bạc Trên bơm dầucòn đợc bố trí một van an toàn 2

Nguyên lí làm việc:

Khi động cơ làm việc, thông qua hệ thống dẫn động làm trục (4) và bánh răngchủ động 6 quay Bánh răng bị động 7 quay theo Dầu đợc hút từ phao dầu vàokhoang thấp áp đợc cặp bánh răng ăn khớp đẩy sang khoang cao áp đi bôi trơn cho

hệ thống Khi áp suất trên đờng dầu chính vợt quá giá trị cho phép, dầu đẩy van antoàn 2, nén lò so 3 lại, van an toàn mở ra Dầu đợc chảy về đờng dầu thấp áp

2.3.3.2 Bầu lọc dầu

Trên động cơ M21 nắp bầu lọc dầu là loại bầu lọc thấm Lõi lọc bằng vòng dạ

đợc xếp xen kẽ với nhau thành các khe hở lọc Dầu nhờn có áp suất cao đợc bơmdầu tới thấm qua các khe hở nhỏ của các vòng dạ Do đó các tạp chất có đờng kínhhạt lớn hơn kích thớc khe hở đều bị giữ lại không chui qua phần tử lọc Dầu bôi trơn

đợc lọc sạch qua các rãnh ra đờng dầu chính đi bôi trơn cho hệ thống Khi các phần

tử lọc hoàn toàn bị tắc do cặn bẩn thì van thông qua sẽ mở dầu đợc lọc chảy vào hệthống bôi trơn động cơ

Van thông qua mở khi có sự chênh lệch áp suất là 0,6-0,75 KG/cm2 giữa điểm

đầu vào bầu lọc và điểm đầu ra khỏi bầu lọc Khi đó cần phải tiến hành thay thế lõilọc

2.3.3.3 Két làm mát dầu nhờn

Két làm mát dầu nhờn động cơ M21 là loại két làm mát dầu nhờn bằng khôngkhí Két mát dầu đợc lắp phía trớc két làm mát nớc Kết cấu gồm: ống dẫn dầubằng đồng đợc xếp hình chữ U, ống này đợc đặt vào các phiến tải nhiệt

Nguyên lý: Dầu có nhiệt độ cao đợc dẫn vào ống dẫn dầu hình chữ U, nhờ quạtgió của động cơ hút gió qua các phiến tải nhiệt Đa nhiệt của dầu nhờn tản ra ngoài

* Thông gió hộp trục khuỷu:

Thông gió hộp trục khuỷu động cơ M21 là kiểu thông gió tự nhiên Khi độngcơ làm việc khí cháy lọt từ buồng cháy xuống hộp trục khuỷu làm cho áp suất,nhiệt độ trong hộp trục khuỷu tăng so với môi trờng bên ngoài Lúc này áp suất khítrong hộp trục khuỷu thông qua ống dẫn nối thông hộp trục khuỷu với khí trời

2.4 Hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát động cơ M21 có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệtcác chi tiết bị nung nóng của động cơ cho nớc làm mát để bảo đảm cho các chi tiếtkhông bị quá nóng Đồng thời giữ cho trạng thái nhiệt của động cơ đợc ổn định.Trên động cơ M21 sử dụng hệ thống làm mát bằng nớc, kiểu kín tuần hoàn cỡngbức nhờ bơm nớc

Nguyên lí của hệ thống làm mát đợc trình bày trên (hình 9)

* Nguyên lí làm việc của hệ thống:

Khi động cơ làm việc thông qua cơ cấu dẫn động làm cho bơm nớc làm việc.Nớc lạnh từ kết mát đợc bơm nớc đẩy vào các đờng dẫn vào các khoang trong nắpmáy rồi theo các đờng dẫn trên nắp máy trở về két mát và bơm nớc

Để duy trì nhiệt độ nớc làm mát trong hệ thống đợc ổn định trên hệ thống làmmát có bố trí van hằng nhiệt 5

Khi nhiệt độ nớc trong hệ thống nhỏ hơn 700C van hằng nhiệt 5 đóng đờngnớc ra két mát Nớc đợc tuần hoàn cỡng bức từ bơm nớc đến các khoang trên nắpmáy để làm mát cho hệ thống

- Khi nhiệt độ nớc làm mát lớn hơn 800C, dới tác dụng của nhiệt độ van hằngnhiệt mở hoàn toàn Nớc từ bơm nớc vào các khoang trên lắp máy.Khi ra khỏi nắpmáy nớc có nhiệt độ cao đợc dẫn vào trong két mát nhờ van hằng nhiệt 5 mở Sau

khi qua két nớc.Nớc đợc làm mát quay trở về bơm nớc thực hiện chu trình tiếptheo

Để kiểm tra nhiệt độ của nớc làm mát trên bảng đồng hồ có lắp đồng hồ báonhiệt độ nớc Ngoài ra còn lắp một bộ cảm biến báo lên đèn nguy hiẻm trên ca binbuồng lái khi đèn sáng l báo hiệu động cơ quá nóng quá nóng.à

2.4.1.Bơm nớc

Bơm nớc động cơ M21 là kiểu bơm nớc kiểu ly tâm đợc bố trí ở mặt đầu củathân máy Trục bơm nớc trùng với trục quạt gió Cấu tạo của bơm nớc đợc trình b yàtrên (hình 10 )

Vỏ bơm nớc làm bằng hợp kim nhôm có mặt bích lắp ghép với mặt đầu củathân máy Cánh bơm nớc 9 đợc làm bằng chất dẻo Trục bơm nớc đợc quay trên 2 ổ

bi cầu và đợc làm kín bằng màng cau su chịu nớc 7 và xo ép 8

*Nguyên lý l m việc à

Khi động cơ làm việc thông qua hệ thống dẫn động làm trục bơm 2 và cánhbơm 9 quay Dới tác dụng của lực ly tâm, các phần tử nớc bị dồn từ trong ra ngoàivới áp suất cao nớc đợc bơm đi làm mát cho hệ thống

Hình 9: Hệ thống làm mát động cơ M211-van xả nớc; 2- đòng nớc từ két mát ra bơm nớc; 3- trục bơm nớc; 4- buli nớc;5- van hằng nhiệt; 6- két mát; 7- quạt gió; 8- đờng dẫn nớc ra két làm mát; 12- thân

máy; 13- van tháo nớc

Hình 10: Bơm nớc động cơ M21.

1- đai ốc hãm; 2- trục bơm nớc; 3- vỏ bơm nớc; 4- lỗ kiểm tra mỡ vòng bi;5- vú mỡ ; 6- bạc chặn dọc trục ; 7- vòng đệm l m kín; 8- màng cau su; 9- lò xo ;à10- cánh bơm nớc; 11- bu lông bắt cánh bơm ; 13- vòng bi; 12- lỗ kiểm tra ro nớc

2.4.2 Van hằng nhiệt

Van hằng nhiệt nhằm duy trì trạng thái nhiệt ổn định cho động cơ khi đónghoặc mở đờng nớc vào két mát Van hằng nhiệt động cơ M21 loại van kiểu hộp xếp

đợc lắp trên đờng nớc ra khỏi động cơ

Nguyên lý làm việc của van hằng nhiệt đợc trình bày nh sau:

Cần đẩy 8 đợc lắp chặt với hộp xế (9) có chứa chất lỏng giãn nở có thành phần

là 1/3 rợu êtylíc 2/3 là nớc cất

Hình 11: Van hằng nhiệt động cơ M211- vỏ của bơm nớc; 2- giá; 3, 7- tấm điệm; 4- vỏ van hằng nhiệt; 5- nớc ra két

mát; 6- van ; 8- cần đẩy van; 9- hộp xếp

Khi nhiệt độ nớc trong hệ thống thấp hơn 70…C, trong hộp xếp 9 cha bị giãn

nở do đó van 6 đóng Nớc làm mát không vào két mát đợc và chỉ tuần hoàn từ bơmnớc vào nắp xi lanh và ngợc lại

Khi nhiệt độ nớc trong hệ thống lớn hơn 70…C (70ữ72…C), chất lỏng tronghộp xếp bị giãn nở làm cần 8 đẩy van 6 mở Nớc trong hệ thống bắt đầu vào kétmát Khi nhiệt độ lớn hơn 80…C (từ 80ữ85…C) chất lỏng giãn nở trong hộp xếp bị

giãn nở mạnh làm cần đẩy 8 đẩy van 6 mở hoàn toàn Nớc có nhiệt độ cao chủ yếu

đi qua van hằng nhiệt vào két làm mát

bố trí quạt gió để hút gió đi qua giàn ống truyền nhiệt Kết cấu của bộ phận giànống truyền nhiệt gồm nhiều ống dẫn nớc dẹt làm bằng đồng bố trí thành hàng cắmtrong các lá tản nhiệt Các lá tản nhiệt cũng đợc làm bằng đồng đợc hàn vào ốngdẫn nớc và sắp thành các hàng song song với nhau tạo thành các khe để cho gió lọtqua

* Nguyên lý làm việc:

Nớc nóng từ khoang trên chảy trong các ống dẹt xuống khoang dới (khoangchứa nớc nguội) trong khi chảy qua ống nhiệt của nớc đợc truyền qua thành ốngtruyền vào các lá tản nhiệt Quạt gió hút gió qua các khe của các lá tản nhiệt, truyềnnhiệt ra môi trờng bên ngoài

Để giảm lợng nớc bốc hơi trên két mát động cơ M21 có bố trí nắp két mát(hình 12)

Hình 12: Nắp két mát động cơ M211- vỏ; 2- lò xo van xả hơi nớc; 3- đế lò xo; 4- tấm đệm van xả; 5- van hút; 6- đế

van xả; 7- lỗ xả

Khi nhiệt độ nớc trong két mát lớn hơn 90…C và áp suất trong két bằng 0,45…0,6 Kg/cm², dới áp suất này ép lò xo van xả, van xả mở đồng thời van hút đóng hơinớc đợc xả ra ngoài, qua van xả thông ra lỗ xả 7 Còn khi áp suất trong két giảmxuống 0,01…0,1 Kg/cm², dới tác dụng của lò xo 2 van xả đóng lại đồng thời van hútkhông khí 5 mở cho không khí lọt vào trong két mát

2.5 Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu động cơ M21 có nhiệm vụ chuẩn bị và cung cấp hỗn hợphơi xăng và không khí cho động cơ bảo đảm số lợng và thành phần của khí hỗn hợpluôn luôn phù hợp với chế độ làm việc của động cơ

* Nguyên lý làm việc của hệ thống:

Khi động cơ làm việc qua cơ cấu dẫn động làm bơm xăng 5 hoạt động, nhiênliệu đợc hút từ các thùng chứa qua khoá 3 nấc 4 vào bầu lọc nhiên liệu 3 Nhiên liệu

đợc bơm xăng đẩy vào bầu lọc tinh 6, vào chế hoà khí 7 nạp vào xi lanh động cơ

Hệ thống nhiên liệu động cơ M21 gồm các thiết bị chính sau: Thùng nhiênliệu, bầu lọc thô, bơm xăng, bầu lọc tinh, chế hoà khí

2.5.1 Thùng nhiên liệu

Trên hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ M21 đợc bố trí 2 thùng nhiên liệu.Thể tích mỗi thùng là 39 lít, thùng nhiên liệu đợc dập bằng tôn và bắt với khung xebằng các đai thép Trên thùng có lắp bộ cảm biến báo mức xăng trong thùng Trênthùng xăng có ống phễu để đổ xăng vào thùng, có nắp để đạy kín phễu Phía dớimỗi thùng có lỗ xả cặn bẩn

Để tránh hiện tợng bốc hơi và hiện tợng sóng sánh của xăng trong thùng trênnắp có lắp van hút và van xả đặc biệt Cấu tạo nắp thùng nhiên liệu đợc trình bàytrên

khoá 3 nấc; 5- bơm xăng; 6- bầu lọc tinh; 7- chế hoà khí

2.5.2 Bầu lọc thô nhiên liệu

Bầu lọc thô nhiên liệu làm nhiệm vụ lọc sạch nớc và tạp chất cơ học lẫn trongxăng trớc khi vào bơm xăng

Cấu tạo bầu lọc thô nhiên liệu động cơ M21 đợc giới thiệu trên hình 15

Hình 15: Bầu lọc thô nhiên liệu động cơ M211- đệm, 2- nắp, 3- bu lông; 4- đệm của phần tử lọc; 5- phần tử lọc; 6- bầu chứa;

7- nút xả; 8- các tấm lõi lọc a- lỗ để xăng đi qua; b- vấu lồi

Lõi lọc 5 gồm nhiều lá đồng thanh mỏng 8 xếp lên nhau tạo thành Chiều dàycủa lá đồng là 0,14 mm Mỗi lá đều có những điểm lồi b nhô nên khoảng 0.05 mm

và các lỗ a để xăng đi qua, các lá đồng đợc lồng vào đũa thép rồi dùng lò xo ép, épchúng lại với nhau Do đó giữa các lá đồng hình thành các khe hở, chiều rộng củanhững khe hở này vừa bằng chiều cao của các điểm lồi trên mỗi lá

* Nguyên lý:

xăng đợc bơm từ bơm xăng tới vào bầu chứa 6, xăng lách qua những khe hởgiữa các lá rồi theo lỗ a ra cung cấp cho hệ thống Các tạp chất cơ học có đờng kínhhạt lớn hơn 0,05 mm đều đợc giữ lại trên mặt lõi lọc lắng đọng lại trong bầu cùngvới nớc và đợc xả ra ngoài theo lỗ của nút 7 theo định kỳ

2.5.3 Bầu lọc tinh nhiên liệu

Ngoài bầu lọc thô kể trên,trên hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ M21 ngời

ta còn bố trí bầu lọc tinh nhiên liệu Lõi lọc tinh 3 đợc làm bằng gốm, cốc lõi lọc 5

đợc làm bằng chất dẻo Lò xo 4 luôn ép phần tử lọc 3 vào tấm đệm (2) Xăng đợcthấm qua lõi lọc gốm do đó chất lợng lọc rất tốt

2.5.4.Bơm xăng

Bơm xăng động cơ M21 là loại bơm màng dẫn động bằng cơ khí

Bơm xăng gồm nắp thân bơm, thân bơm và vỏ đợc chế tạo bằng hợp kimnhôm Trên nắp bơm có bố trí đờng dẫn xăng vào và đờng dẫn xăng ra Cụm vangồm các van nạp 9, van xả 14 các van đều có cấu tạo giống nhau, lá van làm bằngcao su chịu xăng Giữa thân bơm 15 và vỏ 7 có nắp màng bơm xăng 8.Màng bơm đ-

ợc làm bằng vải có tẩm cao su chịu xăng Trục màng bơm 4 đầu trên đợc lắp chặtvới màng bơm nhờ đai ốc đầu dới đợc liên kết với đầu cần bơm máy trục bánnguyệt của cần bơm tay luôn đợc giữ ở vị trí không tỳ lên đầu trong cần bơm máynhờ lò xo hồi vị 20

*Nguyên lý làm việc:

+Chế độ bơm máy

Khi động cơ làm việc thông qua bánh lệch tâm trục của cam quay ở vị trí gờcao của cam tiếp xúc với đầu ngoài cần bơm máy làm cho đầu ngoài đi lên đầutrong kéo màng bơm đi xuống nén lò xo màng bơm 6 lại , áp suất trong khoang trêngiảm làm cho cụm van nạp mở xăng qua van nạp vào điền đầy khoang này Khi đầu

ngoài cần bơm máy đi xuống do tác động của lò xo màng 6 làm đầu trong của cầnbơm đi lên, lò xo đẩy màng bơm đi lên , xăng bị nén lại do đó van xả 14 mở xăng đ-

ợc đẩy theo đờng ống dẫn tới bộ chế hoà khí

+ Chế độ bơm tay

Trớc khi khởi động động cơ để lâu, ngời ta điềukhiển lắc cần bơm tay trongmặt phẳng đứng làm cho trục bán nguyệt dao động xoay quay trục Đầu trong củacần bơm đợc trục dẫn động lên xuống làm trục màng bơm kéo màng bơm đi xuống,

đi lên và xăng đợc bơm ra khỏi bơm nh cần bơm máy

Chú ý : Chỉ bơm tay đợc khi đầu ngoài của cần bơm máy ở vị trí thấp nhất.Khi áp suất đờng ra của bơm tăng lên ( bộ CHK đầy xăng ) làm cho màng bơmchùng xuống Do vậy mặc dù hành trình của đầu trong cần bơm không thay đổi, nh-

ng hành trình của màng bơm giảm nhiều Hành trình này phụ thuộc vào áp suất của

đờng xăng ra

2.5.5 Bộ chế hoà khí

Trên động cơ M21 bố trí bộ chế hoà khí K129B bộ chế hoà khí K129B cónhiệm vụ tạo hỗn hợp giữa hơi xăng vào không khí để cung cấp cho động cơ mộthỗn hợp công tác có thành phần và số lợng thích hợp Đây là loại chế hoà khí cómột buồng phao, 2 họng khuyếch tán, dẫn động điểu khiển bằng cơ khí

*Các thông số về lu lợng nhiên liệu và không khí qua gíc lơ của hệ thống chính

và hệ thống không tải

-Lu lợng nhiên liệu qua gíc lơ chính là 385 ± 5cm /3 ph

-Lu lợng nhiên liệu qua gíc lơ không tải là 55 ± 1 , 5cm /3 ph

-Lu lợng nhiên liệu qua gíc lơ không khí chính 175 ± 4cm /3 ph

-Lu lợng không khí chính của hệ thống không tải là 390 ± 9cm /3 ph

*Nguyên lý làm việc của bộ chế hoà khí K129B

Nguyên lý làm việc của bộ chế hoà khí K129B có thể chia làm 5 chế độ : Chế

độ khởi động, chế độ không tải, chế độ tải trung bình ( tải cục bộ ), chế độ hoàn tải

và chế độ tăng tốc

+Chế độ khởi động:

Khi khởi động ngời lái kéo cần điều khiển làm cho bớm gió 5 đóng kín, bớc ga

22 hé mở Khi trục khuỷu quay tạo thành độ chân không lớn ( ở hành trình nạp )từ

xi lanh đến sau bớm ga tạo làm cho hệ thống chính và hệ thống không tải cùng làmviệc

ở hệ thống phun chính, xăng đợc hút từ bầu phao qua gíc lơ nhiên liệu chính 16hoà trộn với không khí qua gíc lơ không khí chính 8 Tạo thành chất nhũ tơng phunvào họng khuyếch tán nhỏ 6 Đồng thời nhiên liệu đợc hút qua gíc lơ nhiên liệu củagíc lơ không tải 17, nhiên liệu đợc hoà trộn với không khí qua gíc lơ không khí của

hệ thống Không tải 9 tạo thành chất nhũ tơng phun vào không gian phía sau bớm

ga qua rãnh a và 21

Khi động cơ đã làm việc, số vòng quay trục khuỷu tăng lên rất nhanh mà ngờilái cha kịp mở bớm gió thì van tự động trên bớm gió 5 tự động mở ra bổ sung kịpthời không khí vào ống khuyếch tán để tránh hỗn hợp quá đậm đặc

+Chế độ không tải:

Bớm gió mở hoàn toàn, bớm ga mở nhỏ, rất nhỏ, do đó chế độ chân không sauhọng khuyếch tán 6 nhỏ, không đủ hút nhiên liệu ra khỏi vòi phun chính Độ chânkhông phía sau bớm ga lớn làm cho hệ thống không tải làm việc, nhiên liệu đợc hút

qua gíc lơ không tải 17 hoà trộn với không khí qua gíc lơ không khí của hệ thốngkhông tải 9 tạo thành chất nhũ tơng phun vào rãnh dẫn 21 và rãnh a phía sau bớmga.

+Chế độ tải cục bộ ( tải trung bình )

Bớm gió mở hoàn toàn, bớm ga mở ở vị trí trung bình, lúc này độ chân khôngsau họng khuyếch tán đợc tạo thành do tác dụng lu động của dòng khí qua họngkhuyếch tán Lúc này cả hai hệ thống phun chính và hệ thống không tải đều làmviệc nh trong chế độ khởi động

+Chế độ toàn tải:

Bớm gió mở hoàn toàn, bớm ga mở lớn ( 80-85%)

Lúc này ngoài hai hệ thống phun chính và hệ thống không tải cùng làm việc

nh trong chế độ tải cục còn có thêm hai hệ thống làm đậm cùng làm việc Khi bớm

ga mở lớn thông qua cơ cấu dẫn động làm van làm đậm 26 mở Xăng đợc hút quavan 26, qua vòi phun nhiên liệu của hệ thống làm đậm 7 phun vào trong họngkhuyếch tán, làm hỗn hợp đậm đặc lên giúp cho động cơ phát ra công suất cực đại.+Chế độ tăng tốc:

Bớm gió mở hoàn toàn, bớm ga mở đột ngột thông qua cơ cấu dẫn động 2 làmpít tông bơm tăng tốc đi xuống nhanh nén nhiên liệu trong bơm tăng tốc làm vanngợc 25 đóng, van 24 mở nhiên liệu qua van 24 phun ra vòi phun 4 phun vào tronghọng khuyếch tán, bổ xung kịp thời một lợng xăng cần thiết vào trong họngkhuyếch tán Khi bớm ga đã giữ cố định ở một vị trí nào đó thì xăng lại đợc nạp quavan 25 vào xi lanh bơm , van 24 đóng lại dới tác dụng của tự trọng Động cơ làmviệc bình thờng

Phần 2:Tính toán chu trình công tác:

2.1 Mục đích tính toán.

Mục đích của việc tính toán chu trình công tác là xác định các chỉ tiêu về kinh

tế, hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc của động cơ

Kết quả tính toán cho phép xây dựng đồ thị công chỉ thị của chu tình để làmcơ sở cho việc tính toán động lực học, tính toán sức bền và sự mài mòn các chi tiếtcủa động cơ

Phơng pháp chung của việc tính toán chu trình công tác có thể áp dụng đểkiểm nghiệm động cơ sẵn có, động cơ đợc cải tiến hoặc thiết kế mới

Việc tính toán kiểm nghiệm động cơ sẵn có cho ta các thông số để kiểm tratính kinh tế và hiệu qủa của động cơ khi môi trờng sử dụng hoặc chủng loại nhiênliệu thay đổi Đối với trờng hợp này ta phải dựa vào kết cấu cụ thể của động cơ vàmôi trờng sử dụng thực tế để chọn các số liệu ban đầu

Đối với động cơ đợc cải tiến hoặc đợc thiết kế mới, kết quả tính toán cho phépxác định số lợng và kích thớc của xy lanh động cơ cũng nh mức độ ảnh hởng của sựthay đổi về mặt kết cấu để quyết định phơng pháp hoàn thiện các cơ cấu và hệ thốngcủa động cơ theo hớng có lợi Khi đó phải dựa vào kết quả của việc phân tích thựcnghiệm đối với các động cơ có kết cấu tơng tự để chọn các số liệu ban đầu

Việc tính toán chu trình công tác còn đợc áp dụng khi cờng hoá động cơ vàxây dựng đặc tính tốc độ bằng phơng pháp phân tích lý thuyết nếu các chế độ tốc độkhác nhau đợc khảo sát

2.2 Chọn các số liệu ban đầu.

1-Mômen xoắn lớn nhất: Memax=166.2Nm

2- Số vòng quay trong một phút của trục khuỷu n: n = 2000 Vg/p

3- Tốc độ trung bình của pít tông CTB: CTB = S30.n ⇒ CTB=100092.2200.30=6.74mm/s

8- Nhiệt độ môi trờng T0:

Nhiệt độ trung bình ở nớc ta thờng chọn là: T0 = 240C=2970K

9-áp suất của môi trờng p0:

P0 Phụ thuộc vào độ cao sử dụng Thờng chọn P0=1,011 105 N/m2

Pr phụ thuộc chủ yếu vào số vòng quay trục khuỷu và sức cản của hệ thốngthải:

Chọn Pr =1,05.105 N/m2

12- Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr

Tr phụ thuộc vào ε , n, thành phần khí hổn hợp α, góc phun sớm [Tr] =900 1100 (0K) ,ta chọn Tr = 1035 (0K)

13- Độ sấy nóng khí nạp ∆T

Giá trị ∆T phụ thuộc vào kết cấu thiết bị sấy nóng, kết cấu và cách bố trí của ờng nạp và cách bố trí của đờng thải, số vòng quay n, hệ số d lợng không khí α.Với ∆T=10 20 0K Ta chọn ∆T = 14 0K

đ-14- Chỉ số nén đa biến trung bình n1

n1 phụ thuộc vào số vòng quay, kích thớc xylanh, kiểu làm mát, mức độ cờnghoá động cơ [ n1] =1,34 1,37 chọn n1=1,34

15- Hệ số sử dụng nhiệt ξz

ξz là tỷ số giữa lợng nhiệt biến thành công và tổng lợng nhiệt cung cấp ban

đầu

Chọn ξz = 0,9

16- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QT

QT Là lợng nhiệt toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 đơn vị khối lợng hoặc thể tíchnhiên liệu không kể đến nhiệt hoá hơi của nớc chứa trong sản vật cháy

Ta chọn QT = 44.106 (J/kgnl)

17- Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2

n2 phụ thuộc đặc điểm cấp nhiệt cho sản vật cháy trên đờng cháy dản nở

T p

T p

η ε

1 7 , 6 (

297 10 05 , 1

γ

γ +

+

∆ + 1

0 1

1035 0622444 ,

0 10 297

≈ +

0622444 ,

0 1 ( 10 011 , 1 84 , 0 7 ,

6

1 7

,

6

m N

≈ +

−

2.3.2.Tính toán cuối qúa trình nén:

Việc tính toán đợc chia làm hai giai đoạn nh sau:

∗ Tính toán tơng quan nhiệt hoá

Mục đích việc tính toán tơng quan nhiệt hoá là xác định những đại lợng đặc

tr-ng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hoá để làm cơ sở cho việc tính toán nhiệt độtr-ng.Thứ tự tính toán nh sau:

-Lợng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu thểlỏng:

M g g g Kmol

kgnl

C H O 0

Trong đó: gC, gH và g0: là thành phần nguyên tố tính theo khối lợng củacácbon, hyđrô và ôxy tơng ứng chứa trong 1 kg nhiên liệu Trị số các thành phần ấy

đối với nhiên liệu xăng có thể lấy gần đúng theo các giá trị sau:

145 , 0 12

855 , 0 21 , 0

- Lợng không khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ ứng với 1 kg nhiên liệu Mt:

- Nh vậy lợng hỗn hợp cháy M1 tơng ứng với lợng không khí thực tế:

- Số mol của sản vật cháy M2:

32 4

0 2

O

g M

+

= 1

0

06 , 0 1

06 , 0 06 , 1

= +

+

∗ Tính toán tơng quan nhiệt động Do α >1 nên ∆Q =0