Đồ án tốt nghiệp tính toán thiết kế hệ thống làm mát bôi trơn động cơ diesel

Đây là đồ án tốt nghiệp đại học dành cho những sinh viên làm tài liệu tham khảo trong quá trình tính toán thiết kế hệ thống làm mát và bôi trơn của động cơ đốt trong. Đồ án bao gồm chi tiết từ tính toán nhiệt, tính lực, tính toán thiết kế hệ thống làm mát và bôi trơn, chi tiết tính toán chọn số cánh làm mát, độ dày....nếu cần thêm thông tin gì xin liên hệ địa chỉ email mailboxhung@gmail.com

Lời Nói Đầu

ăm 1998 bớc vào cổng trờng Đại Học Bách Khoa HN đầy sung sớng và

bỡ ngỡ, em không chắc chắn là mình sẽ học ngành gì mặc dù nguyệnvọng số một là khoa Điện Năm 2000 em đợc phân về ngành Động Cơ

Đốt Trong khoa Cơ Khí, em không đợc vui lắm Có lẽ là số mệnh đã đa em đến vớingành Động Cơ Đốt Trong Bây giờ thì nó đã gắn chặt với em và sẽ theo em suốtcuộc đời Trong quá trình học tập ở bộ môn buồn có vui có, thi lại có học lại cũng

có, song hơn tất cả bộ môn đã để lại cho em những ấn tợng khó phai về tinh thầntrách nhiệm của các thầy giáo cô giáo đối với sinh viên Thời gian trôi đi thậtnhanh 5 năm đại học tức 17 năm đèn sách sắp hết Cũng nh bao sinh viên khác embớc vào năm cuối với nhiều vội vã Sau khi tham quan và thực tập tại: nhà máy lắpráp ô tô TOYOTA Việt Nam, trạm kiểm định 3-2, nhà máy DIESEL Sông Công,

em đợc nhận đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Tính toán kiểm nghiệm hệ thống làmmát, bôi trơn động cơ xe IFA W50” và đợc thầy Trần văn Tế và cô Trần thị thu H-

ơng hớng dẫn Nếu nh trong quá trình học tập tại trờng giúp cho sinh viên tích luỹkiến thức thì đồ án tốt nghiệp đóng vai trò tổng hợp các kiến thức đó Sau gần 15tuần với những kiến thức nhà trờng trang bị em đã hoàn thành bản đồ án đúng thờigian quy định Mặc dù em đã có nhiều cố gắng nhng do trình độ và thời gian cóhạn nên chắc chắn trong bản đồ án của em còn nhiều thiếu sót Em rất mong đợc

sự giúp đỡ chỉ bảo thêm của các thầy để bản đồ án của em thêm hoàn thiện Giúpcho em có thêm đợc nhiều kiến thức cho công việc sau này Để hoàn thiện bản đồ

án này ngoài nỗ lực của bản thân em còn đợc sự giúp đỡ rất tận tình của thầy giáohớng dẫn và các thầy giáo cô giáo trong Bộ Môn Nếu không có sự hớng dẫn này

em khó có thể hoàn thành bản đồ án trong thời gian quy định Em xin chân thànhcảm ơn các thầy giáo cô giáo trong Bộ Môn đặc biệt là thầy giáo có trình độ vàkinh nghiệm nhiều nhất Bộ Môn hiện nay PGS.TS Trần Văn Tế

N

Chơng I Giới thiệu động cơ

Xe IFa - W50 sản xuất tại Cộng Hoà Dân Chủ Đức, là loại xe tải đợc dùngkhá phổ biến ở Việt nam hiện nay Dới đây em xin đợc đa ra một vài thông số củaloại xe này để thấy đợc tính năng sử dụng cũng nh kỹ thuật của nó:

+) Khoảng cách giữa 2 trục bánh xe: 3200 mm

+) Khoảng thoáng gầm xe: 300 mm

+) Tải trọng: 5220 kg

+) Tải trọng tối đa: 9800 kg

Sở dĩ loại xe này đợc dùng khá phổ biến ở Việt Nam hiện nay là do nó có cácthông số sử dụng hợp lý với việc chở các loại hàng hoá khác nhau và tải trọng vừaphải phục vụ rất tốt cho nhân dân ta Hơn nữa điều kiện kỹ thuật cũng khá thíchhợp với điều kiện của Việt Nam Một phần đóng góp cho những u điểm của loại xenày chính là nguồn động lực của xe Đó chính là động cơ 4VD14,5/12-SRW là

động cơ diesel 4 kỳ, không tăng áp, 4 xi lanh lắp trên một hàng Em xin đợc nêu ramột vài thông số của động cơ này nh sau:

+) Công suất: 125 mã lực

+) Dung tích: 6560 ml

+) Suất tiêu hao nhiên liệu: 175 g/ml.h

+) Số vòng quay động cơ: 2300 vòng/phút

+) Cơ cấu phối khí: dùng xupáp treo, một nạp một thải điều khiển bởi cơ cấu cò

mổ, dẫn động trục cam qua một bánh răng trung gian

+) Hệ thống làm mát: kiểu làm mát bằng nớc một vòng tuần hoàn kín, bơm nớcdùng bơm ly tâm, quạt gió đợc điều khiển bởi khớp điện từ cho phép điều khiểnquạt gió theo nhiệt độ của nớc làm mát ra khỏi động cơ Ngoài ra hệ thống làmmát này còn làm mát cho cả dầu bôi trơn thông qua bộ trao đổi nhiệt đó là két làmmát dầu

+) Hệ thống bôi trơn: Hệ thống bôi trơn ở động cơ này là hệ thống bôi trơn các te

-ớt, dầu đợc lu động bởi 1 bơm bánh răng ăn khớp ngoài, dầu đợc đa đến các cổtrục, cổ chốt rồi theo thân thanh truyền đi bôi trơn chốt piston và làm mát đỉnhpiston Hệ thống bôi trơn trên động cơ này dùng bộ lọc dầu liên hợp, là sự kết hợpcủa lọc ly tâm và lọc thấm

+) Hệ thống khởi động : Động cơ dùng máy khởi động điện có công suất 2,9 KW,kiểu 8203 101/3 Khi khởi động thì bánh răng của trục máy khởi động ăn khớp vớivành răng của bánh đà, làm quay trục khuỷu tạo mô men khởi động động cơ

+) Hệ thống nhiên liệu : Hệ thống nhiên liệu của động cơ này sử dụng bơm cao ápkiểu bơm Bose, vòi phun kín tiêu chuẩn, điều tốc 2 chế độ Kết cấu buồng cháycủa động cơ là buồng cháy thống nhất kiểu MAN, với buồng cháy này nhiên liệu

đợc đốt từ từ nên động cơ loại này êm

Chơng II Tính Toán Nhiệt 2.1 Các Thông Số Chọn:

2.1.1 Tính tốc độ trung bình của động cơ

Ta có công thức tính tốc độ trung bình của động cơ nh sau:

117 , 11 30

2300 145 , 0 30

2.1.8 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z và b.

z, b: Thể hiện lợng nhiệt phát ra của năng lợng dùng để sinh công và tăngnội năng ở điểm z, b so với lợng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kgnl, do đó

z, b phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ

Đối với động cơ diesel: z = 0,7  0,85  chọn z = 0,83

b = 0,8  0,9  chọn b = 0,9

2.1.9 Hệ số hiệu đính đồ thị công.

d: thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơvới chu trình công tác thực tế do không xét đến pha phối khí, tổn thất lu động củadòng khí, thời gian cháy và độ tăng áp xuất

a r r

r

p p p

p T

T T

1

1 1

0 2

.

1

09 , 0

105 , 0 1 11 , 1 02 , 1 20

1

9 , 0

105 , 0 750

20 297 1

r

a r r t

p

p T T

1 0

1

029 , 0 1

105 , 0

09 , 0 750 029 , 0 11 , 1 20

1 5 , 1

r t

k

a

p p

p T T

T

1 2

1 0

1

09 , 0 105 , 0 1 11 , 1 02 , 1 18 1 , 0 09 , 0 30 297

297

1 18

1

v



85 , 0

.

10 430

T p g

p M

e e

N p

h

e e

.

30 

=1,6391 (dm3)

Thay Vh vào biểu thức pe ta đợc:

 pe = 04,7355.1,6391.125.2300.30.4= 0,731 (MPa ) thay vào (*) ta đợc

 M1 =

297 731 0 7355 0 180

85 , 0 1 , 0 10

430 3

= 0,691 (kmol/kgnl)

2.2.5 Lợng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu:

21 , 0

36 , 187 86 , 427 2

1 397 , 1

634 , 1 876 ,

mc mc

002809 ,

0 0456 , 21 029 , 0 00209 , 0 806 , 19

 1

2

314 , 8 1

1

' ' 1

Thay các giá trị đã biết vào phơng trình

Giải phơng trình bằng phơng pháp mò nghiệm, thử chọn với n1 = 1,369

Ta đợc :

18 1

330 00211 ,

0 84 , 19

314 , 8 1

.

32 4 1

M

O H

004 , 0 4

126 , 0 1







029 , 0 046

83 , 0

1 046 , 1 1

314 , 8 1

bv av

mc vc 19 , 84 0 , 00211

2

' '

863 , 21 959 00211 , 0 84 , 19

vc

314 ,

 

 z

r z

v z

r z v vz

x x

mc x x

mc mc

1

.

0 0

0

'' 0 ''

029 , 0 92 , 0 (

046 , 1

) 00209 , 0 806 , 19 ).(

92 , 0 1 ( ) 046 , 1

029 , 0 92 , 0 ).(

002809 ,

0 456

2.5.1 ChØ sè gi·n në ®a biÕn trung b×nh.

     z b

vz vz b z r

H z

T T M

1

.

314 , 8

'' 1

H z

T T M

1

.

314 , 8 1

1 242 , 1

3

698 , 11

1 1

2256 002756 ,

0 948 , 20 698

, 11

1 1

2256 045 , 1 029 , 0 1 691 , 0

10 5 , 42 83 , 0 9 , 0

314 , 8 1

484 , 7

242 , 1

n z

2256

2 

n z

353 , 0 105 , 0

Kiểm tra : Tr = 100

min

) (

r

r r

T

chon T

2.6 Tính toán các thông số của chu trình công tác

2.6.1 áp suất trung bình chỉ thị lý thuyết

'

1 2

1.1

11

11

.1

1

n n

n a

i

n n

18

1 1

1 369 , 1

1 698

, 11

1 1

1 242 , 1

54 , 1 59 , 1 1 54 , 1 59 , 1 1 18

p M

p g

i

v o

297 9719 , 0 691 , 0

85 , 0 1 , 0 10 432

.

10

0 1

10 6 , 3

10 6 ,

Q g



2.6.5 áp suất tổn thất cơ khí

Với động cơ: động cơ 4VD14,5/12-SRW cao tốc =4, i=4, D=120mm,buồng cháy thống nhất;

7355 , 0 125 4 30

.

30







n i P

N V

e

e h



(dm3)

DtÝnh to¸n =

45 , 1

6425 1 14 , 3

4

h

V

0,0965 (dm3)

* Giả thiết quá trình nạp áp suất bằng hằng số và bằng pa=0,09 Mpa

* Giả thiết quá trình thải áp suất bằng hằng số và bằng pr=0,105 Mpa 3.1.2 Xác định quá trình nén ac, quá trình giãn nở zb:

* Quá trình giãn nở: pvn2= const  pxvxn2 = pzvzn2

Đối với động cơ diesel  vz= vc ( vì =

0,4825 71,9 9,055 0,520 16,7 7,38 1,733 55,72

0,6755 100,7 14,353 0,328 10,6 11,21 1,141 36,69 0,772 115,1 17,232 0,273 8,8 13,23 0,966 31,06 0,8685 129,4 20,047 0,233 7,5 15,32 0,835 26,85 0,965 143,8 23,388 0,201 6,5 17,46 0,733 23,57 1,0615 158,7 26,648 0,177 5,7 19,65 0,651 20,93 1,158 172,6 30,019 0,157 5,0 21,895 0,584 17,78 1,2545 187,0 33,496 0,141 4,5 24,183 0,529 17,00 1,351 201,4 37,072 0,127 4,1 26,515 0,483 15,53 1,4475 215,7 40,744 0,112 3,6 28,88 0,443 14,24 1,544 230,1 44,508 0,106 3,4 31,298 0,409 13,15 1,6405 244,5 48,359 0,097 3,1 33,746 0,379 12,19 1,737 258,9 52,296 0,09 2,9 36,228 0,353 11,35

Hình 3.1

- Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị công

- Lần lợt hiệu đính các điểm trên đồ thị

3.2.2 Hiệu đính các điểm trên đồ thị:

1 Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp:

Từ O’ của đồ thị brick xác định góc đóng muộn 2 = 80 của xu páp thải, bánkính này cắt brick ở a’ từ d’ dóng đờng song song với tung độ cắt đờng pa ở d nối

điểm r trên đờng thải Ta có đờng chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp

2 Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén (điểm c):

Cũng từ O’ của đồ thị Brick xác định góc phun sớm s =240 bán kính này cắtBrick tại c’’’, từ c’’’gióng đờng song song với tung độ cắt đờng nén tại điểm c’ Từ

cz’ lấy c’’ sao cho cc’’ = '

3

1

cz

3 Hiệu đính điểm đạt điểm pmax thực tế :

Trên đoạn zz’ lấy điểm z’’ sao cho z'z'' z'z

4 Hiệu đính điểm bắt đầu thải thực tế:

Hiệu đính điểm b căn cứ vào góc mở sớm xu páp thải áp suất cuối quá trìnhgiãn nở thực tế pb’ thờng thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm

Từ đồ thị Brick xác định góc mở sớm xu páp thải cắt vòng tròn Brick tại một

điểm, từ điểm đó gióng đờng song song với trục tung cắt zb tại T1 Trên ba lấy bb’

sao cho bb’ = ba

2

1 Dùng thứơc cong nối T1b’ tiếp tuyến với pr = const ta đợc quátrình chuỷên tiếp từ quá trình giãn nở sang quá trình thải

ii Tính toán động học và động lực học

3.1 Tính và vẽ đồ thị động học :

Vẽ đồ thị biểu diễn quy luật động học của piston:

1 Đờng biêủ diễn chuyển vị của piston: x=f():

Dùng phơng pháp brick để vẽ: Phơng pháp này đợc tiến hành nh sau

Tiến hành vẽ theo phơng pháp brick

+ Phía trên đồ thị công ta vẽ nửa vòng tròn tâm 0 có đờng kính là S/s sau đó lấy

về phía ĐCD một khoảng;

OO’ = R/2s = 14 , 98

631 , 0 2 2

145 2607 , 0

+ LấyO’ làm tâm chia độ và đánh dấu trên đờng tròn ấy các điểm chia độ

+ Gióng các điểm chia độ trên đờng tròn đó xuống đồ thị x=f() và trên trục gióng các tia nằm ngang tơng ứng, nối các điểm đó lại ta đợc đờng

đó lại ta đợc đờng cong biểu thị v=f()

- Vẽ đờng biểu thị v=f(x):

Từ nửa vòng tròn Brick theo các điểm chia độ đã có ta gióng xuống trụchoành x của đồ thị v=f(x) ta sẽ đợc các giá trị x10 0, x20 0 x90 0 Đo giá trị v trên

đồ thị v=f() và đặt giá trị ấy đúng với góc  tơng ứng lên các tia x đó Nối các

điểm đó lại ta đợc đờng cong v=f(x)

2300 0725 , 0

66 , 5302

2300 0725 , 0

98 , 3108

5 , 72 3

35 , 3

42 , 4 275 , 0 275

30

.2300 3,14

30

2300 14 , 3 ( 67 , 376 0725 ,

2

2 2

30

2300 14 , 3 (

67 , 376 0725 , 0

2

2 2





Chọn Pj = 0,0311

mm MPa

Biểu diễn đồ thị Pj trên đồ thị công theo phơng pháp Tô Lê

OA'= 64 , 2

0311 , 0

997 , 1

B'C'= 37 , 7

0311 , 0

171 , 1

 (mm)

0311 , 0

2394 , 1

 (mm)

Đờng Pj

Từ đồ thị công và đờng Pj ta khai triển thành đồ thị Pkt=f() và Pj = f() bằngcách đo khoảng cách từ đồ thị công và Pj xuống đờng po tơng ứng với từng góc dóng trên đồ thị Brick ở trên đồ thị công

Ta có: P = Pkt+Pj với mỗi giá trị của Pkt và Pj ta có giá trị của P từ đó ta vẽ

đợc đồ thị P=f()

Các giá trị đ ợc ghi trong bảng 2

Bảng 3.2

(độ)

Giá trị thực Giá trị biểu diễn

P kt (MPa) Pj(MPa) P  (MPa) P kt (mm) Pj(mm) P  (mm)

3 Vẽ đồ thị lực T và Z = f():

- Dựa vào bảng kết quả tính toán trong bảng 3 ta vẽ đồ thị của p , T và Z

Ta có T= p.sincos, Z = p.coscos

Chọn  = 2 độ /mm, p = T = Z = 0,0311 (Mpa/mm)

*, Đồ thị T, Z đợc biểu diễn ở hình dới

Hình 3.2

B¶ng biÓu diÔn gi¸ trÞ T vµ Z

180 0

=1800 áp dụng công thức tính cho một hàng ta có : j=7200 - (j-1).k  1 = 00, 2= 1800, 3=5400, 4 = 3600,

Trong đó: i:thứ tự của xi lanh, j:thứ tự làm việc của các xi lanh

Từ các giá trị ta có đợc bằng cách đo đợc ở đồ thị T ta lập đợc bảng T và từ ΣT và từ bảng 3 ta vẽ đồ thị T=f()

FT là diện tích đếm trên đồ thị

FT = FΣT và từ T d ơng- FΣT và từ T âm= 2750 - 900 =1850 (mm2 )

L: là chiều dài biểu thị  (mm) L= 180 mm, T = 0.0311(Pa/mm)

thay vào công thức trên ta tìm đựoc

Ttbđồ thị = 0 , 638

90

0311 , 0 1850

e

n R F

N



.

10

7355 , 0 125 10 30

3 6

2 2

0,621 - 0,638

Xác định tâm đồ thị điểm K, điểm K có toạ độ Z=pko, T=0,

Với pkot = m2R 2

30

2300 14 , 3 0725 , 0 48 ,

4 42 , 4 725 ,

1923 , 1 0311 0

0





k P

(mm)

Vậy toạ độ tâm K( 0.38,3 )

Khai triển đồ thị véctơ lực tác dụng trên chốt khuỷu ra hệ toạ độ đề các đểxác định trị số trung bình của phụ tải Qtb và từ đó có thể xác định áp xuất trên mặtchốt (giá trị cực đại kmax, giá trị trung bình ktb) và hệ số 

*, Đồ thị lực tác dụng trên chốt khuỷu Qtb đợc biểu diễn ở hình dới

Hình 3.5

Dựa vào đồ thị khai triển lực tác dụng lên chốt khuỷu.

Ta có:

Qctb =

CK

d Q

CK

c

0

143

= 2,2 < 4

6 Vẽ đồ thị lực tác dụng lên bạc lót đầu to thanh truyền:

Cách vẽ: Lợi dụng đồ thị véc tơ lực tác dụng trên chốt khuỷu để vẽ đồ thị véctơ lực tác dụng lên bạc lót đầu to thanh truyền dựa vào hai nguyên tắc sau;

Hình 3.6

- Nguyên tắc 1: (Xác định giá trị của lực )

Lực tác dụng lên bạc lót đầu to thanh truyền tại mọi thời điểm bằng lực tácdụng lên chốt khuỷu nhng chiều thì ngợc lại

- Nguyên tắc 2: Xác định điểm đặt lực ( điểm tác dụng của lực )

Khi chốt khuỷu quay một góc  thì cũng tơng đơng với đầu to thanh truyềnquay ngợc lại một góc +

Dựa vào hai nguyên tắc đó rút ra cách vẽ nh sau:

- Lấy một tờ giấy bóng (giấy can) mà trên tờ giấy bóng đó kẻ hệ toạ độ OT’Z’ vàlấy O làm tâm vẽ một vòng tròn bất kỳ cắt trục dơng Z’ tại O, sau đó chấm nênvòng tròn đó các điểm 1,2,3 ứng với góc i +i

ơng ứng 1',2',3', 72'.

- Nối các điểm đã chấm lại ta đợc đồ thị véctơ lực tác dụng lên bạc lót đầu to thanh truyền

- Can lại đồ thị lên trên tờ giấy kẻ ly

- Vẽ đầu to thanh truyền đã quay đi 1800 tại gốc hệ toạ độ (tại tâm đồ thị)

- Vẽ lại vòng tròn chia độ và đánh dấu lại các điểm chia

* Đồ thị lực tác dụng lên đầu to thanh truyền đợc biểu diễn ở hình dới

H×nh 3.7

NguyÔn m¹nh Hïng Líp §éng C¬ K43 39

Hình 4.4: Bầu lọc ly tâm.

1-Vòi phun; 2-Rôto; 3-Lỗ dầu; 4-Bạc lót; 5-ống dẫn; 6-ống dẫn dầu đi bôi trơn; 7-Trụ bầu lọc; 8-Van an toàn; 9-Vít điều chỉnh khe hở dọc trục của rôto.

Nguyên lý làm việc nh sau: Dầu nhờn có áp suất cao đi vào bầu lọc theo

khoang rỗng giữa ống 6 và trụ 7 vào đầy rôto rồi theo hai ống dẫn 5 phun qua vòiphun 1 Dới tác động của phản lực khi có tia phun, rôto 2 quay với tốc độ rất cao,thờng đạt đến 50006000 vg/ph Khối dầu bên trong quay theo, dới tác dụng củalực ly tâm, các hạt cặn bẩn bị văng ra phía vỏ rôto, do đó khối dầu ở sát trục rôto

đợc lọc sạch Dầu sạch theo lỗ dầu 3 chảy qua ống dẫn 6 đến đờng dầu chính để

đi bôi trơn

2.Bơm dầu nhờn:

Bơm dầu nhờn có nhiệm vụ cung cấp liên tục dầu nhờn có áp suất cao đến các bềmặt ma sát để bôi trơn, làm mát, tẩy rửa bề mặt ma sát bơm dầu dùng trong độngcơ đốt trong đều là loại bơm thể tích chuyển dầu bằng áp suất thuỷ tĩnh nh cácloại bơm piston, bơm phiến trợt, bơm bánh răng và bơm trục vít Trong đó bơmbánh răng đợc dùng rộng rãi hơn cả vì tính năng gọn nhẹ, áp suất bơm dầu cao,