Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong được nghiên cứu với các nội dung: Vẽ đồ thị công; Phân tích nguyên lý, đặc điểm kết cấu và tính toán hệ thống làm mát. Để nắm vững hơn nội dung kiến thức đề tài mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.
Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong LỜI NĨI ĐẦU Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh. Bên cạnh đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ. Trong đó phải nói đến ngành động lực và sản xuất ơtơ chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ơtơ nổi tiếng trên thế giới, cùng sản xuất và lắp ráp ơtơ. Để gáp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo đó là u cầu cấp thiết. Có như vậy ngành ơtơ của ta mới phát triển được Đây là lần đầu tiên em vận dụng lý thuyết đã học, tự tính tốn động học, động lực học và tính tốn thiết kế hệ thống làm mát của động cơ theo thơng số kỹ thuật. Trong q trình tính tốn em đã được sự giúp đỡ và hướng dẩn rất tận tình của thầy Nguyễn Quang Trung và các thầy trong bộ mơn động lực, nhưng vì mới lần đầu làm đồ án về mơn học này nên gặp rất nhiều khó khăn và khơng tránh khỏi sự sai sót, vì vậy em rất mong sự xem xét và giúp đỡ chỉ bảo của các thầy để bản thân ngày càng được hồn thiện hơn về kiến thức kỹ thuật. Sinh viên thưc hiện Đinh Ngọc Tú SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong 1. VẼ ĐỒ THỊ 1.1. VẼ ĐỒ THỊ CƠNG 1.1.1. Các số liệu chọn trước trong q trình tính tốn Pk =0,1013 (MN/m2) – Áp suất khí nạp pr= 0,115 (MN/m2) Áp suất khí sót pa= 0,089 (MN/m2) Áp suất cuối q trình nạp n1=1,34 Chỉ số nén đa biến trung bình n2=1,23 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình ρ=1,00 Tỉ số giản nở sớm 1.1.2. Xây dựng đường cong nén Phương trình đường nén: p.Vn1 = cosnt => pc.Vcn1 = pnx.Vnxn1 Rút ra ta có: p nx Đặt : i n1 V pc c Vnx , Vnx Ta có: pnx Vc pc i n1 Trong đó: pnx và Vnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường nén i là tỉ số nén tức thời pc p a n1 0,089.91,34 1,693 (MN/m2) 1.1.3. Xây dựng đường cong giãn nở Phương trình đường giãn nở: p.Vn2 = cosnt => pz.Vcn2 = pgnx.Vgnxn2 V pz z V gnx Rút ra ta có: p gnx Với : V z Ta có: p nx VC (vì pz n2 và đặt : i V gnx Vc i n2 Trong đó pgnx và Vgnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường giãn nở 1.1.4. Tính Va, Vh, Vc SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong Va = Vc +Vh D S Vh Vh VC Va VC Vh Vz Vc 0,0973 0,087 0,6466 Vc 6,466.10 m3 0,6466 dm 0,0809 dm 9.0,0809 0,7278 dm 0,0809 dm Cho i tăng từ 1 đến ta lập được bảng xác định tọa độ các điểm trên đường nén và đường giãn nở 1.1.5 Bảng xác định tọa độ các điểm trung gian. i Vc 2V c 3V c 4V c 5V c 6V c 7V c 8V c 9V c i^n1 1/i^n Pc*1/i^n Pc(mm ) i^2 1/i^ Pz*ρ/i^n Pz(mm ) 1.00 1.00 1.69 67.72 1.00 1.00 5.30 212.0 2.53 0.40 0.67 26.76 2.35 0.43 2.26 90.36 4.36 0.23 0.39 15.56 3.86 0.26 1.37 54.88 6.41 0.16 0.26 10.56 5.50 0.18 0.96 38.52 8.64 11.0 13.5 16.2 19.0 0.12 0.20 7.84 7.24 0.14 0.73 29.28 0.09 0.15 6.12 0.11 0.59 23.40 0.07 0.13 5.00 0.09 0.48 19.36 0.06 0.10 4.16 0.08 0.41 16.44 0.05 0.09 3.56 9.06 10.9 12.9 14.9 0.07 0.36 14.20 Các điểm đặc biệt: r(Vc ; pr) = (0,081; 0,115) ; a(Va ; pa) = (0,728 ; 0,089) b(Va ; pb) = (0,728; 0,355) ; c(Vc ; pc) = (0,081 ; 1,693) z(Vc ; pz) = (0,081 ;5,3) 1.1.6. Vẽ đồ thị cơng Để vẽ đồ thị cơng ta thực hiện theo các bước như sau: SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong + Chọn tỉ lệ xích: p v 5,3 212 0,025 ( MN / m ) / mm 0,728 180 0,00404 dm / mm + Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hồnh 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 q trình nạp và q trình thải bằng hai đường thẳng song song với trục hồnh đi qua hai điểm Pa và Pr. Ta có được đồ thị cơng lý thuyết + Hiệu chỉnh đồ thị cơng: Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị cơng Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng cách từ Va đến Vc 87 180 20 Tỉ lệ xích đồ thị brick: Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng OO’ s 0,544 mm / mm R s 0,25.43,5 2.0,544 10 mm / mm Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm: Đánh lửa sớm (c’) Mở sớm (b’) đóng muộn (r’’) xupap thải Mở sớm (r’) đóng muộn (d ) xupap hút Áp suất cực đại của chu trình thực tế thường nhỏ hơn áp suất cực đại trong tính tốn : pz’ = 0,85.pz = 0,85.5,3 = 4,505 (MN/m2) Vẽ đường đẳng áp p = 4,505 (MN/m2). Từ đồ thị Brick xác định góc 120 gióng xuống cắt đoạn đẳng áp tại z’ Áp suất cuối q trình nén thực tế pc’’: Áp suất cuối q trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất cuối q trình nén lý thuyết do sự đánh lửa sớm SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong pc’’ = pc + ( pz’ pc ) 3 pc’’ = 1,693 + ( 4,505 1,693 ) = 2,54 (MN/m2) Nối các điểm c’, c’’, z’ lại thành đường cong liên tục và dính vào đường giãn nở Áp suất cuối q trình giãn nở thực tế pb’’: Áp suất cuối q trình giãn nở thực tế thường thấp hơn áp suất cuối q trình giãn nở lý thuyết do mở sớm xupap thải Pb’’ = pr + ( pb pr ) Pb’’ = 0,115 + ( 0,355 0,115 ) = 0,235(MN/m2) Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải prx Nối diểm r với r’, r’ xác định từ đồ thị Brick bằng cách gióng đường song song với trục tung cắt đường nạp pax tại r’ *) Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị cơng thực tế SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong P[MN/mm] 18 17 44° 8° 14° 12° o' 17° o 16 z 5,3 15 14 5 z' 4,5 10 11 12 13 3,75 c'' 2,5 c 1,25 b' 4 b b'' a' a Vc[l/mm] 1' 2' 3' 4' 5' 6' Hình 1: Đồ thị cơng 1.2. TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 1.2.1. Tính tốn động học 1.2.1.1. Đồ thị biểu diễn hành trình của piston x=f(α ) SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong + Chọn tỉ lệ xích: x 87 180 20 0,544 mm / mm (độ/mm) + Đồ thị Brick có nửa đường tròn tâm O bán kính R = S/2. Lấy bán kính R bằng ½ khoảng cách từ Va đến Vc + Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng OO’ R x 0,25.43,5 10 mm / mm 2.0,543 + Từ tâm O’ của đồ thị brick kẻ các tia ứng với 10 0 ; 200…1800. Đồng thời đánh số thứ tự từ trái qua phải 0;1,2…18 + Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hồnh biểu diễn khoảng dịch chuyển của piston + Gióng các điểm ứng với 100 ; 200…1800 đã chia trên cung tròn đồ thị brick xuống cắt các đường kẻ từ điểm 100 ; 200…1800 tương ứng trục tung của đồ thị x=f(α) để xác định chuyển vị tương ứng + Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston x = f(α) 1.2.1.2. Đồ thị biểu diễn tốc độ của piston v=f(α) * Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng của Nguyễn Đức Phú + Xác định vận tốc của chốt khuỷu: + Vẽ đường tròn tâm O bán kính R2 với: R2 = 10 (mm) + Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R1 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2 …18 + Chia vòng tròn tâm O bán kính R2 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’; 1’; 2’…18’ theo chiều ngược lại + Từ các điểm 0;1;2…kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song với AB kẻ từ các điểm 0’;1’;2’…tương ứng tạo thành các giao điểm. Nối các giao điểm này lại ta có đường cong giới hạn vận tốc của piston. Khoảng cách từ đường cong này đến nửa đường tròn biểu diễn trị số tốc độ của piston ứng với các góc SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong [độ] V = f(x) X = f( ) Hình 2 : Đồ thị chuyển vị Hình 3 : Đồ thị vận tốc v f *) Biểu diễn v = f(x) Để khảo sát mối quan hệ giữa hành trình piston và vận tốc của piston ta đặt chúng cùng chung hệ trục toạ độ. Trên đồ thị chuyển vị x = f(α) lấy trục Ov ở bên phải đồ thị song song với trục Oα, trục ngang biểu diễn hành trình của piston SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong Từ các điểm 00, 100, 200, ,1800 trên đồ thị Brick ta gióng xuống các đường cắt đường Ox tại các diểm 0, 1, 2, ,18. Từ các điểm này ta đặt các đoạn tương ứng từ đồ thị vận tốc, nối các điểm của đầu còn lại của các đoạn ta có đường biểu diễn v = f(x) 1.2.1.3. Đồ thị biểu diễn gia tốc j f x Để vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston ta sử dụng phương pháp Tole + Chọn hệ trục tọa độ với trục Ox là trục hồnh, trục tung là trục biểu diễn giá trị gia tốc + Chọn tỉ lệ xích: j s 566,532.0,543 174522,343 (mm/s2)/mm + Trên trục Ox lấy đoạn AB = S Tính: jmax j R R .1 43,5 566,532 0,25 45,3 566,53 0,25 17452234,35 m m s 10471340,61 m m s EF = 3.R.λ.ω2 = 3.43,5.0,25.566,532 = 10471340,61(mm/s2) + Từ điểm A tương ứng với điểm chết trên lấy lên phía trên một đoạn AC = j max j 17452234,35 100(mm) Từ điểm B tương ứng với điểm chết dưới lấy 174522,343 xuống dưới một đoạn BD = j j 10471340,61 174522,343 60(mm) Nối C với D. Đường thẳng CD cắt trục hoành Ox E Từ E lấy xuống đoạn EF = 10471340,61 174522,343 60(mm) Nối CF và FD, đẳng phân định hướng CF thành 6 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2…đẳng phân định FD thành 6 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’;1’;2’…vẽ các đường bao trong tiếp tuyến 11’;22’;33’…Ta có đường cong biểu diễn quan hệ j f x SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong C j max ÂÄƯ THËGIA TÄÚ C j(s) A E B S j F Hình 4 : Đồ thị gia tốc J D f x 1.2.2. Tính tốn động lực học 1.2.2.1. Đường biểu diễn lực qn tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến PJ f x Vẽ theo phương pháp Tole với trục hoành đặt trùng với P0 đồ thị cơng, trục tung biểu diễn giá trị Pj Vẽ đường biểu diễn lực qn tính được tiến hành theo các bước như sau: + Chọn tỉ lệ xích trùng với tỉ lệ xích đồ thị cơng: + Xác định khối lượng chuyển động tịnh tiến: pj p 0,025( MN / m mm) m = mpt + m1 Trong đó: m Khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg) mpt = 0,60 (kg) Khối lượng nhóm piston m1 Khối lượng thanh truyền qui về tâm chốt piston (kg) Theo cơng thức kinh nghiệm: SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 10 Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong 2.2.3.Kết cấu quạt gió: Trong hệ thống làm mát bằng nước dùng két làm mát bằng khơng khí, quạt dùng để tăng tốc độ của khơng khí qua két nhằm nâng cao hiệu quả làm mát. Quạt gió là loại quạt chiều trục Hình 15 : Quạt gió Đánh giá chất lượng của quạt bằng hai chỉ tiêu: + Năng suất của quạt + Cơng suất tiêu tốn cho quạt Hai chỉ tiêu trên phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: số vòng quay của quạt, kích thước của cánh, góc nghiêng của cánh và vị trí tương quan giữa quạt và két làm mát Tăng góc nghiêng của cánh và tăng số vòng quay của quạt đều làm cho cơng suất dẫn động quạt tăng nhanh (hàm mũ bậc 3 theo số vòng quay). Thường đối với loại cánh phẳng chọn góc nghiêng từ 400 450, cánh lồi 380 Tăng đường kính quạt và tăng chiều rộng cánh quạt có làm cho lưu lượng tăng nhưng cơng suất dẫn động quạt tăng mãnh liệt, vì vậy đối với động cơ ơtơ máy kéo thì đường kính quạt khơng vượt q 0,65m và chiều rộng khơng vượt q 70mm Khoảng cách từ quạt đến két phụ thuộc vào việc tổ chức dòng khí làm mát tiếp các bộ phận dưới nắp mui xe: + Dài 80 ÷ 100 mm nếu có bản dẫn hướng SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 36 Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong + Khơng q 10 ÷ 15 mm nếu khơng bản dẫn hướng gió + Số cánh khơng vượt q 8 Quạt dẫn động bằng đai truyền hình thang, tốc độ của đai khơng vượt q 30÷35 m/s. Tỷ số truyền động nằm trong khoảng 1 ÷ 1,3 2.2.4.Kết cấu van hằng nhiệt: Trên động cơ X047 sử dụng van hằng nhiệt để khống chế lưu lượng nước làm mát qua két nước khi nhiệt độ của động cơ chưa đạt tới nhiệt độ quy định, nhằm làm giảm thời gian chạy ấm máy của động cơ Ngun lý làm việc của loại van này là lợi dụng sự thay đổi nhiệt độ của nước làm mát để điều chỉnh lượng nước đi qua két làm mát. Động cơ mà ta khảo sát, lợi dụng hiện tượng giãn nở do nhiệt của chất rắn đặt trong thân van (hỗn hợp xêrerin và bột đồng) để điều khiển đóng mở van, làm khống chế lượng nước đi qua két làm mát.Khi nhiệt độ của nước thấp hơn nhiệt độ qui định, van hằng nhiệt vẫn đóng kín nắp van (do thân van chưa bị giãn nở), nước làm mát khơng đi qua két nước được nên chỉ tuần hồn tring bản thân động cơ. Khi nhiệt độ của nước làm mát tăng lên cao hơn nhiệt độ qui định ,thân van giãn nở mạnh, nắp van càng mở rộng, tiết diện lưu thơng lớn, nước đi qua két làm mát càng nhiều 2.3.Tính tốn hệ thống làm mát: 2.3.1.Xác định lượng nhiệt động cơ truyền cho nước làm mát: Nhiệt độ từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể coi gần bằng số nhiệt lượng đưa qua bộ tản nhiệt truyền vào khơng khí, lượng nhiệt truyền cho hệ thống làm mát của động cơ xăng chiếm khoảng 20 30% tổng số nhiệt lượng do nhiên liệu tỏa ra. Nhiệt lượng Qlm có thể tính theo cơng thức kinh nghiệm sau đây: Qlm q 'lm N e J s Trong đó: q’lm: lượng nhiệt truyền cho nước làm mát ứng với một đơn vị cơng suất trong một đơn vị thời gian Đối với động cơ xăng thì: q’lm = 1263 1360 J KW.s SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 37 Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong chọn q’lm =1300 J KW.s Ta có: Ne = 98,5[KW] Suy ra: J Qlm= q’lm.Ne =1300.98,5=128050 s Từ đó ta có thể xác định lượng nước Glm tuần hồn trong hệ thống trong một đơn vị thời gian: G lm Qlm Cn t n 128050 4187.8 3,8 kg s Trong đó: Cn: Tỷ nhiệt của nước làm mát, Cn= 4187J/kgđơ.̣ Δtn: hiệu nhiệt độ của nước vào và ra của bộ tản nhiệt Vơi đơng c ́ ̣ ơ ơtơmay keo Δt ́ ́ n = 5 ÷ 100C, chọn Δtn = 80C Ta tính tốn hệ thống làm mát ở chế độ cơng suất cực đại 2.3.2.Tính két nước: Bao gồm việc xác định bề mặt tản nhiệt để truyền nhiệt từ nước ra mơi trường khơng khí xung quanh Xác định kích thước của mặt tản nhiệt trên cơ sở lý thuyết truyền nhiệt Truyền nhiệt trong bộ tản nhiệt chủ yếu là đối lưu. Két tản nhiệt của động cơ ơtơ máy kéo có một mặt tiếp xúc với nước nóng và mặt kia tiếp xúc với khơng khí. Do đó truyền nhiệt từ nước ra khơng khí là sự truyền nhiệt từ mơi chất này đến mơi chất khác qua thành mỏng. Như vậy q trình truyền nhiệt có thể phân ra thành 3 giai đoạn ứng với 3 q trình truyền nhiệt như sau: + Từ nước đến thành ống bên trong: SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 38 Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong Q lm α1F1 ( t n t δ1 ) J s + Qua thành ống: λF1 ( t δ1 t δ ) J δ s Q lm + Từ mặt trong của thành ống đến không Q lm α2 F2 ( t δ t kk ) J s Hình 16 : Quan hệ của hệ số truyền nhiệt k với tốc độ khí: khơng khí kk Trong đó: Qlm : Nhiệt lượng của động cơ truyền cho nước làm mát bằng nhiệt lượng do nước dẫn qua bộ tản nhiệt (J/s) α1 : Hệ số tản nhiệt của nước đến thành ống tản nhiệt (W/m2.đơ) ̣ λ : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống tản nhiệt (W/m2.đơ) ̣ δ : Chiều dày thành ống (m) α2 : Hệ số tản nhiệt từ thành ống tản nhiệt vào khơng khí (W/m2) F1 : Diện tích tiếp xúc với nước nóng (m2) F2 : Diện tích tiếp xúc với khơng khí (m2) tδ1, tδ2 : Nhiệt độ trung bình của bề mặt trong và ngồi thành ống tn, tkk : Nhiệt độ trung bình của nước, khơng khí đi qua bộ tản nhiệt Giải các phương trình trên ta có: Qlm Đặt: F2 F1 k F2 F1 F2 (t n t kk ) J s 1 F2 F1 Suy ra: Q lm F2 F1 kF2 ( t n là hệ số truyền nhiệt tổng quát của két làm mát t kk ) J s Vậy ta tính được diện tích tiếp xúc với khơng khí F2 theo cơng thức: F2 Q lm k(t n t kk ) m2 Diện tích F2 thường lớn hơn diện tích F1 vì F2 còn tính đến diện tích các cánh tản nhiệt SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 39 Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong Tỷ số F2 F1 φ gọi là hệ số diện tích. Động cơ ta đang tính sử dụng loại két dùng ống nước dẹp, nên có thể chọn φ = (3 6), ta chon ̣ φ = 5 Nhiệt độ trung bình của nước làm mát trong két nước được xác định theo cơng thức sau đây: t nv tn t nr t nv Δt n o [ C] Nhiệt độ trung bình của nước làm mát trong hệ thống làm mát tuần hồn cưỡng bức là: tn = 80 ÷ 92 oC, ta chọn tn = 85oC Nhiệt độ trung bình của khơng khí xác định theo cơng thức sau: t kkv t kk t kkr Δt kk o [ C] t kkv Nhiệt độ của khơng khí vào (tkkv) phía trước bộ tản nhiệt lấy bằng 40oC. Chênh lệch nhiệt độ khơng khí qua bộ tản nhiệt Δtkk lấy bằng 20 ÷ 30oC. Vậy tkk= 50 ÷ 55oC. Chọn tkk = 52oC Hệ số α1 có thể xác định bằng cơng thức thực nghiệm. Trị số thí nghiệm của α1 thay đổi trong khoảng 2326 ÷ 4070 W W Ta chọn 1=3000 o o m C m C Chọn vật liệu làm ống tản nhiệt là hợp kim nhơm. Hệ số tản nhiệt của nhơm nằm trong khoảng λ = 104,8 198 ÷ W W Ta ch ọ n λ = 150 m o C m o C Hệ số 2 phụ thuộc chủ yếu vào lưu tốc của khơng khí Khi thay đổi kk từ 5 60 kk thay đổi đồng biến từ 40,6 303 m thì hệ số s W m o C Hệ số k cho bộ tản nhiệt kiểu ống có thể xác định theo đồ thị k = f( ). Theo số liệu thí nghiệm xác định kk bề mặt làm mát của bộ tản nhiệt ta có thể lấy k và có thể tính gần đúng: Hình 17 :Sơ đồ tính tốn SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 40 bơm nước ly tâm Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong = 11,38. 2 0,8 = 260 kk W m o C Vậy suy ra diện tích tản nhiệt F2: F2 128050 260 85 52 14,9 [m2] 2.3.3.Tính bơm nước: Xác định lưu lượng nước tuần hồn trong hệ thống lam mat G ̀ ́ lm va cơt ap H ̀ ̣ ́ Lưu lượng nước tuần hồn trong hệ thơng làm mát phụ thuộc vào nhiệt lượng do nước làm mát mang đi và chênh lệch nhiệt độ của nước trong động cơ, được xác định theo cơng thức: Glm Gn Qlm C n (t nt t nv ) 3,8 kg s Trong đó: Qlm : Nhiệt lượng truyền cho nước làm mát (J/s) Cn : Tỷ nhiệt của nước [J/kg.độ] tnr, tnv : Nhiệt độ nước ra và nhiệt độ nước vào động cơ Sức cản chuyển động của nước trong hệ thống làm mát được tính theo cột nước H và phụ thuộc vào sức cản của từng bộ phận: két nước, ống dẫn, vách nước trong thân và nắp máy v.v … Thường sức cản tổng qt của hệ thống làm mát khi tính tốn gần đúng có thể lấy H = 3,5 ÷ 15 mH2O, ở đây ta chọn H = 13 mH2O Xác định lượng nước làm mát tiêu hao Glm và cột áp H, ta có thể xác định kích thước cơ bản của bơm nước Lưu lượng của bơm nước xác định theo cơng thức sau: Gb G lm kg η s Trong đó: η la h ̀ ệ số tổn thất của bơm, với = 0,8 0,9. Chọn = 0,85 Suy ra: Gb 3,8 0,85 4,47 kg s Xác định kích thước chủ yếu của bơm phải căn cứ vào sự chuyển động của chất lỏng trong bơm. Với loại bơm ly tâm các phân tử chất lỏng đồng thời tham gia hai chuyển động: SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 41 Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong Vận tốc vòng : Nước quay cùng cánh bơm với vận tốc u (tại điểm vào A: vận tốc là u 1; tại B vận tốc tương đối là u 2) Vận tốc tương đối theo hướng tiếp tuyến với cánh quạt w (tại A: vận tốc tương đối là w 1; tại B vận tốc tương đối là w 2) Như vậy, phân tử nước chuyển động với vận tốc tuyệt đối là: c = u + w (tại A có vận tốc c1 , tại B có vận tốc c ) Lỗ nước vào bơm phải đảm bảo đủ lượng nước tính tốn cần thiết. Kích thước của nó được tính theo cơng thức: ff π(r12 r02 ) Gb m c1ρn Trong đó: Gb: Lượng nước tính tốn của bơm kg s r1: bán kính trong của bánh cơng tác [m] ro: bán kính ở bánh cơng tác [m], chọn ro = 0,02m c1: vận tốc tuyệt đối của nước khi vào cánh, bằng 2 ÷ 5(m/s), ta chọn c1 = 3 ( ρn : mật độ của nước bằng 1000 m ) s kg m3 Từ phương trình trên rút ra: r1 Gb c1 rO2 n 4,47 0,02 3.1000.3,14 0,03 [m] Bán kính ngồi r2 của bánh cơng tác được xác định từ vận tốc vòng u2 tại B: u2 tg cot g g.H tg12 cot g15o b 9,81.13 0,65 18,8 m Trong đo:́ s + α1, α2 : Góc giữa các phương trình của vận tốc c1 và u1, c2 và u2; thương ̀ α1 =900 và α2 = 8 ÷ 120, ta chọn α2 = 120 + β1, β2: Góc kẹp giữa các phương của vận tốc góc tương đối w với phương của u theo hướng ngược lại (ở A co ́β1, ở B co ́β2). Thường chọn β2 = 12 ÷ 150, chọn β2 = 150. Khi tăng β2 thì cột nước tạo ra do bơm sẽ tăng nhưng hiệu suất giảm SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 42 Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong + g: Gia tốc trọng trường + H: Cột áp của bơm + ηb: Hiệu st của bơm (bằng 0,6 ÷ 0,7), chọn ηb = 0,65 + b : Tôc đô vong cua banh công tac (1/s) ́ ̣ ̀ ̉ ́ ́ + nb: Sô vong quay cua banh công tac ́ ̀ ̉ ́ ́ u2 Vậy r2 30.u nb b 30.18,8 3,14.5410 0,033 m Thông thường khi α1 = 900, β1 xác định theo công thức: tg ( ) c1 u1 c1r2 u r1 Suy ra 1= 13,2 4.0,033 18,8.0,03 0,234 Quan hệ giữa tốc độ u1, u2 biểu thị theo công thức sau: u1 u2 r1 r2 18,8 0,03 m 17,1 0,033 s Chiêu cao cua canh b ̀ ̉ ́ ơm ở lôi vào và lôi ra đ ́ ́ ược xac đinh: ́ ̣ Gb b1 ρn c1 πr1 z δ1 [m] sin β1 Gb b2 c r2 z n r [m] sin Trong đó: δ1, δ2 : chiều dày của cánh ở lối ra [m], có thể lấy δ1= δ2 = δ3 = 3 ÷ 5 mm ta lây ́ δ1 = δ2 = δ3 = 4 mm b cr : tốc độ ly tâm của nước ở lối ra [m/s] cr c2 sin H g tg u2 b 13.9,81 tg12 o 18,8.0,65 2,22 m s l z: số cánh của bánh công tác, chọn z = 8 cánh SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 43 y 2R 2r (thương z = 4 ÷ 8) ̀ Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong Vây: 4,47 b1 1000.3 .0,03 29,5.10 [m] 4.10 sin 13,2 o 4,47 b2 1000.2,22 .0,033 4.10 sin 15o 24.10 [m] Hình 18: Sơ đồ tính quạt gió Bơm nước dung cho động cơ ơ tơ máy kéo ngày nay thường có : b1= 12 ÷ 35 mm b2= 10 ÷ 25 mm Cơng st tiêu hao cho b ́ ơm nước tính theo cơng thức sau: Nb G b H.9,81.10 ηb ηcg KW Trong đó: ηcg : Hiệu suất cơ giới của bơm (ηcg = 0,7 ÷ 0,9), chọn ηcg =0,8 Nb 4,47.13.9,81.10 0,65.0,8 1,1 KW 2.3.4.Tính quạt gió: Lượng khơng khí, áp suất động do quạt tạo ra và cơng suất cho quạt phụ thuộc vào số vòng quay của trục quạt: lượng khơng khí tỷ lệ bậc nhất, áp suất tỷ lệ bậc hai, và cơng suất tỷ lệ bậc ba so với số vòng quay Khi tính tốn quạt gió ta cần lưu ý rằng: khi tính quạt gió của động cơ ơtơ nên tính đến ảnh hưởng của tốc độ gió gây ra do tốc độ chuyển động của ơtơ Do đó lưu lượng thực tế của quạt thường lớn hơn lưu lượng tính tốn: Gkk Mức độ lớn bé của lưu lượng thực tế phụ thuộc vào tốc độ của ơtơ. Khi tốc độ ơtơ lớn, lưu lượng thực tế đi qua két nước tăng lên nên lưu lượng khơng khí do quạt cung cấp giảm xuống rõ rệt Lưu lượng của quạt gió phụ thuộc vào kích thước của quạt gió, có thể xác định lưu lượng của quạt gió theo cơng thức sau: SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 44 Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong Gq pk ( R r )nq bZ k sin cos 60 kg s Trong đó: ρkk = 1,1 : Khối lượng riêng của khơng khí [kg/m3]. R,r : bán kính ngồi và bán kính trong của quạt [m] b : chiều rộng cánh [m] nq = (1 ÷ 2)n : số vòng quay của quạt [vòng/phút] n: số vòng quay trục khuỷu, ta chọn nq = n = 5410[vòng/phút] α : góc nghiêng của cánh,α = 300 (với loại cánh quạt phẳng) Z : số cánh, chọn Z =4 ηkk : hệ số tổn thất tính đến sức cản của dòng khơng khí khi ở cửa ra dưới nắp đầu xe Ta có R là bán kính ngồi của quạt R Dq , với Dq = 0,3 0,7 (m), ta chọn Dq = 0,34 (m) R = 0,17(m) Trong đó, chiều dài cơng tác là 0,12(m), suy ra r là bán kính trong của quạt : r = 0,17 0,12 = 0,05(m) Hệ số ηkk phụ thuộc vào tỷ số fn , ở đây fn diện tích tiết diện cửa ra của khơng khí R2 dưới nắp đầu xe. Quan hệ của hệ số ηkk với tỷ số fn được giới thiệu như hình ve.̃ R2 Hình 19 : Quan hê η ̣ kk = f( fn ) R2 Cơng suất tiêu thụ của quạt gió xác định theo cơng thức sau: SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 45 Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong Nq Z nq3b( R r ) sin α 2840.000 4.5410 0,06(0,17 0,05 ) sin 30 2840.000 2,77 KW SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 46 Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong 1 Vẽ đồ thị cơng .………………………………………………………………… .2 1.1. Vẽ đồ thị cơng ……………………………………………………………………2 1.1.1Các số liệu chọn trước trong q trình tính tốn 1.1.2.Xây dựng đường cong nén 1.1.3.Xây dụng đường cong giãn nở………………………………………………… 1.1.4.Tính Va, Vh, Vc 1.1.5.Bảng xác định tọa độ các điểm trung gian…………………………………… 1.1.6.Vẽ đồ thị công .3 1.2.Tính tốn động học động lực học……………………………………………… 1.2.1.Tính tốn động học 1.2.1.1.Đồ thị biểu diễn hành trình của piston x=f(α) Đồ thị 1.2.1.2. biểu diễn tốc độ piston v=f( α) …………………………………….6 1.2.1.3. Đồ thị biểu diễn gia tốc j f x …………………………………………… 1.2.2. Tính tốn động lực học…………………………………………………………9 1.2.2.1.Đường biểu diễn lực quán tính khối lượng chuyển động tịnh tiến PJ f x 1.2.2.2. Khai triển các đồ thị………………………………………………………….11 1.2.2.3.Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T ngang N f f , lực pháp tuyến Z và lực f 14 1.2.2.4. Vẽ đồ thị ΣT = f( )………………………………………………………… 19 1.2.2.5 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 22 1.2.2.6 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền .24 1.2.2.7. Đồ thị khai triển các tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q f ……… 26 1.2.2.8. Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu……………………………………………….28 2.Phân tích nguyên lý, đặc điểm kết cấu tính tốn hệ thống làm mát…………… 30 SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 47 Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong 2.1.Mục đích và ý nghĩa của hệ thống làm mát………………………………………………30 2.2.Phân tích đặc điểm kết cấu……………………………………………………………….31 2.2.1.Kết cấu của két làm mát……………………………………………………………… 31 2.2.2.Kết cấu của bơm……………………………………………………………………….33 2.2.3.Kết cấu quạt gió……………………………………………………………………… 34 2.2.4.Kết cấu van hằng nhiệt……………………………………………………………… 35 2.3.Tính tốn hệ thống làm mát…………………………………………………………… 35 2.3.1.Xác định lượng nhiệt động truyền cho nước làm mát……………………………….35 2.3.2.Tính két nước……………………………………………………………………………36 2.3.3.Tính bơm nước………………………………………………………………………….39 2.3.4.Tính quạt gió………………………………………… 42 SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 48 Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS Nguyễn Tất Tiến Ngun lý động cơ đốt trong Nhà xuất bản giáo dục 2000 [2] Hồ Tấn Chuẩn Nguyễn Đức Phú Trần Văn Tế Nguyễn Tất Tiến Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong tập1, 2, 3 Nhà xuất đại học và trung học chun nghiệp [3] Nguyễn Đức Phú Giáo trình hướng dẫn làm đồ án mơn học động cơ đốt trong Khoa cơ khí – ĐHBK Hà Nội Ngồi ra còn có tham khảo một số tài liệu: Giáo trình giảng dạy của các thầy trong bộ mơn động cơ đốt trong – Khoa cơ khí giao thơng – ĐHBK Đà Nẵng và một số tài liệu lấy từ trên mạng internet về SVTH: Đinh Ngọc Tú Trang 49 Đồ án mơn học: Kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong SVTH: Đinh Ngọc Tú Trang 50 ... 4.278 -8 .61 -2 2.3 -3 5.9 -4 8.7 -5 9.7 -6 8.3 -7 3.7 -7 5.5 0.86 0.76 0.64 0.52 0.39 0.26 0.13 0.00 -0 .13 -0 .26 -0 .39 -0 .52 -0 .64 -0 .76 -0 .86 -0 .94 -1 .00 -1 .03 -1 .02 -0 .98 -0 .89 -0 .77 -0 .61 -0 .42 -0 .22... -7 4.2 -0 .5 -7 4.7052274 -6 8.8 -0 .5 -6 9.3194663 -6 0.3 -0 .5 -6 0.7913847 -4 9.2 -0 .5 -4 9.7452084 -3 6.5 -0 .5 -3 6.9644364 -2 2.8 -0 .5 -2 3.3140159 -9 .16 -0 .5 -9 .65657455 3.728 -0 .5 3.227808825 15.21 -0 .5... 1.00 0.94 0.86 0.76 0.64 0.52 0.39 0.26 0.13 0.00 -0 .13 -0 .26 -0 .39 -0 .52 -0 .64 -0 .76 -0 .86 -0 .94 -1 .00 -1 .03 -1 .02 -0 .98 -0 .89 -0 .77 -0 .61 -0 .42 -0 .22 0.00 0.22 0.42 0.61 0.77 0.89 0.98 1.02 1.03