1. Kiểu động cơ: Động cơ 4WD14,5/12-1, không tăng áp
2. Thứ tự nổ 1 - 3 - 4 - 2
3. Công suất động cơ Ne=1.10 (mã lực) 4. Số vòng quay n = 2300 (vòng / phút) 5. Suất tiêu thụ nhiên liệu ge=183 (g/ml.h) 6. Số kỳ τ = 4
7. Đường Kính xy lanh D =120 (mm)
8. Hành trình piston S =145 (mm)
9. Tỷ số nển ε= 18,7
10. Số xi lanh i = 4
11. Chiều dài thanh truyền ltt= 280 (mm) 12. Trọng lượng nhóm piston mpt= 3,5 (kg) 13. Trọng lượng thanh truyền mtt = 4 (kg) 14. Góc mị sớm xupáp nạp α1 =8 (°) 15. Góc đóng muộn xupáp nạp α2 =38 (°) 16. Góc mở sớm xupáp thải β1= 44 (°) 17. Góc đóng muộn xupáp thải β2= 8 (°) 18. Góc phun sớm φp = 24 (°) 2.1 Các thơng số chọn
2.1.1 Tính tốc độ trung bình của piston
Ta có cơng thức tính tốc độ trung bình của piston như sau:
Áp suất và nhiệt độ của môi trường
pk = 0,1 (MPa)
Tk = 24+273 = 297 (ºK)
2.1.2 Áp suất cuối q trình nạp (động cơ khơng tăng áp)
pa = (0,8÷0,9)pk = (0,8÷0,9).0,1 => chọn pa = 0,088 (MPa)
2.1.3 Áp suất và nhiệt độ khí sót
pr= (1,05 ÷l,15).pk = (1,05 ÷ 1,15).0,1=> chọn pr = 0,115 (MPa) Tr = (700 ÷ 900) (°k) , chọn Tr = 800 (°K)
2.1.4 Độ tăng nhiệt độ do sấy nóng khí nạp mới
-ΔT chủ yếu phụ thuộc vào q trình hình thành khí hỗn hợp ở bên ngồi hay bên
trong xylanh.
ΔT = 20 ÷ 40, Vì động cơ Diesel có tỷ số nén cao nên chọn: ΔT =30
2.1.5 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt
λt = 1,1 (do α >1,4)
2.1.6 Hệ số quét buồng cháy
λ2 = 1; (do không tăng áp)
2.1.7 Hệ số nạp thêm
λ1 = 1,02 ÷ 1,07 => chọn λ1 = 1,02
2.1.8 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z và b
ξz = 0,70 ÷ 0,85 => chọn ξz = 0,85 ξb = 0,80 ÷ 0,90 => chọn ξb = 0,9 2.1.9 Hệ số hiệu đính đồ thị cơng 2.1.10 Tỷ số tăng áp Chỉ có ở động cơ Diesel, λ = 1,2 ÷ 2,4, ta chọn λ = 1,6 II. TÍNH TỐN CÁC Q TRÌNH CƠNG TÁC 2.2 Q trình nạp: 2.2.1 Hệ số khí sót: γr
Chỉ số dãn nở đa biến m = 1,45 ÷ 1,5, chọn m = 1,5
2.2.2 Nhiệt độ cuối hành trình nạp:
Thay số vào ta được:
2.2.3 Hệ số nạp:
Ta có trong đó:
Thay vào (*) ta được:
2.2.5 Lượng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu:
Đối với nhiên liệu Diesel C = 0,87; H = 0,126; O = 0,004
M0 = 0,496 (kmol/kgnl)
2.2.6 Hệ số dư lượng khơng khí α
Phù hợp với động cơ Diesel buồng cháy thống nhất (α = 1,4 ÷ 1,8)
2.3 Quá trình nén
2.3.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:
2.3.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót:
2.3.4 Chỉ số nén đa biến n1
Thay các giá trị đã biết và thử chọn với n1 = 1,3667 thay vào hai vế của phương trình ta được:
VT = 0,3667 VP = 0,3668 VT-VP = 0,0001 Vậy n1 = 1,3667
2.3.5 Áp suất cuối quá trình nén:
pc = pa . εnl = 0,088.18,71,3667 = 4,816 (MPa)
2.3.6 Nhiệt độ cuối quá trình nén:
Tc = Ta.ε(nl-1) = 340,92.18,7(1,3667-1) = 997,785 (ºK)
2.3.7 Lượng môi chất cơng tác của q trình nén:
Mc = Ml + Mr = Ml(1+γr) = 0,7286.(1+0,03) = 0,750 (kmol/kgnl)
2.4 Tính tốn q trình cháy
2.4.1 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết:
2.4.3 Hệ số thay đổi phân tử tại z:
2.4.4 Nhiệt độ tại z:Tz
Trong đó QH là nhiệt trị thấp QH = 42,5 . 103 (kJ/kgmol).
Giải phương trình trên ta được: Tz = 2331 (ºK) 2.4.5 Tỷ số tăng áp suất: λ = 1,6 2.4.6 Áp suất tại điểm z: pz = λ.pc = 1,6.4,816 = 7,7056 (MPa) 2.4.7 Tỷ số giãn nở sớm 2.4.8 Tỷ số giãn nở sau: 2.5. Quá trình giãn nở
2.5.1 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình:
Trong đó:
Chọn thử n2 = 1,2548 và thay vào hai vế (***) ta được:
VT = 0,2548 VP = 0,2546
Từ pt trên ta thấy có thể chấp nhận được n2 = 1,2548
2.4.3 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở:
2.5.4 Kiểm tra nhiệt độ khí sót:
Kiểm tra:
Vậy: Tr chọn như ở trên là đúng.
2.6. Tính tốn các thơng số của chu trình cơng tác
2.6.1 Áp suất trung bình chỉ thị lý thuyết:
2.6.2 Áp suất trung bình chỉ thị thực tế:
2.6.3 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị:
2.6.4 Hiệu suất chỉ thị:
= 0,09 + 0,0138.11,12 = 0,2434 (MPa)
2.6.6 Áp suất có ích trung bình:
pc = pi – pm = 0,8874 – 0,2434 = 0,6440 (MPa)
2.6.7 Hiệu suất cơ giới:
2.6.8 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:
ge = gi/ m = 180,422/0,7257 = 248,62 (g/kW.h)
2.6.9 Hiệu suất có ích:
e = i. m.100% = 0,469.0,7257 = 0,340
2.6.10 Kiểm nghiệm đường kính xylanh:
ΔD = 120 – 119,96 = 0,04 (mm) (thỏa mãn)
2.7. Vẽ và hiệu đính đồ thị cơng
2.7.1.Xác định quá trình nén ac, quá trình giãn nở zb:
Để xác định ta phải lập bảng: * Q trình nén: Ta có pvnl = const => pxvxnl = pcvcnl đặt vx = ivc, trong đó i = 1 ÷ε * Q trình giãn nở: pvn2 = const => pxvxn2 = pzvzn2
Đối với động cơ diesel: vz = vc (vì Các thơng số đã biết + (dm3) + Pa = 0,088 (Mpa) + Pc = 4,816 (Mpa) + Pz = 7,7056 (Mpa) + Pb = 0,3314 (Mpa)
Bảng 2.1: Bảng xác định quá trình nén và q trình giãn nở
Q TRÌNH NÉN QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ
I I*Vc I(n1) Px= I(n2) 1 0.093 1 4.816 1.5234 0.141 1.778 2.709 1.696 7.706 2 0.185 2.579 1.868 2.386 5.476 3 0.278 4.488 1.073 3.969 3.292 4 0.370 6.650 0.724 5.695 2.295 5 0.463 9.022 0.534 7.535 1.734 6 0.556 11.574 0.416 9.472 1.380 7 0.648 14.289 0.337 11.493 1.137 8 0.741 17.150 0.281 13.589 0.962 9 0.833 20.145 0.239 15.754 0.830 10 0.926 23.265 0.207 17.980 0.727 11 1.019 26.502 0.182 20.265 0.645 12 1.111 29.848 0.161 22.603 0.578 13 1.204 33.299 0.145 24.991 0.523 14 1.296 36.848 0.131 27.426 0.476
15 1.389 40.492 0.119 29.906 0.437 16 1.482 44.225 0.109 32.429 0.403 17 1.574 48.046 0.100 34.992 0.373 18 1.667 51.949 0.093 37.594 0.348 18.7 1.732 54.730 0.088 39.437 0.331 2.7.2.Vẽ:
Dựa vào bảng đã lập ta vẽ đường nén và đường giãn nở, vẽ tiếp đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải lý thuyết bằng hai đường song song với trục hoành, đi qua hai điểm pa và pr. Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính để có đồ thị cơng chỉ thị , các bước hiệu đính như sau :
- Chọn = 0,0308 (MPa/mm)
- Chọn = 0,00787 (dm3/mm)
- Chọn = 0,7 (mm/mm) - Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị cơng
- Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị
2.7.3. Hiệu đính các điểm trên đồ thị:
1. Hiệu đính điểm bắt đầu q trình nạp :
Từ 0’ của đồ thị Brick xác định góc đóng muộn β2 = 8° của xupáp thải, bán
kính này cắt Brick ởa’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt đường pa ở d
nối điểm r trên đường thải. Ta có đường chuyển tiếp từ q trình thải sang q trình
nạp.
2. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén (điểm c):
Cũng từ 0’ cùa đồ thị Brick xác định góc phun sớm =24° bán kính này cắt đồ thị Brick tại c””, từ c”” gióng đường song song với tung độ cắt đường nén tại điểmc”. Trên đoạn cz lấy c’ sao cho cc’ = cz .Dùng một cung cong thích hợp, nối 2 điểm c” và c’.
Trên đoạn zz’ lấy điểm z” sao cho z’z" = z’z. Dùng thước cong nối z”và c” và tiếp tuyến với đường zb ta có đường chuyển tiếp từ quá trình nén sang q trìnhgiãn nở
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 trình giãn nở thực tế b’ thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xu páp thải mở sớm
Từ đồ thị Brick xác định góc mở sớm xu páp thải β1 = 44° cắt vòng tròn
Brick tại một điểm, từ điểm đó gióng đường song song vối trục tung cắt zb tại T1.
Trên ba lấy bb’ sao cho bb’ = ba. Dùng thước cong nối T1b’ tiếp tuyến với pr =
const ta được quá trình chuyển tiếp từ quá trình giãn nở sang quá trình thải.
2.8. Các nguồn gây ồn của động cơ IFA W50
Như chúng ta đã biết, mức độ ồn của các loại động cơ điêzen là khác nhau,
vì mức độ ồn của các nguồn ồn động cơ khác nhau. Những nguồn ồn của động cơ
IFA W50 bao gồm: * Ồn do nạp. * Ồn do thải.
* Ồn do bơm cao áp.
* Ồn do Piston đảo trong khe hở nhiệt giữa piston và xy lanh. * Ồn do mất cân bằng về lực qn tính và mơ men lật động cơ.
* Ồn do quạt hút của hệ thống làm mát động cơ.
* Ồn do cơ cấu chuyển động bánh răng phối khí.
* Ồn do cơ cấu phối khí.
Tất cả các nguồn ồn trên có cường độồn mạnh phát ra được xác định bằng
phương pháp nghiên cứu theo từng bộ phận, ta sẽ tìm được những nguồn ồn chính và nguồn ồn chung.
2.8.1. Hệ thống nạp khí, thải khí cháy.
Hệ thống nạp khơng khí, thải khí cháy được dùng để cấp khơng khí tới các xi lanh của động cơ điêzen và dẫn khí thải từ xy lanh ra ngồi. Các cụm chi tiết chính của hệ thống là bộ lọc khơng khí hoặc bộ tiêu âm trên cửa nạp, các ống góp khơng khí nạp, ống góp khí xả, bộ tiêu âm khí xả.
Bộ lọc sạch khí hay phin lọc khơng khí dùng để làm sạch khơng khí khỏi bụi
trước khi vào xy lanh.
• Bộtiêu âm dùng để làm sạch thơ khơng khí và giảm ồn trên đường nạp. • Ống dẫn khí nạp dùng để cấp khơng khí đến các kênh nạp; ở đầu khối xy lanh.
• Ống dẫn khí xả dùng để dẫn khí thải ra khỏi các xy lanh của động cơ, trên động cơ điêzen.
• Trên các động cơ điêzen không tăng áp tàu thủy được lắp đặt ống dẫn khí
thải làm sạch bằng nước.
hoặc vỏ làm mát bằng nước (đối với loại động cơ điêzen tàu thủy). Ở các động cơ điêzen có hệ thống làm mát đơn chiếc được lắp đặt loại ống dẫn khí xảkhơng được
làm mát. Nhưng tùy thuộc chức năng của động cơ mà lắp đặt cách nhiệt hoặc không cách nhiệt.
2.8.2. Ồn do quả trình nạp (Ồn do hút)
Ồn do hút là một trong những nguồn cơ bản của động cơ đốt trong, bản chất hình thành và thành phần ồn ở các hệ thống hút khác nhau thì khác nhau. Vì khi
động cơ thực hiện quá trình nạp nhiên liệu, phần hỗn hợp khí nạp này có thể hình thành theo dạng xốy và sựdao động cột áp khơng khí ở hệ thống này. Ồn do xốy xuất hiện do sự hình thành xốy ở lớp biên của khơng khí hoặc khí cháy bao gồm những vật thể rắn đặt ở trên đuờng ống đi của dịng chảy, nó hình thành ở phía sau những vật mà ở đó các dịng khí xốy vào nhau, hoặc là sự phân dịng khí chảy bao quanh vật thể. Do vậy mơi truờng khơng khí bị rối loạn và đã phát ra tiếng ồn khí
động học.
Trong thành phần khí động học ở hệ thống hút của động cơ điêzen có rất nhiều các hình thức ồn. Song tỷ lệ của chúng trong mức ồn khí động học chung của chuyển động của điêzen là khác nhau. Do đó việc xem xét phân tích hệ thống hút
đuợc giới thiệu một cách hợp lý.
Kết quả của nhiều nghiên cứu cho thấy tuổi thọ của các chi tiết piston, xy
lanh và xéc măng động cơ, nhất là các xe làm việc trong mơi trường có nhiều bụi phụ thuộc nhiều vào độ tinh khiết của khí nạp mới. Hút trực tiếp từ bên ngoài, tuy
sơ đồ nguyên lý của hệ thống và kết cấu của thiết bịcó đơn giản nhưng gây ồn lớn.
2.8.3. Ồn do thải
Tiếng ồn do thải là loại tiếng ồn hình thành rất phức tạp do thải khí đã qua
làm việc. Thành phần tần số của nó phụ thuộc cơ bản vào số lần thải trong một giây,
tính động lực của mỗi lần thải vào cơ cấu của hệ thống thải và sựđối áp trên đường
ống thải của động cơ. Cường độ lớn nhất trong phổ ồn khí thải thường xảy ra ở
vùng tần số thấp gần với tần số cơ bản của tần số thải trong một giây. Trong phổ này cũng tham gia một số lượng rất lớn các thành phần điều hồ có tần số là bội số
của tần số thải. Bởi vì vùng có cường độ lớn nhất trong phổ bao trùm từ 500 ÷
nhiều âm thanh có tần số cao hơn nảy sinh do sự hình thành xốy và các q trình tựdao động khi dịng khí đi qua cửa thải. Sựảnh hưởng rõ lên đường đặc tính tần số và cường độồn do thải là do chiều dài 1 của ống thải mà nó chính là sự cộng hưởng thể tích.
Theo tài liệu của phương pháp giảm ồn và rung của động cơ điêzen thì cột khí trong ống gây ra các dao động cộng hưởng và cường độồn của thải tăng lên rất nhanh khi tốc độ góc của động cơ đạt là:
Trong đó: Z. Số lần đánh lửa trong một vòng quay m. Thứ tựdao động
N. Thứ tự hình dạng dao động trong ống
C. Tốc độâm thanh trong khí đốt khi ở nhiệt độ nhất định
Giá trị của đại lượng N, m được chọn không phụ thuộc vào các đại lượng
khác. Do cường độồn khí thải của động cơ điêzen rất cao và dao động trong khoảng từ 105 ÷ 125dB. Bởi thế khi lắp đặt động cơ điêzen cần đặc biệt chú ý đến việc khử ồn khí thải. Điều này được thực hiện bằng cách lắp trên đường thải của động cơ bộ tiêu âm. Ý nghĩa cơ bản của bộ tiêu âm là giảm ồn các xung động áp lực trong dịng chảy của khí xả. Với bộ tiêu âm không được tạo ra một lực cản rõ rệt đối với dịng khí thải.
Đường thải của động cơ xe IFA W50 lắp trên xe tải vừa rất đơn giản. Gồm một đoạn ống ngắn 4 nối từ nắp xy lanh của động cơ đến bình tiêu âm rồi xả trực tiếp ra ngoài
Do đặc điểm của môi trường sử dụng và nhu cầu trang bị nên hệ thống này rất đơn giản và khí thải gây ồn lớn cho môi trường xung quanh. Để giảm ồn cho xe
ô tô, người ta chỉ trang bị một bộtiêu âm đơn giản kiểu cộng hưởng gồm hai buồng: buồng trung tâm tạo xốy lốc dịng khí thải và xung quanh là buồng cộng hưởng - chủ yếu giảm động năng của dịng khí xốy trong
2.8.4. Ồn do q trình cơng tác
Việc tổ chức quá trình bốc cháy và cháy nhiên liệu trong xy lanh động cơ ảnh hưởng một cách rõ rệt đến các thông số chỉ thị của buồng trung tâm sang buồng
cộng hưởng có ngăn rộng.động cơ, cũng như ảnh hưởng đến mức ồn chung và thành phần phổâm. Để hiểu bản chất sự phát ồn ta hãy xem xét lại những khái niệm về quá trình tự bốc cháy và cháy.
Quá trình tạo thành hỗn hợp và nhiên liệu bốc cháy rất phức tạp; Thậm chí chúng chỉ sai lệch khơng đáng kểcũng dẫn đến tăng chi phí nhiên liệu, áp suất cháy
tăng, áp suất cháy tăng không theo quy luật, động cơ làm việc không êm, gây rung,
dao động và ồn. Sự tạo thành hỗn hợp làm việc bắt đầu từ thời điểm phun nhiên liệu
vào xy lanh động cơ. Quá trình phun diễn biến trong một thời gian rất ngắn, khơng q ba phần nghìn giây. Phần nhiên liệu được phun dưới 0,1 gam có thể tích khơng quá 0,1 cm3 .
Để bảo đảm cháy nhanh và hoàn toàn, nhiên liệu cần phải trộn đều với khơng khí. Muốn vậy, nhiên liệu được phun vào buồng đốt với áp suất cao 22MPa và góc phun sớm là 12°.
Buồng đốt của động cơ là buồng cháy thống nhất trên đỉnh piston, có khả năng xốy lốc cao nên cho phép tăng Pa và giảm suất tiêu hao nhiên liệu ge (buồng
đốt thuộc loại thể tích - màng).
Quá trình tự bốc cháy trong xilanh của động cơ điêzen được chia thành 4 giai
đoạn cơ bản và đặc trưng như sau:
Giai đoạn 1
Là giai đoạn cháy trễ được đánh giá bằng khoảng thời gian từ khi bắt đầu