ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

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.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong bối cảnh của đất nước ta hiện nay đã và đang phát triển một cáchnhanh chóng và đang trên đà phát triển thành một nước công nghiệp trong thờigian sắp tới, thì vai trò của ngành động cơ đốt trong nói chung và nền công nghiệpôtô nói riêng rất là quan trọng Cụ thể hơn thì nền công nghiệp ôtô đã góp phần rấtnhiều trong các ngành nông nghiệp ,công nghiệp ,dịch vụ…,và đặc biệt là khả năngdi chuyển rất linh động đã làm cho phần lớn người dân Việt Nam đã chọn ôtô xemáy 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 cơđốt trong.Và dưới đây là bản thiết kế đồ án động cơ đốt trong mà chúng em đã ápdụng những kiến thức về tính toán động cơ,nguyên lý động cơ đốt trong,Kết cấuđộng cơ…để thiết kế Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Ngọc Dươngđã chỉ dẫn chúng em trong quá trình làm đồ án.Hi vọng thầy có thể có góp ý giúpchúng em để chúng em có thể rút kinh nghiệm trong những bản thiết kế tiếp theo.

CHƯƠNG 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:

Nhiên liệu được bơm điện hút nhiên liệu từ bình chứa qua lưới lọc trên bơm đẩynhiên liệu tới bộ lọc nhiên liệu và đi tới ống phân phối sau đó đi vào từng kimphun.Trong quá trình hoạt động nếu bộ lọc bị tắc nghẽn làm cho áp suất trong ốngdẫn 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 cháyra 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

-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 ồngây 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:

Phương pháp dẫn động trục cam là phương pháp dẫn động gián tiếp sử dụng dâycuroa 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 cóđộ 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 khehở 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

Vì 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.

Nhưng 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 nướcbị 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 tạora vì vậy ta dung hệ thống tuần hoàn cưỡng bức kiểu kín là phương pháp làm mát cho ôtô 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 nhiệtđộ 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

1.4.4/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:

Phương 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

Có 2 loại:

+Bôi trơn cưỡng bức các te ướt: tức là dầu được hút từ cac te trong động cơ sau đó đi bôitrơn và trở lại cac te ,đối với loại này ưu điểm là đơn giản,thiết kế gọn nhưng nhược điểmlà nếu xe làm việc ở địa hình có đọ dốc nghiêng lớn sẽ làm thiếu hụt dầu vì vậy người tadùng loại này trên ô tô,du lịch và để giảm lượng dầu thiếu hụt cũng như không bị daođộng mạnh trong quá trình hoạt động người ta dùng các tấm ngăn phía dưới cac te.

+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 cáctạp chất cỡ lớn sau đó đi đến bầu lọc tinh tại bầu lọc tinh sẽ lọc sạch cặn bẩn cỡnhỏ và nước sau đó dầu đi đến các đường dầu chính đi đến bôi trơn các cổ và chốtkhuỷu và được vòi phun lên để bôi trơn đầu nhỏ thanh truyền ,chốt pittông và cócác 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 vàdầu không đi qua lọc tinh mà lên trực tiếp đường dầu chính.Van an toàn sẽ đảmbảo áp suất dầu trong hệ thống giữ ở một mức ổn định.

CHƯƠNG 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 độngcơ xăng,thích hợp trong điều kiện làm việc ở chế độ toàn tải tuy nhiên,động cơdiesel nặng nề,cồng kềnh,nhiều chi tiết đòi hỏi độ chính xác cao nên giá thành chếtạo và sửa chữa cũng cao

-Thiết kế động cơ xăng 4 kì vì tính hiệu quả về kinh tế ,ít ô nhiễm môi trường quátrình nạp và xả diễn ra hoàn thiện hơn động cơ hai kì.

1.2/Công suất (Ne):

Công suất danh nghĩa Nen=90Kw

([2],26)

-Tỷ số R

  ; 0,250,29

2/CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT:2.1/Áp suất không khí nạp p0:

2.2/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 pk 0,15MN/m2

2.4/Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (T0):

0.  336

với m =1,4 là chỉ số nénđa 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 khíquyển p0 thường xác định bằng công thức thực nghiệm:

pa= (0,880,98)p0 (2-1) ([2],29)chọn pa= 0,9p0=0,9.1,03=0,927 bar

pr là áp suất thất thoát qua xuppap xả ,đường ống xảThông 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 vớithành 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

=1,02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 :

Với M0 là số kmol không khí cần đốt cháy hết 1kg nhiên liệu

M1 là số kmol không khí thực tế đi vào xy lanh

tiết kiệm nhiên liệu

độ cháy tăng ,áp suất tăng chạy càng nhanh nhưng không cháy sạch hết nhiên liệulàm 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):

Động cơ diesel : z=0,65-0,85 ([2],33)Chọn z=0,8

2.14/Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (b):

Động cơ diesel : b=0,85-0,9 ([2],33)Chọn b=0,85

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 côngthực tế so với đồ thị công tính toán

Chọn d=0,93

2.16/Tỷ số tăng áp ( p)

Là tỉ số giữa áp suất cuối quá trình cháy với áp suất cuối quá trình nén

cpp

3/TÍNH TOÁN NHIỆT:3.1/Qúa trình nạp:

  

 

Tk =336 0K; T=150K; Tr =900 0KThay số ta được: r 0,022

Vậy r 0,0220,020,07 động cơ diesel

-Nhiệt độ cuối quá trình nạp:1

 

n1 là chỉ nén đa biến trung bình n1=1,34-1,37 ([1],33)chọn n1=1,3  pc 0,927.221,351,55bar

-Nhiệt độ cuối quá trình nén:

3.3/Qúa trình cháy:

-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:

Mục đích của việc tính toán tương quan nhiệt hóa là để xác định các đạilượng đặc trưng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hóa để làm tiền đề cho việc tínhtoán nhiệt động.

-Lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết 1kg nhiên liệu lỏng:0

Với r là hệ số khí sót ta đã tính được

 =0,022; 0 1,034

3.3.2/Giai đoạn tính toán tương quan nhiệt động:

-Nhiệt độ cuối quá trình cháy ta xác định như sau:

([2],41)Với QH là nhiệt trị thấp của nhiên liệu.

loại giá trị Tz âm.

-Áp suất cuối quá trình cháy:

barpz 2.51,55103

3.4/Qúa trình giãn nở:

-Tỷ số giản nỡ trước: 1 ,21,7 chọn 1,7



-Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb :

barpb 4,1



4/CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHU TRÌNH CÔNG TÁC VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ:

4.1.3/Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị:

423 .10 .

KWhggi 

4.1.4/Hiệu suất chỉ thị:

Q g

Trong đó: QT=42500 (KJ/kgnl); gi=78 (g/KWh)=78.10-3 (kg/KWh)

Tra thông số các động cơ KIA có công suất tương đương ta chọn được:S=77mm=0,077m

4.2.4/Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:

 (g/KWh) ([1],58)

p V i nN

.6,53.10.

CHƯƠNG III: DỰNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ

1/Khái quát:

Dựng 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:

Trong đó : Nemax=90Kw ; nN=3800 (v/ph))()3800()3800.(5,13800.5,0.

ee

Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ

Gnl

CHƯƠNG IV: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤCTHANH TRUYỀN

1/Quy luật chuyển động của pittông:

CHƯƠNG V: ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤCTHANH TRUYỀN

1/Lực khí thể tác dụng lên pittông:

Pkh=FP.pe (5-1) ([1],75)Trong đó:

m= mnp + m1 ([3],4) mnp: khối lượng nhóm pittông

m1: khối lượng đầu nhỏ thanh truyềnm= mnp + m1 =1

Mà ta có khối lượng của khuỷu trục thanh truyền là

 m= mnp + m1 = .6716,75kg

41

2.3/Tổng lực tác dụng lên pittông:

P=Pkh+Pj (5-4) ([3],4)

0270

Tra bảng (0-5) ([3],36)

 T=0

 T=0

2.3.2/Thành phần lực pháp tuyến Z:

os( )os

0360

2.3.2/Thành phần lực dọc tác dụng lên thanh truyền:

c 

 =00 osc  =1

0, 256os

 

  tg 0, 256   14,360  cos 0,97

  14,360 cos 0,97(tương tự trên)

Vậy nên ta tính được:

 S 58,49kN

