tìm hiểu nguyên lý lμm việc của hệ thống bôi trơn, cân bằng nhiệt, tính toán kiểm nghiệm các chi tiết trong hệ thống bôi trơn của động cơ яm3-240

Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

Lời nói đầu
Ngy nay ngnh động cơ đốt trong vẫn chiếm một vị trí vô cùng quan
trọng v khẳng định đợc u thế của mình. Đó l thiết bị động lực chủ yếu
đợc sử dụng rộng rÃi trong mọi lĩnh vực nh giao thông vận tải, nông nghiệp,
công nghiệp
Động cơ đốt trong sử dụng đợc những điều kiện khí hậu khác nhau,
nh vùng nhiệt đới nóng ẩm, vùng Cực Bắc. Tổng công suất của các động cơ
đốt trong chiếm khoảng 95% công suất các thiết bị. Kỹ thuật sử dụng v thiết
kế, chế tạo động cơ đốt trong đang trên đ phát triển.
ở nớc ta trớc Cách mạng Tháng Tám cơ sở vật chất của các ngnh
chế tạo cơ khí hầu nh không có gì, ngnh động cơ đốt trong hầu nh chỉ bó
hẹp trong phạm vi sửa chữa, thay thế v sử dụng bảo dỡng, trên khắp nớc ta
không có một Nh máy no có khả năng sản xuất phụ tùng chính của động cơ.
Nhng chỉ sau 20 năm từ ngy Cách mạng Tháng Tám thnh công đến nay
ngnh động cơ đốt trong ở nớc ta đà phát triển, các Nh máy sửa chữa ô tô,
máy kéo của nớc ta đà chế tạo đợc các phụ tùng thay thế nh Nh máy cơ
khí Trần Hng Đạo đà sản xuất hng loạt các động cơ Diezel 2-20; 4-40 v
đặc biệt l năm 1962 kết hợp với Trờng Đại Học Bách Khoa Hμ Néi cïng víi
c¸c XÝ nghiƯp kh¸c Nhμ m¸y Cơ khí Trần Hug Đạo đà chế tạo thnh công
chiếc m¸y kÐo “Th¸ng T¸m”.
HiƯn nay cã rÊt nhiỊu Nhμ m¸y cơ khí chế tạo phụ tùng động cơ đốt
trong, phụ tùng ôtô máy kéo nh Nh máy Chế tạo phụ tùng ôtô số 1, Nh
máy chế tạo động cơ Diezel Sông Công - Thái Nguyên.
Mặt khác nớc ta vẫn nhập v sử dụng nhiều động cơ đốt trong, ôtô,
máy kéo của nớc ngoi. Điều đó đòi hỏi ngời cán bộ kỹ thuật phải biết
những kết hợp khoa học tiên tiến để giải quyết những vấn đề xảy ra trong thực
tế sản xuất.

Động cơ M3 - 240 đợc chế tạo tại Liên Xô v đợc lắp trên xe
Benlaz nhập vo nớc ta từ lâu. Động cơ có 12 xilanh dùng nhiên liƯu lμ
Diezel víi c«ng st lμ 360 m· lùc, cã hệ thống lm mát bằng nớc cỡng bức
một vòng tuần hon kín.
Để đáp ứng đợc yêu cầu m động cơ M3-240 đợc thiết kế lắp trên
xe ôtô vận tải cỡ lớn phục vụ trên mỏ với hệ thống lm mát bằng nớc cỡng
bức một vòng tuần hon kín l thích ứng v hợp lý cho động cơ. Trong khi đó
để tìm hiểu hệ thống lm mát v tính toán xem các chi tiết trong hệ thống lm

SV: Hoàng Tiến Hiệp

30




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

mát khi lm việc có khả năng ổn định, tuổi thọ các chi tiết trong động cơ có
cao không. Xuất phát từ thực tế đó em đợc giao đề ti Tìm hiểu nguyên lý
lm việc của hệ thống bôi trơn, cân bằng nhiệt, tính toán kiểm nghiệm các chi
tiết trong hệ thống bôi trơn của động cơ M3-240.
Đề ti bao gồm các nội dung chính sau:
Phần I: Giới thiệu chung về đặc tính kỹ thuật xe Benlaz 540 v động cơ
M3-240.
Phần II: Tính toán chu trình công tác của động cơ M3-240.
Phần III: Cấu tạo v nguyên lý lm việc của hệ thống v của từng bộ
phận của bôi trơn động cơ.

Phần IV: Tính toán kiểm nghiệm hệ thống bôi trơn ổ trục bơm dầu, lọc
dầu thấm, lọc ly tâm, két mát dầu.
Phần V: Quy trình v các thông số kỹ thuật sửa chữa hệ thống bôi trơn
khi đại tu ô tô.
Phần VI: Thiết kế thiết bị kiểm tra bầu lọc dầu sau sửa chữa.
Với sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của PGS.TS Phạm Minh Tuấn đà dẫn
dắt em từng bớc trong quá trình tính toán v sự giúp đỡ nhiệt tình của các
Thầy, Cô trong Bộ môn Động cơ đốt trong cùng các bạn đồng nghiệp để em
hon thnh tốt nhiệm vụ đợc giao.
Vì thời gian có hạn, trình độ còn hạn chế v lần đầu tiên em đợc giao
nhiệm vụ lớn ny cho nên không tránh khỏi những thiếu sót, em mong các
Thầy, Cô cùng ton thể các bạn đồng nghiệp chỉ bảo v đóng góp chân thnh
để em có kiến thức vững phục vụ trong công tác sau ny.
Một lần nữa em xin chân thnh cảm ơn PGS.TS Phạm Minh Tuấn
cùng các Thầy, Cô giáo bộ môn đà tận tình chỉ bảo để em hon thnh tốt đồ
án của mình.
Cẩm Phả, ngy tháng 06 năm
2009
Sinh viên thùc hiƯn

Hoµng TiÕn HiƯp

SV: Hoµng TiÕn HiƯp

31




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

Phần 2
tính toán nhiệt động học v động lực học động cơ

A. Các thông số kỹ thuật động cơ 3 240:

1. Động cơ 3 240 l động cơ Diezel 4 kỳ không tăng áp.
2. Công suất động cơ: Ne = 360 m· lùc = 264,78 (kW)
3. Sè vßng quay trơc khuỷu: n = 2100 (vòng/ph)
4. Đờng kính xilanh: D = 130 (mm)
5. Hμnh tr×nh piston: S = 140 (mm)
6. Sè l−ỵng xilanh: i = 12
7. Tû sè nÐn: ε = 16,5
8. Thứ tự lm việc các xilanh: 1-12-5-8-3-10-6-7-2-11-4-9
9. Suất tiêu hao nhiªn liƯu: ge = 175 (g/ml.h)
10. Gãc phun sím: = 220
11. Góc mở sớm xu páp nạp: 1 = 200
12. Góc đóng muộn xu páp nạp: 2 = 560
13. Góc mở sớm xu páp thải: 3 = 560
14. Góc đóng muộn xu páp thải: 4 = 200
15. Chiều dμi thanh trun: l = 280 (mm)
16. Khèi l−ỵng nhãm piston: mpt = 2,780 (kg)
17. Khèi l−ỵng nhãm thanh trun: Mtt = 4,520 (kg)

SV: Hoµng TiÕn HiƯp

32

Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

B. Tính toán nhiệt động học v động lực học

Chơng I: Tính toán nhiệt

I. Các thông số cần chọn:
Xác định vận tốc trợt piston:
Cm =

S .n
30

Trong đó:
S: hnh trình piston; S = 140 mm = 0,14 m
n: sè vßng quay trơc khủu; n = 2100 vßng/ph
VËy C m =

S .n 0,14.2100
=
= 9,8 (m / s)
30
30

Víi Cm = 9,8 m/s ≥ 6,5 m/s

Động cơ 3 240 l động cơ cao tốc.
1. ¸p st m«i tr−êng p0:
Lμ ¸p st khÝ qun tr−íc khi nạp vo động cơ, p0 thay đổi theo độ
cao, ë n−íc ta cã thĨ chän:
p0 = 0,1 (MPa)
2. NhiƯt ®é m«i tr−êng: T0
Lùa chän nhiƯt ®é theo nhiƯt ®é trung bình cả năm.
Nớc ta có thể chọn: T0 = 240C = 2970 K
3. áp suất cuối quá trình nạp: Pa
¸p st Pa phơ thc vμo rÊt nhiỊu u tè: thông số chủng loại động cơ,
tính năng tốc độ, đờng nạp, tiêt diện lu thông,
Đối với động cơ không tăng ¸p: Pa = (0,8 ÷ 0,9)P0
Chän Pa = 0,88 P0 = 0,088 (MPa)
4. áp suất khí thải: Pr
Đối với động cơ có tốc độ thấp có thể chọn Pr trong phạm vi:
Pr = (1,03 ữ 1,06)P0
Ta chọn: Pr = 1,10 P0 = 1,10 . 0,1 = 0,110 (MPa)
5. NhiƯt ®é khí thải: Tr

SV: Hoàng Tiến Hiệp

33




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

Đối với động cơ Diezel: Tr = (700 ữ 900)K
Chọn Tr = 800K
Chỉ số giÃn nở đa biến trung bình của khí sót m = 1,5
6. Hệ số nạp thêm: λ1
Phơ thc chđ u vμo pha phèi khÝ, th−êng chän trong khoảng:
1 = 1,02 ữ 1,07
Ta chọn: 1 = 1,02
7. Hệ số hiệu đính đồ thị công: t
Tỷ nhiệt của môi chất công tác thay đổi rất phức tạp nên ta thờng phải
căn cứ vo hệ số d lợng không khí để hiệu đính với động cơ Diezel có λ1
= 1,2 ÷ 1,8
VËy chän: λt = 1,1
8. HƯ sè quyết buồng cháy: 2
Với động cơ không tăng áp: t = 1
9. Mức độ sấy nóng môi chất: T
Chủ yếu phụ thuộc vo quá trình hình thnh khí hỗn hợp bên ngoi hay
bên trong xilanh:
Với động cơ Diezel: T = 20K ữ 40K
Với động cơ 3 240 chọn: T = 30K
10. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z: Z
Thể hiện lợng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công v tăng
nội năng ở điểm Z, với lợng nhiệt phát ra khi đốt cháy hon ton 1kg nhiên
liệu.
Do đó Z phụ thuộc vo chu trình công tác của động cơ.
Động cơ Diezel có Z = 0,65 ữ 0,85
Ta chọn: Z = 0,83
11. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b: b
Môi chất đợc nhân nhiệt lên b bao giờ cũng lớn hơn Z
Thông thờng với động cơ Diezel: b = 0,8 ữ 0,9
Chọn b = 0,86

SV: Hoàng Tiến HiÖp

34




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

12. Hệ số hiệu đính đồ thị công d
Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động
cơ với chu trình công tác thực tế do đó không xét đến pha phối khí, tổn thất
lu động của dòng khí, thời gian cháy v độ tăng áp suấtSự sai lệch giữa
chu trình thực tế v chu trình lý thuyết của động cơ Diezel lớn hơn động cơ
xăng vì thế hệ số d của động cơ Diezel thờng chọn trị số nhỏ, trong khoảng
ữ 0,97.
Ta chọn: d = 0,954
13. Nhiệt trị thấp của nhiên liệu: Qn
Qn = 42.500 (KJ/Kg)
II. Tính toán quá trình công tác của động cơ:
1. Tính toán quá trình nạp:
1.1. Hệ số khí sãt: γr

γr =

λ 2 (T0 + Δ T ) Pr
.

Tr

Pa

1

.

⎛P
ελ 1 − λ t . λ 2 .⎜ r
⎜P
⎝ a

1

⎞m
⎟
⎟
⎠

Trong ®ã m lμ chØ sè gi·n në ®a biÕn trung b×nh: m = 1,5
γr =

1(297 + 30) 0,11
.
.
800
0,088

1
⎛ 0,11 ⎞
16,5.1,02 1,1.1.

0,088

1
1, 5

= 0,033

1.2. Nhiệt độ cuối quá trình nạp: Ta
P
T0 + T + t . r .Tr .⎜ a
⎜P
⎝ r
Ta =
1+ γ r

⎞
⎟
⎟
⎠

m −1
m

⎛ 0,088 ⎞
297 + 30 + 1,1.0,033.800.⎜
⎟

⎝ 0,11 ⎠
Ta =
1 + 0,033

1, 5 −1
1, 5

= 342 K

Với động cơ không tăng áp Ta = (310 ữ 350)K. Vậy kết quả trên l phù
hợp.
1.3. Hệ số nạp: v

SV: Hoàng Tiến Hiệp

35




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Néi
⎡
⎛P
T0
Pa ⎢
ηv =
.
ελ − λt . λ 2 .⎜ r

⎜P
⎢ 1
(ε − 1)(T0 + ΔT ) P0
⎝ a
⎢
⎣

⎤
⎞ ⎥
⎟
⎟ ⎥
⎠ ⎥
⎦
1
m

1
⎡
⎤
1, 5
297
0,088 ⎢
⎛ 0,11 ⎞ ⎥
ηv =
.
16,5.1,02 − 1,1.1.⎜
⎟
(16,5 − 1)(297 + 30) 0,11 ⎢
⎝ 0,088 ⎠ ⎥
⎢

⎥
⎣
⎦

η v = 0,802

1.4. Lợng khí nạp mới: M1
M1 =

432.10 3.Pk . v
g e .Pe .Tk

Trong ®ã:
30.N e .τ
Vh .n.i

Pe =

π .D 2 .S

Vh =

4

=

3,14.1,3 2.1,4
= 1,857 dm 3
4

Ne = 360 m· lùc = 265 kW.
ge =

175
= 237,93
0,7355

VËy Pe =
M1 =

(kW )

30.265.4
= 0,679 ( MN / m 2 ) = 0,679 MPa
1,857.2100.12

432.10 3.0,1.0,802
= 0,723 (Kmol/kg.nl)
237,93.0,679.297

1.5. Lợng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu.
M0 =

1 C H 0
+
0,21 12 4 32

Nhiên liệu động cơ Diezel: 1 kg nhiên liệu có:
C = 0,87;
M0 =

H = 0,126; 0 = 0,004

1 ⎛ 0.87 0.126 0,004 ⎞
+
−
⎜
⎟ = 0,496 (Kmol/kg.nl)
0,21 ⎝ 12
4
32 ⎠

1.6. HƯ sè d− l−ỵng không khí:
=

M 1 0,723
=
= 1,457
M 0 0,496

SV: Hoàng Tiến HiÖp

36




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

2. Tính toán quá trình.
2.1. Tính tỷ nhiệt:
2.1.1. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí
mC v = 19,806 + 0,00209T

(kJ/kmol.độ)

2.1.2. Tỷ nhiệt mol trung bình của sản vËt ch¸y:
1⎛
187,36 ⎞ − 5
+ ⎜ 427,86 +
⎟.10 T
2⎝
α
α ⎠
1,634 1 ⎛
187,36 ⎞ −5
= 19,876 +
+ ⎜ 427,86 +
⎟.10 T
1,457 2 ⎝
1,457 ⎠
mC v" = 19,876 +

1,634

mC v" = 20,99 + 0,00278T

2.1.3. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy:

mCv' =
mCv' =

mCv + r .mCv'
1 + r

(19,806 + 0,00209T ) + 0,033.(20,99 + 0,00278T )
1 + 0,033

mC = 19,844 + 0,00211T
'
v

(kJ / kmol.dé)

2.2. ChØ sè nÐn ®a biến trung bình: n1
Chỉ số nén đa biến trung bình phơ thc rÊt nhiỊu vμo th«ng sè kÕt cÊu
vμ th«ng số vận hnh nh kích thớc xilanh, loại buồng cháy
Tuy nhiên n1 lại tăng giảm theo quy luật: tất cả các nhân tố lm cho mỗi
chất mất nhiệt sẽ lm chỉ số n1 giảm.
Giả thiết quá trình nén l đoản nhiệt, ta có thể xác định n1 nh sau:
8,314

n 1 =
'
av +

'
v

(

)

b
.Ta . ε n −1 + 1
2

Th«ng th−êng: n1 = 1,36 ữ 1,37
Trong đó:
'
av = 19,838

bv'
= 0,00211
2
Ta = 342,3K

= 16,5

Chän s¬ bé n1 = 1,368 thay vμo ta cã:
SV: Hoµng TiÕn HiƯp

37




Đồ án tốt nghiệp
1,368 1 =

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hµ Néi

8,314
19,838 + 0,00211.342,3. 16,51,368−1 + 1
'
v

(

)

0,368 = 0,368
VT = VP

Vậy chọn n1 = 1,368 l đợc
2.3. áp suất cuối quá trình nén: pc
Pc = Pa.n1 = 0,088.16,51,368 = 4,074 Mpa
2.4. Nhiệt độ cuối quá trình nén:
Tc = Ta .n1-1 = 342,3. 16,51,368-1 = 959 K
2.5. Lợng môi chất cuối quá trình nén: Mc
Mc = M1 + Mr = M1 (1 + γr)
Mc = 0,723 (1 + 0,033) = 0,767 (kmol/kg.nl)
3. Tính toán quá trình cháy:
3.1. Hệ số thay đổi phần tử lý thuyết: 0
H
0
0,126 0,004
+
+

32 = 1,044
0 = 1 + 4 32 = 1 + 4
1,457.0,496
α .M 0

3.2. Hệ số thay đổi phần tử thực tế: β
β=

β 0 + γ r 1,044 + 0,033
=
= 1,042
1+ γ r
1 + 0,033

3.3. Hệ số thay đổi phần tử thực tế tại điểm Z
Z = 1+
XZ =

0 1
.X Z
1+ r

ξ Z 0,83
=
= 0,96
ξ b 0,86

βZ = 1+

1,044 − 1

.0,96 = 1,041
1 + 0,033

3.4. Lợng sản vật cháy:
M2 = M1 + ΔM = β0.M1 = 1,004.0,723 = 0,755 (kmol/kg.nl)
3.5. NhiÖt độ tại điểm Z:
Tính TZ bằng cách giải phơng trình cháy của động cơ.
Đối với động cơ Diezel ta có:

SV: Hoµng TiÕn HiƯp

38




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Néi

(

)

ξ Z .QH
+ mCv' + 8,314.λ Tc = β Z .mC" .TZ
pZ
M1 (1 + γ r )
mCv' = av' +

bv'
.Tc . = 19,838 + 0,00211.959 = 21,86
2

(*)

(kJ/kmol.®é)

mC " = mCv' + 8,314 (kJ/kmol.độ)
pz

mC " l tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại Z
pz

Xác định tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm Z:


0 .mCv" ⎜ X Z +
⎜

γr ⎞
⎟ + (1 − X Z )mCv'
β0 ⎟
⎠

⎝
(* *)
⎛
γr ⎞
β 0 .⎜ X Z + ⎟ + (1 − X Z )

⎜
β0 ⎟
⎝
⎠
0,033 ⎞
⎛
1,044.(20,99 + 0,00278TZ )⎜ 0,96 +
⎟ + (1 − 0,96 )(19,802 + 0,00209TZ )
1,044 ⎠
⎝
"
mCvz =
0,033 ⎞
⎛
1,044.⎜ 0,96 +
⎟ + (1 − 0,96 )
1,044 ⎠
⎝
"
mCvz =

"
mCvz = 20,956 + 0,00276TZ

"
VËy mC "pz = mCvz + 8,314 = 29,27 + 0,00276TZ

Chän hÖ sè tăng áp suất = 1,5
Thay tất cả vo phơng trình (*) ta đợc:
0,83.42,5.10 3

+ (21,86 + 8,341.1,5) = 1,041(29,27 + 0,00276TZ )TZ
0,723.(1 + 0,033)
↔ 0,00287TZ2 + 30,46TZ − 80549,77 = 0

Giải phơng trình đợc: TZ = 2192 K
Đối với động cơ Diezel có TZ = (1800 ữ 2200)K
Vậy TZ = 2192 K lμ phï hỵp.
Víi TZ = 2192 K -> ta có tỷ số tăng áp suất.
= 1,55
3.6. áp suất tại điểm Z: PZ = .Pc = 1,55 . 4,074 = 6,314 (MPa)
4. Quá trình giÃn nở:
4.1. Tỷ số giÃn nở ban đầu:

SV: Hoàng Tiến Hiệp

39




Đồ án tốt nghiệp
= Z .

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hµ Néi

TZ 1
2192 1
. = 1,041.
.
= 1,535

Tc λ
959 1,55

4.2. Tû sè gi·n në sau:
δ=

ε 16,5
=
= 10,479
ρ 1,535

4.3. ChØ số giÃn nở đa biến trung bình:
n2 1 =

8,314
( Z − ξ b ).QH
b"
"
+ avz + vz .(TZ + Tb )
2
M 1 (1 + γ r ).β .(TZ − Tb )

(* * *)

Trong ®ã:
Tb =

TZ

δ n −1

2

: nhiƯt ®é tại điểm B (K)

"
avz = 20,956
"'
bvz
= 0,00276
2

Chọn sơ bộ n2 = 1,26 thay vμo (***) ta cã:
8,314

1,26 − 1 =

(0,86 − 0,83).42,5.10
1 ⎞
⎛
+ 20,956 + 0,00276.⎜1 +
⎟
0 , 26
0,723(1 + 0,033).1,042(2192 − 1182 )
⎝ 16,5 ⎠
3

0,26 = 0,26

VËy chän n2 = 1,26 lμ phï hỵp.
Tb =

TZ

δ

n2 −1

=

2192
= 1182 K
16,5 0, 26

4.4. áp suất quá trình giÃn nở:
Pb =

PZ



n2

=

6,314
= 0,317
10,4971, 26

4.5. Kiểm tra nhiệt độ khí thải:
Trtrinh

P
= Tb r ⎟
⎜P ⎟
⎝ b⎠

m −1
m

0,5

⎛ 0,11 ⎞ 1,5
= 1182.⎜
⎟ = 831K
⎝ 0,317 ⎠

KiÓm tra: ΔTr =

Tr − Tr ( chon )
Tr

.100% =

831 − 800
.100% = 3,71%
831

-> ΔTr ≤ 15% tho¶ m·n Tr
Vậy chọn Tr trên l đúng.
SV: Hoàng Tiến Hiệp

40




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

III. Tính toán các thông số của chu trình công tác:
1. áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết: Pi '
Pa .ε n1 ⎡
1 ⎞
1 ⎛
1 ⎞⎤
λ .ρ ⎛
Pi =
.⎢ M ρ −1 +
⎜1 − n2 −1 ⎟ −
⎜1 − n1 −1 ⎟⎥
n2 − 1 ⎝ δ
ε −1 ⎣
⎠ n1 − 1 ⎝ ε
⎠⎦
'

( MPa)

0,088.16,51,368 ⎡

1,55.1,535 ⎛
1
1
1
⎞
⎛
⎞⎤
Pi =
.⎢1,55(1,535−1) +
⎜1 −
⎟−
⎜1 −
⎟⎥
16,5 − 1
1,26 − 1 ⎝ 10,4791, 26−1 ⎠ 1,368 − 1 ⎝ 16,51,368−1 ⎠⎦
⎣
'

Pi ' = 0,866

( MPa)

2. ¸p suất chỉ thị trung bình thực tế : Pi
Pi = Pi ' .ϕ d
= 0,866 . 0,954 = 0,826 (MPa)
Trong đó: d l hệ số hiệu đính đồ thị công đợc chọn theo tính năng v
chủng loại động cơ.
3. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị: gi
gi =

432.10 3. p0 .η v
M 0 .Pi .T0

gi =

432.10 3.0,1.0,802
= 195 ( g / kw.h)
0,723.0,826.297

4. HiƯu st chØ thÞ: ηi
ηi =

3,6.103
3,6.103
=
= 0,434
195.42,5
g i .QH

5. áp suất tổn thất cơ giới trung bình: Pm
áp suất ny đợc biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung
bình của piston.
Đối với động cơ Diezel:
Pm = A + B . Cm = 0,03 + 0,012 . 9,8 = 0,1476 (MPa)
6. ¸p suÊt cã Ých trung b×nh: Pe
Pe = Pi - Pm = 0,826 - 0,1476 = 0,6784 (MPa)
7. HiƯu st c¬ giíi: ηm
ηm =

Pe 0,6751

=
= 0,8205
Pi 0,8227

8. St tiªu hao nhiªn liƯu cã Ých: ge
SV: Hoµng TiÕn HiƯp

41




Đồ án tốt nghiệp
ge =

gi

m

=

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hµ Néi

195
= 238
0,8205

( g / kw.h)

9. HiƯu st cã Ých: ηe

η e = η i .η m = 0,432.0,8205 = 0,3561

10. KiĨm nghiƯm ®−êng kÝnh xilanh: D (mm)
4.Vh
π .S
30.τ .N e 30.4.0,7355.360
Vh =
=
= 1,858
Pe .i.n
0,6784.12.2100
D=

DiÖn tÝch =

(dm 3 )

4.Vh
4.1,858
=
= 1,2999 (dm) = 129,99 (mm)
π .S
3,14.1,40

ΔD = Dt - DH = 130 - 129,99 = 0,010 (mm)
So víi ®−êng kÝnh ban đầu thì sai lệch 0,01 0,1 l đảm bảo.
IV. Vẽ và hiệu đính đồ thị công:
Lập bảng tính toán quá trình nén và quá trình gin nở:
Ta có: Vc =

Vh
1,858
=
= 0,1199 = 0,120 (dm3)
ε − 1 16,5 − 1

Tõ các kết quả tính toán trên ta có:
P0 = 0,1 (MPa)

n1 = 1,368

Pa = 0,088 (MPa)

n2 = 1,26

Pb = 0,317 (MPa)

ρ = 1,535

Pz = 6,341 (MPa)

ε = 16,5

Pc = 4,674 (MPa)

Vc = 0,12 (dm3)

* Giả thiết quá trình nạp áp suÊt b»ng h»ng sè; Pa = 0,088 (MPa)
* Gi¶ thiÕt quá trình thải áp suất bằng hằng số: Pr = 0,11 (MPa)
1. Xác định quá trình nén ac; quá trình gin nở Zb

* Quá trình nén:
Ta có: P.Vn1 = const
-> Px. V Xn = Pc .Vcn
1

1

Đặt Vx = i.Vc. Trong đó: i = 1 ữ

SV: Hoàng Tiến Hiệp

42




Đồ án tốt nghiệp
V
PX = Pc c
V
x

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội
n1

V

= Pc c
i.V

c

1
> PX = Pc n1
i






n1

* Quá trình giÃn nở:
P.Vn2 = const
-> Px. VXn = Pz .Vzn
2

1

Đối với động cơ Diezel thì
Vz =Vc. vì =
PX = Pz .

n

Vz
Vc

2

i n2

Bảng xác định quá trình nén và quá trình giÃn nở
Quá trình nén
iVc
1 Vc
Vc
2 Vc
3 Vc
4 Vc
5 Vc
6 Vc
7 Vc
8 Vc
9 Vc
10 Vc
11 Vc
12 Vc
13 Vc
14 Vc
15 Vc
16 Vc
16,5 Vc

i

n1

1

1,789
2,851
4,495
6,662
9,040
11,601
14,325
17,196
20,202
23,335
26,584
29,945
33,410
36,975
40,634
44,385
46,293

SV: Hoàng Tiến Hiệp

PX = Pc

MPa
4,074
2,277
1,578
0,906
0,612
0,451
0,351

0,284
0,237
0,202
0,175
0,153
0,136
0,122
0,110
0,100
0,092
0,088

Quá trình giÃn nở
1
i n1

i

mm
162,96
91,08
63,12
36,24
24,48
18,04
14,04
11,36
9,48
8,08
7,0

6,12
5,44
4,88
4,4
4,0
3,68
5,32

43

PX = Pz .

n2

ρn

2

i

n2

MPa
1,000
1,709
2,395
3,992
5,736
7,598
9,560

11,610
13,737
15,935
18,197
20,519
22,896
25,326
27,805
30,330
32,900
34,200

mm

6,314
4,524
2,714
1,889
1,426
1,133
0,933
0,789
0,680
0,595
0,528
0,473
0,428
0,390
0,357
0,329

0,317

250
168,408
107,4426
74,78
56,452
44,85
36,935
31,235
26,92
23,55
20,9
18,725
16,94
15,44
14,13
13,02
12,54




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

Từ các thông số đợc chon: việc vẽ đồ thị so với lý thuyết phải tơng
đối chính xác nên sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính lại số điểm trên đồ thị.
Trục honh Vc thể hiện = 230 mm ~ 16,5 Vc -> μv = 0,0086 (dm3/mm)

Trơc tung biĨu diÔn Pz = 250mm ~ 6,314 Vc -> μp =

6,314
= 0,025 MPa / mm
250

μv =

⎛ dm 3 ⎞
1Vc
= 0,0086 ⎜
⎜ mm ⎟
⎟
mm
⎝
⎠

6,314
μp =
= 0,025
250

⎛ MN / m 2
⎜
⎜ mm
⎝

⎞
⎟
⎟

⎠

VÏ ®å thị Brick đặt giá trên đồ thị P -V
Ta có: 00tt’ =

λR
2

=

R R
702
. =
= 8,75 (mm)
L 2 280.2

Bd: S = 140 mm
S =

140
mm
= 0,648(
)
216
mm

00bd =

8,75
= 13,5(mm)

0,648

2. Vẽ đờng nén và đờng gin nở:
Vẽ trên giấy ôly.
- Trục tung thể hiện ¸p st p (MPa)
- Trơc hoμnh thĨ hiƯn dung tÝch công tác: V (dm2)
- Chọn tỷ lệ xích hợp lý:
v = 0,0086(dm 3 / mm)
μ p = 0,025

⎛ MN / m 2
⎜
⎜ mm
⎝

⎞
⎟ = 0,025
⎟
⎠

⎛ MPa ⎞
⎜
⎟
⎝ mm ⎠

- Đờng P0 trùng với đờng đậm trên giấy vẽ.
- Vẽ hai đờng nạp v thải bằng 2 đờng song song víi trơc hoμnh vμ ®i
qua 2 ®iĨm Pa, Pr.
Pa = 0,088

(MPa)

Pr = 0,11

(MPa)

Căn cứ vo các giá trị ở bảng trên ta vẽ đờng nén v đờng giÃn nở.

SV: Hoàng TiÕn HiÖp

44




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

3. Hiệu đính các điểm trên đồ thị công:
Trớc khi hiệu đính đồ thị công ta phải xây dựng đồ thị Brick đặt phía
trên đồ thị công.
- Xác định tâm cña Brick: (0-)
R.λ
2
R
S
140
λ=
=

=
= 0,25
L H 2.L H 2.280
00 ' =

00 ' =

70.0,25
= 8,75 (mm)
2

00bđ =

00'tinh

s

=

8,75
= 13,5
0,648

3.1. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: điểm (a)
Từ 0 của đồ thị Brick xác định góc đóng muộn xupap thải. 2 = 200,
bán kính ny cắt vòng Brick ở a, từ a dòng xuống đờng song song với trục
tung cắt đờng Pa ở a.
Nối điểm r trên đờng thải với a, ta có đờng chuyển tiếp từ đờng thải
sang đờng nạp.
3.2. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (C)

áp suất cuối quá trình nén Pc đợc xác định
1
(Pz Pc )
3
1
= 4,074 + (6,314 − 4,074) = 4,82 ( MPa)
3

Pc' = Pc +

P’c vÏ =

4,82
= 192,8
0,025

VËy cã: OC ' =

4,82
= 192,8 (mm)
0,025

Điểm C trên đờng nén tách khỏi đờng nén lý thuyết đợc xác định
theo góc phun sớm = 220
Từ đồ thị Brick dóng xuống đờng nén ta xác định ®−ỵc ®iĨm C”, dïng
1 cung thÝch hỵp víi C’ - C
3.3. Hiệu đính điểm đặt Pzmax thực tế:

SV: Hoàng Tiến HiÖp

45




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

áp suất Pzmax trong thực tế không duy trì hằng số, đoạn từ 1Vc đến Vc
nh trên đồ thị công lý thuyết (đoạn ZZ).
Theo thực nghiệm điểm Pzmax l tại 3720 ữ 3750 tức l 120 ữ 150 sau
ĐCT của quá trình cháy giÃn nở.
Trên đồ thị Brick ta kẻ góc 150 rồi dóng xuống đồ thị công cắt tại Z.
Dùng 1 cung thích hợp nối điểm C với điểm Z v đờng cháy giÃn nở.
3.4. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế (b):
Căn cứ vo góc mở sớn xupáp thải 1 = 560. Xác định 1 trên Brick
dóng song song trục tung cắt đờng thải ở đâu thì điểm đó l điểm (b)
Xác định điểm (b). ¸p suÊt cuèi qu¸ tr×nh gi·n në thùc tÕ (Pb”) thờng
thấp hơn áp suất của quá trình giÃn nở lý thut do xupap th¶i më sím.
Pb" = Pr +
Pb" =

1
(Pb − Pr ) = 0,11 + 1 (0,317 − 0,11) = 0,2135 ( MPa)
2
2

0,2135
= 7,12

0,03

(mm)

Sau khi xác định đợc v b dùng cung thích hợp để nối lại. Nh vậy đÃ
có đồ thị công chỉ thị dùng cho phần tính toán động lực học.
4. Đồ thị công:

Hình 2.1. Đồ thị công

SV: Hoàng Tiến Hiệp

46




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

Chơng II: Tính toán động học và động lực học

I. Vẽ đờng biểu diễn các quy luật động học:
Các đờng ny đều đợc vẽ trên 1 honh độ thống nhất ứng với hnh
trình piston: S = 2R. Vì vậy đồ thị đều lấy honh độ ứng với Vh của đồ thị
công (từ điểm 1Vc ữ Vc)
1. Đờng biểu diễn hành trình piston: x = f ( )
Vẽ theo phơng pháp đồ thị dùng vòng tròn Brick đà vẽ ở phần hiệu
đính để vẽ.

+ Chọn tỷ lệ xích: 0,6 mm/độ -> x = 0,6 (mm/độ)
+ Chọn gốc toạ độ cách góc đồ thị công l 180 mm ở phía dới.
+ Từ tâm O của đồ thị Brick vẽ các bán kính ứng với các góc 100, 200,
300, 1800 tơng ứng trên trục tung của đồ thị x = f ( ) để xác định chuyển vị
x tơng ứng.
Cách vẽ:
+ Từ các góc 100, 200, 300, ,1800 trên vòng tròn (O) kéo ra cắt vòng
tròn (O) ở đâu thì dòng song song trục tung xuống phía dới. Từ các góc
tơng ứng trên trục tung dòng song song với trục honh cắt các đờng dóng
trên Brick xuống.
+ Nối các điểm cắt nhau đó ta đợc 1 đờng thể hiện hnh trình piston.
2. Đờng biểu diễn tốc độ piston: v = f (α )
- VÏ ®−êng biĨu diƠn tèc ®é piston theo phơng pháp đồ thị vòng.
Ta đà có:



V = Rw sin α + sin 2α ⎟
2
⎝
⎠
λ

= Rw sin α + R. sin 2
2

- Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R, phía dới đồ thị x = f ( ) (sát mép
dới của giấy vẽ).
- Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính

R
2

= 14,53 (mm)

- Chia nửa vòng tròn (O,R) v vòng tròn (O,R/2) thnh 18 phần theo
chiều ngợc nhau.

SV: Hoµng TiÕn HiƯp

47




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

- Từ các điểm chia trên vòng tròn (O,R) kẻ các đờng song song với
trục tung, các đờng ny sẽ cắt các đờng song song với trục honh xuất phát
từ các điểm chia tơng ứng trên vòng tròn (O,R/2) tại các điểm a, b, c,
- Nối các điểm a, b, c, tạo thnh các đờng cong giới hạn trị số của
tốc độ thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với trục tung tính từ điểm cắt
nửa vòng tròn (O,R) của bán kính ny tạo thnh với trục honh các ®−êng
cong abc.
- Dïng ®å thÞ v = f (α ) vμ Brick ®Ĩ vÏ v = f (α )
+ Tõ ®−êng trßn Brick øng víi gãc α (theo ®iĨm chia) ta xác định đợc
các giá trị X
+ Từ v = f ( ) ứng với góc ta xác định đợc các giá trị V

+ Trên toạ độ V-X ta đặt các điểm có toạ độ (V, X)
+ Nối các điểm đó ta đợc đồ thị v = f ( )
3. §−êng biĨu diƠn gia tèc piston: J = f ( )
- Vẽ đờng ny theo phơng pháp Tôlê.
- Chọn cïng hoμnh ®é víi trơc x = f (α ) . VÏ theo c¸c b−íc sau:
+ Chän tû lƯ xÝch: μ j = 40

(m/s2/mm)

+ TÝnh:
ω=

π .n
30

=

3,14.2100
= 219,8 (rad / s 2 )
30

J max = R.ω 2 (1 + λ )

(m / s 2 )

J max = − R.ω 2 (1 − λ )

(m / s 2 )

= 0,07.219,8 2 (1 + 0,25) = 4227,30 (m / s 2 )

= −0,07.219,8 2 (1 − 0,25) = −2536,4 (m / s 2 )

EF = −3.R.ω 2 .λ = −3.0,07.219,8 2.0,25 = −2536,4 (m / s 2 )

Trơc hoμnh trïng víi trơc hoμnh của x = f ( ) , đặt trục honh lμ AB =
2R, ®iĨm A ≡ ®iĨm D.
AC =
BD =

J max

i
J min

i

=

4227,30
= 105,7 (mm)
40

=

2536,4
= 63,4 (mm)
40

Từ điểm A tơng ứng với ĐCT lấy AC = Jmax

SV: Hoàng Tiến Hiệp

48




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

Từ điểm B tơng ứng với ĐCT lấy BD = Jmin
Nối C với D cắt trục honh tại E, lấy EF vỊ phÝa BD. Nèi C víi F vμ F
víi D; đẳng phân định hớng CF v FD nh hình vẽ, nối các điểm 11, 22,
33, Vẽ đờng bao trong víi tiÕp tun 11, 22, 33,… ta cã ®−êng cong biểu
diễn J = f (x )

Hình 2.2. Đồ thị động lùc
SV: Hoµng TiÕn HiƯp

49




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

II. Tính toán động lực học:
1.Các khối lợng chuyển động tịnh tiến:
m = mnp + m1
Trong đó:
mnp l khối lợng nhóm piston tính trên đơn vị diện tích piston.
Với:
- mpt: khèi l−ỵng piston
- mc: khèi l−ỵng chèt
- mxm: khèi l−ỵng xécmăng
- mvh: khối lợng vòng hÃm.
m np =

M np
Fd

=

M np

D

2

=

2,78.4
= 209,55
3,14.0,13 2

(kg/m2)

4

m1: khối lợng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston tính trên đơn vụ
diện tích piston.
m1 = (0,28 ÷ 0,29).mtt
= 0,28.4,52 = 1,265
m1 =

M1
M1
1,265.4
=
=
= 95,35
2
Fd πD
3,14.10,13 2
4

(kg/m2)

VËy m = mnp + m1 = 209,55 + 95,35 = 304,9 (kg/m2)
2. Các khối lợng chuyển động quay:
mK = m2 + mch + m0m (kg/m2)
Trong ®ã:
m2 = (mtt - m1) lμ khối lợng của thanh truyền quay dẫn về tâm chốt
khuỷu tính trên đơn vị diện tích piston (kg/m2)
mtt =

M tt
4,52.4
=
= 340,4
Fd
3,14.0,13 2

m2 = 340,7 - 95,35 = 245,35 (kg/m2)
3. VÏ đờng biểu diễn lực quá trình: Pj = f (x )

SV: Hoµng TiÕn HiƯp

50




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

Sử dụng phơng pháp Tôlê nhng honh độ đặt trùng với đờng P0 của
đồ thị công v vẽ đờng Pj = f (x ) , tøc cïng chiỊu víi J = f (x ) .
- Chän tû lÖ xÝch P cùng với tỷ lệ xích với đồ thị công:
PKT =

1
30

⎛ Mpa ⎞

⎜
⎟
⎝ mm ⎠

- Chän tû lÖ xÝch cïng víi tû lƯ xÝch hoμnh ®é cđa J = f (x )
− Pj max = m.R.ω 2 (1.λ )

(MPa)

− Pj min = 304,9.0,07.219,8 2 (1 + 0,25) = 1288904,8

(Pa)

− Pj min = 304,9.0,07.219,8 2 (1 0,25) = 773342,9

(Pa)

Giá trị: 3.m.R.ω2.λ = 3.307,9.0,07.219,82.0,25 = 73342,9 (Pa)
LÊy tû lÖ xÝch: μ P =

1
30

⎛ MPa ⎞
⎜
⎟
⎝ mm ⎠

Ta cã:
A'C ' =

J max 1288904,8
=
= 51,55
0,025
0,025

(mm)

B'D' =

773342,9
J min
=
= 30,9
0,025
0,025

(mm)

E 'F ' =

E ' F 'tinh 0,7411096
=
= 30,9 (mm)
0,025
0,025

4. §−êng biĨu diƠn: v = f (x )
Dùng phơng pháp đồ thị vòng ta xác định đợc đồ thị v = f ( ) . Muốn

chuyển đồ thị trên tạo độ ny thnh đồ thị v = f (x ) biểu diễn trên cùng toạ độ
với J = f (x ) ta phải chuyển đổi toạ độ qua đồ thị Bride.
- Xác định trị số của (v) ứng với góc = 100; 200; 300;
- Đặt các giá trị của (v) ny trên các tia song song với trục tung nhng
xuất phát từ góc tơng ứng trên Bride (ví dụ 900 trên đồ thị v = f (x ) phải đặt
trên tia 0; 900).
- Nối các điểm mút ta có đờng v = f ( ) .
* Chó ý: VÏ ®óng ®iĨm Vmax sÏ øng với điểm j = 0.
5. Triển khai đồ thị công trên toạ độ P - V thành P = f (α )

SV: Hoµng TiÕn HiƯp

51




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Néi

Chän tû lÖ xÝch μα = 20/mm. Nh− vËy toμn bộ chu trình 7200 sẽ ứng với
3600 mm. Đặt honh ®é α nμy cïng trªn ®−êng ®Ëm biĨu diƠn P0 v cách ĐCD
của đồ thị công khoảng (4 ữ 5) cm.
- Tỷ lệ xích: = 60
- Xác định trị số của Pkt ứng với các góc của đồ thị Bride rồi đặt các
giá trị ny trên toạ độ P - α.
- §éng cã Diezel Pmax xt hiƯn ë 3720 ữ 3750.
6. Khai triển đồ thị Pj = f (x ) thành Pj = f ( )
Khai triển đờng Pj = f (x ) thµnh Pj = f (α ) cũng thông qua Bride để

chuyển toạ độ. Nhng toạ độ P - phải đặt đúng các vị trí số ân, dơng của
Pj.
7. Vẽ đồ thị P = f ( )
P = Pkt + Pj.
Việc xây dựng đờng P = f ( ) chỉ l việc cộng toạ độ các giá trị tơng
ứng của Pkt v Pj.
8. Vẽ đồ thị tiếp tuyến T= f()
Ta có: T = P
Giá trị

sin( + )
cos

(MPa)

sin( + )
đợc tra trong bảng phụ lục của Giáo trình Hớng dẫn
cos

tính toán động cơ đốt trong.
f()

Sau khi đợc các giá trị thì ta lập bảng, từ bảng ta vẽ đợc đồ thị T=

Đồ thị T= f() đợc vẽ trên cùng hệ toạ độ với đồ thị P v có cùng tỷ
lệ xích với đồ thị P.
T = 0,025 (Mpa/mm2)
9. Vẽ đồ thị pháp tuyến Z = f().
Ta có: Z = P
Giá trị

sin( + )
cos

(MPa)

sin( + )
đợc tra trong bảng.
cos

Sau khi tra bảng, lập bảng giá trị, ta vẽ đồ thị Z= f().

SV: Hoàng Tiến Hiệp

52




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

Đồ thị Z= f() đợc vẽ trên cùng hệ toạ ®é víi ®å thÞ P∑ vμ cã cïng tû
lƯ xÝch với đồ thị P.
Tỷ lệ xích: Z = 0,025 (Mpa/mm2)
Với = 2 (độ/mm)
Các giá trị

cos( + )

sin( + )
v
đợc tra ở bảng 2P v 7P căn cứ vo
cos
cos

= R/L = 0,25.

Hình 2.3. Đồ thị khai triĨn Pkt + Pj = P∑.

SV: Hoµng TiÕn HiƯp

53




Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đaị học Bách Khoa - Hà Nội

Bảng xác định động lực tiếp tuyến và lực pháp tuyÕn
α (®é)

P∑ (mm)

sin(α + β )
cos β

T(mm)

cos(α + β )
cos β

Z(mm)

0

-50,0

0,0

0,00

1,00

-50,50

10

-50

0,2164

-10,8221

0,9773

-48,8631

20

-47

0,4427

-19,8652

0,9103

-42,7860

30

-41

0,6091

-24,9735

0,8030

-32,9243

40

-35,5

0,7675

-25,7116

0,6614

-22,1556

50

-24,5

0,8915

-21,8409

0,4933

-12,0862

60

-15,5

0,9769

-15,1421

0,3079

-4,7731

70

-6,5

1,0224

-6,6453

0,1149

-0,7469

80

1,5

1,0289

1,5434

-0,0765

-0,1148

90

9,5

1,00

9,500

-0,2582

-2,4529

100

16

0,9407

15,0512

-0,4238

-6,7810

110

21,5

0,8570

18,4262

-,05691

-12,2363

120

25,5

0,7551

19,2561

-,06921

-17,6474

130

28

0,6406

17,9374

-0,7923

-22,1833

140

29

0,5181

15,6239

-0,8707

-25,2503

150

30

0,3909

11,7267

-0,9290

-29,8706

160

30,5

0,2614

7,9720

-0,9690

-29,5559

170

30,5

0,1309

3,9911

-,09924

-30,2668

180

30,5

0,00

0,00

-1,00

-30,5

190

30,5

-0,1309

-3,9911

-0,9924

-30,2668

200

30,5

-0,2614

-1,9720

-0,9690

-29,5559

210

30,5

-0,3909

-11,9222

-0,9290

-28,3351

220

30

-0,5181

-15,5420

-0,8707

-26,1210

230

29

-0,6406

-18,5780

-0,7923

-22,9755

240

27

-0,7551

-20,3888

-0,6921

-18,6855

54



SV: Hoµng TiÕn HiƯp