khảo sát cân bằng nhiệt động cơ diesel sông công dsc-80

1

LờI NóI ĐầU
động cơ đốt trong là động cơ nhiệt, có nhiệm vụ biến nhiệt năng thành
cơ năng. Quá trình động cơ hoạt động, thực tế chỉ có khoảng 20ữ40% tổng
lợng nhiệt đa vào động cơ là đợc chuyển thành công có ích, số còn lại bị
thất thoát do nhiều nguyên nhân, trong đó chủ yếu là thất thoát nhiệt truyền
cho nớc làm mát và do khí thải mang ra ngoài. Mặt khác, tình trạng kỹ thuật,
hiệu quả làm việc cũng nh tuổi thọ của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào trạng
thái nhiệt của nó. Nếu động cơ quá nóng sẽ dẫn tới tình trạng làm bó kẹt các
chi tiết có chuyển động tơng đối với nhau (cặp pít tông-xi lanh ), tăng
cờng độ mài mòn do khả năng bôi trơn của dầu giảm Còn nếu nhiệt độ
động cơ quá thấp sẽ làm tăng độ nhớt của dầu bôi trơn, gây khó khăn cho việc
bôi trơn các chi tiết, làm tăng tổn thất cơ giới cho dẫn động quạt gió, bơm
nớc, bơm dầu
Vì vậy để nâng cao hiệu suất nhiệt cho động cơ, giúp cho động cơ làm
việc ổn định ở nhiệt độ thích hợp, tận dụng đợc những phần nhiệt bị thất
thoát phục vụ cho mục đích khác, đòi hỏi chúng ta phải biết kiểm tra, đánh giá
và tính toán đợc trị số các thành phần nhiệt chuyển đổi trong động cơ. Trên
cơ sở đó có thể đa ra những biện pháp nhằm giảm thiểu sự tổn thất nhiệt,
nâng cao hiệu suất sử dụng nhiệt cho động cơ.
Bài toán cân bằng nhiệt cho động cơ đợc đặt ra chính là một trong
những nội dung quan trọng giải quyết các vấn đề nêu ra ở trên. Giải quyết tốt
bài toán cân bằng nhiệt có ý nghĩa quan trọng đảm bảo cho động cơ làm việc
ổn định, kéo dài tuổi thọ, là cơ sở góp phần phục vụ cho việc nghiên cứu, cải
tiến nhằm đạt đợc hiệu quả kinh tế cao nhất trong quá trình sử dụng động cơ.
Em đợc giao nhiệm vụ làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: Khảo sát cân
bằng nhiệt của động cơ Diesel Sông Công DSC-80. Đề tài đợc hoàn thành
với tổng số 70 trang thuyết minh khổ A4 và 06 bản vẽ khổ A0, với bố cục nh
sau:

2

Chơng 1: Đặc điểm kết cấu động cơ diesel Sông Công DSC-80 (19 trang)
Chơng 2: Cơ sở lý thuyết của bài toán cân bằng nhiệt (12 trang).
Chơng 3: Thực nghiệm khảo sát cân bằng nhiệt động cơ DSC-80 (29
trang).
Kết luận.
Phụ lục 1: Chơng trình tính toán khảo sát cân bằng nhiệt động cơ DSC-80
Đồ án đợc thực hiện với sự hớng dẫn tận tình của thầy hớng dẫn,
cùng các thầy trong Bộ môn Động cơ - Khoa Động lực. Ngoài ra em còn nhận
đợc sự tạo điều kiện của Ban Quản lý Đào tạo, Phòng Kỹ thuật trong việc tổ
chức thực nghiệm trên bệ thử KI-2139B tại Phòng thí nghiệm Động cơ. Mặc
dù đã rất nỗ lực nhng chắc chắn đồ án sẽ không thể tránh khỏi những thiếu
sót do hạn chế về mặt kiến thức và thời gian. Vì vậy, em rất kính mong đợc
sự chỉ bảo của các thầy giáo, sự góp ý của các bạn đồng nghiệp để Đồ án tốt
nghiệp của em đợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 12 tháng 6 năm 2008
Học viên


Nguyễn Xuân Đạt

3

Chơng 1. ĐặC ĐIểM KếT CấU Động cơ
diesel sông công dsc-80
1.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ DSC-80
Động cơ DSC-80 là động cơ diesel 4 kỳ, không tăng áp, bốn xy lanh bố
trí thành một hàng thẳng đứng, làm mát cỡng bức bằng nớc kiểu 1 vòng
tuần hoàn kín, buồng cháy thống nhất. Động cơ DSC-80 đợc khởi động nhờ
một động cơ phụ là động cơ xăng 2 kỳ, một xy lanh có dùng bộ chế hoà khí.
Động cơ đợc lắp trên máy kéo MT-80 (ở Việt Nam do nhà máy Diesel
Sông Công chế tạo và gọi là DSC-80, ở BELARUS gọi là -241). Động cơ
DSC-80 cũng đợc đặt trên các tàu thuyền đánh cá và dùng cho các loại phà,
sà lan cỡ nhỏ. Các thông số kỹ thuật chính của động cơ đợc thể hiện trong
Bảng 1.1:
Bảng 1.1. Bảng các thông số kỹ thuật chính của Động cơ DSC-80
TT

thông số Đơn vị
tính
Giá trị
01

Mã hiệu động cơ: DSC-80
02

Đờng kính xy lanh: D mm 110
03

Hành trình pít tông: S mm 125
04

Thể tích công tác của các xy lanh: V
h
dm
3
4,75
05

Thứ tự đánh số của các xy lanh (nhìn từ phía quạt
gió)
1-2-3-4
06

Thứ tự công tác của các xy lanh 1-3-4-2
07

Tỷ số nén:

16
08

Công suất định mức: N
eđm
KW (ml) 58,88 (80)
09

Số vòng quay ứng với công suất định mức vg/ph 2200
10

Số vòng quay không tải cực đại vg/ph 2380
11

Số vòng quay không tải ổn định nhỏ nhất vg/ph 600

4

12

Góc phun sớm nhiên liệu độ GQTK

25-27
13

Suất tiêu hao nhiên liệu g/KW.h 180
14

Mô men xoắn cực đại: M
emax
Nm
(KG.m)
272
(28)
15

Số vòng quay trục khuỷu tơng ứng: n
M
vg/ph 1385
16

Bơm nhiên liệu: TH - 5
- Bơm cao áp: (BCA) 4 phân bơm, một hàng
- Bơm thấp áp: lắp cùng một khối với BCA


17

Bộ điều tốc: cơ học, đa chế độ, có bộ hiệu chỉnh
lợng cung cấp nhiên liệu cực đại

18

Vòi phun -22: kiểu kín, nhiều lỗ phun.
19

Bầu lọc không khí: hai tầng nối tiếp,
- Tầng 1: làm sạch theo nguyên lý ly tâm khô và
tự động phun bụi ra ngoài.
- Tầng 2: lọc thấm qua các cuộn lọc bằng các
tông.


20

Trọng lợng khô của động cơ kg 430
21

Dầu bôi trơn: M10, M10
22

Thể tích thùng chứa nhiên liệu
Số thùng nhiên liệu
lít
thùng
130
02
23

Lợng nớc trong hệ thống làm mát lít 19
24

Lợng dầu trong hệ thống bôi trơn động cơ lít 15

1.2. Đặc điểm kết cấu một số cơ cấu, hệ thống của động cơ DSC-80
Mặt cắt dọc và mặt cắt ngang của động cơ DSC-80 đợc trình bày trên
Hình 1.1 và Hình 1.2.
1.2.1. Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

5

C¬ cÊu khuûu trôc thanh truyÒn (CCKTTT) dïng ®Ó biÕn chuyÓn ®éng

6

7


tịnh tiến của pít tông thành chuyển động quay của trục khuỷu và ngợc lại.
CCKTTT gồm hai nhóm chi tiết cơ bản:
- Nhóm chi tiết cố định: Khối xy lanh, nắp máy, nắp xy lanh
- Nhóm chi tiết chuyển động: Pít tông, trục pít tông, trục khuỷu, thanh

truyền, bánh đà, pu-li
1.2.1.1. Nhóm chi tiết cố định
* Khối xy lanh
Khối xy lanh (Hình 1.1 và Hình 1.2) là chi tiết lớn nhất của động cơ, nó
xác định kích thớc cho cả động cơ. Đồng thời, nó còn là nơi lắp đặt hầu hết
các chi tiết, cơ cấu, hệ thống khác của động cơ nh: CCKTTT, hệ thống bôi
trơn, hệ thống làm mát Khối xy lanh đợc đúc bằng gang xám, liền khối với
nửa trên các te theo kết cấu dạng thân xi lanh - hộp trục khuỷu để tăng độ
cứng vững, giảm bớt đợc số lợng bề mặt lắp ghép, hạn chế khả năng biến
dạng cục bộ và sự tập trung ứng suất, tăng khả năng bao kín cho động cơ.
Khối xy lanh làm việc trong điều kiện nặng nề, có thể bị biến dạng do chịu tác
dụng của ứng suất cơ học, ứng suất nhiệt, ngoài ra còn bị mài mòn do ma sát
và ăn mòn hoá học.
ở phần dới của các vách ngăn đứng cũng nh thành trớc và thành sau
của khối xy lanh có đặt các gối đỡ của trục khuỷu. Các gối đỡ cổ trục chính
đợc chia thành hai nửa để thuận tiện cho việc lắp bạc trợt và đợc cố định
với nhau bằng các gu giông.
ở góc trái bên trên của khối xy lanh, dọc theo thành ngoài có rãnh nớc,
có bốn lỗ đối diện với bốn xy lanh. Phần phải bên trên của khối xy lanh đợc
ngăn bằng vách ngăn đứng là ngăn của con đội. Các đũa đẩy trợt trong lỗ của
vách ngang. Ngăn con đội có nắp đậy kín.
Các te dầu (hay nửa dới hộp trục khuỷu) có nhiệm vụ bao kín khoang
trục khuỷu và chứa dầu bôi trơn. Do khối thân xy lanh đợc đúc liền với nửa

8

trên hộp trục khuỷu bằng gang có độ cứng vững cao nên bề mặt phân chia với
nửa dới hộp trục khuỷu đi qua đờng tâm trục khuỷu. Các te dầu đợc đúc
bằng hợp kim nhôm, bề mặt lắp ghép với khối thân máy có gờ tăng độ cứng
vững, bao kín nhờ đệm làm bằng amiăng. Phía dới đáy có gờ đúc dày, có gia

công lỗ ren lắp nút xả dầu. Mặt bên các te có gia công lỗ để lắp que thăm dầu.
* Nắp xy lanh
Nắp xy lanh (Hình 1.1 và Hình 1.2) đợc đúc bằng gang thành một
khối liền cho cả 4 xy lanh và đợc cố định với thân máy bằng các đai ốc và gu
dông. Nắp xy lanh là nơi lắp đặt cơ cấu phối khí: vòi phun, bugi, cụm xu páp
ngoài ra, còn bố trí một số chi tiết của hệ thống làm mát, hệ thống thải nạp của
động cơ. Quá trình làm việc, nắp xy lanh chịu tải trọng nhiệt cao, ứng suất nhiệt
lớn, chịu ăn mòn hoá học và chịu ứng suất ban đầu do lực xiết của gu giông. Giữa
nắp xy lanh và thân máy có đệm làm kín bằng amiăng. Trên nắp xy lanh có gia
công các lỗ để lắp xu páp nạp và xu páp thải, trên gờ miệng lỗ gia công mặt côn
45
0
để tạo đế xu páp. Họng nạp có đờng kính lớn hơn họng xả. Mỗi xy lanh có 1
xu páp nạp và 1 xu páp thải. Các xu páp đợc bố trí thành hàng dọc theo nắp máy.
ống nạp và ống thải đợc cố định với nắp xy lanh bằng các gu giông, giữa chúng
có đệm amiăng làm kín.
Trên nắp xy lanh còn đợc gia công 4 lỗ để lắp vòi phun. Các lỗ này
đợc ép các ống lót bằng đồng, mặt ngoài của các ống lót tiếp xúc với nớc vì
vậy vòi phun sẽ đợc làm mát tốt hơn.

Các khoang chứa nớc làm mát trong nắp xy lanh đợc nối thông với
nhau và với áo nớc ở thân máy thông qua các lỗ. ở phía trên phần trớc của
nắp máy có khoang để gom nớc. Trong khoang này có lắp van hằng nhiệt để
đa nớc về két mát hoặc trực tiếp về bơm nớc.
* ống lót xy lanh
ống lót xy lanh động cơ DSC-80 thuộc loại ống lót ớt, vai tựa trên,
phía dới đợc làm kín với khoang hộp trục khuỷu bằng các gioăng cao su.

9

ống đợc đúc bằng gang xám hợp kim C 21- 40 đợc lắp tự do vào lỗ của
khối xy lanh và đợc ép chặt xuống nhờ nắp xy lanh qua một tấm đệm vào
mép trên của xy lanh. Quá trình làm việc, ống lót xy lanh chịu tác dụng của áp
lực khí cháy, chịu nhiệt độ cao và bị ăn mòn hoá học. Đặc biệt, nó bị ăn mòn
ma sát rất lớn khi pít tông chuyển động tỳ vào thành xy lanh. Vì vậy, để tăng
độ cứng và có khả năng chống mòn cao, mặt trong của xy lanh đợc tôi cao
tần với độ sâu từ 1ữ2mm, sau đó đợc mài láng bóng với độ chính xác cao để
giảm ma sát giữa xéc măng, pít tông với thành ống lót xy lanh. Việc nhiệt
luyện nhằm mục đích đảm bảo độ cứng và giảm tốc độ mài mòn. Để đảm bảo
chính xác và chắc chắn khi lắp ghép, đầu trên và ở mặt ngoài đai dới của ống
lót có gia công các vai tựa và gờ định vị.
1.2.1.2. Nhóm chi tiết chuyển động
* Pít tông
Pít tông đợc đúc bằng hợp kim nhôm, đỉnh pít tông cùng với thành ống
lót xy lanh và nắp xy lanh tạo thành khoang công tác của xy lanh động cơ. Pít
tông có nhiệm vụ tiếp nhận lực khí thể và truyền cho trục khuỷu động cơ
thông qua thanh truyền. Pít tông gồm ba phần: đỉnh, đầu và thân pít tông
(Hình 1.3).
- Đỉnh pít tông đợc đúc khoang lõm sâu ở chính giữa tạo buồng cháy
phù hợp với phơng pháp tạo hỗn hợp theo kiểu màng M của động cơ.
- Đầu pít tông có tiện bốn rãnh để lắp các xéc măng, ba rãnh trên lắp xéc
măng khí, rãnh còn lại lắp xéc măng dầu. Rãnh lắp xéc măng dầu có khoan
hàng lỗ hớng tâm đờng kính 4 mm để dầu qua đó chảy về các te động cơ.
- Thân pít tông làm nhiệm vụ dẫn hớng cho pít tông, trên thân gia công
2 bệ để lắp chốt pít tông, ở hai đầu của các bệ chốt có tiện 2 rãnh để lắp khóa
hãm chốt. Phía mặt ngoài của các bệ chốt pít tông đợc gia công vát dạng
ôvan để ngăn ngừa sự bó kẹt pít tông trong xy lanh do giãn nở vì nhiệt khi
động cơ làm việc. Trên phần thân về phía dới còn có rãnh lắp xéc măng dầu.

10

2
1

1- xéc măng khí và rãnh xéc mămg khí; 2- xéc măng dầu và rãnh xéc măng
dầu; 3- thân pít tông; 4- khóa hãm; 5- chốt pít tông; 6- bạcchốt pít tông; 7-
thanh truyền; 8- bu lông thanh truyền; 9- bạc đầu to thanh truyền; 10- nắp
đầu to; 11- đệm khóa
Hình 1.3. Kết cấu cụm thanh truyền, pít tông động cơ DSC-80
* Chốt pít tông
Chốt pít tông đợc chế tạo bằng thép cacbon C45 có dạng hình trụ rỗng,
mặt ngoài đợc gia công chính xác, tôi cao tần để đạt độ cứng 55-60 HRC.
Chốt pít tông đợc lắp với bệ chốt và đầu nhỏ thanh truyền theo kiểu bơi.
Chốt đợc hãm bằng hai vòng khóa bằng thép lò xo để hạn chế dịch chuyển
dọc trục.
* Xéc măng
Xéc măng đợc chế tạo bằng gang với hàm lợng hợp kim cao, để tránh
bó kẹt và để lắp ghép khe hở miệng xéc măng ở trạng thái lắp ghép trong xy
lanh khoảng 0,4 - 0,8 mm. Khi lắp các xéc măng khí với pít tông vào xy lanh

11

miệng các xéc măng phải đợc bố trí lệch nhau 120
0
để giảm sự lọt khí. Xéc
măng khí trên cùng do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy và chịu áp suất lớn nên
bề mặt làm việc đợc mạ một lớp Crôm xốp dày 0,18-0,2mm để chống mòn.
ở mỗi rãnh xéc măng dầu ngời ta lắp 2 xéc măng dầu giống hệt nhau với
lỡi vát cùng quay về phía dới có tác dụng tạo màng dầu bôi trơn cho bề mặt

làm việc của pít tông và mặt gơng xy lanh đồng thời gạt dầu thừa về các te
động cơ. Khi lắp cặp xéc măng dầu vào một rãnh phải bố trí miệng chúng lệch
nhau 180
o
.
* Thanh truyền
Kết cấu cụm pít tông thanh truyền đợc trình bày trên Hình 1.3. Thanh
truyền đợc rèn dập bằng thép các bon C45, đợc nhiệt luyện để tăng độ bền.
Thanh truyền đợc chia làm ba phần: đầu nhỏ, thân và đầu to. Đầu nhỏ thanh
truyền có dạng thành dày đợc ép bạc lót bằng đồng thau dạng trụ rỗng để lắp
ghép với chốt pít tông, phía trên có khối kim loại để điều chỉnh khối lợng và
có khoan lỗ hứng dầu bôi trơn chốt. Thân thanh truyền có tiết diện ngang hình
chữ I, lớn dần về phía đầu to để giảm khối lợng mà vẫn đủ độ cứng vững.
Đầu to thanh truyền đợc gia công thành hai nửa, phần tháo đợc gọi là nắp
đầu to thanh truyền. Ngời ta gia công tinh bề mặt bên trong của đầu to thanh
truyền cùng với nắp vì thế không đợc lắp lẫn các nắp đầu to với các thanh
truyền. Để lắp đúng, trên thân và nắp có đánh số theo thứ tự của các xy lanh.
Hai nửa của đầu to thanh truyền đợc cố định với nhau bằng các bu lông
thanh truyền. Bề mặt phân chia đầu to thanh truyền vuông góc với thân thanh
truyền. Để tránh hiện tợng tự tháo ngời ta lắp các tấm hãm bằng thép.
* Trục khuỷu
Trục khuỷu của động cơ (Hình 1.1) là chi tiết chịu tải trọng nặng nhất, nó
tiếp nhận lực khí thể từ pít tông thông qua thanh truyền và truyền mô men
xoắn ra ngoài. Trục khuỷu đợc chế tạo bằng thép hợp kim. Trục khuỷu gồm
5 cổ trục và 4 cổ khuỷu, trên phần kéo dài của má khuỷu có bố trí các đối

12

trọng. Bề mặt cổ trục và cổ khuỷu đợc tôi cao tần với chiều sâu lớp thấm tôi
3- 4mm và độ cứng đạt 55-60 HRC.

Phía trong cổ trục có khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn, để giảm khối lợng cho
trục khuỷu đồng thời tạo khoang chứa và lọc dầu bôi trơn, các cổ khuỷu đợc
khoan rỗng và nút kín ở hai đầu.
* Bánh đà
Dùng để tích lũy năng lợng lấy đà khi khởi động và để thắng những trở
lực tức thời trong thời gian làm việc, ổn định tốc độ quay của trục khuỷu và để
cân bằng động cơ. Trên vành của bánh đà có dấu để xác định vị trí của pít
tông trong xy lanh thứ nhất tơng ứng với vị trí ở cuối quá trình nén.
1.2.2 Cơ cấu phối khí
Động cơ DSC-80 lắp cơ cấu phối khí kiểu xu páp treo (Hình 1.1 và 1.2),
cơ cấu này gồm có: trục cam, con đội, đũa đẩy, đòn bẩy (cò mổ), trục cò mổ,
xu páp nạp và thải, lò xo xu páp, đĩa lò xo, khóa hãm, ống dẫn hớng xu páp.
a, Trục cam
Trục cam đợc chế tạo bằng thép C45 biên dạng cam thải có dạng khác
cam nạp để cho pha thải dài hơn pha nạp. ổ đỡ trục cam là loại ổ trợt có dạng
lỗ trụ tròn gia công trên các thành vách ngang. Các bạc ổ đỡ bằng đồng thanh
đợc ép vào lỗ sau đó đợc gia công tinh để đảm bảo độ đồng tâm. ở cổ trớc
của trục có khoan lỗ dọc trục và lỗ hớng kính để dẫn dầu bôi trơn cho các ổ
trục cam và các bánh răng.
b, Con đội
Con đội có dạng cốc trụ rỗng và đợc chế tạo bằng thép, mặt tiếp xúc với
đầu đũa đẩy đợc gia công dạng chỏm cầu lõm. Trên bề mặt trụ có khoan lỗ
thoát dầu.
c, Đũa đẩy

13

Đũa đẩy đợc làm bằng thép các bon, một đầu tiếp xúc với con đội có
dạng chỏm cầu lồi còn đầu kia tiếp xúc với bu lông điều chỉnh lắp trên đầu cò
mổ có dạng cầu lõm. Hai chỏm cầu của đũa đẩy đợc nhiệt luyện để đạt độ

cứng 50-60 HRC.
d, Cò mổ
Tám cò mổ bằng thép rèn dập đợc lắp trên giàn cò mổ, phía tiếp xúc với
đũa đẩy có lỗ ren lắp vít điều chỉnh, vít này đợc hãm bằng đai ốc. Thân cò
mổ có khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn đến phía đũa đẩy. Lỗ lắp ghép với trục đợc
ép bạc đồng thanh để giảm mài mòn. Các cò mổ đợc ép sát với giá đỡ trục cò
mổ nhờ các lò xo giãn cách, riêng cò mổ thứ nhất và cuối cùng đợc hạn chế
chuyển dịch dọc trục nhờ đệm và bu lông đầu trục.
e, Trục cò mổ
Trục làm bằng thép có dạng trụ rỗng, đặt trong bốn giá đỡ bằng gang, ba
giá đầu giống nhau còn giá sau cùng có lỗ ren để lắp ống dẫn dầu bôi trơn cho
các cò mổ. Bề mặt trụ ngoài đợc nhiệt luyện tại vùng tiếp xúc với cò mổ và
toàn bộ bề mặt đợc mài bóng. Trên bề mặt có các lỗ khoan để dẫn dầu từ
lòng trục tới bôi trơn bề mặt tiếp xúc với bạc cò mổ. Hai đầu trục đợc nút kín
bằng các đệm và các bu lông.
f, Xu páp
Mỗi xy lanh có một xu páp thải và một xu páp nạp. Đờng kính của tán
nấm xu páp thải là 42mm và của xu páp nạp là 48 mm. Mặt côn trên tán nấm
xu páp đợc tỳ sát vào mặt tựa của họng nhờ hai lò xo lồng vào nhau và có
chiều xoắn ngợc nhau. Một đầu lò xo tỳ vào mặt tựa trên nắp xy lanh còn đầu
kia tỳ vào đĩa lò xo, đĩa đợc hãm cứng với đuôi xu páp bằng 2 móng hãm có
gờ vòng ăn khớp với rãnh vòng trên phần đuôi xu páp. Thân xu páp chuyển
động tịnh tiến trong ống dẫn hớng xu páp.
g, Cụm bánh răng dẫn động

14

Cụm bánh răng dẫn động gồm các bánh răng trụ có dạng răng nghiêng,
đợc bố trí trong khoang riêng biệt ở phía đầu động cơ và có nắp che kín. Cụm
gồm bánh răng dẫn động trục khuỷu, bánh răng dẫn động trục cam, bánh răng

trung gian và bánh răng dẫn động bơm cao áp. Để hoạt động của các xu páp
và việc cung cấp nhiên liệu phù hợp với vị trí của pít tông các bánh răng phải
đợc lắp theo dấu đã định sẵn.
1.2.3. Hệ thống làm mát
a, Sơ đồ làm việc của hệ thống làm mát:
Hệ thống làm mát bằng nớc trên động cơ DSC-80 là hệ thống kiểu tuần
hoàn cỡng bức 1 vòng kín, trong hệ thống có các phần tử: bơm nớc, két
nớc, van hằng nhiệt, quạt gió, áo nớc và các đờng ống. Sơ đồ hệ thống làm
mát đợc thể hiện trên Hình 1.4.
Hệ thống làm mát có tác dụng dẫn nhiệt thừa từ các chi tiết của động cơ
ra ngoài và giữ cho động cơ làm việc ở chế độ nhiệt độ tốt nhất đồng thời sấy
nóng nhanh động cơ. Nếu động cơ quá nóng có thể làm cho pittông bị kẹt
trong xy lanh, dầu bôi trơn bị loãng ra và có thể bị cháy dẫn đến độ mài mòn
các chi tiết tăng, độ bền vững của chúng bị giảm. Động cơ quá lạnh thì độ
nhớt dầu bôi trơn lại tăng lên, khả năng lu thông của nó giảm dẫn đến không
đảm bảo dầu bôi trơn cho các vị trí cần bôi trơn làm tăng ma sát giữa các chi
tiết chuyển động, đồng thời tiêu hao công suất cho dẫn động bơm dầu, bơm
nớc quạt gió tăng. Để động cơ làm việc bình thờng thì nhiệt độ nớc làm
mát cần đợc duy trì trong khoảng 80-90
0
C.
Sự lu thông của nớc trong động cơ khởi động:
Khi bắt đầu khởi động động cơ khởi động, nớc đợc hâm nóng trong
áo nớc của động cơ khởi động và bị nớc lạnh của nắp khối xy lanh đẩy ra
theo ống 7 đi vào khoang bên rồi xuống khoang dới của thân bộ điều tiết
nhiệt rồi lại tiếp tục đi vào áo nớc của nắp xy lanh. Nh vậy khi trục khuỷu
động cơ cha chuyển động thì trong hệ thống làm mát đã có nớc lu thông
kiểu xy phông nhiệt. Nớc nóng từ động cơ khởi động đi vào nắp khối xy lanh

15

16

của động cơ chính làm cho động cơ chính nóng lên và do đó quá trình khởi
động động cơ chính đợc nhẹ nhàng.
Sự lu thông của nớc ở động cơ chính
Tuỳ thuộc vào trạng thái nhiệt của động cơ sự tuần hoàn của nớc
trong hệ thống thực hiện theo vòng lớn hoặc vòng nhỏ và đợc bảo đảm bằng
bơm nớc 13 dẫn động từ pu ly trục khuỷu thông qua đai truyền. Khi trạng
thái nhiệt làm việc của động cơ bình thờng thì nớc làm mát sẽ tuần hoàn
theo vòng lớn, trong trờng hợp này van hằng nhiệt 5 sẽ mở và nớc qua đoạn
ống cao su đến phần trên của két làm mát 2 và theo ống trao đổi nhiệt xuống
phần dới. Nớc qua két đợc làm nguội bằng không khí do quạt cung cấp và
do dòng không khí sinh ra khi máy chuyển động. Lợng không khí qua két
đợc điều chỉnh bằng cửa chớp 1. Nớc đợc làm nguội theo đờng ống dới
đợc hút trở lại bơm và sau đó đẩy vào động cơ. Khi nhiệt độ nớc còn thấp
(<70
0
C) thì nớc sẽ thực hiện theo vòng tuần hoàn nhỏ, lúc này van hằng nhiệt
5 đóng nớc không qua két làm mát mà qua đờng ống tắt trở lại bơm và vào
áo nớc để đảm bảo sấy nóng nhanh động cơ chính, dần dần nhiệt độ nớc
làm mát tăng van hằng nhiệt mở ra và nớc lu thông theo vòng tuần hoàn
lớn.
b, Các cụm chính của hệ thống làm mát:
Bơm nớc:
Bơm nớc kiểu bơm ly tâm có nhiệm vụ cung cấp nớc tuần hoàn trong
hệ thống làm mát động. Bơm nớc đợc bố trí phía đầu động cơ dẫn động từ
trục khuỷu qua dây đai.
Nguyên lý hoạt động: Khi bơm làm việc, nớc từ rãnh dẫn nớc chảy
qua cánh bơm, sau đó dới tác dụng của lực ly tâm nớc đợc hắt qua thành

vỏ bơm và qua rãnh nớc vào áo nớc blốc xilanh.
Két mát
Két mát là một thiết bị trao đổi nhiệt dùng để truyền nhiệt từ nớc làm

17

mát cho dòng không khí chuyển động qua. Trên két mát có bố trí Van hơi-
không khí, cấu tạo gồm: van hơi 1 đặt lồng bên trong nó van không khí 2
(hình 1.5).

1
2
3

Nguyên lý hoạt động: khi nớc từ trong áo nớc của động cơ đi vào
két mát, nhiệt độ của nớc truyền qua ống dẫn nớc ra các cánh tản nhiệt và
truyền ra ngoài không khí. Không khí lạnh từ ngoài đợc quạt gió hút qua két
mát vào động cơ nhờ vậy nhiệt độ nớc qua két giảm xuống. Khi áp suất trong
két mát lớn hơn qui định van hơi đợc mở ra và hơi sẽ thoát ra ngoài, ngợc
lại khi áp suất nớc trong hệ thống thấp, van không khí đợc mở ra để tránh
biến dạng các đờng ống dẫn nớc do chênh lệch áp suất.
Van hằng nhiệt
Van hằng nhiệt có nhiệm vụ nâng nhanh nhiệt độ sấy nóng và tự động
duy trì chế độ của động cơ trong giới hạn cho phép. Van đợc lắp vào khoang
gom nớc trong nắp xi lanh, van (xem Hình 1.6) gồm ống xếp bằng đồng, bên
trong có chứa 10 cm
3
dung dịch 15% rợu êtylic. Trục van đợc cố định với
ống xếp, trên trục có hai van: van phụ và van chính.
Hình 1.5: Sơ đồ làm việc

của van hơi-không khí
1- van hơi
2- van không khí
3- các lò xo


18

5
6
7
8
1
2
3
4
3
9
10

1- thân; 2- vòng; 3,12- ống xếp; 4- đệm; 5- ống mềm; 6- đai kẹp; 7- vòng
đệm; 8- bu lông; 13- van phụ; 14- van chính.
Hình 1.6: Cụm van hằng nhiệt và nguyên lý làm việc của van
Nguyên lý hoạt động: Khi nhiệt độ nớc nhỏ hơn 70
0
C thì chất giãn nở
rắn cha sôi làm van đóng lại, nớc đi theo vòng tuần hoàn nhỏ. Khi nhiệt độ
nớc làm mát đạt 70
0
2

0
C thì chất giãn nở rắn sôi và giãn nở, đẩy màng cao
su và đũa đẩy đi lên mở van. Khi nhiệt độ nớc đạt 83 2
0
C thì van đợc mở
hoàn toàn, nớc đi theo vòng tuần hoàn lớn. Van phụ cho nớc tuần hoàn về
khoang hút của bơm bỏ qua két mát, van chính cho nớc qua két mát trớc khi
tới bơm.
1.2.4. Hệ thống bôi trơn động cơ
Hệ thống này làm nhiệm vụ lọc sạch, làm mát dầu bôi trơn và đa dầu
sạch tới các bề mặt ma sát, bôi trơn đồng thời làm mát, bao kín, chống rỉ cho
các chi tiết của động cơ. Động cơ DSC-80 sử dụng hệ thống bôi trơn hỗn hợp.
Dầu đợc đa tới bề mặt làm việc của chi tiết chịu tải lớn dới áp suất cao.

19

Còn các chi tiết làm việc trong điều kiện thuận lợi hơn đợc bôi trơn theo
nguyên lý vung té.
Các chi tiết đợc bôi trơn dới áp suất cao gồm: bạc cổ trục, bạc đầu
to thanh truyền, trục giàn cò mổ của cơ cấu phối khí, bạc trục cam, bánh răng
trục cam. Các chi tiết còn lại đợc bôi trơn bằng dầu vung té.
Bơm dầu
Bơm dầu là loại bơm bánh răng, một cấp dùng để cấp dầu dới áp suất
nhất định đến các bề mặt làm việc của các chi tiết. áp suất dầu đợc điều
chỉnh nhờ lò xo van định áp trong khoảng 637,6.10
3
ữ686,7.10
3
Pa. Lu lợng
tơng ứng của bơm 36 lít/phút.

1.2.5. Hệ thống cung cấp nhiên liệu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu làm nhiệm vụ lọc sạch nhiên liệu, cung cấp
lợng nhiên liệu phù hợp với mọi chế độ làm việc, bảo đảm quy luật cung cấp
nhiên liệu tốt nhất ở mọi chế độ, phun tơi hòa trộn đều khắp buồng cháy, bảo
đảm lợng cung cấp nhiên liệu đồng đều nhau cho mỗi chu trình cho từng xy
lanh. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ DSC-80 bao gồm các bộ phận
sau: thùng chứa nhiên liệu, bầu lọc thô, bầu lọc tinh, bơm cao áp, vòi phun,
các đờng ống dẫn nhiên liệu.
a, Bơm cao áp
Phun tơi nhiên liệu là một trong những yêu cầu quan trọng để đảm bảo
chất lợng quá trình cháy diễn ra trong xy lanh. Bơm cao áp có nhiệm vụ tạo
ra áp suất lớn trong các rãnh của vòi phun để đảm bảo yêu cầu phun tơi nhiên
liệu vào buồng đốt. Để động cơ làm việc bình thờng thì bơm cao áp phải
cung cấp cho tất cả các vòi phun một lợng nhiên liệu nh nhau khi vị trí pít
tông trong các xy lanh nh nhau và đồng thời góc phun sớm là tốt nhất.
Bơm cao áp lắp trên động cơ thực nghiệm DSC-80 thuộc loại bơm 1
dãy có nhiều phân bơm ký hiệu là TH-5. Thân bơm đợc đúc bằng hợp kim

20

nhôm thành một khối liền, trục cam lắp trong thân bơm và quay trên hai ổ bi.
Bơm có 4 phân bơm, khoảng cách giữa các phân bơm là 32mm, lợng nhiên
liệu cung cấp đợc điều chỉnh nhờ cơ cấu điều chỉnh kiểu bu lông-đai ốc
(tơng ứng với bàn đạp ga). Để đảm bảo việc bắt đầu và kết thúc dứt khoát
quá trình phun ngời ta lắp trên phía đầu xy lanh bơm cao áp. Trên bơm có lắp
bu lông và đai ốc hãm để điều chỉnh thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu theo
góc quay của trục cam. Bơm nhiên liệu cũng đợc bôi trơn bằng dầu nhờn
dùng cho động cơ diesel.
b, Bơm thấp áp
Năng suất và độ cung cấp nhiên liệu đồng đều ở bơm cao áp phụ thuộc vào

áp suất nhiên liệu ở rãnh của đầu bơm cao áp. Qua nghiên cứu ngời ta thấy rằng
khi áp suất ở rãnh của đầu bơm cao áp giảm từ 0,049 MPa xuống 0,0098 MPa thì
công suất động cơ giảm đi 8 10%, còn độ cung cấp nhiên liệu không đồng đều
tăng lên 3 4 lần. Vì vậy để thắng lực cản ở các bình lọc nhiên liệu và đảm bảo
áp suất cần thiết ở rãnh đầu bơm cao áp thì trên động cơ ngời ta bố trí thêm một
bơm thấp áp.
Bơm thấp áp dùng để hút nhiên liệu từ thùng nhiên liệu qua bầu lọc thô, tạo
áp suất 0,294ữ0,491 MPa và đẩy nhiên liệu tới bầu lọc tinh giúp nhiên liệu đợc
lọc sạch trớc khi đi vào bơm cao áp. Ngoài ra, trên cụm bơm thấp áp còn bố trí
một bơm tay để cấp đầy nhiên liệu cho bơm cao áp trớc khi khởi động động cơ và
để xả sạch bọt khí khi cần.
Bơm tay dùng để bơm đầy nhiên liệu và xả không khí khỏi hệ thống cung
cấp nhiên liệu trớc khi khởi động động cơ. Bơm tay hoạt động theo nguyên
tắc bơm pít tông một chiều.
c, Bộ điều tốc
Trong quá trình làm việc, tải trọng tác dụng lên động cơ luôn luôn bị
thay đổi, nếu tải trọng giảm đi mà công suất không giảm tơng ứng thì số
vòng quay trục khuỷu sẽ tăng lên còn khi động cơ bị quá tải thì số vòng quay

21

trục khuỷu lại giảm xuống. Bộ điều tốc có tác dụng điều chỉnh công suất của
động cơ một cách tự động ở bất kỳ chế độ tải trọng nào giữ cho động cơ luôn
luôn làm việc ở chế độ tốc độ có lợi nhất.
Trên bơm cao áp HT-5 có lắp bộ điều tốc đa chế độ, kiểu ly tâm tác
dụng trực tiếp với sức căng ngoài của lò xo. Để khởi động động cơ dễ dàng lúc
không tải, ngời ta đặt trên bộ điều tốc một bộ phận tự động làm giầu nhiên
liệu cung cấp. Mức độ gia tăng thêm của lợng nhiên liệu cực đại và tơng
ứng với nó là mô men xoắn đợc điều chỉnh nhờ vít điều chỉnh.
e, Vòi phun

Trên động cơ DSC-80 có lắp vòi phun kiểu kín, nhiều lỗ phun (ký hiệu
-22), áp suất nâng kim phun 17,5-18,5 MP
a
. Kết cấu vòi phun đợc thể
hiện trên hình 1.7.

Hình 1.7. Vòi phun - 22
1 - đai ốc vòi phun
2 - thân
3,7,16 - đệm
4 - lới lọc
5- ống nối
6- bu lông rỗng lòng
8- đai ốc mũ
9 - đai ốc hãm
10- vít điều chỉnh
11- lò xo
12 - đũa đẩy
13- kim phun
14- chốt
15- mũi phun
16 - đệm


22

Chơng 2. cơ sở lý thuyết của bài toán
cân bằng nhiệt
2.1. Mục đích, ý nghĩa của bài toán cân bằng nhiệt
Khi động cơ làm việc, các chi tiết của động cơ nhất là các chi tiết trong

buồng cháy, tiếp xúc với sản vật cháy có nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ đỉnh pít
tông có thể lớn hơn 900
0
C. Nhiệt độ các chi tiết cao có thể dẫn đến các tác hại
sau:
+ Giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ chi tiết do xuất hiện ứng suất
nhiệt. Làm thay đổi tính chất cơ lý, hoá của vật liệu chế tạo chi tiết, đặc biệt là
các chi tiết phi kim loại.
+ Giảm khả năng bôi trơn của dầu, tăng cờng độ mài mòn cho các cặp
chi tiết có chuyển động tơng đối với nhau.
+ Bó kẹt các chi tiết có chuyển động tơng đối với nhau nh cặp pít tông
xilanh; trục khuỷu-bạc lót
+ Giảm hệ số nạp dẫn đến giảm công suất động cơ
+ Gây kích nổ trong động cơ xăng.
Vì vậy yêu cầu đặt ra là phải giảm đợc nhiệt độ của động cơ trong quá
trình nó làm việc, giữ cho nhiệt độ của các chi tiết không vợt quá giá trị cho
phép, đảm bảo điều kiện làm việc bình thờng của động cơ. Điều này đợc
thực hiện nhờ hệ thống làm mát của động cơ.
Tuy nhiên nếu cờng độ làm mát quá lớn, nhiệt độ các chi tiết thấp, sẽ
dẫn đến hiện tợng ngng tụ hơi nhiên liệu và đọng bám trên bề mặt các chi
tiết, rửa trôi lớp dầu bôi trơn, làm cho các chi tiết bị mài mòn nhiều hơn. Đồng
thời do nhiệt độ thấp, độ nhớt của dầu bôi trơn sẽ thấp dẫn đến ma sát giữa các
chi tiết chuyển động tăng. Ngoài ra công suất tiêu hao do các bộ phận của hệ
thống làm mát nh bơm nớc , quạt gió cũng tăng, kết quả làm tăng tổn thất

23

cơ giới của động cơ.
Từ sự phân tích ở trên, ta thấy cân bằng nhiệt cho động cơ có ý nghĩa
quan trọng. Mục đích của bài toán cân bằng nhiệt là tính toán lợng nhiệt

chuyển đổi trong động cơ và thờng là khâu cuối cùng trong công việc tính
toán động cơ. Giải quyết bài toán cân bằng nhiệt cho ta những lợi ích sau:
- Đa ra các biện pháp để giữ cho động cơ làm việc ổn định ở nhiệt độ
thích hợp trong tất cả các chế độ và điều kiện vận hành. Đảm bảo sự làm việc
bình thờng của các chi tiết.
- Tính toán đợc trị số tổn thất nhiệt trong động cơ, giúp ngời nghiên
cứu có một hình dung cụ thể về mặt phân bố năng lợng trong quá trình làm
việc của động cơ và có thể tìm ra đợc những giải pháp nhằm giảm thiểu sự
mất mát năng lợng hoặc sử dụng chúng vào trong các công việc có ích khác.
- Tính toán các giá trị của tổn thất nhiệt trong động cơ, trên cơ sở đó để
tìm ra các biện pháp làm giảm bớt chúng hoặc để sử dụng vào những mục đích
có ích. Thí dụ: khi biết đợc những giá trị của tổn thất nhiệt cho nớc làm
mát, do khí thải mang ra ngoài, ta có thể thiết kế đợc các thiết bị lợi dụng
những tổn thất nhiệt đó nh để sấy nóng nớc phục vụ sinh hoạt, dùng cho nồi
hơi khí thải (trên tầu thuỷ) hoặc quay tuabin tăng áp cho động cơ. Do lợi dụng
đợc những tổn thất nhiệt trên mà ta có thể thu đợc một hiệu suất cao cho
toàn bộ thiết bị động lực so với hiệu suất của riêng động cơ.
- Cân bằng nhiệt cho ta cơ sở để tính toán hàng loạt các thiết bị phụ dùng
cho động cơ. Ví dụ: thiết bị của hệ thống làm mát, bôi trơn Vì để tính đợc
những thiết bị kể trên cần phải biết đợc lợng nhiệt truyền cho nớc làm mát,
cho dầu bôi trơn, nhiệt do khí thải mang ra ngoài vì vậy, bài toán cân bằng
nhiệt có ý nghĩa thực tế.
- Cân bằng nhiệt cho phép kiểm tra lợng nhiệt sử dụng có ích, lợng
nhiệt tổn thất có bằng tổng lợng nhiệt đa vào động cơ hay không. Nếu

24

không bằng nhau thì cần phải tính toán lại. Ngoài ra cân bằng nhiệt còn là một
biện pháp đánh giá tổng hợp khả năng làm việc của động cơ.
2.2. Phơng trình cân bằng nhiệt

Tại một chế độ làm việc ổn định của động cơ, tổng lợng nhiệt đa vào
động cơ đợc chuyển thành công có ích và các thành phần năng lợng mất
mát (tổn thất). Phơng trình cân bằng nhiệt đợc biểu diễn thông qua số lợng
nhiệt quy dẫn trên một đơn vị thời gian nh sau:
Q
o
= Q
e
+ Q
lm
+ Q
d
+ Q
ch
+ Q
th
+ Q
cl
[J] (2.1)
Trong đó:
Q
o
-

Nhiệt lợng tổng cộng đa vào động cơ tại chế độ làm việc đã
cho, [J];
Q
e
- Nhiệt lợng tơng đơng với công có ích của động cơ, [J];
Q

lm
- Nhiệt lợng toả ra cho môi chất làm mát, [J];
Q
d
- Nhiệt lợng toả ra cho dầu bôi trơn, [J];
Q
ch
- Nhiệt lợng mất mát của nhiên liệu do cháy không hoàn toàn, [J];
Q
th
- Nhiệt lợng do khí thải mang theo ra ngoài, [J];
Q
cl
- Các thành phần còn lại của tổn thất nhiệt mà không tính toán vào
các thành phần nói trên của phơng trình cân bằng nhiệt, [J].
Để thuận tiện cho việc đánh giá sự phân bố năng lợng, phơng trình
(2.1) có thể đợc viết dới dạng tỷ lệ phần trăm của toàn bộ số nhiệt lợng
đa vào động cơ:
100% =
0 0 0 0 0 0
( ).100%
e lm d ch th cl
Q Q Q Q Q Q
Q Q Q Q Q Q
+ + + + +

đặt:
%100.
0
Q

Q
q
e
e
=
;

25

0
.100%
lm
lm
Q
q
Q
=
;
%100.
0
Q
Q
q
d
d
=
; (2.2)
%100.
0
Q

Q
q
ch
ch
=
;
%100.
0
Q
Q
q
th
th
=
;
%100.
0
Q
Q
q
cl
cl
=
.
Khi đó phơng trình cân bằng nhiệt đợc viết lại dới dạng:
q
e
+ q
lm
+ q

d
+ q
ch
+ q
th
+ q
cl
= 100% (2.3)
Các thành phần của phơng trình cân bằng nhiệt (2.1) đợc xác định nh
sau:
2.2.1. Nhiệt lợng tơng đơng với công có ích của động cơ
Nhiệt lợng tơng đơng với công có ích của động cơ trong 1giây đợc
xác định theo công thức:
Q
e
= N
e
[J] (2.4)
Trong đó:
N
e
- là công suất có ích của động cơ, [W]; (N
e
- đợc đo trực tiếp)
2.2.2. Nhiệt lợng tổng cộng tiêu hao trong 1 giây
Lợng nhiệt tổng cộng mà động cơ tiêu hao trong 1 giây đợc xác định
theo công thức:
Q
o
= Q

H
. G
nl


[J] (2.5)
Trong đó: