65
MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu 1
Chương I. Tính nhiệt động cơ Diesel 3
1.1. Lựa chọn công thức và chương trình tính 4
1.2. Kết quả tính 21
Chương II. Thiết kế cơ cấu phân phối khí 23
2.1. Lựa chọn hệ thống trao đổi khí 24
2.2. Tính toán sơ bộ kích thước của cơ cấu phối khí 29
2.3. Xây dựng đồ thị thời gian tiết diện 30
2.4. Xác định trị số thời gian tiết diện của các thời kì 32
Chương III. Thiết kế một số thiết bị của hệ thống phối khí 37
3.1. Yêu cầu đối với hệ thống phân phối khí 38
3.2. Xupap 38
3.3. Đế xupap 46
3.4. Ống dẫn hướng xupap 47
3.5. Lò xo xupap 49
3.6. Trục cam 56
3
CHƯƠNG I

TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ
DIESEL

4
1.1. Lựa chọn công thức và chương trình tính
Phần tính nhiệt của động cơ sử dụng chương trình tính tự động theo phần
mềm QB. Tên đầy đủ là: “ Chương trình tính nhiệt độ trung bình của chu trình
công tác”, thuộc đề tài nghiên cứu khoa học: “Nghiên cứu mô phỏng chu trình
công tác của động cơ Diesel”. Chủ nhiệm đề tài: TS Lê Viết Lượng.

− Đường kính xilanh D = 135
(mm);
− Hành trình piston S = 170
(mm).
1.1.2. Các công thức sử dụng trong chương trình
− Nhiệt trị thấp của nhiên liệu
Q
H
= 100[339C + 1256H – 109(O - S) – r
w
(9H - W)]
trong đó:
+ C,H,O,S,W_ Hàm lượng phần trăm của các chất theo trọng
lượng có trong nhiên liệu
+ r
w
_ Nhiệt ẩm hoá hơi của nước trong nhiên liệu ứng với áp suất
101,2 (kPa)
r
w
= 2512 (kj/kg);
− Tốc độ trung bình của piston

30
Sn
C
m
=
(m/s);
− Hệ số khí sót

÷=∆

+
s
T_ Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới vào xilanh

as
TT
=

− Nhiệt độ khí sót

n
n
K
K
P
p
TT
1
0
0
−








− Diện tích xác chi tiết tiếp xúc với môi chất công tác
)sin5,0cos1(5,0
2
0
ϕλϕππ +−−+= DSDSFF
vx
(m
2
);
trong đó:
+
ϕ
_ Góc quay trục khuỷu (rad);
− Thể tích công tác của xilanh
SDV
s
2
4
1
π= (m
3
);
− Thể tích buồng cháy

1
1
−
=
ε
sc

32
4
12
( −++
SHC
)
− Hiệu suất nạp không kể đến hàm lượng ẩm
6

ras
sa
n
TP
TP
γε
ε
η
−−
=
1
1

1

− Hiệu suất nạp có kể đến hàm lượng ẩm

d
r
r
nnt

η
=
(kg);
− Hệ số dư lượng không khí không kể đến hàm lượng ẩm

0
Gg
G
ct
B
=α

trong đó:
+
ct
g _ Lượng nhiên liệu cấp cho động cơ trong một chu trình
(kg);
+
0
G_ Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy một kg
nhiên liệu;

00
LG
s
µ
=

− Hệ số dư lượng không khí có kể đến hàm lượng ẩm


=α
trong đó:
+
kc
T _ Nhiệt độ cháy;
+
kc
P
_ Áp suất cháy;
7
− Bề mặt trao đổi nhiệt với môi chất công tác







+
−
+=
ϕ
ε
π
π
S
S
D
D
F

x
ϕ
γϕ

− Các thông số đặc trưng cho chu trình công tác
+ Áp suất chỉ thị trung bình

s
i
i
V
L
P= (MPa);
+ Công suất chỉ thị

60
nzPiV
N
is
i
=
(kW);
+ Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

iss
ns
i
PTLR
P
g

P
=η ;
+ Công suất có ích của động cơ

mie
NN
η
=
;
+ Suất tiêu hao nhiên liệu có ích

m
i
e
g
g
η
=;
+ Hiệu suất có ích của động cơ

mie
η
η
η
=
;
+ Suất tiêu hao nhiên liệu trong một giờ

eeh
NgB

LOCATE 5, 28:
PRINT " Chuong trinh dung de xac dinh nhiet do trung binh vach xi lanh"
PRINT " dong co trong mot chu trinh. Chuong trinh tinh duoc thuc hien
bang "
PRINT " phuong phap gan dung dong thoi thay doi nhiet do ban dau cua
vach "
PRINT " cho den khi pha vo can bang Qw va Qw1 (Qw-nhiet luong vach
truyen "
PRINT " cho nuoc lam mat, Qw1-nhiet luong truyen tu khi den vach xi
lanh) "
PRINT " Chu trinh cong tac duoc tinh bang phuong phap vi be"
PRINT
PRINT " De in do thi chi thi va so lieu ban dau su dung phim Print"
PRINT
'PRINT " Chuong trinh duoc thuc hien tai Truong Dai hoc Duong thuy
MOXCOVA"
9
LOCATE 25: PRINT " De tiep tuc an phim bat ky";
GOSUB 101
'GOTO 10

'10 SCREEN 0: WIDTH 40: COLOR 10, 5, 4: CLS
'LOCATE 8, 3: PRINT " Vao so lieu va bat dau tinh [v]"
'LOCATE 9, 3: PRINT " Thoat khoi chuong trinh -[R]";
''GOSUB 100
'IF k$ = "V" OR k$ = "v" GOTO vvod
'IF k$ = "R " OR k$ = "r" THEN 101

'BEEP: GOTO menu1:
'menu1:

INPUT " Duong kinh xi lanh, m ", d
d = .135
INPUT " Hanh trinh piston, m ", s
s = .17
INPUT " So xi lanh ", i
i = 6
INPUT " Suat tieu hao nhien lieu gio, kg/h ", b
b = 73
INPUT " Goc phun som, do TK ", fps
fps = 10
INPUT " Nhiet do trung binh thanh xi lanh, do ", tc
tc = 380
INPUT " Nhiet do trung binh nuoc lam mat, do ", tnc
tnc = 320
INPUT " Do am khong khi, % ", doamf
doamf = 80
INPUT " Ham luong am, kghoinuoc/kgkkkho ", d1
d1 = .025
INPUT " He so chay ", m
m = .2
CLS
'**********
20
bc = b / N / 30 / 6
fp = (360 - fps)'goc bat dau chay nhien lieu so voi DCT
dfi = df / 57.3
zet1 = zet
fkon = 500

'SCREEN 8: WINDOW: VIEW (50, 30)-(590, 170), , 3

pk = P0 * pik
Rkk = .287' J/kg
Ts = Tk - dTlm:
ps = pk - dPlm:
ros = ps * 1000 / (Rkk * Ts * 1000000)
hstd = .6
'pa = ps - (Cw ^ 2 * 100000) / (576 * hstd * Ts):
'pas = pa / ps
Pa = 130000
Tr = 750: Pr = 128000
gamar = (Ts + 5) * Pr / (Tr * (e * Pa - Pr))' he so khi sot
Ta = (Ts + 5 + gamar * Tr) / (1 + gamar)
roa = Pa / (Rkk * Ta * 1000000)'kg/m^3
etan = e * roa / ((e - 1) * ros * (1 + gamar))'he so nap
L0 = 28.97 * (Cc / 12 + Hh / 4 - Oo / 32) / .21
12
ma = Pa * va / r / Ta
alfa = ma / (L0 * bc * (1 + gamar))
alf = alfa / (1 + 1.61 * d1)
bta = 1 + (.0639 / (alf * (1 + gamar)))'he so thay doi phan tu chat khi
V = va: p = Pa: mg = ma: tempwork = Ta: tzmax = Ta: pzmax = Pa
ptmax = 0: pjmax = 0
k4 = 1 / (1 / 2500 + zet1 / 67.5)
qw = (fo + pi * d * s / 2) * k4 * (tc - tnc) * 60 / N
cv = 28.97 * (21.81 + .003853 * tempwork)' nhiet dung rieng cua khi xa
fs = 180: fv = 540: f = fs
567 fi = f / 57.3: f = f + df

dV = s / 2 * (SIN(fi) + lam / 2 * SIN(2 * fi)) * dd * dfi
V = V + dV

'Tinh cho 6l350
kem = ((f - fp + yi) / fz1) ^ (m + 1)'
ke1m = ((f - fp + yi) / fz1) ^ m'
x3 = x2'
x2 = 6.908 * (m + 1) / fz1 * ke1m * EXP(-6.908 * kem) '
dx = .5 * df * (x3 + x2)'

m0 = 1
kem0 = ((f - fp + yi) / fz1) ^ (m0 + 1)
ke1m0 = ((f - fp + yi) / fz1) ^ m0'
x0 = 6.908 * (m1 + 1) / fz1 * ke1m0 * EXP(-6.908 * kem0)

m1 = .5
kem1 = ((f - fp + yi) / fz1) ^ (m1 + 1)
ke1m1 = ((f - fp + yi) / fz1) ^ m1'
x4 = 6.908 * (m1 + 1) / fz1 * ke1m1 * EXP(-6.908 * kem1)

m2 = .3
kem2 = ((f - fp + yi) / fz1) ^ (m2 + 1)
ke1m2 = ((f - fp + yi) / fz1) ^ m2'
x5 = 6.908 * (m2 + 1) / fz1 * ke1m2 * EXP(-6.908 * kem2) IF f > fkon THEN 6
dqx = (bc * qn * dx)''

IF f < fp OR f > fkon + fvp THEN 300

dm = ma * (bta - 1) * dx


'agd = 2.1 * 1.163 * (CM) ^ .333 * SQR((p / 100000) * tempwork) * (pk /
100000) ^ .25

' Cong thuc Cemenov dung cho dong co hai ki va bon ki
ag = 1.12 * SQR(CM) * (p / 1000000) ^ .333 * tempwork ^ .75 / d ^ .25

'Cong thuc Pflaum doi voi dong co co buong chay phan cach va tang ap
'f(pk)=2.3*pk^.25 doi voinap xi lanh va piston; f(pk)=.8*pk^.666 doi voi xi
lanh
'ag5 = .8 * 1.163 * (pk / 100000) ^ .666 * SQR((p / 100000) * tempwork) *
(6.2 - 5.2 / (5.7 ^ ((.1 * CM) ^ 2)) + .025 * CM)

'Cong thuc Pflaum doi voi dong co co buong chay truoc
'ag6 = 1.163 * (.36 + .12 * (pk - P0) / P0) * SQR((p / 1000000) * tempwork)
* (3 + 2.57 * (1 - EXP(1.5 - .416 * CM)))

15
'ag3 = 7.8 * (CM) ^ .333 * SQR((P / 1000000) * tempwork)

'ag3 = 13.95 * (CM) ^ .333 * SQR((P / 1000000) * tempwork) * (pk /
1000000) ^ .25

P1 = p
U = mg * cv1 * tempwork
p = (dqx + U - .5 * P1 * dV - dQw) / (cv * V / r + .5 * dV)
dl = .5 * (P1 + p) * dV
L = L + dl
PJ = -4 * (120 + 30) * .225 * w * w * (COS(fi) + lam * COS(2 * fi)) / (pi * d
^ 2)
Pt = PJ + p

qw1 = qw1 + dQw
ag11 = ag11 + ag
tg = (tg + tempwork * ag)

SCREEN 8: WINDOW: VIEW (50, 40)-(350, 160), , 0
'IF P = pzmax THEN LOCATE 8, 50: PRINT "f "; f; "do"
FOR i = 50 TO 350 STEP 50
LINE (-50 + i, 0)-(-50 + i, 170), 8
NEXT
FOR i = 0 TO 120 STEP 30
LINE (0, 0 + i)-(540, 0 + i), 8
NEXT

WINDOW (170, 0)-(530, 8000000): PSET (f, p), 12
'WINDOW (180, -80000)-(540, 80000): PSET (f, L), 3
'WINDOW (180, -1000000)-(540, 8000000): PSET (f, PJ), 6
'WINDOW (180, 0)-(540, 9000000): PSET (f, Pi1), 4
WINDOW (180, 0)-(540, 2500): PSET (f, tempwork), 5
WINDOW (180, 0)-(540, 2400): PSET (f, ag), 3
'WINDOW (180, 0)-(540, 2400): PSET (f, ag1), 7
'WINDOW (180, 0)-(540, 2400): PSET (f, ag2), 6
'WINDOW (180, 0)-(540, 2400): PSET (f, ag3), 4
'WINDOW (180, 0)-(540, 2400): PSET (f, ag4), 8
'WINDOW (180, 0)-(540, 2400): PSET (f, ag5), 9
'WINDOW (180, 0)-(540, 2400): PSET (f, ag6), 10
'WINDOW (180, 0)-(540, 3000): PSET (f, ag8), 11
'WINDOW (180, 0)-(540, .04): PSET (f, x0), 2
WINDOW (180, 0)-(540, .04): PSET (f, x2), 4
'WINDOW (180, 0)-(540, .04): PSET (f, x4), 3
'WINDOW (180, 0)-(540, .04): PSET (f, x5), 5

75 tc = tc - 5

77 LOCATE 2, 3: COLOR 2
'PRINT " Nhiet truyen cho nuoc Qw "; qw; " kJ "
'LOCATE 2, 45: PRINT " Nhiet do thanh xi lanh Tc"; tc; "K"
'LOCATE 3, 3: PRINT "Nhiet luong khi truyen cho xi lanh Qw1 "; qw1; " kJ"
'LOCATE 8, 50: PRINT "agmax "; agmax; " kW/(m^2K)" '"Tzmax"; tzmax; "
K"
'LOCATE 9, 50: PRINT "ag1max"; ag1max; " kW/(m^2K)"
'LOCATE 10, 50: PRINT "ag2max"; ag2max; " kW/(m^2K)" '"pzmax ";
pzmax; " Pa"
'LOCATE 10, 50: PRINT "ag2max"; ag2max; " kW/(m^2K)" '"pjmax ";
pjmax; " Pa"
'LOCATE 11, 50: PRINT "ag3max"; ag3max; " kW/(m^2K)" '"ptmax ";
ptmax; " Pa"
'LOCATE 12, 50: PRINT "ag4max"; ag4max; " kW/(m^2K)"
18
'LOCATE 13, 50: PRINT "ag5max"; ag5max; " kW/(m^2K)" '"pzmax ";
pzmax; " Pa"
'LOCATE 14, 50: PRINT "ag6max"; ag6max; " kW/(m^2K)" '"pjmax ";
pjmax; " Pa"
'LOCATE 15, 50: PRINT "ag8max"; ag8max; " kW/(m^2K)" '"ptmax ";
ptmax; " Pa"
'LOCATE 13, 50: PRINT USING "(dx0/dfi)max = #.######"; x0max
'LOCATE 14, 50: PRINT USING "(dx2/dfi)max = #.######"; x2max
'LOCATE 15, 50: PRINT USING "(dx4/dfi)max = #.######"; x4max;
'LOCATE 16, 50: PRINT USING "(dx5/dfi)max = #.######"; x5max;
'LOCATE 15, 50: PRINT USING "(dx22/dfi)max = #.######"; x22max;
'LOCATE 16, 50: PRINT USING "(dx21/dfi)max = #.######"; x21max;


LOCATE 22, 50: PRINT USING "dtP = ##.### MPa"; dtP / 1000000
'LOCATE 12, 50: PRINT "ptt "; ptt; " Pa"
LOCATE 23, 3
PRINT USING " Ap suat chi thi trung binh #.###"; pi1 / 10 ^ 6;
: PRINT USING " MPa Hieu suat chi thi #.###"; etai

L = 0: qw1 = 0: ag = 0:

'GOTO 845

IF f = fv THEN END

'BEEP: GOTO menu:
'*********
40
Pa = 130000: tc0 = 360: N = 1200: d = .135: s = .17: fps = 10: b = 73: i = 6
doamf = 80: d1 = .035
'tc0 = 380: N = 750: d = .16: s = .225: fps = 26: b = 23.65:
'tc0 = 380: N = 375: d = .35: s = .5: fps = 17: b = 160:
zet = .01: ' GOTO first:
Ta = 300' Nhiet do moi chat dau qua trinh nen K
lam = .25' Ty so lam da
tnc = 380 '338 nhiet do trung binh cua nuoc lam mat
tc = 450 ' nhiet do trung binh cua thanh xi lanh
pi = 3.14159
'qn = 41900000' Nhiet tri thap cua nhien lieu , j
r = 287' Hang so khi
k = 1.37
df = .5' Buoc tinh toan , do t.k.
e = 13'12.5 Ty so nen

INPUT " Che do "; y
'1280
IF y = 1 THEN 111
IF y = 20 THEN 112
IF y = 3 THEN 113
111 : CLS
LOCATE 4, 12: PRINT " SO LIEU BAN DAU DE TINH: "
PRINT " Ap suat dau qua trinh nen , Pa ", Pa
PRINT " Nhiet do dau qua trinh nen , K ", Ta
PRINT " Ty so nen ", e
PRINT " Ty so lam da ", lam
PRINT " Vong quay truc khuyu, v/ph ", N
PRINT " Duong kinh xi lanh, m ", d
PRINT " Hanh trinh piston, m ", s
PRINT " So xi lanh ", i
PRINT " Suat tieu hao nhien lieu gio, kg/h ", b
21
bc = b / N / 30 / i
PRINT " Luong nhien lieu cap cho chu trinh, kg/cht "; bc
PRINT " He so chay ", m
PRINT " Goc bat dau chay nhien lieu, do TK ", fps
PRINT " Thoi gian chay , do TK ", fz
PRINT " Buoc tinh , do TK ", df
INPUT " Che do "; y
112 : CLS
LOCATE 4, 12: PRINT " Ket qua tinh toan "
PRINT " Nhiet do trung binh thanh xi lanh, K ", tc;
PRINT " Nhiet do cuc dai cua chu trinh Tmax, K "; tzmax; '", goc "; ftmax
PRINT " Ap suat cuc dai cua chu trinh Pzmax, MPa"; pzmax / 1E+07; ' ",goc
"; fpmax


i
η
= 0,34
− Áp suất có ích trung bình

c
P = 1,8142 (MPa);
− Hiệu suất cơ giới

m
η
= 0,9152
22
− Công suất có ích của động cơ

e
N
= 264,86 (kW);
− Suất tiêu hao nhiên liệu có ích

e
g = 0,2756 (kg/kWh);
− Hiệu suất có ích của động cơ

e
η
= 0,3108
− Suất tiêu hao nhiên liệu trong một giờ


− Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap và van trượt: thưòng sử dụng cho
động cơ hai kì nạp qua cửa và thải bằng xupap, khi đó piston làm nhiệm vụ van
trượt.
− Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap: Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap
được sử dụng rộng rãi hơn vì cơ cấu này đơn giản, đảm bảo tính an toàn, tin cậy
trong quá trình làm việc. Cơ cấu này gồm có: Trục phân phối khí, hệ thống
truyền động cho nó, con đội, thanh đẩy, đòn gánh, các xupap nạp, xả và đế
xupap.
− Cơ cấu phân phối khí phải đảm bảo các yêu cầu :
+ Có cường độ chịu lực tốt.
+ Đóng mở đúng thời gian quy định.
+ Độ mở lớn và tại chỗ thay đổi tiết diện phải có góc lượn lớn để
giảm sức cản cho dòng khí và để dòng khí dễ lưu động.
+ Kết cấu xupap phải đảm bảo thoát nhiệt tốt.
+ Cần đảm bảo các lực tác dụng lên xupap trùng với đường tâm
xupap để tránh làm cong đuôi xupap.
+ Ít mòn và độ ồn bé.
+ Dễ chế tao, dễ điều chỉnh, dễ sửa chữa và giá thành rẻ.
2.1.2. Lựa chọn hệ thống trao đổi khí
Chọn hệ thống trao đổi khí kiểu xupap
1- Phân loại hệ thống trao đổi khí kiểu xupap
Với động cơ đốt trong kiểu piston trao đổi khí bằng xupap có hai phương
án bố trí xupap là: xupap đặt và xupap treo.
− Phương án bố trí xupap đặt chỉ dùng cho động cơ có tỉ số nén thấp
Nhược điểm:
+ Kết cấu buồng cháy không gọn nên nhiệt lượng tổn thất lớn làm
giảm hiệu suất
25

+ Việc tăng tỉ số nén rất khó khăn nên ít được sử dụng.
26

2b. Loại ba xupap
Mỗi nắp xilanh có ba xupap.

Hình 2.2. Bố trí ba xupap trên nắp xilanh
Hình a: Một xupap nạp có đường kính tương đối lớn, hai xupap thải có
đư kính bé hơn.
Hình b: Hai xupap nạp, một xupap xả có đường kính lớn hơn.
So với bốn loại xupap thì loại này không có ưu điểm gì đặc biệt và cấu
tạo cũng không đơn giản nên ít dùng.
2c. Loại bốn xupap
Dùng trong động cơ cao tốc, công suất lớn trong đó có hai xupap nạp và
hai xupap xả.

Hình 2.3. Bố trí bốn xupap trên nắp xilanh