Tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát, bôi trơn động cơ IFA W50

N

Lời Nói Đầu
ăm 1998 bớc vào cổng trờng Đại Học Bách Khoa HN đầy sung sớng và
bỡ ngỡ, em không chắc chắn là mình sẽ học ngành gì mặc dù nguyện
vọng số một là khoa Điện. Năm 2000 em đợc phân về ngành Động Cơ

Đốt Trong khoa Cơ Khí, em không đợc vui lắm. Có lẽ là số mệnh đã đa em đến với
ngành Động Cơ Đốt Trong. Bây giờ thì nó đã gắn chặt với em và sẽ theo em suốt
cuộc đời. Trong quá trình học tập ở bộ môn buồn có vui có, thi lại có học lại cũng
có, song hơn tất cả bộ môn đã để lại cho em những ấn tợng khó phai về tinh thần
trách nhiệm của các thầy giáo cô giáo đối với sinh viên. Thời gian trôi đi thật
nhanh 5 năm đại học tức 17 năm đèn sách sắp hết. Cũng nh bao sinh viên khác em
bớc vào năm cuối với nhiều vội vã. Sau khi tham quan và thực tập tại: nhà máy lắp
ráp ô tô TOYOTA Việt Nam, trạm kiểm định 3-2, nhà máy DIESEL Sông Công,
em đợc nhận đồ án tốt nghiệp với đề tài: Tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm
mát, bôi trơn động cơ xe IFA W50 và đợc thầy Trần văn Tế và cô Trần thị thu Hơng hớng dẫn. Nếu nh trong quá trình học tập tại trờng giúp cho sinh viên tích luỹ
kiến thức thì đồ án tốt nghiệp đóng vai trò tổng hợp các kiến thức đó. Sau gần 15
tuần với những kiến thức nhà trờng trang bị em đã hoàn thành bản đồ án đúng thời
gian quy định. Mặc dù em đã có nhiều cố gắng nhng do trình độ và thời gian có
hạn nên chắc chắn trong bản đồ án của em còn nhiều thiếu sót. Em rất mong đợc
sự giúp đỡ chỉ bảo thêm của các thầy để bản đồ án của em thêm hoàn thiện. Giúp
cho em có thêm đợc nhiều kiến thức cho công việc sau này. Để hoàn thiện bản đồ
án này ngoài nỗ lực của bản thân em còn đợc sự giúp đỡ rất tận tình của thầy giáo
hớng dẫn và các thầy giáo cô giáo trong Bộ Môn. Nếu không có sự hớng dẫn này
em khó có thể hoàn thành bản đồ án trong thời gian quy định. Em xin chân thành
cảm ơn các thầy giáo cô giáo trong Bộ Môn đặc biệt là thầy giáo có trình độ và
kinh nghiệm nhiều nhất Bộ Môn hiện nay PGS.TS Trần Văn Tế .


hợp với điều kiện của Việt Nam. Một phần đóng góp cho những u điểm của loại xe
này chính là nguồn động lực của xe. Đó chính là động cơ 4VD14,5/12-SRW là
Nguyễn mạnh Hùng Lớp Động Cơ K43

2


Tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát, bôi trơn động cơ IFA W50

động cơ diesel 4 kỳ, không tăng áp, 4 xi lanh lắp trên một hàng. Em xin đợc nêu ra
một vài thông số của động cơ này nh sau:
+) Công suất: 125 mã lực
+) Dung tích: 6560 ml
+) Suất tiêu hao nhiên liệu: 175 g/ml.h
+) Số vòng quay động cơ: 2300 vòng/phút
+) Cơ cấu phối khí: dùng xupáp treo, một nạp một thải điều khiển bởi cơ cấu cò
mổ, dẫn động trục cam qua một bánh răng trung gian.
+) Hệ thống làm mát: kiểu làm mát bằng nớc một vòng tuần hoàn kín, bơm nớc
dùng bơm ly tâm, quạt gió đợc điều khiển bởi khớp điện từ cho phép điều khiển
quạt gió theo nhiệt độ của nớc làm mát ra khỏi động cơ. Ngoài ra hệ thống làm
mát này còn làm mát cho cả dầu bôi trơn thông qua bộ trao đổi nhiệt đó là két làm
mát dầu.
+) Hệ thống bôi trơn: Hệ thống bôi trơn ở động cơ này là hệ thống bôi trơn các te ớt, dầu đợc lu động bởi 1 bơm bánh răng ăn khớp ngoài, dầu đợc đa đến các cổ
trục, cổ chốt rồi theo thân thanh truyền đi bôi trơn chốt piston và làm mát đỉnh
piston. Hệ thống bôi trơn trên động cơ này dùng bộ lọc dầu liên hợp, là sự kết hợp
của lọc ly tâm và lọc thấm.
+) Hệ thống khởi động : Động cơ dùng máy khởi động điện có công suất 2,9 KW,
kiểu 8203 101/3. Khi khởi động thì bánh răng của trục máy khởi động ăn khớp với
vành răng của bánh đà, làm quay trục khuỷu tạo mô men khởi động động cơ.
+) Hệ thống nhiên liệu : Hệ thống nhiên liệu của động cơ này sử dụng bơm cao áp

pa = (0,8 ữ 0,9)p0 chọn pa = 0,09.p0=0,09 (Mpa)

2.1.3. áp suất và nhiệt độ khí sót.
pr= (1,05 ữ 1,2).p0 chọn pr = 0,105.p0 =0,105 (MPa)
Tr = (700 ữ 900) K chọn Tr= 750 K

2.1.4. Độ tăng nhiệt độ do sấy nóng khí nạp mới.
Với động cơ diesel, 4 kỳ không tăng áp.
T = 20 ữ 40, chọn T = 30 K

2.1.5. Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt.
Nguyễn mạnh Hùng Lớp Động Cơ K43

4


Tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát, bôi trơn động cơ IFA W50

Với động cơ diesel 4 kì, không tăng áp
Ta chọn t = 1,11

2.1.6.Hệ số quét buồng cháy.
Với động cơ không tăng áp
Ta chọn 2 = 1

2.1.7. Hệ số nạp thêm.
Chủ yếu phụ thuộc vào pha phối khí, động cơ này có góc trùng điệp nhỏ.
1 = 1,02 ữ 1,07 chọn 1 = 1,02

2.1.8. Hệ số lợi dụng nhiệt tại z và b.

2 ( T0 + T ) p r
. .
Tr
pa

1
p
.1 t .1 . r
pa

1
m

m = 1,5 là chỉ số giãn nở đa biến của khí sót.

r =

1( 297 + 20) 0,105
.
.
750
0,9

1
1

0,105 1, 5
20.1,02 1,11.1.

0,09



Tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát, bôi trơn động cơ IFA W50

2.2.3. Hệ số nạp.
Hệ số nạp của động cơ đợc xác định theo công thức sau:
1


m
pr
T0
pa
1
v =
.
. . .1 t .2 .
1 T0 + T pk
pa



1


1, 5
1
297 0,09
0,105
v =

4

(dm3)

Thay Vh vào biểu thức pe ta đợc:
pe =

0,7355.125.30.4
= 0,731
4.1,6391.2300

(MPa ) thay vào (*) ta đợc

430.10 3.0,1.0,85
M1 = 180
= 0,691 (kmol/kgnl)
.0.731.297
0.7355
Nguyễn mạnh Hùng Lớp Động Cơ K43

7


Tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát, bôi trơn động cơ IFA W50

2.2.5. Lợng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu:
1 C H O
. + (kmol/kgnl)
0,21 12 4 32


+ 427,86 +
.10 T

2


= 19,876 +

1,634 1
187,36 5
+ 427,86 +
.10 T
1,397 2
1,397

''

mcv = 21,0456 + 0,002809.T

2.3.3. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí hỗn hợp công tác.
mc v + r .mcv
mcv =
1+ r

''

'

Nguyễn mạnh Hùng Lớp Động Cơ K43


Thay các giá trị đã biết vào phơng trình
Giải phơng trình bằng phơng pháp mò nghiệm, thử chọn với n1 = 1,369
Ta đợc :
1,369 1 =

8,314
19,84 + 0,00211.330.(181, 3691 + 1)

0,369 = 0,36931 với sai số nh vậy thì n1 là chấp nhận đợc
Vậy n1= 1,369

2.3.5. áp suất cuối quá trình nén.
pc = pa . n1 = 0,09.181,369 - 1 = 4,707 (MPa)

2.3.6. Nhiệt độ cuối quá trình nén.
Tc = Ta.n1 = 330.181,369 - 1 = 959 K

2.3.7. Lợng môi chất công tác của quá trình nén.
Mc = M1 + Mr = M1(1+r)
Mc = 0,691(1+0,029) = 0,712 (kmol/kgnl)

Nguyễn mạnh Hùng Lớp Động Cơ K43

9


TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm hÖ thèng lµm m¸t, b«i tr¬n ®éng c¬ IFA W50

2.4. Qu¸ tr×nh ch¸y.
2.4.1. HÖ sè thay ®æi ph©n tö lý thuyÕt.

ξ

β0 −1
.x z
1+ γ r

0,83

z
χz = ξ = 0,9 = 0,92
b

⇒ βz =1+

1,046 − 1 0,83
.
1 + 0,023 0,9

βz = 1,04

NguyÔn m¹nh Hïng Líp §éng C¬ K43

10


Tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát, bôi trơn động cơ IFA W50

2.4.4. Nhiệt độ tại z.
Đối với động cơ diesel, tính nhiệt độ Tz bằng cách giải phơng trình sau:


=


0 . x z + r + (1 x z )
0


0,029
) + (1 0,92).(19,806 + 0,00209.T )
1,046
0,029
1,046.(0,92 +
) + (1 0,92)
1,046

1,046.(20,456 + 0,002809.T ).(0,92 +
=

=20,948 + 0,002756.T
=> mc pz " = mcvz " + 8,314 =
''

mc pz = 29,262 + 0,002756.T
Thay tất cả vào (**) ta đợc:

Nguyễn mạnh Hùng Lớp Động Cơ K43

11



1,54

2.5. Quá trình giãn nở.
2.5.1. Chỉ số giãn nở đa biến trung bình.
n2 1 =

( ).Q
.(1 + ). .( T
b

M1

z

r

8,314
''

H
z

Tb )

+ avz

''

b
(***)


z ).QH
b
''
+ avz + vz ( Tz + Tb )
M 1 .(1 + r ). .( Tz Tb )
2
''

b

( 0,9 0,83).42,5.10

8,314

1


+ 20,948 + 0,002756.22561 +

1, 2421
1


11,698

0,691.(1 + 0,029 ).1,045.2256.1

1, 2421
11


2.5.4. Kiểm tra nhiệt độ khí sót.
Tr(tính) = Tb . p r
pb

Kiểm tra : Tr =

Tr =

m 1
m

= 1244. 0,105
0,353

1, 51
1, 5

= 830 K

Tr Tr (chon)
.100 %
min Tr

830 750
.100 0 0 = 10,6% < 15%
750

Vậy Tr chọn nh ở trên là đúng.
Nguyễn mạnh Hùng Lớp Động Cơ K43

1


pi =
.1,59(1,54 1) +

.
1

1



18 1
1,242 1 11,6981, 2421 1,369 1 181, 3691
'

pi= 1.002 (MPa)

2.6.2. áp suất trung bình chỉ thị thực tế.
pi = pi .i Chọn I= 0,97
pi = 1,002 . 0,97 = 0,9719 MPa

2.6.3. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị .
gi =

432.10 3. po . v
432.10 3.0,1.0,85
=
= 184,089 g / kwh

ge = gi/m = 184,089/ 0,751 = 245,125 (g/kw.h)

2.6.9 Hiệu suất có ích:
e = i . m = 0,46.0,751 = 0,345

2.6.10 Kiểm nghiệm đờng kính xylanh:
Vh =

30 .N e 30.4.125.0,7355
=
= 1.6425 (dm3)
Pe .i.n
0,7299.4.2300

Dtính toán =

4 Vh
4 1.6425
. =
.
=1,20083 dm = 120,083 mm
S
3,14 1,45

D = 120,083 -120 = 0,083 mm < 0,1mm ( thoả mãn )

Nguyễn mạnh Hùng Lớp Động Cơ K43

15


vx

n1


v
= pc. c

iv c

* Quá trình giãn nở:





n1

px = pc.

pvn2= const

1
i n1

pxvxn2 = pzvzn2
vz

n2



Thực

Biểudiễn

in

0,0965

14,4

1

4,707

151,4

1

0,1486

22,2

1,81

2,606

83,8

0,193

Biểudiễn

1,71

7,484

240,64

58,6

2,37

5,409

173,92

1,046

33,6

3,91

3,269

105,11

6,671

0,706


13,0

9,26

1,38

44,37

0,6755

100,7

14,353

0,328

10,6

11,21

1,141

36,69

0,772

115,1

17,232


23,388

0,201

6,5

17,46

0,733

23,57

1,0615

158,7

26,648

0,177

5,7

19,65

0,651

20,93

1,158


1,351

201,4

37,072

0,127

4,1

26,515

0,483

15,53

1,4475

215,7

40,744

0,112

3,6

28,88

0,443


0,379

12,19

1,737

258,9

52,296

0,09

2,9

36,228

0,353

11,35

3.2 Vẽ và hiệu đính đồ thị công:
3.2.1 Vẽ:
Dựa vào bảng đã lập ta vẽ đờng nén và đờng giãn nở, vẽ tiếp đờng biểu diễn
quá trình nạp và quá trình thải lý thuyết bằng hai đờng song song với trục hoành,
đi qua hai điểm pa và pr. Sau khi vẽ song ta phải hiệu đính để có đồ thị công chỉ thị,
các bớc hiệu đính nh sau:
Chọn àp = 0,0311(Mpa/mm),
Nguyễn mạnh Hùng Lớp Động Cơ K43

17


Nguyễn mạnh Hùng Lớp Động Cơ K43

18


Tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát, bôi trơn động cơ IFA W50

3.2.2 Hiệu đính các điểm trên đồ thị:
1. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp:
Từ O của đồ thị brick xác định góc đóng muộn 2 = 80 của xu páp thải, bán
kính này cắt brick ở a từ d dóng đờng song song với tung độ cắt đờng pa ở d nối
điểm r trên đờng thải. Ta có đờng chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp.
2. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén (điểm c):
Cũng từ O của đồ thị Brick xác định góc phun sớm s =240 bán kính này cắt
Brick tại c, từ cgióng đờng song song với tung độ cắt đờng nén tại điểm c . Từ
1
3

cz lấy c sao cho cc = cz ' .
3. Hiệu đính điểm đạt điểm pmax thực tế :
2
3

Trên đoạn zz lấy điểm z sao cho z ' z '' = z ' z . Dùng thớc cong nối z và c và
tiếp tuyến với đờng zb ta có đờng chuyển tiếp từ quá trình nén sang quá trình giãn
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 pb thờng thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xu

+ Phía trên đồ thị công ta vẽ nửa vòng tròn tâm 0 có đờng kính là S/às sau đó lấy
về phía ĐCD một khoảng;
OO = R/2às =

0,2607.145
= 14,98 (mm)
2.2.0,631

+ LấyO làm tâm chia độ và đánh dấu trên đờng tròn ấy các điểm chia độ
+ Gióng các điểm chia độ trên đờng tròn đó xuống đồ thị x=f() và trên trục
gióng các tia nằm ngang tơng ứng, nối các điểm đó lại ta đợc đờng.
x = f()
2. Vẽ đờng biểu diễn vận tốc piston v=f(x):
Sẽ vẽ lên trên cùng hệ toạ độ của x và
- Vẽ đờng v=f(x):

Nguyễn mạnh Hùng Lớp Động Cơ K43

20


Tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát, bôi trơn động cơ IFA W50

Vẽ ở phía dới đồ thị v=f(x) nửa vòng tròn tâm là O, bán kính của nó bằng
S/2àx àv = S/ 2àx. Lấy O làm tâm vẽ vòng tròn bán kính bằng r /2àv. Chia cả
vòng tròn và nửa vòng tròn ra n phần bằng nhau (18 phần), đánh số các điểm chia
trên hai vòng tròn theo chiều ngợc nhau từ 1ữ18. Từ các điểm chia trên vòng tròn
lớn ta kẻ các tia thẳng đứng, từ các điểm chia trên vòng tròn nhỏ ta kẻ các tia nằm
ngang giao điểm của các tia tơng ứng đợc đánh số I, II, III ...XIIX .Nối các điểm
đó lại ta đợc đờng cong biểu thị v=f().


- Tính jmin=- R2(1-)
2

.2300 72,5
jmin = 0,0725
1

278
30

Nguyễn mạnh Hùng Lớp Động Cơ K43

21


Tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát, bôi trơn động cơ IFA W50

jmin= -3108,98 (m/s2 )
đoạn biểu diễn BC =

j min 3108,98
=
= 70,4 (mm)
àj
44,189

- Nối A với C cắt trục hoành tại E lấy
2


Trong đó :
mnp
mnp= Fd

=

3,35
= 296,2 kg
( 2)
3,14.0,12 2
m
4

Nguyễn mạnh Hùng Lớp Động Cơ K43

22


Tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát, bôi trơn động cơ IFA W50

m1 =

0,275

mtt 0,275.4,42
=
= 107,47 kg
( 2)
3,14.0,12 2
Fd

278
-PjEF = 3mR2..10-6
3,14 2.2300 2 72,5 6
).
.10 = 1,2394
-PjEF = 3.0,0725.376,67.(
30 2
278
Chọn àPj = 0,0311

MPa
mm

Biểu diễn đồ thị Pj trên đồ thị công theo phơng pháp Tô Lê
OA'=

1,997
= 64,2 (mm)
0,0311

B'C'=

1,171
= 37,7
0,0311

(mm)

1,2394
= 39,8

Pj(MPa)

P(MPa)

Pkt(mm)

Pj(mm)

P(mm)

0

0.0311

-1.996

-1.965

1

-64.2

-63.2

10

-0.0311

-1.959


-42

-60
-52
-43

50

-0.0311

-0.964

-0.995

-1

-31

-32

60

-0.0311

-0.544

-0.575

-1



-0.0311
-0.0311
-0.0311
-0.0311
-0.0311

0.404
0.653
0.84
0.980
1.088

0.373
0.622
0.809
0.949
1.057

-1
-1
-1
-1
-1

13
21
27
31.5
35


37.5

36.5

160
170

-0.0311
-0.0311

1.207
1.176

1.176
1.145

-1
-1

37.9
37.8

36.9
36.8

180

-0.0311


1.163

-0.35

37.9

37.4

210

-0.016

1.166

1.157

-0.5

37.5

37

220

-0.013

1.151

1.151


0.980

0.979

0

31.5

31.5

250
260
270

0.012
0.0311
0.047

0.84
0.653
0.404

0.855
0.684
0.451

0.5
1
1.5


4

-7

-3

300

0.233

-0.544

0.342

7.5

-18.5

-11

310

0.327

-0.964

0.638

10.5


-1.959
-1.996

0.684
0.653
2.084
3.763

29
70
130
185

-51
-59
-63
-64.2

-22
21
67
121

370

7.339

-1.959

5.38


-51

82

400
410

2.628
1.788

-1.306
-0.964

1.322
0.824

84.5
57.5

-42
-31

42.5
26.5

420
430
440
450

21

22
24
26.5
31
36

470
480

0.404
0.358

0.84
0.980

1.244
1.337

13
11.5

27
31.5

40
43

490


1.166

1.446

9

37.5

46.5

520

0.249

1.207

1.431

8

37.9

46

530

0.187

1.176

0.0311
0.0311
0.0311
0.0311

1.176
1.207
1.166
1.151
1.088

1.238
1.213
1.197
1.182
1.119

2
1
1
1
1

37.8
37.9
37.5
37
35

39.8