Đồ án tốt nghiệp

SV:

Lê Tuấn Anh

Lời nói đầu

T

rong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc thì cơ khí là một
ngành quan trọng hàng đầu, trong đó chuyên ngành động cơ đốt trong là
một trong những ngành quan trọng thúc đẩy nền kinh tế phát triển.
Với vai trò là nguồn động lực chính trong lĩnh vực giao thông cho các phơng tiện vận tải nh ôtô, máy kéo, tàu thuỷ, máy bay, xe gắn máy ... và trong lĩnh
vực sản xuất khác nên cũng có thể nói nó là nguồn động lực phát triển nền kinh
tế của mỗi quốc gia. Chính vì vậy ngời đợc đào tạo trong lĩnh vực này đòi hỏi
phải nắm đợc tầm quan trọng của mình, đồng thời phải có ý thức học tập
nghiêm túc, phải trang bị cho mình nững kiến thức cơ bản của chuyên ngành để
sẵn sàng hoàn thành nhiệm vụ đợc giao. Hiện nay trình độ kỹ thuật và công
nghệ ngày một phát triển với tốc độ rất cao lại càng đòi hỏi trách nhiệm của ngời kỹ s phải luôn nắm bắt, tiếp cận từ lý thuyết đến thực tế nhằm tính toán, kiểm
nghiệm đợc các cơ cấu hệ thống của các loại động cơ, từ đó đánh giá chính xác
chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế và hiệu quả sử dụng của mỗi loại, tìm ra đợc những u
khuyết điểm và có thể tìm ra những biện pháp xử lý hoặc cải tiến cho hoàn thiện
hơn.
Với đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân khối khí của động
cơ Zil-130". Sau 16 tuần nỗ lực làm việc, nghiên cứu nghiêm túc, cùng với sự
hớng dẫn tận tình của thầy giáo Phạm Hữu Tuyến và các thầy cô trong bộ môn,
em đã hoàn thành đề tài của mình.
Mặc dù vậy, song do thời gian và trình độ có hạn nên trong quá trình hoàn
thành đồ án chắc chắn em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất
mong có đợc những ý kiến đóng góp bổ sung của các thầy cô trong bộ môn.

1Bôi trơn mặt ma sát, làm giảm công ma sát : khi bôi trơn bề
mặt ma sát dầu nhờn giữ vai trò nh một chất đệm ngăn cách hai
mặt ma sát không trc tiếp tiếp tiếp xúc với nhau.
Phân loại ma sát trợt của ổ trục :
*. Ma sát khô
( khi bề mặt ma sát không có dầu).
*. Ma sát ớt
( khi bề mặt ma sát có đủ dầu).
*.Ma sát nửa khô( khi bề mặt ma sát thiếu dầu).
*.Ma sát tới hạn ( khi bề mặt ma sát tồn tại một màng dầu
cực mỏng ).
2Làm mát ổ trục : Trong quá trình làm việc công ma sát chuyển
hành nhiệt làm nóng làm giảm độ nhớt của dầu nhờn và gây bó,
cháy ,cháy ổ trục . vì vậy lu lợng dầu đi qua ổ trục sẽ làm nhiệt
của ổ trục đi làm mát ổ trục và đảm bảo nhiệt độ làm của ổ trục.
3Tẩy rửa mặt ma sát : Trong quá trình làm việc các ma sát cọ xát
với nhau mạt rơi ra đợc dàu nhờn đa ra khỏi mặt ma sát khiến mặt
ma sát sạch.
4Bao kín các khe hở giữa pistong với xécmăng, giữa pítông với
xilanh làm giảm khả năng lọt khí.

+, Hệ thống khởi động:
Muốn khởi động đợc động cơ phải dùng năng lợng bên ngoài
quay động cơ đạt tới một tốc độ nhất định để nhiên liệu đa vào xilanh
có thể bốc cháy đợc căn cứ vào nguồn năng lợng để khởi động ta có
phơng pháp khởi động động cơ sau.
1- Khởi động bằng động cơ điện
2- Khởi động bằng động cơ xăng phụ
3- Khởi động bằng động cơ khí nén
4- Khởi động bằng động cơ thuỷ lực

là:
1Đóng mở xuppap đúng thời gian quy định.
2Độ mở lớn để dòng khí dễ lu thông
3Đóng mở xuppap phải kín.
4ít va đập tránh mòn
5Dễ dàng trong hiệu chỉnh và sửa chữa.
6Đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ
Ngày nay ngời ta thờng dùng chủ yếu làm hai loại cơ cấu phân phối khí.
1Cơ cấu phân phối khí dùng pítong làm ván trợt để đóng mở cửa
quét, cửa thải.
2Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp, dùng cửa quét và xuppap thải trên
động cơ hai kì.

tính toán chu trình công tác
của động cơ zil -130

* Các thông số của động cơ:
1. Hành trình piston:
2. Đờng kính xi lanh:
3. Số xy lanh:

S = 95mm = 0,95 dm.
D = 100mm = 1,0dm.
i=8

4. Góc mở sớm của su páp nạp:

1 = 210

5. Góc đóng muộn của su páp nạp:


Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

3


§å ¸n tèt nghiÖp

SV:

Lª TuÊn Anh

16. Thø tù lµm viÖc: 1-5-4-2-6-3-7-8.

§Ò tµi: "TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm hÖ thèng ph©n phèi khÝ ®éng c¬ Zil-130"

4


Đồ án tốt nghiệp

SV:

Lê Tuấn Anh

I. Các thông số cần chọn:

Các thông số cần chọn theo tiêu chuẩn, điều kiện môi trờng đặc điểm kết
cấu động cơ.
1. áp suất môi trờng P0:



Đồ án tốt nghiệp

SV:

Lê Tuấn Anh

Sự sai lệch giữa chu trình công tác thực tế và chu trình công tác lý thuyết.
Có thể chọn đ = 0,92 ữ 0,97; Chọn đ = 0,97.
13. Nhiệt trị thấp của nhiên liệu:
Nhiên liệu động cơ xăng có nhiệt trị thấp Q H = 4400 KJ/kgml. Xi lanh của
động cơ đợc bố trí theo 2 dãy, góc lệch giữa 2 dãy = 900. Đánh số thứ tự xi
lanh: Nhóm trái 1,2,3,4; nhóm phải 5,6,7,8.
II. Tính các thông số của động cơ:

1. Tốc độ trung bình của piston Cm:
Cm = S . n /30 = 0,095 . 3200/30 = 10,133 m/s > 6,5 m/s.
Nh vậy động cơ Zil-130 thuộc loại động cơ tốc độ cao.
2. Thể tích cộng tác của xi lanh Vh:
Vh =

.D 2 .S 3,14.12 .0,95
=
= 0,746 (dm3) lít.
4
4

3. áp suất có ích trung bình (Pe):
Pe =


Với m = (1,45 ữ 1,5) chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót, chọn m
= 1,5. Thay các số liệu vào công thức ta có:
r =

1.(297 + 3).0,115
.
980.0,08

1
1

0,15 1,5
6,5.1,05 1,13.1.

0,08

r = 0,082.
2. Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:

Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

6


Đồ án tốt nghiệp

SV:

P

v =
.
.
.1 t . z . r
1 ( T0 + T ) P0
Pa


1

m




1


1
297
0,08
0,115 1,5
v =
.
.
. 6,5.1,05 1,13.1.

6,5 1 ( 297 + 3) 0,1
0,08



6. Hệ số d lợng không khí :
M1

=

1
à nl

M0

=

1
114 = 0,96
0,512

0,499

B. Tính toán quá trình nén:

1. Tỷ nhiệt Mol đẳng tích trình bình của khí nạp mới m C v :
m C v = 19,806 + 0,00209T ( Kj / kmol /độ)

2. Tỷ nhiệt Mol đẳng tích trình bình của sản phẩm cháy m C ' ' v :
Do < 1 nên:
Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

7


độ)

4. Chỉ số nén đa biến trung bình n1:
Giả thiết quá trình nén là quá trình đoạn nhiệt:
n1 =

n1 =

8,314
a'v +

(

)

b' v
.Ta . n1 1 + 1
2

8,314
19,924 + 0,00234.352(6,5 n1 1 + 1)

Với: n1 = (1,34 ữ 1,39). Giải phơng trình bằng phơng pháp mò nghiệm;
Với n1 = 1,371 thì:
Vế trái Vế phải <=> 0,371 0,3712
Nh vậy n1 = 1,371 thoả mãn phơng trình.
5. áp suất cuối quá trình nén Pc:
Pc = Pa . n 1 = 352.6,51,3711 = 7050 K
6. Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc:
1

0 = 1+

.M 0 +

Lê Tuấn Anh

O
8 1
4
à nl

H+
1
à nl

0,145
1

4
114 = 1,064
1
0,96.0,512 +
114

0,21(1 0,96).0,512 +

2. Hệ số thay đổi thực tế :
=

0 + r 1,064 + 0,082


(*)

Với: QH = 44000 (KJ/kgnl)
Q = 120.103.(1-).Mo = 120. 103.(1- 0,96).0,512 = 2580,5(KJ/kgnl)
m C ' vc = 19,924 + 0,00234.Tc = 19,924 + 0,00234705
m C ' vc = 21,574 (KJ/kgnl)

Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

9


Đồ án tốt nghiệp

SV:

o .m.C"vc .( +
m C ' ' vc =

m C ' 'vc =

o .( +

Lê Tuấn Anh

r
) + mC v (1 )
o


D. Tính toán quá trình giãn nở:
1. Hệ số giãn nở sớm :

Đối với động cơ xăng thì = 1
2. Hệ số giãn nở sau :
=

6,5
=
= 6,5

1

3. Chỉ số giãn nở đa biến trung bình nz:
nz 1 =

8,314
( b z )(QH QH )
bvz''
''
+ avz +
(Tz + Tb )
M 1 (1 + r ). (Tz Tb )
2

nz = (1,23 ữ 1,27); Chọn nz = 1,235. Với phơng pháp mò nghiệm:
Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

10


Ta thấy: 0,235 0,23534
Vậy nz = 1,235 nh đã chọn là hợp lý.
4. áp suất cuối quá trình giãn nở Pb:
Pb =

Pz 4,164
=
= 0,413( MPa)
6,5
n2

5. Nhiệt độ khí thải:
Tb = 17270K (đã tính ở trên)
6. Kiểm tra nhiệt độ khí sót Trt:
P
Trt = Tb r
Pb

m 1
0,115
.
= 1727

0,413
m

1, 51
1, 5

Trt = 17270K; Tmin = 9800K

Pi ' =

Pc
1
1
1
.1 n2 1
.1 n1 1

1 n2 1
n1 1


Pi `' = 0,891( MPa)

2. áp suất chỉ thị trung bình thực tế Pi:
pi = đ . P'i = 0,97 . 0,891 = 0,865 (MPa)
3. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi:

Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

11


Đồ án tốt nghiệp

gi =

SV:



8. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (gc):
gc =

gi
261
=
= 325,843( g / kwh)
m 0,801

9. Hiệu suất có ích c:
c = i. m = 0,313 . 0,801 = 0,251 = 25,1 %
10. Kiểm nghiệm đờng kính xi lanh D:
Theo công thức:
D=

4Vh
4.0,746
=
= 0,99995 (dm)
.S
3,14.0,95

Nh vậy sai số 0,1 mm so với kích thớc thật của động cơ.
IV. Hiệu đính đồ thị công:

1. Các số liệu đã biết và tính đợc:
Pa = 0,08 (MPa);
Pr = 0,115 (MPA);
Pc = 1,041 (MPa);

Đồ án tốt nghiệp

SV:

Lê Tuấn Anh

2. Lập bảng tính đờng nén và đờng giãn nở theo sự biến thiên của
dung tích xi lanh công tác:
Vx = i . Vc ; i = 1 ữ tức là i = 1 ữ 6,5
a) Đờng nén: P.V n1 = const (đờng a - c)
n1

Px V

n1
x

= Pc .V

n1
c

V
V
Px = Pc . c = Pc c
Vx
i.Vc

n1


= Pz c
i.Vc





n2


= Pz .
i

n2

Vz = . Vc
Vx = i. Vc

Do = 1, vì vậy Px = Pz. 1/in2 (trong đó:

i = 1ữ6,5).

Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

13


Đồ án tốt nghiệp

SV:

3,512
0,296
3,101
1,343
3,0Vc
4,509
0,231
3,884
1,072
3,5Vc
5,571
0,187
4,698
0,886
4,0Vc
6,690
0,156
5,540
0,752
4,5Vc
7,862
0,132
6,408
0,650
5,0Vc
9,084
0,115
7,298
0,571
5,5Vc

c
c
v= l = l = 260 = 0,025 (Vc/mm)
2
2

Vẽ đờng nén, đờng giãn nở sau đó vẽ 2 đờng biểu diễn quá trình nạp, thải
lý thuyết song song với trục hoành đi qua 2 điểm Pa và Pr.
* Hiệu đính đồ thị công:
Vẽ vòng tròn Brích có:
D = S = 95mm; Tâm O.
Tỷ lệ xích của vòng trong Brích là:

àD =

95.6,5.V c
= 0,4318
260.5,5V c

Lấy về phía OO' một đoạn là:
OO' =

.R R R 47,5 2
= . =
= 6,1(mm)
2
l tt 2 185.2

Nh vậy với tỷ lệ xích: àD = 0,4318 thì đoạn OO' thể hiện trên đồ thị là:
OO'vẽ =

0,02082

áp suất cao nhất Pmax = 0,85PZ = 0,854,164 = 3,5394 (MPa) từ đồ thị
Brích xác định góc 120 dóng xuống cắt đờng 0,85 PZ ta đợc điểm Z. Dùng cung
thích hợp nối C'C''Z
+ Quá trình giãn nở trên đồ thị Brích với góc mở sớm của su páp thải B 1 =
0
57 , dóng xuống cắt đờng bz tại b''. Điểm b' kết thúc quá trình giãn nở P b' = 1/2
(Pb - Pa).
Pb' = 1/2 (0,143 - 0,08) = 0,1665 (MPa)
Dùng cung hợp lý nối b''b'; Từ b' tiếp tuyến với đờng thải lý thuyết. Đồ thị
công đợc vẽ

Hình 1: Đồ thị công

Phần II
Tính toán động học - động lực học
I. BIểu diễn các quy luật động học:

- Các đờng biểu diễn này đều vẽ thêm một hoành độ thống nhất ứng với
hành trình của piston S = 2R. Vì vậy đồ thị đều lấy hoành độ tơng ứng với Vh
của đồ thị công (từ điểm 1 Vc ữ 6,5 Vc).
1. Biểu diễn hành trình của piston x = f():
Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

15


Đồ án tốt nghiệp


Muốn chuyển đổi đồ thị trên toạ độ cực này thành đồ thị v = f(x) ta phải
chuyển toạ độ qua đồ thị Brích.
- Xác định trị số ứng với các góc 100, 200, 300 .... 1800.
- Đặt các giá trị của v này trên các tia // với trục tung nhng xuất phát từ các
góc tơng ứng trên đồ thị Brích.
- Nối các điểm mút ta có đờng v = f(x) .
* Chú ý: Điểm có vmax sẽ ứng với điểm có j = 0.
4. Đờng biểu diễn gia tốc của piston:
j = f(x)
Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

16


Đồ án tốt nghiệp

SV:

Lê Tuấn Anh

Vẽ theo phơng pháp Tô lê chọn cùng hoành độ với: x = f().
- Chọn tỷ lệ xích àj = 50 (m/s2/ mm)
Tính =

.n 3,14.3200
=
= 334,93(rad / s )
30
30


m = mnp + m1
2
2
Diện tích đỉnh Piston: Fp = .D = 3,14.0,1 = 0,00785(m 2 )

4

4

mnP: Khối lợng nhóm Piston tính trên đơn vị diện tích piston.
Mnp = 1,186 / 0,00785 = 151,083 (kg/m2)
m1 : Khối lợng thanh tuyến quy dẫn về tâm chốt Piston tính toán trên đơn
vị diện tích Piston.
m'1 = (0,28ữ 0,29 ) mtt = 0,28mtt
m1 = m'1 / Fp = 0,28 . 1,272 / 0,00785 = 45,37 (kg/m2)
m = 151,083 + 45,37 = 196,45 (kg/m2 )
2. Vẽ đờng biểu diễn lực quán tính pj = f ( x)
Vẽ theo đờng pháp TÔLÊ, nhng hoành độ đặt trùng với đờng P. ở đồ thị
cộng và vẽ đờng pj = f (x) tức cùng chiều với j = f (x), bơi vì p j = - mj hay pj
= mj.
Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

17


Đồ án tốt nghiệp

SV:

Lê Tuấn Anh

Pj.
5. Vẽ đồ thị P = f():
Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

18


Đồ án tốt nghiệp

SV:

Lê Tuấn Anh

Từ P = PKT + Pj vì vậy đã có PKT = f() và Pj = f() nên việc xây dựng P
= Pkt + Pj = f() chỉ là việc cộng 2 đồ thị trên.

Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

19


Đồ án tốt nghiệp

SV:

Lê Tuấn Anh

Hình 2: Đồ trị khai triển Pkt, Pj, P.
6. Vẽ lực tiếp tuuyến T = (f) và lực pháp tuyến Z = f():
Theo kết quả tính toán ở phần động lực học, ta có:


T(mm)

cos( + )
cos

Z (mm)

00
100
200
300
400
500
600
700
800
900

-62,5
-61,5
-57,5
-50,5
-40,5
-30,5
-19,5
-8,5
+0,5
12,0


0,0831
0,2653

-62,5
-60,1
-52,3
-40,5
-26,6
-14,9
-5,9
-0,92
-0,04
-3,18

Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

20


§å ¸n tèt nghiÖp

1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800


20,5
27,5
31,5
34,5
35,5
36,0
36,5
36,5
36,5
36,5
36,5
36,5
36,0
34,5
32,5
28,0
22,5
15,0
8,0
-1,0
-10,0
-17,0
-23,0
-25,5
-23,0
+15,0
59,0
100,0
97,0

-1,000
-1,0301
-1,0246
-0,9799
-0,8948
-0,7708
-0,6120
-0,4247
-0,2175
0,0000
0,2175
0,4247
0,6120
0,7708
0,8948
0,9799
1,0246
1,0301
1,0000
0,9395
0,8548
0,7522

19,3
23,5
23,7
22,0
18,3
14,0
9,5

42,7
38,7

Lª TuÊn Anh

-0,4347
-0,5753
-0,6972
-0,7962
-0,8735
-0,9307
-0,9693
-0,9928
-1,000
-0,9928
-0,9693
-0,9307
-0,8735
0,7962
-0,6972
-0,5753
-0,4347
-0,2653
-0,0831
0,1087
0,3028
0,4893
0,6580
0,8014
0,9096

-27,5
-22,7
-16,1
-9,8
-4,0
-0,7
-0,1
-3,0
-8,3
-15,1
-20,4
-20,9
+14,7
59
97,7
88,2
57,3
34,45
19,6
11,8
3,7
-3,15
-11,1
-20,2
-28,8
-35,9
21


Đồ án tốt nghiệp

-0,9693
-46,5
5300
46,0
0,1298
6,0
-0,9928
-45,7
0
540
45,0
0,000
0
-1,0000
-45,0
0
550
42,5
-0,1298
-5,5
-0,9928
-42,2
5600
40,0
-0,2593
-10,4
-0,9693
-38,8
0
570

-0,5753
-16,1
6200
22,5
-0,9395
-21,1
-0,4347
-9,8
0
630
13,5
-1,0000
-13,5
-0,2653
-3,6
0
640
3,5
-1,0301
-3,6
-0,0831
-0,3
6500
-6,5
-1,0246
6,7
0,1087
-0,7
0
660

0,9096
-51,4
0
710
-61,5
-0,2175
13,4
0,9774
-60,1
7200
-62,5
0,0000
0
1,0000
-62,5
Bố trí hoành độ phía dới đờng Pkt.
- Tỷ lệ xích:
àP = 0,02082 (MPa);
à = 20/mm
- Biểu diễn đờng T = f () và Z = f() trên toạ độ đã chọn. Các mối tơng
quan ở các điểm = 00, 1800, 3600; 5400; 7200 đều có T = 0, nên đờng T= f()
cắt trục hoành tại đó. Các điểm P = 0 thì T và Z đều bằng không và giao nhau
trên trục hoành.
7. Vẽ đờng T = f() của động cơ 8 xy lanh hình chữ V:
Động cơ nhiều xi lanh có mô men tích luỹ vì vậy phải xác định mô men này. Chu
kỳ mô men tổng phụ thuộc vào số xi lanh và số kỳ bằng đúng góc lệch công tác.
k =

180. 180.4
=

4 = 7200 - (3-1) 900 = 5400;
8 = 7200 - (8-1) 900 = 900
Đã có trị số của Ti và vẽ đờng T = f(), căn cứ vào đó tra các giá trị tơng
ứng mà Ti đã tịnh tiến theo i, sau đó cộng tất cả giá trị của Ti lại.
Ta có:
Ti = T1 + T2 +T3 +T4 +T5 +T6 +T7 +T8
Vì chu kỳ của mô men tổng đúng bằng góc công tác của khuỷu nên chỉ
cần tính Ti = f() từ 0 ữ 900 là đợc, còn từ 900 ữ 1800; 1800 ữ 2700; 2700 ữ
3600; 3600 ữ4500 ; 4500 ữ 5400 ; 5400 ữ 6300 ữ 6300 ữ 7200 thì T lặp lại.
- Vẽ đờng T = f() ở góc trên của đồ thị T và Z (vẽ 1 kỳ = 900).
- Sau khi có đờng T = f () vẽ đờng Tth bằng cách đếm diện tích bao
bởi đờng T với trục hoành (FT) rồi chia diện tích này cho chiều dài của trục
hoành.

Ttb =

FT
.à T
l ck

Trong đó: àT = 0,02082 MPa/mm - Tỷ lệ xích của lực tiếp tuyến.
Ttb = 91.25.0,02082/45 = 1,0526 (MPa)
* Kiểm tra lại tb xem có phù hợp với công suất của động cơ.
Trị số của Ttb:
Ttb =

N c .30
110,25.30
=
= 1101,55 KN / m 2


SV:

Lª TuÊn Anh

B¶ng ngang

§Ò tµi: "TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm hÖ thèng ph©n phèi khÝ ®éng c¬ Zil-130"

25