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.

Em xin chân thành cảm ơn !

Phần I
Giới thiệu về động cơ zin-130.
Động cơ ZIN-130, đợc sản xuất từ những năm của thế kỷ 20. với mục
đích để vận chuyển hàng hoá do liên xô cũ sản xuất.là động cơ chạy bằng xăng
cho lên bây giờ nó không còn đợc dùng phổ biến rộng rãi nh động cơ DIÊZEN
vì vấn đề năng xuất vận chuyển và vấn đề kinh tế.

Động cơ ZIN-130 có các Hệ thống sau:

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

1


Đồ án tốt nghiệp

SV:

Lê Tuấn Anh

+, Hệ thống bôi trơn:

Hệ thống bôi trơn của động cơ đốt trong có nhiệm vụ cung cấp dầu nhờn
đến các mặt để để làm giảm ma sát đồng thời làm mát và tẩy rửa bề mặt ổ trục.
Vì vậy chủng loại và tính năng vật lý của dầu bôi trơn, lu lợng và áp xuất của
rầu bôi trơn, lu lợng và áp xuất của dầu bôi trơn trong hệ thống bôi trơn là
những vấn đề rất quan trọngảnh hởng rất lớn đến nhiệm vụ của hệ thống bôi
trơn .

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

5- Khởi động bằng tay.
Các phơng pháp này đợc dùng tuỳ theo phạm vi công suất của động cơ.

+, Hệ thống làm mát:

Có tác dụng thực hiện việc truyền nhiệt từ khí cháy đến môi trờng làm
mát để đảm bảo các chi tiết có chế độ nhiệt tối u khi làm việc, tránh hiện tợng
bị kẹt, bị cháy hỏng hoặc giảm tính năng cơ lý. Hệ thống làm mát phải đảm bảo
các chi tiết của động cơ không quá nóng hoặc quá nguội. Nếu qua nóng dầu bôi
trơn sẽ giảm, ma sát tăng gây ra các phụ tải nhiệt làm giảm độ cứng, độ bền của
ruổi thọ các chi tiết. Nừu qua nguội thì tổn thất nhiệt, nhiệt sinh công ít hiệu
suất cảu động cơ thấp, thành phần lu huỳnh trong nhiên liệu tạo axit ăn mòn
nhanh kim loại. Ngày nay ngời ta thờng dùng hệ thống làm mát bằng nớc và hệ
thống làm mát bằng không khí.

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

2


Đồ án tốt nghiệp

SV:

Lê Tuấn Anh

Cơ cấu phân phối khí thực hiện quá trình trao đổi khí trong động cơ, thải
sạch khí thải. Và nạp đầy khí hỗn hợp hoặc không khí sạch vào xilanh để động
cơ làm việc ổn định là liên tục. Cơ cấu phân phối khí phải đảm bảo các yêu cầu

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:


2 = 570

6. Góc mở sớm của su páp thải:

1 = 570

7. Góc đóng muộn của su páp thải:

2 = 210

8. Góc đánh lửa sớm:

= 130.

9. Chiều dài thanh truyền:
10. Khối lợng nhóm piston:
11. Khối lợng thanh truyền:
12. Công suất động cơ:
13. Số vòng quay của động cơ:
14. Súât tiêu hao nhiên liệu:
15. Tỷ số nén:

ltt = 185 mm.
mnp = 1,18 kg
ltt = 1,272 kg
Ne = 150ml = 150.0,735 = 110,25 kW
ne = 3200 v/phút.
ge = 240g/mlh = 326,53 g/kWh.
= 6,5.


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:

Là áp suất khí quyển Pk trớc khi nạp vào động cơ P0 thay đổi theo chế độ
cao, ở nớc ta có thể chọn P0 = 0,1 (MPa).
2. Nhiệt độ môi trờng T0:
Lựa chọn T0 theo nhiệt độ bình quân cả năm ở nớc ta t0 = 240C, T0 =
2970K.
3. áp suất cuối quá trình nạp Pa:
Động cơ Zil-130 thuộc loại động cơ không tăng áp, nói chung P a biến thiên
trong phạm vi (0,8 ữ0,9). P0.
Chọn Pa = 0,8 P0 = 0,8 . 0,1 = 0,08 (MPa).
4. áp suất khí thải Pt: Cũng phụ thuộc vào các thông số nh Pa.
Pr = (1,1 ữ 1,15) Pk ; Chọn Pr = 1,15 Pk = 1,15 . 0,1 = 0,115 (MPa).
5. Mức độ sấy nóng môi chất T: Chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình
thành khí hỗn hợp ở bên ngoài hay bên trong xi lanh.
Đối với động cơ xăng: T = ( 0 ữ 20)0K; Chọn T = 30K.
6. Nhiệt độ khí sót (khí thải) Tr: Phụ thuộc vào chủng loại động cơ, Tr =
(700 ữ 1000)0K ; Với động cơ xăng, chọn Tr = 9800K.
7. Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t:
Căn cứ vào hệ số d lợng không khí để hiệu đính, đối với động cơ xăng có
<1, chọn theo bảng t = 1,13.
8. Hệ số quét buồng cháy z:
Với động cơ không tăng áp thì z = 1.
9. Hệ số nạp thêm: 1
1 phụ thuộc vào pha phân phối khí 1 = (1,02 ữ 1,07). Ta chọn 1 = 1,05.
10. Hệ số lợi dụng nhiệt điểm Z: Phụ thuộc vào chu trình công tác của
động cơ. Đông cơ xăng b = 0,85ữ0,92, ta chọn b = 0,90.
12. Hệ số hiệu đính đồ thi công đ:

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

5



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 =


N e .30.
110,25.30.4
=
= 0,693 (MPa)
Vh .n.i
0,746.3200.80

III. Tính toán các quá trình công tác:
A. Tính toán quá trình nạp:

1. Hệ số khí sót r:
r = z.

(T0 + T ) Pr
. .
Tr
Pa

1
P
.1 t . 2 . r
Pa





1
m


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

(T0 + T ) + t + r .Tr . a
Pr
Ta =
r +1





Lê Tuấn Anh

m 1
m

( 297 + 3) + 1,13.0,082.980. 0,08
0,115
Ta =
0,082 + 1

1, 51
1, 5

= 352 0 K

3. Hệ số nạp v:

P
T0
Pa
1

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





v = 0,776

4. Lợng khí nạp mới M1:
M1 =

432.10 3.P0 . v 432.10 3.0,1.0,776
=
= 0,799(kml / kgnl )
g e .Pe .T0
326,53.0,693.297

5. Lợng không khí lý thuyết dùng để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M0:
M0 =

1 C H C
+
0,21 12 4 32

Với C = 0,855; H = 0,145; O = 0.
M0 =

1 0,855 0,145
+

= 0,512( Kmol / kgnl )
0,21 12
4


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



Đồ án tốt nghiệp

SV:

Lê Tuấn Anh

1
m C ' ' v = (17,997 + 3,504. ) + (360,34 + 252,4 ).10 5.T
2
1
m C ' ' v = (17,997 + 3,504.0,96) + (360,34 + 252,4.0,96).10 5.T
2
m C ' ' v = 21,361 + .0,00301T (KJ/kmol độ)

3. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác m C ' v :
m C 'v =

m C v + r .m C ' ' v
b'
= a ' v + v .T (kJ/kmol độ)
1+ r
2

m C 'v =

(19,806 + 0,00209T ) + 0,082( 21,361 + 0,00301T )
= 19,924 + 0,00234T (kJ/kmol
1 + 0,082


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


Tc = Ta . n 1 = 352.6,51,3711 = 705 0 K
1

7. Lợng môi chất công tác của quá trình nén Mc:
M c = M 1 + M r = M 1 (1 +

Mr
) = M 1 (1 + r )
M1

M c = 0,499(1 + 0,082) = 0,541( Kmol / kgnl )
C. Quá trình cháy:

1. Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết ( 0)
- Đối với động cơ xăng <1.

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

8


Đồ án tốt nghiệp

SV:

0,21(1 ) M 0 +

0 = 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

=
= 1,059
1+ r
1 + 0,082

3. Hệ số thay đổi phần tử thực tế tại điểm z ( z):
z = 1+

0 1

0,89
. y z ; Với y z = z =
= 0,989
1+ r
b
0,9

z = 1+

1,064 1
.0,989 = 1,058
1 + 0,082

4. Lợng sản vật cháy Mz:
Mz = = M1 + M = 0 .M1 = 1,064 . 0,499 = 0,532 (Kmol/kgnl)
5. Nhiệt độ tại điểm z (Tz):
Giải phơng trình cháy đối với động cơ xăng:
z (QH Q)
+ m C 'v .Tc = z .m C ' 'vz .Tz
M 1 (1 + r )


(*)

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


r
) + (1 )
o

0,082
) + (19,806 + 0,00209Tz ).(1 0,989)
1,064
0,082
1,064(0,989 +
) + (1 0,989)
1,064

1,064(21.361 + 0,00301Tz )(0,989 +

m C ' 'vc = 21,346 + 0,003Tz

Thay vào (*) ta có:
0,89(44000 2580,5)
+ 21,574.705 = 1,058(21,346 + 0,003Tz ).Tz
0,499(1 + 0,082)

=> 0,00317 T2z + 22,58 Tz - 83348,99=0
Giải phơng trình trên ta đợc Tz = 26810K, thoả mãn với điều kiện Tz =
(2200ữ2800)0K.
6. áp suất tại điểm Z (Pz):
Pz = . Pc .
Trong đó: - là tỷ số tăng áp suất ( = z. (Tz/Tc))
= 1,058. (2681/705) = 4.
Vậy:
Pz = 4. 1,041 = 4,164 (MPa)

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



Đồ án tốt nghiệp

Tb =

Tz



n2 1

=

SV:

Lê Tuấn Anh

2681
= 1727 0 K
1, 2351
6,5

Thay các giá trị vào phơng trình ta có:
1,235 1 =

8,314
(0,9 0,89)(44000 2580,5)
+ 21,346+,003( 2681 + 1727)
0,499(1 + 0,082).1,059( 2681 1727)


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

Vậy: Tr =

Tr Trt
Tmin

=

980 1127
980

= 0,15 = 15%

Nh vậy thoả mãn điều kiện Tr 15%.
E. Tính toán các thông số chu trình:

1. áp suất chỉ thị trung bình P'i:
Đối với động cơ xăng:
Pi ' =

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

1 n2 1
n1 1



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:


Lê Tuấn Anh

432.10 3. v .Pk 423.10 3.0,776.0,1
=
= 261 (g/kwh)
M 1 .Pi .Tk
0,499.0,865.297

4. Hiệu suất chỉ thị i:
i =

3,6.10 3 3,6.10 3
=
= 0,313 = 31,3%
g i .QH
261.44

5. áp suất tổn thất cơ giới Pm:
Đối với động cơ xăng có i = 8; S/D = 95/100 <1
Pm = 0,05 + 0,012 . Vtb = 0,05 + 0,012 . 10,133 = 0,172 (MPa)
6. áp suất có ích trung bình Pc:
Pc = Pi - Pm = 0,865 - 0,172 = 0,693 (MPa)
Nh vậy Pc = 0,693 (MPa) bằng Pc ở phần tính toán quá trình nạp.
7. Hiệu suất cơ giới m:
m =

Pc 0,693
=
= 0,801
Pi 0,865


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);

Pb = 0,413 (MPA);
Pz = 4,164 (MPa);
P0 = 0,1 (MPA);
Từ : =

=6,5
n1 = 1,371
n2 = 1,235
Vh = 0,746 (dm3)

Va Vh + Vc
V
V
=
= 1 + h Vc = h
Vc
Vc
Vc
1
Vc =

0,746
= 0,1356(dm 3 )
6,5 1

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

12



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



1
= Pc . n1
i


b) Đờng giãn nở: P . Vn2 = Const
Px V

n2
x

= Pz .V

Trong đó:

n2
z

V
Px = Pz . c
Vx





n2

V

= 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:


Lê Tuấn Anh

c) Bảng kết quả tính toán quá trình nén và giãn nở:
Quá trình nén
Quá trình giãn nở
i.Vc
n1
n1
n2
i
Px = Pc . 1/i
i
Px = Pz . 1/in2
1Vc
1,000
1,041
1,000
4,164
1,5Vc
1,743
0,597
1,650
2,524
2,0Vc
2,586
0,402
2,325
1,769
2,5Vc

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

10,352
0,101
8,210
0,507
6,0Vc
11,664
0,089
9,414
0,456
6,5Vc
13,017
0,080
10,091
0,413
3.Vẽ đồ thị công: p = f(v)
p

Chọn tỷ lệ xích: p= l =
1

v

.v

4,164
= 0,02082 (Mpa/mm)
200

6,5.v


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 =


6,1
95
= 14,127(mm) ; Dvẽ =
= 220 (mm) .
0,4318
0,4318

Chia vòng tròn Brích (tâm O') ra 18 phần bằng nhau:

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

14


Đồ án tốt nghiệp

SV:

Lê Tuấn Anh

+ Quá trình cháy từ góc đánh lửa sớm = 130 từ vòng tròn B rích với góc
13 độ dóng xuống cắt đờng ac tại C' trên đoạn cz' lấy CC' = 1/3.C z' = 1/3 (Pz Pc) = 1/3 (4,164 - 1,041) = 1,041 (MPa)
=> Điểm C'' : CC''vẽ =

CC ' '
1,041
=
= 50mm
àP

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


SV:

Lê Tuấn Anh

R = S/2 = 1/2 hành trình piston.
2. Chọn tỷ lệ xích góc:
à = 2(độ/mm)
b) Chọn gốc toạ độ:
c) Từ tâm O' của đồ thị Brích kẻ các bán kính ứng với các góc 10 0, 200,
300 .... 1800.
d) Dóng các điểm đã chia trên cung Brích xuống các điểm 10 0, 200, 300 ....
1800 tơng ứng trên trục tung của đồ thị:
ơng ứng.

x = f() để xác định chuyển vị t-

e) Nối các giao điểm, đờng đồ thị x = f ( ).
2. Đờng biểu diễn vận tốc của piston - v= f():
Vẽ đờng biểu diễn tốc độ theo phơng pháp vòng (đồ thị vòng).Vẽ nửa vòng
tròn tâm O, bán kính R (phía dới đồ thị x = f())
- Vẽ vòng tròn bán kính R /2 tâm O.
Chia nửa vòng tròn R và vòng tròn R/2 thành 18 phần theo chiều ngợc
nhau.
Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn R kẻ các đờng song song với tung độ,
các đờng này sẽ cắt các đờng // với hoành độ xuất phát từ các điểm chia tơng
ứng trên vòng tròn R/2 tại các điểm A, B, C ... nối các điểm A,B,C tạo thành đờng cong giới hạn trị số của vận tốc thể hiện bằng các đoạn thẳng // với các trục
tung, tính từ điểm cắt vòng tròn R của bán kính tạo với trục hoành một góc
đến đờng cong a,b,c. Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f()/toạ độ cực.
3. Đờng biểu diễn v = f(x):
Dùng phơng pháp đồ thị vòng ta xác định đợc các đồ thị : v = f(x).

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


jmax = R (1 + ) =

0,095
.334,93 2 (1 0,257) = 6697,87(m / s 2 )
2

jmaxvẽ = 6697,87/50 = 134 (mm)
jmin = - R 2 (1 ) =

0,095
.334,93 2 (1 0,257) = 3959( m / s 2 )
2

jminvẽ = 3959 / 50 = 79,2 (mm)
EF = 3R 2 = 3.

0,095
.0,257.334,93 2 = 4108(m / s 2 )
2

EFvẽ = 4108/50 = 82,16 (mm)
Từ điểm A tơng ứng điểm trên lấy AC = jmax , từ điểm B tơng ứng điểm
chết dới lấy BD = jmin. Nối CD cắt trục hoành ở O'E, lấy EF về phía BD, nối
CD, ED. Đẳng phân định hớng CF,FD thành 8 phần bằng nhau, đánh số các
điểm từ C đến F, từ F đến D theo thứ tự 1,2,3 ...8 . Nối các điểm 1 -1 , 2 -2,,8
-8 vẽ đờng bao trong tiếp tuyến với 1 -1, 2- 2, 8 - 8, ta đợc đờng cong biểu
diến j = f (x)
II. Tính toán động lực học

1. Tính toán các khối lợng chuyển động tịnh tiến

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


Chọn tỷ lệ xích:
àP = 0,02082 (Mpa)/mm)cùng với àPKT .
àx cùng tỷ lệ xích với hoành độ cảu j = f (x)
Tính:
Pjmax = mjmax = 196,45. 6697,87 = 1315796,6 (N/m2)
Pjmax = 1,31 (MPa)
Pjmin = mjmin = 196,45 . 3959.10-6 = 0,78 (MPa)
PjE'F' = mjEF = 196,45 . 4108.10-6 = 0,807 (MPa)
Trên đồ thị Pj = f ( x)
Đoạn A'C' ơng ứng Pjmax , có độ dài A'C' = Pjmax /P
A'C' m= 1,31 / 0,02082 = 62,92 (mm)
B'D' = 0,78 / 0,02082 = 37,46 (mm)
E'F' = 0,807 / 0,02082 = 38,76 (mm)
* Khai triển đồ thị công trên toạ độ P - V thành P = f ()
Nhằm mục đích thuận tiện cho việc tính toán. Sau này chọn tỷ lệ xích à
= 20/mm. Nh vậy toàn bộ chu trinỳh 720 0 sẽ ứng với 360 mm. Đặt hoành độ
này cùng trên đờng đạm biểu diễn P0 và các điểm chết dới của đồ thị công 1
đoạn 40 mm.
- Tỷ lệ xích àP = 0,02082(mpa/mm) cùng với àP ở đồ thị công. xác định
trị số Pkt ứng với các góc từ đồ thi Brích, rồi đặt các giá trị này trên toạn độ P
- .
* Với chú ý
+ Pmax tơng ứng với điểm có = 3720 ữ 3750
+ Đoạn có tốc độ tăng trởng và đột biến lớn của P từ 3300 ữ 4000
4. Khai triển đồ thị Pj = f (x) thành Pj = f ( )
Đồ thị Pj = f(x) biểu diễn trên đồ thị công có ý nhĩa kiểm tra tính năng tốc
độ của động cơ .
Khai triển đờng Pj = f ( x) thành pj = f (.) cũng thông qua Brích để
chuyển toạ độ nh khai triển đồ thị công nhng phải đặt đúng trị số âm dơng của

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 = P .

sin( + )
;
cos

Z = P .

cos( + )
cos

(MPa)

Căn cứ vào = R/L = 0,257 = 1/3,9; Tra bảng 2P và 7P (sách hớng dẫn đồ
án môn học ĐCĐT) đợc các giá trị của:

sin( + )
;
cos

cos( + )
cos

Lập bảng tính:


P(mm)

sin( + )
cos


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


0,000
0,2175
0,4247
0,6120
0,7708
0,8948
0,9799
1,0246
1,0301
1,000

0
-13,4
-24,4
-30,9
-31,2
-27,3
-19,1
-8,7
+0,52
12,0

1,000
0,9774
0,9096
0,8014
0,6580
0,4893
0,3028
0,1087

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

1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
3200
3300
3400
3500
3600
3700
3800
3900
4000
4100
4200
4300
4400
4500
4600
4700
4800


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

71,5
52,5
40,0
35,0
34,0
38,0
42,0
46,5
50,0
51,5

SV:

0,9395
0,8548
0,7522
0,6370
0,5148
0,3881
0,2593
0,1298
0,000
-0,1298
-0,2593
-0,3881
-0,5148
-0,6370
-0,7522
-0,8548
-0,9395

-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

4,7
0
-4,7
-9,5
-14,2
-18,5
-22,0
-24,4
-23,9
-21,1
-15,0
-8,2
+1,0
9,8
15,2
17,7
15,6
9,8
-3,2
0
21,8
41,2
43,8
40,5
35,8
34,2
34,8
39,1
42,0
43,7

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

0,9774
1,0000
0,9774
0,9096
0,8014
0,6580
0,4893
0,3028
0,1087
-0,0831
-0,2653
-0,4347
-0,5753
-0,6972

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

-8,9
-15,8
-22,0
-27,5
-31,0
-33,5
-35,4
-36,2
-36,5
-36,2
-35,4
-34,0
-31,4

-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


SV:

Lê Tuấn Anh

4900
52,0
0,6370
33,1
-0,7962
-41,4
0
500
52,0
0,5148
26,8
-0,8735
-45,4
0
510
50,5
0,3881
19,6
-0,9307
-47,0
0
520
48,0
0,2593
12,4

-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

37,5
-0,3881
-14,6
-0,9307
-34,9
0
580
37,0
-0,5148
-19,0
-0,8735
-32,3
5900
35,5
-0,6370
-22,6
-0,7962
-28,3
0
600
32,5
-0,7522
-24,4
-0,6972
-22,7
0
610
28,0
-0,8548
-23,9

-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

-125
-9799
17,1
0,3028
-5,3
0
670
-29,5
-0,8948
26,4
0,4893
-14,4
0
680
-39,5
-0,7708
30,4
0,6580
-26,0
6900
-49,5
-0,6120
30,3
0,8014
-39,7
0
700
-56,5
-0,4247
24,0

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
=

= 90 0 .
i
8

Với : : Số kỳ ; i : Số xi lanh.
= 900; = 900 các xi lanh luân phiên nổ đồng đều.
Thứ tự làm việc: 1-5-4-2-6-3-7-8
- Xác định i:
i:
1-5-4-2-6-3-7-8
j:
I-II-III-IV-V-VI-VII-VIII
Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

22


Đồ án tốt nghiệp

SV:

Lê Tuấn Anh

i = 7200- (j - 1) k.
1 = 0;
5 = 7200 - (2-1) 900 = 6300
2 = 7200 - (4-1) 900 = 4500;
6 = 7200 - (5-1) 900 = 3600
3 = 7200 - (6-1) 900 = 2700;
7 = 7200 - (7-1) 900 = 1800

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

.n.R.FP . m 3,14.3200. 0,095 .0,00785.0,801
2

Ttbtính = 1,10155 (MPa)
Ta có:

Ttb (tinh) Ttb (ve) 1,10155 1,0526
=
= 1,65% < 10%
Tmin
1,0526

Nh vậy thoả mãn Ttb phù hợp với công suất của động cơ.
Đề tài: "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phân phối khí động cơ Zil-130"

23


§å ¸n tèt nghiÖp

SV:

Lª TuÊn Anh

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

24


§å ¸n tèt nghiÖp


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