LỜI NÓI ĐẦU Những năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh. Bên cạnh đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ . Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo đó là yêu cầu cấp thiết. Có như vậy ngành tàu thủy của nước ta mới phát triển được. Đây là lần đầu tiên em vận dụng lý thuyết đã học, tự tính toán động học, động lực học và tính toán thiết kế hệ thống nhiên liệu của động cơ theo thông số kỹ thuật. Trong quá trình tính toán em đã được sự giúp đỡ và hướng dẫn rất tận tình của thầy Nguyễn Văn Triều và các thầy trong bộ môn động lực, nhưng vì mới lần đầu làm đồ án về môn học này nên gặp rất nhiều khó khăn và không tránh khỏi sự sai sót, vì vậy em rất mong sự xem xét và giúp đỡ chỉ bảo của các thầy để bản thân ngày càng được hoàn thiện hơn về kiến thức kỹ thuật. Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thưc hiện MỤC LỤC PHẦN I: PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC BẢN VẼ ĐỒ THỊ..................1 1.1. ĐỒ THỊ CÔNG...........................................................................................1 1.1.1. Các Thông Số Cho Trước........................................................................1 1.1.2. Các Thông Số Chọn.................................................................................2 1.1.3. Các Thông Số Tính..................................................................................2 1.1.4. Vẽ Đồ Thị Công.......................................................................................3 1.1.4.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén.....................................3 1.1.4.2. Xây dựng đường cong áp suất trên đường giản nở...............................4 1.1.4.3. Biểu diễn các thông số..........................................................................4 1.1.4.4. Bảng xác định các điểm trên đường nén và đường giản nở.................5 1.1.4.5. Xác định các điểm đặc biệt...................................................................7 1.1.4.6. Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị công................................................................8 1.2. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC....................9 1.2.1. Xây Dựng Đồ Thị Động Học..................................................................10 1.2.1.1. Xác định x của piston bằng phương pháp đồ thị Brick........................10 1.2.1.2. Xác định vận tốc v của piston bằng phương pháp đồ thị.....................13 1.2.1.3. Xác định gia tốc j của piston bằng đồ thị Tôle.....................................15 1.2.2. Xây Dựng Đồ Thị Động Lực Học...........................................................16 1.2.2.1. Đồ thị lực quán tính –pj=f(x)................................................................16 1.2.2.2. Đồ thị khai triển pkt,pj,p1α...................................................................18 1.2.2.3. Đồ thị T,Z,Nα......................................................................................22 1.2.2.4. Đồ thị ......................................................................................28 1.2.2.5. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.................................................31 1.2.2.6. Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền....................................33 1.2.2.7. Đồ thị mài mòn chốt khuỷu..................................................................37 1.2.2.8. Đồ thị khai triển Q(α)...........................................................................40 PHẦN II: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ THAM KHẢO................................................................................................................44 2.1. CHỌN ĐỘNG CƠ THAM KHẢO.............................................................44 2.2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ 6LY3.....................45 2.2.1. Nắp Máy..................................................................................................45 2.2.2. Thân Máy.................................................................................................46 2.2.3. Cácte........................................................................................................46 2.2.4. Nhóm Piston, Xilanh, Thanh Truyền, Trục Khuỷu.................................46 2.2.4.1. Piston....................................................................................................46 2.2.4.2. Xilanh...................................................................................................49 2.2.4.3. Thanh Truyền.......................................................................................49 2.2.4.4. Trục Khuỷu...........................................................................................50 2.2.5. Hệ Thống Bôi Trơn..................................................................................50 2.2.6. Hệ Thống Làm mát..................................................................................52 2.2.7. Cơ Cấu Phân Phối Khí.............................................................................53 PHẦN III: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU..................................................................................................................55 3.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU.........................................55 3.1.1. Nhiệm Vụ.................................................................................................55 3.1.2. Yêu Cầu...................................................................................................55 3.2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 6LY3...........................................55 3.2.1. Sơ Đồ Hệ Thống Nhiên Liệu Động Cơ 6LY3.........................................55 3.2.2. Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động Của Các Bộ Phận Chính................56 3.2.2.1. Bơm nhiên liệu......................................................................................56 3.2.2.2. Bầu lọc nhiên liệu.................................................................................57 3.2.2.3. Vòi phun...............................................................................................58 3.2.2.4. Bơm cao áp (Bơm Bosch PE)...............................................................59 3.3. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL...................................60 3.3.1. Tính Lượng Cấp Nhiên Liệu Cho Một Chu trình....................................60 3.3.2. Tính Toán Vòi Phun................................................................................61 3.3.3. Tính Toán Bơm Cao Áp..........................................................................61
PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC BẢN VẼ ĐỒ THỊ
ĐỒ THỊ CÔNG
1.1.1 Các thông số cho trước:
+ Cách bố trí: In-line
+ Khối lượng nhóm thanh truyền:
+ Hệ thống nhiên liệu: Bosch PE inline pump.
+ Hệ thống bôi trơn: Cưỡng bức cácte ướt.
+ Hệ thống làm mát: Hai vòng ( vòng ngoài: nước biển).
+ Hệ thống phân phối khí: 24 valve, OHV.
+ Chỉ số nén đa biến trung bình: 1
1.35 n + Chỉ số giản nở đa biến trung bình: 2
1.27 n + Áp suất đường nạp: vì là động cơ 4 kỳ tăng áp tuabin khí nên
+ Tỷ số giản nở sớm: vì là động cơ diesel nên
+ Áp suất đường thải: vì hầu hết các động cơ đều dung bình tiêu âm nên
- Tốc độ trung bình của động cơ:
⇒Đây là động cơ cao tốc
- Áp suất cuối kì nạp: vì động cơ 4 kỳ tăng áp nên
- ÁP Suất cuối kỳ nén:
- Áp suất cuối quá trình giản nở:
- Vận tốc góc của trục khuỷu:
- Để vẽ đồ thị công ta cần xây dựng các điểm trên đường nén và đường giản nở
1.1.4.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén:
V nx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giản nở của động cơ.Vì quá trình nén là quá trình đa biến nên: nx nx
- Để dễ vẽ ta tiến hành chia h
1.1.4.2 Xây dựng đường cong áp suất trên đường giản nở:
Áp suất và thể tích trong quá trình giản nở của động cơ là những yếu tố quan trọng Quá trình giản nở này mang tính đa biến, do đó cần xem xét nhiều yếu tố ảnh hưởng đến nó.
(1.4) Để dễ vẽ ta tiến hành chia h
1.1.4.3 Biểu diễn các thông số:
- Biểu diễn thể tích buồng cháy: cbd
⇒ Giá trị biểu diễn của thể tích là:
- Biểu diễn áp suất cực đại: zbd p 160 ÷ 220 (mm) Chọn: zbd p 160 (mm).
- Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn của h
, nghĩa là giá trị biểu diễn của AB = hbd
- Giá trị biểu diễn của OO’: oo ' ' 8.75
1.1.4.4 Lập bảng xác định các điểm trên đường nén và đường giản nở:
Bảng 1-1: Xác định giá trị thực đường nén và đường giản nở. Đường nén Đường giản nở
Bảng 1-2: Xác định giá trị biễu diễn áp suất trên đường nén và đường giản nở.
V x ( mm ) P nx ( mm ) P gnx ( mm ) P 0x ( mm )
1.1.4.5 Xác định các điểm đặc biệt:
Va = 103.27 (dm 3 ) ⇒ Vabd = 150 (mm) pa = 0.144 (MN/m 2 ) ⇒ p abd = 2.81 (mm)
Vb = Va = 103.27 (dm 3 ) ⇒ V bbd = 150 (mm) pb = 0.403 (MN/m 2 ) ⇒ p bbd = 7.87 (mm)
Vc = 6.885 (dm 3 ) ⇒ V cbd = 10 (mm) pc = 5.573 (MN/m 2 ) ⇒ p cbd = 108.64 (mm)
- Điểm bắt đầu quá trình nạp r(Vc;Pr):
Vc = 6.885 (dm 3 ) ⇒ V cbd = 10 (mm) pr = 0.149 (MN/m 2 ) ⇒
Vc = 6.885 (dm 3 ) ⇒ V cbd = 10 (mm) pz = 8.2 (MN/m 2 ) ⇒ pzbd= 159.84 (mm)
- Điểm áp suất cực đại lý thuyết z (Vc, Pz): ρV c = 9.639 (dm 3 ) ⇒ρV cbd = 14 (mm) pz = 8.2 (MN/m 2 ) ⇒ pzbd = 159.84 (mm)
1.1.4.6 Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị công :
- Từ bảng giá trị biểu diễn ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở.
- Vẽ vòng tròn của đồ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt :
+ Điểm phun sớm : c’ xác định từ Brick ứng với s 27 ϕ = °
+Điểm mở sớm của xupáp nạp r’: xác định từ đồ thị Brick ứng với 1 α = °47 + Điểm đóng muộn của xupáp thải r’’: xác định từ đồ thị Brick ứng với
+ Điểm đóng muộn của xupáp nạp a’: xác định từ đồ thị Brick ứng với
+ Điểm mở sớm của xupáp thải b’: xác định từ đồ thị Brick ứng với 3 α = °45
- Xác định các điểm uốn trung gian:
+ Trên đường yz lấy điểm z” là điểm áp suất cực đại thực tế:
+ Trên đường cy lấy c” với:
+ Trên đoạn ab lấy b” với:
- Sau khi có các điểm đặc biệt thieo giá trị biểu diễn tiến hành vẽ đường thải và đường giản nở
- Tiến hành bo hiệu chỉnh ở hai điểm z” và b” bằng cách:
+ Nối các điểm c’, c”, z” với các đường nén,đường giản nở thành đường cong liên tục tại điểm chết trên và điểm chết dưới.
+ Ta nối b’, b” nối giữa đường giản nở tiếp xúc với đường thải Khi đó ta nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh
Hình 1-1: Đồ thị công P = f(v) - Đồ thị Brick - Đồ thị lực quán tính –Pj = f(x).
1.2 Tính toán và xây dựng đồ thị động học và động lực học:
Mục đích tính toán động học và động lực học khuỷu trục thanh truyền:
Để thiết lập quy luật chuyển động của piston và thanh truyền, cần dựa trên quy luật chuyển động đã biết của khuỷu trục, với giả thiết rằng trục quay có vận tốc góc không đổi (ω).
XÂY DỰNG ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
1.2.1 Xây dựng đồ thị Động học:
- Trong chương trình ta khảo sát sơ đồ cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm như hình vẽ.
Với : + R: Bán kính quay của trục khuỷu.
+ ꙍ: Vận tốc góc của trục khuỷu (rad/s).
+ x: Độ dịch chuyển của piston tính từ ĐCT ứng với góc quay α của khuỷu trục.
+ β: Góc lắc của thanh truyền ứng với góc α
+ O: Giao điểm của đường tâm xylanh và đường tâm khuỷu trục.
+ B: Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm chốt khuỷu.
Hình 1.2: Phương pháp vẽ đồ thị Brick.
+ A: Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm chốt piston.
1.2.1.1 Xác định độ dịch chuyển x của piston bằng phương pháp đồ thị
- Chuyển vị x của piston tuỳ thuộc vào vị trí của khuỷu trục, x thay đổi theo góc quay α của khuỷu trục.
+ Theo phương pháp giải tích chuyển dịch x của piston được tính theo công thức:
Phương pháp đồ thị Brick giúp xác định mối quan hệ giữa chuyển vị x của piston và góc quay α của trục khuỷu một cách chính xác và thuận lợi.
Đồ thị: Các bước tiến hành
+ Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính
= = = = g + Lấy về phía bên phải tâm O (phía ĐCD) trên AB một đoạn OO’ sao cho:
+ Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10 0 ; 20 0 …180 0 Đồng thời đánh số thứ tự từ trái qua phải 0,1,2…,18.
2 Tính Toán Thiết Kế Động Cơ D46-0419
+ Chọn hệ trục tọa độ ( x- α ) với trục tung biểu diễn góc quay α trục khuỷu, trục hoành biểu diễn khoảng dịch chuyển x của piston
Giống như các điểm ứng với 100, 200, … 1800 đã được chia trên cung tròn của đồ thị, việc hạ các điểm này xuống trục tung của đồ thị x=f(α) giúp xác định chuyển vị tương ứng.
+ Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston x=f(α) được biểu diễn như hình 1-3: x
Tính Toán Thiết Kế Động Cơ D46-0419
Hình 1-3: Phương pháp đồ thị Brick và cách khai triển trên tọa độ x - α.
Hình 1-4: Đồ thị chuyển vị S = f(α) và Đồ thị vận tốc khai triển V = f(α).
1.2.1.2 Xác định vận tốc v của piston bằng phương pháp đồ thị:
- Theo phương pháp giải tích ta tính gần đúng vận tốc của piston là:
Phương pháp đồ thị giúp xác định mối quan hệ giữa vận tốc v của piston, góc quay α của trục khuỷu và độ dịch chuyển của piston một cách thuận lợi và chính xác.
Đồ thị: Các bước tiến hành
+ Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính r 1 = = R 70 ( ) mm và đường tròn đồng tâm O có bán kính :
Chia đều nữa vòng tròn tâm O bán kính r1 và vòng tròn tâm O bán kính r2 thành 18 phần bằng nhau, ta có góc α tương ứng với nữa vòng tròn bán kính r1 và góc 2α cho vòng tròn bán kính r2 Mỗi điểm trên nữa vòng tròn bán kính r1 cách nhau α, trong khi trên vòng tròn bán kính r2, các điểm cách nhau 2α Điểm chia trên nữa vòng tròn r1 được đánh số từ 0 đến 18 theo chiều ngược kim đồng hồ, còn trên vòng tròn bán kính r2, điểm được đánh số từ 0’ đến 18’ theo chiều kim đồng hồ, cả hai đều xuất phát từ tia OA.
Từ các điểm chia trên 1/2 vòng tròn bán kính r1, ta vẽ các đường thẳng vuông góc với đường kính AB Từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính r2, ta kẻ các đường thẳng ngang song song với AB Những đường thẳng này sẽ cắt nhau theo từng cặp 0-0’; 1-1’; ; 18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, Nối các điểm này lại bằng một đường cong, ta thu được đường biểu diễn trị số tốc độ v = f(α) (hình 1.5).
Các đoạn thẳng đứng giữa đường cong với nửa đường tròn r1 thể hiện giá trị tốc độ tại các góc α tương ứng, trong khi phần giới hạn của đường cong này và 1/2 vòng tròn lớn được gọi là giới hạn vận tốc của piston.
+ Vẽ hệ toạ độ vuông góc (v-x) trùng với hệ toạ độ ( x- α ) trục thẳng đứng
Trên đồ thị Brick, từ trục Oα, ta kẻ các đường thẳng song song với trục Ov và cắt trục Ox tại các điểm 0, 1, 2, 3, , 18 Từ những điểm này, ta đặt các đoạn thẳng 00’’, 11’’, 22’’, 33’’, ,1818’’ song song với trục Ov, với khoảng cách tương ứng giữa các đoạn nằm giữa đường cong và nửa đường tròn bán kính r1, biểu diễn tốc độ tại các góc α tương ứng Kết nối các điểm 0’’, 1’’, 2’’, , 18’’ tạo thành đường cong biểu diễn vận tốc piston v=f(x).μ.
Hình 1-5: Đồ thị vận tốc V = f(α).
1.2.1.3 Xác định gia tốc j của piston bằng đồ thị Tôlê:
- Theo phương pháp giải tích lấy đạo hàm của vận tốc theo thời gian ta có công thức để tính gia tốc của piston:
Đồ thị: Các bước tiến hành
+ Vẽ hệ trục (j - x) Lấy đoạn thẳng AB trên trục Ox sao cho
+ Tại A dựng đoạn thẳng AC về phía trên AB, với:
+ Từ B dựng đoạn thẳng BD về phía dưới AB, với:
. + Nối CD cắt AB tại E, dựng EF về phía dưới AB một đoạn:
Để nối đoạn CF và DF, ta chia các đoạn CF và DF thành 8 đoạn nhỏ bằng nhau, đánh số thứ tự từ 0 đến 7 cho đoạn CF và từ 0’ đến 7’ cho đoạn FD Sau đó, tiến hành nối các điểm chia này lại với nhau.
11 , 22 ,33 , 44 ′ Đường bao của các đoạn này là đường cong biểu diễn gia tốc của piston
Hình 1-6: Đồ Thị Gia Tốc J = f(x).
1.2.2 Xây dựng đồ thị Động lực học:
1.2.2.1 Đồ thị lực quán tính -P j =f(x):
Đầu tiên, lực quán tính Pj được xác định là Pj = -mj, dẫn đến -Pj = mj Thay vì vẽ Pj, chúng ta sẽ vẽ -Pj, với trục hoành đi qua điểm po của đồ thị công Đồ thị -Pj sẽ trở thành đồ thị j = f(x) với tỷ lệ xích khác Do đó, phương pháp Tôlê có thể được áp dụng để vẽ đồ thị -Pj = f(x) một cách hiệu quả.
Để áp dụng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công, -Pj cần có cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công Thay vì vẽ giá trị thực của -Pj, ta vẽ -Pj = f(x) tương ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston, từ đó xác định được tỷ lệ xích của đồ thị.
+ Đối với động cơ ô tô máy kéo: m1 = (0.275÷0.350)mtt Chọn: m1 = 0.275mtt=0.275x116.31.9825 (kg) m’ = m1 + mnpt = 31.9825 + 99.7 1.6825 (kg)
Trong động cơ, khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến được ký hiệu là m, trong khi mnpt đại diện cho khối lượng của nhóm Piston Khối lượng của nhóm thanh truyền được ký hiệu là mtt, và m1 là khối lượng của nhóm thanh truyền quy về đầu nhỏ.
- Để có thể cộng đồ thị lấy trục P0 làm trục hoành cho đồ thị -Pj
-Giá trị biểu diễn gia tốc là:
+ Giá trị biểu diễn của max maxbd
− =− = + Giá trị biểu diễn của min minbd
− = = + Giá trị biểu diễn của
1.2.2.2 Đồ Thị Khai Triển P kt , P j , P 1 -α :
- Đồ thị Pkt-α được vẽ bằng cách khai triển P theo α từ đồ thị công trong
Trong chu trình của động cơ, đối với động cơ 4 kỳ, góc α có thể là 0, 10, 20, , 720 độ, trong khi động cơ 2 kỳ có góc α là 0, 5, 10, 15, , 360 độ Khi trục hoành của đồ thị khai triển trùng với trục hoành của đồ thị công, ta thu được biểu thức P - α Để xác định Pkt - α, cần đặt trục hoành của đồ thị mới song song với trục chứa giá trị p0 trong đồ thị công, do áp suất khí thể được tính bằng công thức Pkt = P - P0.
- Cách khai triển là dựa vào đồ thị Brick và đồ thị công để xác định điểm có áp suất theo giá trị α cho trước.
Hình 1-7: Cách khai triển Pkt
Để vẽ đồ thị giống như cách khai triển đồ thị công, giá trị của điểm tìm được ứng với α đã chọn sẽ được lấy đối xứng qua trục oα Điều này là do đồ thị trên cùng trục tọa độ với đồ thị công là đồ thị -Pj.
- Sở dĩ khai triển như vậy bởi vì trên cùng trục toạ độ với đồ thị công nhưng -Pj được vẽ trên trục có áp suất P0
- P1 được xác định : P1 = Pkt + Pj
- Do đóp P1 đựoc vẽ bằng phương pháp cộng đồ thị
- Để có thể tiến hành cộng đồ thị thì P1 , Pkt và Pj phải cùng thứ nguyên và cùng tỷ lệ xích.
Bảng 1-3: Bảng giá trị biểu diễn Pkt, Pj , P1 ứng với góc α. α (độ) Giá trị đo (mm) Giá trị vẽ (mm)
Hình 1-8: Đồ thị khai triển Pkt, Pj, P1 – α
Ý nghĩa đồ thị khai triển P kt , P j , P 1 :
Đồ thị Pkt, phát triển từ đồ thị P-V, thể hiện áp lực khí thể tác động lên mỗi đơn vị diện tích của đỉnh piston tương ứng với góc quay α của trục khuỷu.
- Đồ thị Pj: biểu diễn lực quán tính chuyển động thẳng ứng với mỗi góc quay trục khuỷu.
Đồ thị P1 thể hiện sự kết hợp giữa lực khí thể và lực quán tính trong chuyển động thẳng theo từng góc quay của trục khuỷu, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các đồ thị T, N, Z–α sau này.
- Ta có lực tác dụng trên chốt Piston P1 là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể Nó tác dụng lên chốt Piston và đẩy thanh truyền.
PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ THAM KHẢO
CHỌN ĐỘNG CƠ THAM KHẢO
Sau khi nhận đồ án thiết kế máy tàu với thông số kỹ thuật có sẵn, tôi đã tham khảo tài liệu, sách vở và internet Tuy nhiên, do không đủ điều kiện để thiết kế và chế tạo động cơ D46-0419, tôi đã quyết định chọn động cơ mẫu 6LY3 Động cơ này có các thông số kết cấu cơ bản tương đồng với thông số của động cơ trong đề bài.
Xét về các hệ thống như bôi trơn, nhiên liệu, làm mát, nạp và phân phối khí, tất cả đều tương đương nhau Do đó, tôi đã chọn động cơ 6LY3 làm động cơ tham khảo cho thiết kế mà đề ra yêu cầu.
Hình 2-1: Động cơ YANMAR 6LY3.
1.Bộ tăng áp 5.Làm mát dầu bôi trơn 9.làm mát khí nạp
2.Nắp bình nhiên liệu 6.Lộc dầu bôi trơn
PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ 6LY3
4.Bơm phun nhiên liệu 8.Bánh đà
Bảng 2-1: Thông số kỹ thuật của động cơ YANMAR 6LY3.
Thông số kỹ thuật Động cơ yêu cầu D46-0419 Động cơ chọn 6LY3
Kiểu bố trí Inline (thẳng hàng) Inline (thẳng hàng) Đường kính (mm) 460 105.9
Công suất cực đại (kw) 7020 295
Số vòng quay (vg/ph) 585 3150
Hệ thống nhiên liệu Bocsh PE inline Pump Bocsh PE inline Pump
Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cácte ướt Cưỡng bức cácte ướt
Hệ thống làm mát Hai vòng (vòng ngoài: nước biển)
Hai vòng (vòng ngoài: nước biển)
Hệ thống nạp Turbo Charger Intercooler Turbo Charger Intercooler
Hệ thống phân phối khí 24 valve, OHV 24 valve, OHV
Động cơ Yanmar 6LY3 là một sản phẩm diesel thế hệ mới, nổi bật với tính năng tiết kiệm nhiên liệu, thiết kế gọn nhẹ và thân thiện với môi trường Với 6 xi lanh, 4 kỳ, động cơ này không chỉ đảm bảo độ tin cậy cao mà còn có chi phí bảo trì thấp, mang lại hiệu suất tối ưu cho người sử dụng.
2.2 Phân Tích Đặc Điểm Chung Của Động Cơ Yanmar 6LY3:
Nắp xilanh là chi tiết bằng gang xám, có chức năng đậy kín buồng cháy và lắp ráp các bộ phận như xupap, lò xo xupap, ống dẫn hướng xupap, cùng các đường nạp, thải, dầu bôi trơn và làm mát Trong động cơ tham khảo, mỗi hàng xilanh được trang bị một nắp xilanh riêng biệt.
Các đường nước làm mát trên nắp xylanh được kết nối với các đường nước trên thân máy, và các điểm nối giữa nắp xilanh và sơmi xilanh được đảm bảo kín bằng đệm.
Thân máy được chế tạo từ gang xám, bao gồm thân xylanh và hộp trục khuỷu, với các xy lanh được lắp lên thân và bao quanh bởi nước làm mát Kết cấu này được thiết kế theo kiểu thân xy lanh hộp trục khuỷu, giúp tăng độ bền và độ cứng nhờ các đường gân gia cố, đồng thời giảm thiểu bề mặt lắp ghép Việc đúc liền giữa thân máy và hộp trục khuỷu không chỉ đơn giản hóa quy trình gia công mà còn giúp giảm thiểu các mặt lắp ghép, chỉ cần làm mỏng theo chiều dày của thân máy.
Các te có vai trò quan trọng trong việc chứa dầu bôi trơn và giữ lại bụi bẩn, bảo vệ phần dưới của hộp trục khuỷu và bơm dầu bôi trơn cho các chi tiết máy Trên các te có vách ngăn giúp hạn chế bụi bẩn từ ngăn này sang ngăn bên cạnh Dưới các te có bulong xả dầu để dễ dàng bảo dưỡng và thay thế dầu bôi trơn, bulong này được đặt ở vị trí thấp nhất để xả dầu và bụi bẩn lắng đọng Các te được chế tạo từ thép bằng phương pháp dập, đảm bảo độ bền và hiệu quả trong sử dụng.
2.2.4 Nhóm Piston,Xilanh,Thanh Truyền,Trục Khuỷu:
Các chi tiết lắp với pít tông bao gồm: piston, xéc măng khí và xéc măng dầu Đầu piston có 3 rãnh xéc măng, trong đó có 2 rãnh dành cho xéc măng khí.
1 rãnh xéc măng dầu, rãnh xéc măng dầu có các lỗ để đưa dầu bôi trơn xilanh về lại cácte.
Mặt trong thân piston có các đường gân để tăng độ cứng vững cho piston trong quá trình làm việc.
Chân piston không làm bằng mà được khoét lõm vào để giảm trọng lượng cho piston.
Chốt piston là một ống hình trụ, được thiết kế với hai đầu vát Nó được lắp đặt tự do với đầu nhỏ của thanh truyền và được giữ cố định bằng hai vòng khóa ở hai đầu.
Động cơ YANMAR 6LY3 sử dụng piston được chế tạo từ hợp kim nhôm, với đỉnh piston kiểu lõm hình omega, tạo ra buồng cháy hình omega Thiết kế này giúp quá trình hình thành hòa khí diễn ra hiệu quả nhờ vào dòng xoáy lốc mạnh, dẫn đến tốc độ cháy cao và gia tăng nhiệt độ nhanh chóng cho động cơ.
Hình 2-2: Piston động cơ YAMAR 6LY3.
1.Xéc măng khí số 1 4.Chốt piston
2.Xéc măng khí số 2 5.Xẹc líp
Pít tông đóng vai trò quan trọng trong động cơ, kết hợp với các chi tiết như xy lanh và nắp xy lanh để tạo thành buồng cháy Nó không chỉ truyền lực khí từ buồng cháy đến thanh truyền mà còn nhận lực từ thanh truyền để thực hiện quá trình nén khí.
Xéc măng bao gồm 3 loại: 2 xéc măng khí và 1 xéc măng dầu Xéc măng khí có thiết kế đơn giản với tiết diện ngang hình chữ nhật Trong khi đó, xéc măng dầu là loại tổ hợp, bao gồm một vòng lò xo đệm ở giữa và vành thép mỏng, giúp tăng áp suất tiếp xúc.
Hình 2-3: Xéc măng khí và xéc măng dầu.
⇒ Các tính năng của Piston và xi lanh:
+ Vòng xéc măng và rãnh vòng được tối ưu hóa.
+ Tuổi thọ lâu dài bằng lớp chống mài mòn đặc biệt.
+ Ma sát thấp khả năng chống rung động cao.
+ Nhiệt độ tối ưu của các rãnh vòng piston chống ăn mòn mạnh.
Động cơ YANMAR 6LY3 có thiết kế xylanh đúc liền với thân máy, mang lại độ cứng vững cao và giảm thiểu biến dạng xylanh cùng cổ trục Chất liệu chế tạo xylanh là gang, với bề mặt được gia công chính xác và tôi luyện, đảm bảo khả năng hoạt động trong điều kiện nhiệt độ, áp suất và mài mòn lớn.
Thanh truyền là chi tiết nối piston với trục khuỷu, nhằm truyền lực tác dụng trên piston cho trục khuỷu, làm quay trục khuỷu.
Thanh truyền thường được chế tạo từ thép cacbon hoặc thép hợp kim, tùy thuộc vào loại động cơ Đối với động cơ YANMAR 6LY3, thanh truyền được làm từ vật liệu thép và có thiết kế đầu to, được ghép lại bằng bu lông.
Hình 2-4: Thanh truyền động cơ YAMAR 6LY3.
1.Bạc lót chốt piston 3.Bulông biên
Trục khuỷu của động cơ YANMAR 6LY3 là một cấu trúc nguyên khối, bao gồm 6 chốt khuỷu tương ứng với 6 xylanh và 5 cổ trục để kết nối với hộp thân máy Đầu trục khuỷu được trang bị bánh răng để dẫn động các bộ phận khác Bên trong trục khuỷu có các lỗ dầu giúp bôi trơn cho chốt khuỷu và thanh truyền, đảm bảo hiệu suất hoạt động của động cơ.
Hình 2-5: Trục khuỷu động cơ YANMAR 6LY3.
Hệ thống bôi trơn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dầu cho các bề mặt ma sát, đồng thời lọc bỏ tạp chất bẩn trong dầu nhờn Quá trình này không chỉ giúp tẩy rửa các bề mặt mà còn làm mát dầu, đảm bảo tính năng hóa lý của nó được duy trì hiệu quả.
Các động cơ đốt trong hiện nay chủ yếu sử dụng phương pháp bôi trơn cưỡng bức, trong đó có động cơ YANMAR 6LY3 STP Hệ thống bôi trơn của động cơ này hoạt động theo một sơ đồ nguyên lý cụ thể.
Hình 2-6: Hệ thống bôi trơn động cơ YAMAR 6LY3.
1.Bơm phun nhiên liệu 7.Cò mổ
2.Làm mát dầu 8,9.Trục cam
3.Lọc dầu bôi trơn phụ 10.Van điều chỉnh áp suất dầu
4 Lọc dầu bôi trơn chính 11 Lọc dầu vào
6 Bộ tăng áp 13.Bơm dầu bôi trơn
PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
- Chứa nhiên liệu dữ trữ,đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian quy định.
- Lọc sạch nước lẫn tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu.
- Cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho mỗi chu trình tương ứng với chế độ quy định của động cơ.
- Cấp nhiên liệu đồng đều vào các xilanh theo thứ tự làm việc.
- Phun tơi và phân bố đều nhiên liệu trong thể tích buồng cháy.
- Đảm bảo lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình và có thể điều chỉnh theo tải của động cơ.
- Chùm nhiên liệu phải được phân tán thành hạt nhỏ,đồng nhất và dứt khoát.
- Phải làm việc ổn định ở tốc độ vòng quay nhỏ.
- Phải làm việc tin cậy ở tất cả các chế độ.
- Tuổi bền cao nhất là cặp lắp ghép chính xác của bơm cao áp, vòi phun.
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 6LY3
3.2.1 Sơ Đồ Nguyên Lý Hệ Thống Nhiên Liệu Động Cơ 6LY3:
Hình 3-1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 6LY3.
1 Bơm cao áp; 2 Đường ống cao áp; 3 Vòi phun; 4 Đường dầu hồi; 5 Bầu lọc
Sơ đồ hệ thống nhiên liệu bao gồm các thành phần chính như thùng chứa dầu, bơm nhiên liệu, bầu lọc dầu, bơm cao áp (bơm Bosch PE), đường ống cao áp, vòi phun và đường dầu hồi.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu bắt đầu bằng việc bơm nhiên liệu từ bầu chứa lên bầu lọc tinh qua đường ống thấp áp Sau khi được lọc sạch, nhiên liệu sẽ được chuyển đến bơm cao áp, nơi nó được bơm lên vòi phun qua đường ống cao áp Quá trình phun nhiên liệu diễn ra theo từng chu kỳ nhất định, sau đó dầu thừa từ bơm cao áp và vòi phun sẽ được thu hồi về bầu lọc và quay trở lại thùng chứa dầu.
3.2.2 Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động Của Các Bộ Phận Chính:
Bơm nhiên liệu là loại bơm cánh gạt được kết hợp với bơm cao áp, giúp giảm thiểu tiếng ồn và rung động so với bơm trên đường ống Các thành phần chính của bơm bao gồm mô tơ, hệ thống bơm nhiên liệu, van một chiều, van an toàn và bộ lọc, tất cả được lắp ghép thành một khối đồng nhất.
Hình 3-2: Bơm nhiên liệu động cơ 6LY3.
Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy, giúp ngăn chặn việc nhiên liệu được bơm đến động cơ khi khóa điện ở chế độ ON nhưng động cơ chưa khởi động.
Lọc nhiên liệu có chức năng loại bỏ mọi chất bẩn và tạp chất ra khỏi nhiên liệu, được lắp đặt ở phía áp suất cao của bơm nhiên liệu Loại lọc thấm bằng giấy mang lại ưu điểm về giá thành rẻ và khả năng lọc sạch hiệu quả.
Hình 3-3: Bầu lọc nhiên liệu động cơ 6LY3.
Hình 3-4: Mặt cắt hình chiếu đứng của động cơ 6LY3.
- Tuy nhiên loại lọc này cũng có nhược điểm là tuổi thọ thấp.
Vòi phun của động cơ 6LY3 là loại vòi phun đầu dài, được trang bị tấm cao su cách nhiệt và giảm rung, giúp tăng cường hiệu suất hoạt động Các ống dẫn nhiên liệu được kết nối với vòi phun thông qua các giắc nối nhanh, đảm bảo sự tiện lợi và hiệu quả trong quá trình sử dụng.
Vòi phun được điều chỉnh để phun phù hợp với từng chu trình, đảm bảo lượng nhiên liệu được phun vào buồng cháy theo tiêu chuẩn hợp lý.
3.2.2.4 Bơm cao áp (Bơm Bosch PE):
Bơm cao áp dãy bao gồm một hoặc nhiều tổ hợp bơm được sắp xếp thành một hoặc nhiều dãy, với mỗi tổ bơm đảm nhận nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho một xilanh Do đó, trên động cơ có nhiều xilanh, số lượng tổ bơm sẽ tương ứng với số xilanh của động cơ.
Mỗi tổ bơm cao áp bao gồm các chi tiết cơ bản như piston, xilanh, trục cam, con đội, lò xo và van cao áp Trong đó, cặp piston và xilanh bơm là những chi tiết quan trọng nhất, quyết định hiệu suất hoạt động của tổ bơm.
Hình 3-6: Bơm cao áp động cơ 6LY3.
Hình 3-7: Mặt cắt bơm cao áp động cơ 6LY3.
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL
3.3.1 Tính lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình công tác:
Khi đã xác định được công suất thiết kế của động cơ, số xilanh, số vòng quay và suất tiêu hao nhiên liệu, ta có thể tính toán thể tích nhiên liệu cung cấp cho một xilanh trong một chu trình ở chế độ thiết kế.
: Công suất của động cơ, [kW] e g
: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích, [g/(kW.h)] ct
: Thể tích nhiên liệu cung cấp cho một chu trình, [m 3 ] nl ρ
: Khối lượng riêng nhiên liệu, [g/dm 3 ] τ : Số kỳ của động cơ n : Số vòng quay của động cơ, [vg/ph] i : Số xilanh động cơ.
Các thông số cơ bản của vòi phun cần đảm bảo tốc độ phun nhiên liệu phù hợp và áp suất phun cần thiết Để tính toán, vòi phun khảo sát có thể được coi là vòi phun kín tiêu chuẩn, với lưu lượng phun nhiên liệu trung bình của vòi phun.
: Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình khi động cơ hoạt động ở chế độ thiết kế. ϕ p
: Khoảng thời gian cấp nhiên liệu theo góc quay trục khuỷu thực tế khoảng 10 25 ÷ °
3.3.3 Tính toán bơm cao áp (Bơm Bosch PE):
Để duy trì sự ổn định của lượng nhiên liệu cung cấp cho vòi phun và khắc phục tổn thất từ bơm, cần đảm bảo rằng lượng nhiên liệu từ 1 nhánh bơm cao áp được cung cấp đầy đủ cho 1 xilanh trong.
1 chu trình lớn hơn lượng nhiên liệu cấp cho xilanh trong 1 chu trình có thể lấy:
- Đối với một nhánh bơm:
- Trong đó : b d là Đường kính của piston bơm cao áp, [mm] h là Hành trình có ích cực đại của piston, [mm] với h/db= (1÷1.7)
Trong những năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, kéo theo sự tiến bộ trong lĩnh vực kỹ thuật Để nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật cần tự nghiên cứu và chế tạo, điều này là yêu cầu cấp thiết để ngành tàu thủy phát triển Đây là lần đầu tiên tôi áp dụng lý thuyết đã học để tính toán động học, động lực học và thiết kế hệ thống nhiên liệu của động cơ theo thông số kỹ thuật Trong quá trình thực hiện, tôi đã nhận được sự hỗ trợ tận tình từ thầy Nguyễn Văn Triều và các thầy trong bộ môn động lực Tuy nhiên, do là lần đầu làm đồ án trong môn học này, tôi gặp nhiều khó khăn và không tránh khỏi sai sót Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự xem xét và chỉ bảo từ các thầy để nâng cao kiến thức kỹ thuật của bản thân Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực hiện.
PHẦN I: PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC BẢN VẼ ĐỒ THỊ 1
1.1.1 Các Thông Số Cho Trước 1
1.1.4.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén 3
1.1.4.2 Xây dựng đường cong áp suất trên đường giản nở 4
1.1.4.3 Biểu diễn các thông số 4
1.1.4.4 Bảng xác định các điểm trên đường nén và đường giản nở 5
1.1.4.5 Xác định các điểm đặc biệt 7
1.1.4.6 Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị công 8
1.2 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 9
1.2.1 Xây Dựng Đồ Thị Động Học 10
1.2.1.1 Xác định x của piston bằng phương pháp đồ thị Brick 10
1.2.1.2 Xác định vận tốc v của piston bằng phương pháp đồ thị 13
1.2.1.3 Xác định gia tốc j của piston bằng đồ thị Tôle 15
1.2.2 Xây Dựng Đồ Thị Động Lực Học 16
1.2.2.1 Đồ thị lực quán tính –pj=f(x) 16
1.2.2.2 Đồ thị khai triển pkt,pj,p1-α 18
1.2.2.5 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 31
1.2.2.6 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 33
1.2.2.7 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu 37
PHẦN II: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 44
2.1 CHỌN ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 44
2.2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ 6LY3 45
2.2.4 Nhóm Piston, Xilanh, Thanh Truyền, Trục Khuỷu 46
2.2.7 Cơ Cấu Phân Phối Khí 53
PHẦN III: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 55
3.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 55
3.2 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 6LY3 55
3.2.1 Sơ Đồ Hệ Thống Nhiên Liệu Động Cơ 6LY3 55
3.2.2 Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động Của Các Bộ Phận Chính 56
3.2.2.4 Bơm cao áp (Bơm Bosch PE) 59
3.3 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL 60
3.3.1 Tính Lượng Cấp Nhiên Liệu Cho Một Chu trình 60
3.3.3 Tính Toán Bơm Cao Áp 61