Mô hình hóa hệ thống làm mát trong động cơ đốt trong

- NGUYễN MạNH DũNG MÔ HìNH HóA Hệ THốNG LàM MáT TRONG động cơ đốt trong luận văn thạc sĩ khoa học Kỹ thuật động cơ nhiệt Hà nội – Năm 2012 NGUYễN MạNH DũNG Kỹ thuật động cơ nhiệt khóa: 2009 1 LỜI CAM ĐOAN Tụi xin cam đoan đõy là đề tài nghiờn cứu của tụi.
- Nội dung và cỏc kết quả nờu trong luận văn là trung thực, chưa từng được cụng bố trong cỏc cụng trỡnh nào khỏc! Hà Nội, thỏng 03 năm 2012 Tỏc giả Nguyễn Mạnh Dũng 2 PHẦN MỞ ĐẦU Khi tớnh toỏn và kiểm nghiệm động cơ đốt trong thỡ vai trũ của hệ thống làm mỏt là rất quan trọng.
- Trong khi đú, cỏc tài liệu về tớnh toỏn động cơ lại thường coi nhẹ vấn đề làm mỏt hoặc thường tớnh toỏn đơn lẻ cỏc cụm chi tiết như kột nước, quạt giú, bơm nước hoặc là lấy theo cỏc số liệu thực tế nờn thường khụng chớnh xỏc, rời rạc và khụng xõy dựng được mụ hỡnh tớnh toỏn tổng quỏt sỏt với thực tế.
- Tỏc giả nhận thấy việc cần thiết xõy dựng một mụ hỡnh tớnh toỏn tổng thể hệ thống làm mỏt động cơ cú tớnh đến cỏc yếu tố tổn thất, kết hợp với việc kiểm nghiệm thực tiễn sẽ giỳp cho quỏ trỡnh tớnh toỏn nhiệt của động cơ chớnh xỏc, sỏt với thực tế và tổng quỏt hơn.
- Để khắc phục những vấn đề nờu trờn cần phải xõy dựng một mụ hỡnh tớnh toỏn tổng thể hệ thống làm mỏt.
- Kết hợp với cỏc ứng dụng cụng nghệ thụng tin, tin học vào tớnh toỏn và giải hệ phương trỡnh sẽ giỳp tỡm được nhiệt độ mụi chất vào, ra khi động cơ làm việc.
- Kết quả tớnh toỏn trờn sẽ được kiểm nghiệm thực tế thụng qua một số cụm chi tiết hoặc toàn bộ hệ thống để cú thể kết luận tớnh đỳng đắn của mụ hỡnh tổng quỏt trờn giỳp cho quỏ trỡnh tớnh toỏn nhiệt của động cơ chớnh xỏc hơn.
- Em xin chõn thành cảm ơn cỏc thầy, cụ cựng toàn thể cỏc bạn trong bộ mụn Động cơ đốt trong - Viện cơ khớ Động lực đó giỳp đỡ, tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn.
- 6TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÀM MÁT TRONG ĐỘNG CƠ.
- Lịch sử ngành động cơ đốt trong.
- Ít cú khẳ năng cải tiến trong động cơ đốt trong.
- Vai trũ của hệ thống làm mỏt.
- Cỏc loại hệ thống làm mỏt.
- Hệ thống làm mỏt bằng nước.
- Hệ thống làm mỏt bằng khụng khớ.
- So sỏnh hệ thống làm mỏt bằng khụng khớ và hệ thống làm mỏt bằng nước .
- Phương phỏp tớnh hệ thống làm mỏt thụng thường.
- Cỏc đề tài đó nghiờn cứu về hệ thống làm mỏt.
- 22Mễ HèNH HểA HỆ THỐNG LÀM MÁT TRONG ĐỘNG CƠ.
- Tổn thất qua kột nước làm mỏt.
- Nhiệt tryền từ động cơ qua vỏch xy lanh cho nước.
- 624.3.1 Tớnh nhiệt lượng làm mỏt của động cơ truyền cho nước làm mỏt.
- 72TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG LÀM MÁT CỦA ĐỘNG CƠ D50.
- Giới thiệu hệ thống làm mỏt của động cơ D50.
- Dựng phần mềm kiểm nghiệm cho hệ thống làm mỏt của động cơ D50.
- Nhập thụng số động cơ.
- 79 6 CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÀM MÁT TRONG ĐỘNG CƠ 1.1.
- Lịch sử ngành động cơ đốt trong Lịch sử ngành động cơ đốt trong được biết đến là chiếc động cơ đốt trong đầu tiờn được chế tạo vào năm 1860 do Lenoir, một nhà kỹ thuật nghiệp dư.
- Vào năm 1897, chiếc động cơ diesel đầu tiờn ra đời.
- Từ đú đến nay, ngành động cơ đốt trong khụng ngừng phỏt triển và ngày càng lớn mạnh và giữ một vai trũ trọng yếu đối với bất kỳ nền kinh tế nào trờn thế giới.
- Trong những năm 90 của thế kỷ 20, sản lượng bỡnh quõn của động cơ đốt trong đạt khoảng 40 triệu chiếc/năm.
- Những năm trở lại đõy, số lượng và chủng loại phỏt triển rất mạnh mẽ và mang tớnh đột phỏ trong cải tiến, thiết kế cũng như ỏp dụng cỏc tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất động cơ núi riờng và ngành ụtụ, điều này đó gúp phần lớn vào sự phỏt triển chung của nhõn loại.
- Khụng ngừng tăng cụng suất và tăng tớnh kinh tế, hiện đại húa cụng nghệ sản xuất và tự động húa quỏ trỡnh điều khiển động cơ nhằm đạt tớnh kinh tế và độ tin cậy cao, chống ụ nhiễm mụi trường và giảm giỏ thành.
- Do nhu cầu về trang bị động lực cho cỏc phương tiện vận tải nờn ngày càng đũi hỏi sự hoàn thiện về kết cấu cũng như cỏc tớnh năng kỹ thuật, chẳng hạn như cụng suất cao, tốc độ lớn, tăng tải trọng, động cơ làm việc ở cỏc điều kiện khắc nhiệt khỏc nhau.
- Nờn việc tăng cụng suất của động cơ và tăng tớnh tự động húa, giảm tiờu hao nhiờn liệu và phỏt thải sẽ giỳp giảm giỏ thành và mang lại hiệu quả sử dụng, hiệu quả kinh tế cao.
- Trong vận tải đường bộ, trọng tải của xe rất đa dạng trong khoảng từ 0,5 đến 700 tấn và cụng suất động cơ cũng tăng từ 10 đến 1500 mó lực.
- Đối với vận tải đường thủy thỡ càng thể hiện rừ tớnh ưu việt của động cơ đốt trong.
- Tàu biển cú thể đạt trọng tải từ vài nghỡn tấn đến cả triệu tấn, cụng suất động cơ tàu thủy đạt 30.000 đến 50.000 mó lực.
- Cỏc 7 hóng nổi tiếng về động cơ cỡ lớn như MAN (Đức), FIAT (ý), SULZER (Thụy Điển), MITSUBITSHI (Nhật.
- Nhỡnh lại lịch sử phỏt triển của ngành động cơ đốt trong, ta thấy động cơ của Lenoir chỉ đạt cụng suất 2 mó lực, hiệu suất đạt 3%, đến nay cụng suất động cơ đó đạt 100.000 mó lực (hóng Huyndai) và hiệu suất đạt khoảng 37-39%.
- Ngày nay, việc phỏt triển động cơ đốt trong luụn phải quan tõm đến điều kiện phỏt thải khớ thải nhằm giảm ụ nhiễm mụi trường, đõy là điều rất quan trọng đối với lịch sử phỏt triển của ngành động cơ đốt trong.
- Cụng suất động cơ phụ thuộc vào rất nhiều thụng số theo cụng thức sau đõy: 30τ.i.n.VpNhee (kW) (1.1) Trong đú: pe – Áp suất cú ớch trung bỡnh của chu trỡnh cụng tỏc (MN/m2).
- số kỳ của động cơ.
- Như vậy, để tăng cụng suất của động cơ phải tiến hành cỏc biện phỏp tăng cỏc thụng số pe, Vh, i và n hoặc giảm số kỳ.
- Khả năng tăng ỏp suất trung bỡnh của động cơ là một trong những biện phỏp rất cơ bản liờn quan trực tiếp đến việc nghiờn cứu cải thiện quỏ trỡnh chỏy trong động cơ, cải thiện quỏ trỡnh hỡnh thành khớ hỗn hợp và dạng buồng chỏy mới cho động cơ diesel và động cơ xăng.
- Kết cấu buồng chỏy động cơ diesel rất đa dạng, tuy nhiờn đều tuõn theo một trong bốn nguyờn lý hỡnh thành khớ hỗn hợp và đốt chỏy nhiờn liệu sau đõy.
- Quỏ trỡnh chỏy mồi, nguyờn lý này thường dựng cho loại động cơ GAZO – diesel mà ngày nay thường dựng là động cơ nhiờn liệu kộp.
- Ngày nay, ỏp suất cú ớch trung bỡnh đó đạt trị số rất cao cho loại động cơ 4 kỳ 12 – 18 (at).
- Tăng Vh: tăng dung tớch cụng tỏc để tăng cụng suất động cơ thể hiện khỏ rừ trong xu hướng tăng đường kớnh và hành trỡnh piston (như động cơ tàu thủy).
- Những loại động cơ này kớch thước thường rất lớn, dài từ 20-25 m, rộng từ 7 – 8 m, cao từ 11 – 12 m và trọng lượng động cơ thường nặng từ tấn (như động cơ kiểu con trượt).
- Tăng số xylanh i thường được ỏp dụng rộng rói, nhất là ngành ụtụ với động cơ cụng suất trung bỡnh.
- Khi tăng số xylanh, tớnh cõn bằng của động cơ tốt hơn, tớnh kinh tế cũng tăng nhưng rất phức tạp (như động cơ hỡnh sao dựng cho mỏy bay và tàu thủy cao tốc).
- Tăng số vũng quay n, phương phỏp tăng số vũng quay n để tăng cụng suất là rất phổ biến trong cỏc loại động cơ ụ tụ và động cơ cụng suất nhỏ, trung bỡnh.
- Khi tăng số vũng quay, cụng suất tăng khỏ nhanh, động cơ gọn nhẹ nhưng đồng thời lực 9 quỏn tớnh cũng tăng theo, độ hao mũn sẽ tăng nhanh, tuổi thọ động cơ giảm, vỡ vậy số vũng quay thường chỉ tăng đến mức độ nhất định.
- Giảm số kỳ động cơ.
- giảm số kỳ động cơ cũng làm tăng nhanh cụng suất.
- Ngày nay động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ được phõn biệt khỏ rừ ràng về phạm vi và tớnh năng sử dụng.
- Hiện đại húa cụng nghệ sản xuất và tự ddooongj húa quỏ trỡnh điều khiển động cơ nhằm đạt tớnh kinh tế và độ tin cậy cao, chống ụ nhiễm mụi trường.
- Cụng nghệ sản xuất động cơ đốt trong ngày nay đó trở thành một ngành cụng nghiệp cú vị trớ cao trong nền kinh tế thế giới.
- Việc hiện đại húa nền sản suất là xu hướng tất yếu, những dõy truyền sản xuất được tựu động húa tối đa, những ứng dụng của vật liệu mới, những thành tựu mới của điều khiển học, tin học, kỹ thuật số, …đó mang lại cho ngành động cơ những bước đột phỏ khụng ngừng, đúng vai trũ quan trọng trong sự phỏt triển chung toàn cầu.
- Việc giảm ụ nhiễm mụi trường, các động cơ diezen đã lắp hệ thống tự động lọc khói, các động cơ xăng dùng bộ cảm biến ôxy (cảm biến.
- Đồng thời việc nghiên cứu sử dụng năng l-ợng của khí thải và n-ớc làm mát của động cơ cũng nâng cao hệ số lợi dụng nhiệt tổng hợp.
- Từ những tiến bộ của thành tựu khoa học, công nghệ, tính kinh tế của động cơ thể hiện bằng suất tiêu hao nhiên liệu ge (g/ml.h) đó giảm rừ rệt.
- Ít cú khẳ năng cải tiến trong động cơ đốt trong Ngành động cơ đốt trong đó cú bề dày lịch sử và phỏt triển hàng trăm năm với việc ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật, động cơ ngày càng được cải tiến và hoàn thiện về mặt kết cấu.
- Đến nay, ngành động cơ đốt trong đó đạt được sự hoàn thiện cao cả về mặt kết cấu cũng như quỏ trỡnh điều khiển mà ớt cú sự đột biến nào.
- Sự hoàn thiện cao về cơ bản khó có thể có những thay đổi lớn về kết cấu các chi tiết nói riêng cũng nh- động cơ nói chung.
- Nhờ ứng dụng hợp lý các thành tựu tiến bộ của các ngành khoa học, động cơ đốt trong ngày nay cũng đã đạt đ-ợc những tính năng kỹ thuật ở mức hoàn thiện nh- chỉ tiêu về tốc độ vòng quay, về công suất, về suất tiêu hao nhiên liệu … Có thể nói ngày nay sự hoàn thiện về kết cấu động cơ cũng nh- các tính năng kỹ thuật của động cơ đốt trong kiểu piston đã đạt đến trình độ bão hoà.
- Hiện nay sự phát triển của tăng áp động cơ không phải là một giải pháp mới mẻ trong quá trình phát triển của động cơ đốt trong.
- Tuy đã đạt đ-ợc nhiều thành tựu trong lĩnh vực tăng áp bằng tuốcbin- máy nén cho động cơ cỡ lớn và trung bình nh-ng việc tăng áp cho động cơ xe tải bằng tuốcbin- máy nén mãi đến những năm 70 mới đ-ợc áp dụng.
- Sở dĩ nh- vậy vì: Phạm vi làm việc của động cơ ô tô rộng hơn nhiều, tức là chế độ công suất, số vòng quay thay đổi trong phạm vi lớn và luôn thay đổi, thay đổi đột ngột.
- Công nghệ vật liệu ch-a đáp ứng đ-ợc yêu cầu cho việc áp dụng tăng áp bằng tuốcbin- máy nén cho động cơ cỡ nhỏ.
- Đặc biệt để bộ tuốcbin- máy nén thích hợp cho động cơ cỡ này phải có kích th-ớc nhỏ, hiệu suất cao, l-u l-ợng khí thích hợp với chế độ vòng quay nhỏ của động cơ.
- Vai trũ của hệ thống làm mỏt Trong quỏ trỡnh làm việc của động cơ đốt trong, nhiệt do cỏc chi tiết mỏy (piston, xupap, nắp xylanh, thành xylanh) tiếp xỳc với khớ chỏy chiếm khoảng 25-30% nhiệt lượng do nhiờn liệu chỏy trong buồng chỏy tỏa ra.
- Nhiệt độ cỏc chi tiết mỏy cao cú thể dẫn tới cỏc tỏc hại đối với động cơ như sau.
- Giảm hệ số nạp nờn giảm cụng suất động cơ.
- Đối với động cơ xăng dễ xảy ra hiện tượng kớch nổ.
- Để khắc phục hiện tượng trờn cần phải làm mỏt cho động cơ.
- Hệ thống làm mỏt của động cơ cú nhiệm vụ thực hiện quỏ trỡnh truyền nhiệt từ khớ chỏy qua thành buồng chỏy đến mụi chất làm mỏt để đảm bảo cho cỏc chi tiết khụng quỏ núng nhưng cũng khụng quỏ nguội.
- Quỏ núng sẽ gõy ra cỏc hiện tượng như trờn, cũn quỏ nguội nghĩa là động cơ được làm mỏt quỏ nhiều vỡ thế tổn thất nhiệt nhiều, nhiệt lượng dựng để sinh cụng sẽ giảm do đú hiệu suất của động cơ nhỏ.
- Ngoài ra nhiệt độ động cơ thấp, độ nhớt của dầu bụi trơn tăng khiến cho dầu khú lưu thụng vỡ vậy làm tăng tổn thất cơ giới và tổn thất ma sỏt.
- Túm lại mức độ làm mỏt cho động cơ cú ảnh hưởng rất lớn tới cỏc chỉ tiờu kinh tế và cụng suất của động cơ.
- Dưới đõy trỡnh bày mối quan hệ của suất tiờu hao nhiờn liệu và nhiệt độ của nước làm mỏt khi thớ nghiệm động cơ 6C275A, hỡnh 1.1 [1].
- Quan hệ của nhiệt độ làm mỏt với suất tiờu hao nhiờn liệu và độ mũn của xylanh động cơ 6C275A Đường 1 – động cơ làm việc với chế độ toàn tải Đường 2 – động cơ làm việc ứng với 75% tải Đường 3 - động cơ làm việc ứng với 50% tải Qua đú ta thấy nhiệt độ làm mỏt tối ưu trong trường hợp này từ 700C ữ 800C.
- Phõn loại hệ thống làm mỏt 1.4.1.
- Hệ thống làm mỏt bằng nước Hệ thống làm mỏt bằng nước trong động cơ cú đặc điểm là hiệu quả làm mỏt cao nhưng trong quỏ trỡnh làm việc đũi hỏi phải bổ xung nước làm mỏt, vỡ nước được dựng làm mụi chất trung gian tải nhiệt khỏi cỏc chi tiết.
- Tựy thuộc vào tớnh chất lưu động của nước trong hệ thống làm mỏt, ta cú cỏc phương ỏn làm mỏt sau.
- Hệ thống làm mỏt kiểu bốc hơi Hệ thống làm mỏt kiểu bốc hơi là hệ thống làm mỏt kiểu đơn giản nhất (hỡnh 1.3).
- Hệ thống làm mỏt kiểu bốc hơi.
- Khi động cơ làm việc, tại những khoang chứa nước bao bọc quanh buồng chỏy nước sẽ sụi.
- Vỡ vậy kiểu làm mỏt này khụng thớch hợp cho loại động cơ đặt trờn ụ tụ mỏy kộo.
- Hệ thống làm mỏt kiểu bốc hơi đơn giản và do đặc tớnh lưu động đối lưu đó núi trờn nờn hay dựng cho động cơ đặt nằm ngang dựng trong nụng nghiệp.
- Muốn giảm được độ chờnh nhiệt độ thỡ kớch thước của hệ thống lớn, nờn kiểu làm mỏt này được sử dụng trờn một vài kiểu động cơ tĩnh tại.
- Hệ thống làm mỏt tuần hoàn cưỡng bức kớn một vũng Hệ thống làm mỏt tuần hoàn cưỡng bức của động cơ ụ tụ – mỏy kộo một hàng xylanh được trỡnh bày ở hỡnh 1.5.
- Nước làm mỏt cú nhiệt độ thấp được bơm 12 hỳt từ bỡnh chứa phớa dưới kột nước 7 qua ống 11 rồi qua kột 13 để làm mỏt dầu rồi sau đú vào động cơ.
- Hệ thống làm mỏt cưỡng bức tuần hoàn kớn một vũng.
- Đường nước ra khỏi động cơ.
- Kột làm mỏt.
- Đường nước vào động cơ.
- Kột làm mỏt dõu.
- Sơ đồ hệ thống làm mỏt bằng nước kiểu đối lưu tự nhiờn

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt