Thiết kế các hệ thống( làm mát , bôi trơn, nhiên liệu)

Nhiệm vụ hệ thống làm mátKhi động cơ làm việc, các động cơ nhất là các chi tiết trong buồng cháy tiếp xúcvới khí cháy nên có nhiệt độ rất cao.. Hệ thống làm mát có tác dụng tản nhi

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang trong giai đoạn chuyểnmình, từng bước phát triển theo hướng Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa Thúc đẩy đangành đa lĩnh vực phát triển, trong đó các ngành Kỹ thuật đóng vai tro rất lớn trongviệc phát triển đất nước Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuậtgiỏi ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết Đào tạo kỹ sư chochương trình kỹ thuật rất khó và đoi hỏi trình độ chuyên môn cao, trong đó ngành Kỹthuật Cơ khí là ngành được chú ý và quan tâm rất nhiều Để đạt những yêu cầu ấy,Ngành Kỹ thuật Cơ khí đã có bộ môn Đồ án Thiết kế Động cơ đốt trong, nhằm tổnghợp các kiến thức đã học, trang bị cho sinh viên nền tảng kiến thức cơ bản để học tậptốt hơn

Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý động cơđốt trong và Kết cấu động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (sức bền vật liệu,

cơ lý thuyết, ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học “Thiết Kế Động CơĐốt Trong” Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh viên, nhằmtạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết mộtvấn đề cụ thể của ngành

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm toi, nghiên cứu các tài liệu, làmviệc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất Tuy nhiên, vì bảnthân con ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể không cónhững thiếu sót, mong quý thầy cô góp ý giúp đỡ thêm để em hoàn thành tốt nhiệm vụ.Cuối cùng, em xin bày tỏ long biết ơn sâu sắc đến các thầy đã tận tình truyền đạt lạinhững kiến thức và thầy Dương Việt Dũng đã quan tâm, nhiệt tình hướng dẫn trongquá trình làm đồ án Em rất mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy

để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình

Sinh Viên Thực Hiện

Trần Hữu Phú Phạm Hùng Phương

Võ Văn Phú

PHẦN 1 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT 1.1 Nhiệm vụ hệ thống làm mát

Khi động cơ làm việc, các động cơ nhất là các chi tiết trong buồng cháy tiếp xúcvới khí cháy nên có nhiệt độ rất cao Nhiệt độ đỉnh piston có thể lên đến 600℃ connhiệt độ xupap thải có thể đến 900℃ Nhiệt độ các chi tiết cao có thể dẫn đến các táchại đối với động cơ như sau:

- Giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ các chi tiết

- Bó kẹt giữa các cặp chi tiết chuyển động như piston xylanh, trục khuỷu bạc lót,…

- Giảm hệ số nạo nên giảm công suất động cơ

- Kích nổ trong động cơ xăng

Hệ thống làm mát có tác dụng tản nhiệt khỏi các chi tiết, giữ cho nhiệt độ của cácchi tiết không vượt quá giá trị cho phép và do đó bảo đảm điều kiện làm việc bìnhthường của động cơ

Tuy nhiên, nếu cường độ làm mát lớn quá, nhiệt độ các chi tiết thấp dẫn đến hiệntượng hơi nhiên liệu ngưng tụ và đọng bám trên bề mặt các chi tiết, rửa trôi dầu bôitrơn nên các chi tiết bị mài mon dữ dội Đồng thời, độ nhớt công suất tiêu hao cho cácbộ phận của hệ thống làm mát như bơm, quạt cũng tăng Kết quả làm tăng tổn thất cơgiới của động cơ

1.2 Sơ đồ và nguyên lí làm việc của hệ thống

Sơ đồ hệ thống làm mát Gồm: 1 Áo nước, 2 Nắp máy, 3 Đường nước ra khỏi động cơ, 4 Ống dẫn bọt nước, 6- Nắp rót nước, 7- Két làm mát, 8- Quạt gió, 9- Ống dẫn nước nối tắt về bơm, 10- Đường nước vào động cơ, 11- Bơm nước, 12- Két làm mát dầu, 13- Ống phân phối

nước, 14- Ống nối Bộ sưởi, 15- Bộ sưởi

Khi động cơ làm việc thông qua cơ cấu dẫn động làm cho bơm nước làm việc.Nước lạnh từ két mát được bơm nước đẩy vào các đường dẫn vào các khoang trongnắp máy rồi theo các đường dẫn trên nắp máy trở về két mát và bơm nước

Để duy trì nhiệt độ nước làm mát trong hệ thống được ổn định trên hệ thống làmmát có bố trí van hằng nhiệt

Khi nhiệt độ nước trong hệ thống nhỏ hơn 80oC van hằng nhiệt đóng đường nước

ra két mát Nước được tuần hoàn cưỡng bức từ bơm nước đến các khoang trên nắpmáy để làm mát cho hệ thống

Khi nhiệt độ nước trong hệ thống lớn hơn 80oC, dưới tác dụng của nhiệt độ van hằngnhiệt mở hoàn toàn Nước từ bơm nước vào các khoang trên lắp máy Khi ra khỏi nắpmáy nước có nhiệt độ cao được dẫn vào trong két mát nhờ van hằng nhiệt mở Sau khiqua két nước Nước được làm mát quay trở về bơm nước thực hiện chu trình tiếp theo

Để kiểm tra nhiệt độ của nước làm mát trên bảng đồng hồ có lắp đồng hồ báo nhiệt độ

1.3 Các bộ phận của hệ thống làm mát

1.3.1 Áo nước

Thân máy và nắp máy có những đường dẫn bên trong hay áo nước mà chúng bọclấy xylanh và buồng đốt (Hình 20-4) Nước làm mát chảy qua áo bơm nước thườngxuyên qua áo nước Khi nước làm mát đi qua những phần kim loại nóng, phần lớn sứcnóng truyền sang nước làm mát những phần kim loại và làm mát Nước làm mát tuầnhoàn đồng thời mang sức nóng đến bộ tản nhiệt Dong chảy không khó xuyên qua bộtản nhiệt lấy đi sức nóng quá mức ở nước làm mát làm mát cho nhiệt độ của nó thấphơn

1.3.2 Quạt điện

Xe dẫn động bánh trước với các động cơ bố trí ngang thường dùng một quạt gió điện Một mô tơ điện làm quay những cánh Công tắc cảm biến nhiệt bật mở quạt khi nhiệtđộ nước làm mát lên đến 90oC Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn, công tắt quạt.Việc xoay mở điều hoa không khí mở Ở một vài miễn là máy điều hoa không khí mở

1.3.3 Nắp áp lực

Hầu hết hệ thống làm mát được giữ kín và được nến bởi một nắp áp lực ở cổ đổnước ở bộ tản nhiệt Việc bịt kín làm giảm mất nước làm mát từ sự bay hơi và chophép sử dụng thùng giãn nở Việc nén làm nâng nhiệt độ sôi của nước làm mát, tănghiệu suất làm mát.

1.3.4 Van hằng nhiệt

Van nhiệt rất rõ ràng trong hệ thống làm mát, nó đóng đường nước hoặc dầu đến kétlàm mát làm mát khi nhiệt độ của hệ thống con thấp dưới mức quy định và mở van chonước hoặc đầu qua két làm mát khi nhiệt độ hệ thống cao hơn mức quy định Nhờ đólàm cho hệ thống động cơ có thể khởi động nhanh chóng tăng lên tới nhiệt độ làmviệc, ổn định nhiệt độ, đảm bảo tính kinh tế và tránh gây ô nhiễm môi trường ở giaiđoạn đầu động cơ làm việc

1.3.5 Két nước

Két nước có tác dụng để chứa nước truyền nhiệt từ nước ra không khí để hạnhiệt độ của nước và cung cấp nước mát cho động cơ khi làm việc Để đảm bảo yêucầu làm mát tốt nhất, két nước được cấu tạo từ những đường ống nhỏ hẹp, xen lẫn làcái lá nhôm mỏng nhằm tăng hiệu quả tản nhiệt Tùy theo các yêu cầu khác nhau màkét nước được các hãng xe thiết kế với kích thước khác nhau

1.3.6.Bơm nước

Bơm nước làm mát động cơ là một bộ phận thuộc hệ thống làm mát bằng nướccủa xe ô tô, được gắn phía trước động cơ Nó được ra đời để đảm nhận nhiệm vụ cungcấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng nước và áp suất nhất định Nói cáchkhác bơm nước luân chuyển nước làm mát tới động cơ, giúp duy trì mức nhiệt độ mà ở

đó động cơ hoạt động được ổn định

PHẦN 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÔI TRƠN

1.Nhiệm vụ, yêu cầu, sơ đồ và nguyên lý hệ thống bôi trơn:

2.1 Nhiệm vụ:

Nhiệm vụ quan trọng nhất của hệ thống bôi trơn là cung cấp liên tục dầu nhờncho các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết có chuyển động tương đối với nhau trong động

cơ như: cổ trục, cổ biên, chốt piston,

Ngoài ra con tác dụng tẩy rửa các bề mặt ma sát, dầu nhờn bôi trơn sẽ đưa cáchạt, phoi kim loại ra khỏi bề mặt ma sát

Làm mát các bề mặt ma sát: dầu nhờn sẽ mang nhiệt ở các bề mặt ma sát đi ra ngoài

2.2 Yêu cầu:

Dầu nhờn phải được đưa đi đến tất cả các vị trí cần bôi trơn, Chất lượng dầuphải sạch, loại được các chất lẫn trong dầu trước khi đưa đi bôi trơn Lưu lượng và ápsuất dầu bôi trơn phải phù hợp với từng vị trí bôi trơn Hệ thống bôi trơn phải đơngiản, dễ chế tạo, dễ sửa chữa, dễ bảo dưỡng, làm việc tin cậy đảm bảo suất tiêu haodầu nhờn là nhỏ nhất Đảm bảo luôn cung cấp đủ lượng dầu bôi trơn cần thiết

2.3 Sơ đồ và nguyên lý

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống bôi trơn động cơ XM4-0120

1 - cácte chứa dầu; 2 - Lưới lọc dầu; 3- Van an toàn; 4- Bơm dầu bôi trơn; 5 - Bu lông

xả dầu; 6 - Van an toàn; 7 - Lọc dầu toàn phần; 8 - Van hằng nhiệt ; 9 - Két làm mátdầu ; 10 - Đồng hồ đo áp suất dầu ; 11 – Trục khuỷu; 12 – Đường dầu bôi trơn chốtkhuỷu; 13 – Đường dầu chính; 14 – Voi phun dầu; 15 – Bánh răng dẫn động trục cam ;

16 –Vấu cam ; 17 –Trục cam; 18 – Gối đở trục cam ; 19 – Đường hồi dầu về caste

Nguyên lý hoạt động :

Bơm bánh răng ăn khớp trong (4) hút dầu từ cacte (1) qua lưới lọc dầu (2), lọcnày loại bỏ cặn bẩn, mạt kim loại có kích thước lớn Dong dầu tiếp tục đi qua bầu lọctoàn phần(7) (lọc tinh) làm sạch các cặn bẩn, mạt kim loại có kích thước nhỏ Từđường dầu chính (13) trong thân lốc máy rồi đi vào các đường dầu phụ bôi trơn trụckhuỷu (11) và chốt khuỷu và thanh truyền Voi phun dầu (14) từ đường dầu chínhphun vào váy piston để bôi trơn thành xylanh Tiếp đến đi bôi trơn trục cam (17) vàcác chi tiết chuyển động khác Trong trường hợp dầu đạt nhiệt độ cao quá 80 ℃ dựavào đồng hồ đo áp suất (10) do các các chi tiết chuyển động ma sát làm nóng dầu thìvan hằng nhiệt (8) sẽ hoạt động, cho dầu đi qua két làm mát (9) để tiếp tục đi bôi trơn Dầu bôi trơn bề mặt chi tiết chuyển động và liên tục được thay thế bởi dầu mới nhờ đó

các chi tiết được làm mát Dầu sau khi bôi trơn sẽ rơi xuống caste qua đường hồi dầu(19) Cứ thế lặp lại chu trình tiếp theo.

2.2 Kết cấu các bộ phận trong hệ thống bôi trơn:

2.2.1 Kết cấu bơm dầu:

* Công dụng:

Bơm dầu nhờn có nhiệm vụ cung cấp một lượng dầu nhờn liên tục dưới áp suất caotới các bề mặt ma sát để bôi trơn, làm mát, và tẩy rửa các bề mặt ma sát

* Yêu cầu:

- Phải cung cấp lưu lượng dầu thích hợp tới các bề mặt ma sát

- Bơm phải cung cấp một lượng dầu nhờn đồng đều theo thời gian

- Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ bảo dưỡng sửa chữa, có độ bền cao, chịu đượcmài mon rung xóc, tính kinh tế cao

Trên động cơ đốt trong, bơm dầu nhờn đều là các loại bơm thể tích chuyển dầubằng áp suất thuỷ tĩnh bơm piston, bơm phiến trượt, bơm bánh răng và bơm trục vít.Mỗi loại bơm đều có đặc điểm kết cấu riêng, do đó ưu nhược điểm và phạm vi sử dụngcũng khác nhau

-Trong hệ thống bôi trơn, bơm dầu nhờn là một bộ phận rất quan trọng Như ta đã biết,các động cơ hầu hết đều dùng phương pháp bôi trơn cưỡng bức, áp suất dầu được tạo

Hình 3.2 Kết cấu bơm dầu bôi trơn động cơ XM4-0120

20 – Đường dầu vào bơm; 21 – Bulon cố định nắp bơm; 22 – Van an toàn; 23 – Bánh

răng chủ động ; 24 – Bánh răng bị động; 25 – Đường dầu ra khỏi bơm

Loại bơm này hoạt động theo nguyên lí bánh răng chủ động được dẫn động trựctiếp từ trục khuỷu động cơ Cặp bánh răng chủ động và bánh răng bị động được đặtlệch tâm nhau, khi bánh răng chủ động quay kéo theo bánh răng bị động quay cùngchiều trong stato Chất lỏng ở trong các rảnh răng theo chiều quay của bánh răng vậnchuyển từ khoang hút đến khoang đẩy vong theo vỏ bơm Khoang hút và khoang đẩyđược ngăn cách với nhau bởi lưới chắn

Hình 3.3 Kết cấu lọc dầu động cơ XM4-0120.

32 – Siêu làm kín; 33 –Đường dầu vào lọc;

34 –Phần tử lọc; 35 - Vỏ lọc ; 36 - Van an toàn; 37 - Nắp lọc dầu

-Van an toàn (36) có tác dụng chỉ cho dầu theo một chiều và không cho dầu theo chiềungược lại Mặt khác khi động cơ không hoạt động nó tạo được áp suất dư trên đườngdầu chính

- Vật liệu của lõi lọc là giấy cát-tông, loại lọc thấm bằng giấy con gọi là lọc bề mặt.Đối với phần lọc tinh thì sức cản rất lớn nhưng dầu được lọc sạch hơn để giảm bớt sựmài mon các bề mặt ma sát

2.3 Ưu – nhược điểm, phạm vi sử dụng và các dạng hư hỏng của hệ thống bôi trơn cưỡng bức :

2.3.1 Ưu – nhược điểm và phạm vi sử dụng:

- Ưu - nhược điểm:

Nhắc đến ưu nhược điểm của hệ thống này chúng ta cần phải nghĩ ngay đến sựđiều chỉnh tối ưu của lượng dầu , có hiệu quả bôi trơn tốt , tẩy rữa sạch bề mặt ma sát

Nó có thể sử dụng ở những động cơ có cấu tạo đặc biệt và có dầu đặt ở thùng khác như

Hầu hết các loại động cơ đốt trong ngày nay đều dùng phương án bôi trơncưỡng bức do dầu nhờn trong hệ thống bôi trơn được bơm dầu đẩy đến các bề mặt masát dưới một áp suất nhất định nên có thể đảm bảo yêu cầu bôi trơn, làm mát và tẩy rửamặt ma sát của ổ trục Nói chung hệ thống bôi trơn cácte ướt thường dùng trên động cơôtô làm việc trong địa hình tương đối bằng phẳng (vì ở loại này khi động cơ làm việc ởđộ nghiêng lớn, dầu nhờn dồn về một phía khiến phao hút dầu bị hẫng).

2.3.2Các dạng hư hỏng và cách khắc phục bảo dưỡng

Trong quá trình hoạt động chắc chắn hệ thống bôi trơn sẽ phải gặp một số dạng hưhỏng sau

Caste dầu bị lão hóa, xì dầu ra ngoài caste sau thời gian dài sữ dụng

Cách khắc phục phải thường xuyên kiểm tra động cơ và bảo dưỡng định kỳ, vệsinh các chi tiết trong hệ thống để đảm bảo cho động cơ hoạt động ổn định không bịảnh hưởng

PHẦN 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU

3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, sơ đồ và nguyên lý hệ thống nhiên liệu.

3.1.1 Nhiệm vụ.

-Hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng có chức năng là cung cấp hỗn hợp cháy (nhiênliệu, không khí) cho động cơ, đảm bảo cung cấp đủ lượng và đúng tỷ lệ khí hỗn hợpphù hợp với các chế độ làm việc của động cơ

có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, công suất, và hàm lượng các chất độc hại trongkhí thải Hỗn hợp cháy càng đồng nhất thì lượng không khí thực tế cần thiết để đốtcháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng nhiên liệu sẽ càng nhỏ Nếu hỗn hợp cháykhông đồng nhất, sẽ có những khu vực trong buồng đốt thiếu hoặc thừa oxy Tại khuvực thiếu oxy, nhiên liệu cháy không hoàn toàn sẽ làm hiệu suất nhiệt của động cơ vàtăng hàm lượng các chất độc hại trong khí thải Việc thừa oxy quá mức cũng làm giảmhiệu suất của động cơ do phải tiêu hao năng lượng cho việc sấy nóng, nạp và xả phầnkhông khí dư quá mức, đồng thời làm giảm hiệu quả sử dụng công tác xylanh

Độ đồng nhất của hỗn hợp cháy được quyết định bởi các yếu tố: tính chất vật lýcủa nhiên liệu (tính hoá hơi, sức căng bề mặt, độ nhớt), nhiệt độ không khí và của các

bề mặt tiếp xúc với hỗn hợp cháy (vách đường nạp, đỉnh piston, thành xylanh), chuyểnđộng rối của khí trong đường ống nạp và trong xylanh Các biện pháp để nâng cao tínhđồng nhất của hỗn hợp cháy thường được sử dụng là :

-Sấy nóng đường ống nạp để xăng hoá hơi nhanh

-Phun xăng thành những thành hạt có kích thước nhỏ

-Tạo vận động rối của môi chất công tác trong đường ống nạp và xylanh bằngcách thiết kết đường ống nạp, buồng cháy có kết cấu hợp lý

3.1.2.2 Thành phần hỗn hợp cháy phải phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ.

Hệ số dư lượng không khí được định nghĩa là tỷ số giữa lượng không khí thực tế đivào buồng cháy (L) và lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn mộtđơn vị số lượng nhiên liệu (Lo).

𝜆=

Về mặt lý thuyết, hệ số dư lượng không khí λ có thể biến động trong giới hạn bốc cháycủa khí hỗn hợp, giới hạn bốc cháy dưới là λ =1.3÷1.4 và giới hạn bốc cháy trên làλ=0.4÷0.5

- λ=1: Lượng không khí nạp bằng lượng không khí lý thuyết, hỗn hợp này gọi là hỗnhợp lý thuyết hay hỗn hợp hoá định lượng

-λ= 1.05 ÷1.1: Hỗn hợp cháy hơi nhạt, nhiên liệu bốc cháy gần hết, lượng không khí

dư ít, lúc đó hiệu suất ηi đạt giá trị cực đại và tiêu hao nhiên liệu ge có giá trị nhỏ nhất.-λ > 1.1: Lượng không khí dư nhiều, tốc độ cháy giảm, quá trình cháy kéo dài sangđường dãn nở làm cho công suất, hiệu suất giảm

-λ =0.85÷0.9: Lượng không khí thiếu so với lượng không khí lý thuyết, tốc độ cháylớn, công suất động cơ đạt cực đại

-λ < 0.85: Lượng không khí thiếu so với lượng không khí lý thuyết khoảng 15÷25%,nhiên liệu cháy không hết, công suất giảm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng, sinh nhiềumuội than trong buồng cháy, khói đen…

3.1.2.3 Hỗn hợp cháy phải được phân bố đồng đều cho các xylanh của động cơ nhiều xylanh.

Đối với động cơ nhiều xylanh, Hỗn hợp cháy được cung cấp cho từng xylanhphải như nhau về phương diện số lượng và thành phần

Sự phân bố không đồng đều hỗn hợp cháy cho các xylanh sẽ dẫn đến những hậu quảsau:

-Giảm công suất danh nghĩa và tăng suất tiêu hao nhiên liệu

-Phụ tải cơ và phụ tải nhiệt không đồng đều giữa các xylanh

-Có thể xuất hiện hiện tượng kích nổ ở một số xylanh do thành phần chưng cất củanhiên liệu ở những xylanh đó có số octane nhỏ

-Tăng hàm lượng các chất độc trong khí thải

Các biện pháp thường được sử dụng nhằm hạn chế độ định lượng không đồng đều ởđộng cơ xăng bao gồm: