Đồ án động cơ đốt trong đề bài thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ xăng (6 xy lanh)

Ưu điểm: - Có kết cấu gọn nhẹ, độ chính xác trong từng chế độlàm việc cao hơn, dễ dàng điều chỉnh thành phầnhỗn hợp hòa khí mà không phụ thuộc vào độ caocủa mức nhiên liệu.. 3.5.2 Lọc nh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Trường Đại Học Công Nghệ Miền Đông Khoa Công Nghệ Ô Tô Và Kỹ Thuật

Mục lục

1.Điều kiện làm việc của hệ thống

2.Yêu cầu của hệ thống

3.Trình bày phương án và chọn phương án thiết kế

3.1 Bộ chế hòa khí

3.2 Bộ lọc không khí

3.3 Bơm xăng

3.4 Thùng xăng

3.5 Ống dẫn nhiên liệu

4 Thiết kế bố trí chung

4.1 Sơ đồ bố trí chung

4.2 Tính toán sơ bộ

5.Thiết kế kỹ thuật

5.1 Tính toán bộ chế hòa khí

5.2 Bơm xăng

5.3 Thùng xăng

6.Thiết kế công nghệ

7.Thiết kế kinh tế

1.Điều kiện làm việc.

- Động cơ hoạt động ở phạm vi rộng

- Hoạt động ở nhiều điều kiện môi trường (tạpchất ,bẩn bui)

- Rung lắc nhiều khi làm việc

- Có nguy cơ chịu ứng suất nhiệt truyền qua từ độngcơ

- Chịu ăn mòn hóa học

- Nhiên liệu dễ bay hơi

2.Yêu cầu.

- Lượng hòa khí được đưa đến các xy lanh đồng đều,xăng – không khí phải được lọc sạch nước và tạp chất

cơ học,

- Nhiên liệu phải đạt tiêu chuẩn Euro hiện hành, động

cơ phù hợp chỉ số octan, ít ăn mòn

- Sử dụng vật liệu tránh sự ăn mòn, biến tính do tiếpxúc xăng (rò rỉ,cháy nổ)

- Lượng nhiên liệu phù hợp chỉ số A/F, đáp ứng toàndãy hoạt động (chế độ tải và số vòng quay).

- Kết cấu ống nạp (từ chế hòa khí đến buồng cháy)phù hợp

- Thùng nhiên liệu phải có cơ cấu giảm áp hóa hơi,giảm chấn động mạnh

Yêu cầu chung: Độ bền, ổn định, tuổi thọ cao, dễ chếtạo, dễ bảo trì bảo dưỡng, sửa chữa, có phụ tùng thaythế, mẫu mã đẹp, giá thành rẻ

3.Trình bày phương án và chọn phương án

3.1.2 Có buồng phao

Có giclơ

Hình 1 Hệ thống nhiên liệu với bộ chế hòa khí có buồng phao.

Ưu điểm:

- Có kết cấu gọn nhẹ, độ chính xác trong từng chế độlàm việc cao hơn, dễ dàng điều chỉnh thành phầnhỗn hợp hòa khí mà không phụ thuộc vào độ caocủa mức nhiên liệu

Nhược điểm:

- Có cơ cấu phức tạp hơn, giá thành cao, các chi tiếtđòi hỏi tính chính xác cao hơn, quá trình bảodưỡng, sữa chữa cũng phức tạp hơn

Các phương pháp điều hòa hỗn hợp hòa khí ở bộ chếhòa khí có buồng phao:

a Điều chỉnh tiết diện lưu thông của giclơ chính phốihợp với hệ thống không tải

Ưu điểm:

- Đường xăng chính đơn giản, vì không cần nhiềumạch xăng

- Mối quan hệ giữa thành phần khí hỗn hợp và vị trícủa bướm ga phụ thuộc vào mức độ mài mòn củakim và lỗ giclơ nên không thể dùng biện pháp điềuchỉnh để khắc phục sự biến đổi này được.

Hình 2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống chính điều chỉnh tiết diện của gíclơ kết hợp với hệ thống không tải.

1- gíc-lơ; 2 – van kim ; 3 – thanh kéo ; 4 – vòi phun; 5 – thanh kéo; 6 – tay gạt; 7 – đường ống không tải; 8,9 – gíclơ.

b Lắp thêm giclơ bổ sung

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống chính có gíclơ bổ sung.

1- gíclơ chính; 2 – gíclơ bổ sung; 3 - ống không khí;

4 – vòi phun; 5 – vòi phun.

c Điều chỉnh độ chân không ở họng

-Tăng chất lượng của khí hỗn hợp

-Có cấu tạo đơn giản hơn so với các phương pháp trên Nhược điểm:

-Cấu tạo đường dẫn phức tạp, do phải tích hợp nhiềumạch xăng cũng như tính toán về các thông số áp suấtđòi hỏi tính chính xác cao

hòa khí có nhiều họng với cùng kích thước đường kínhbuồng hỗn hợp

Nhược điểm:

-Đường kính và chiều dài của họng tăng lên đáng kể,dẫn đến kích thước tổng thể của bộ chế hòa khí cũngtăng, hệ số lưu lượng thấp hơn so với loại bộ chế hòakhí có một họng.

-Giá thành rẻ, dễ mua, dễ chế tạo.

-Dễ bảo dưỡng, độ bền cao

Nhược điểm:

-Dẫn động bơm khó khăn

-Phải dùng tay hoặc chân đề bơm xăng để bơm xăng vào buồng phao trước khi khởi động

-Dễ gây hỏa hoạn

-Tốn xăng động cơ hoạt động không ổn định

Hình 8 Bơm xăng kiểu màng.

1.Cần dẫn động; 2 Tay kéo bơm tay; 3 Thanh; 4 Lò xo; 5 Màng; Van

Bơm xăng kiểu màng như hình 3.3 làm việc như sau:Khi bánh lệch tâm của trục phân phối tác động lên đầungoài của đòn bẫy 1 của bơm, màng 5 của thanh 3 kéoxuống phía dưới Ở khoang phía trên màng tạo ra giảmáp; van giảm áp 6 mỏ ra dưới tác động của giảm áp này.Nhiên liệu từ thùng chứa đi lưới lọc 7, đến đầy vàokhoang phía trên màng Khi vấu của bánh lệch tâm rơikhỏi cần 1, lò xo 10 đưa cần trở về vị trí ban đầu Đồngthời dưới tác động của lò xo 4, màng 5 cong lên phíatrên Áp suất của nhiên liệu phái trên màng làm đóngcác van nạp và van xả 9 Nhiên liệu bị bơm đẩy về

buồng phao của bộ chế hòa khí Khi nhiên liệu đến đầybuồng phao, màng của bơm vẫn ở vị trí dưới, còn cần 1chuyển động không tái dọc theo thanh 3 Trong trườnghợp này, nhiên liệu không đi vào bộ chế hòa khí.

3.4 Thùng xăng.

Xăng có tính ăn mòn kim loại do sự có mặt của các hợpchất lưu huỳnh, các axít, keo nhựa chưa tinh chế hếttrong quá trình chế biến Cần thùng dày, có lỗ thônghơi

Ưu điểm: Cứng, dày, bền, giảm sự oxy hóa.

Vì loại một họng và một buồng hỗn hợp được áp dụng

ở bộ chế hòa khí kiểu đơn giản, có kết cấu đơn giản, dễgia công, chế tạo, kích thước bộ chế hòa khí nhỏ gọn, hệ

số lưu lượng lớn so với loại bộ chế hòa khí có nhiềuhọng với cùng kích thước đường kính buồng hỗn hợp b.Chọn bơm xăng

-Bơm màng dẫn động cơ khí.

Vì bơm màng dẫn động khí có những ưu điểm:

bơm không thay đổi

3.5.1 Bình chứa nhiên liệu:

Bình chứa nhiên liệu được làm từ các tấm thépmỏng được đặt ở phía sau xe để chống sự rò rỉ của xăngtrong trường hợp xảy ra va chạm Phía trong bình chứa

có mạ một lớp kim loại chống rỉ

Trong bình chứa xăng có các tấm ngăn để tránhviệc thay đổi mức nhiên liệu khi xe chuyển động, đặcbiệt là khi tăng tốc và giảm tốc đột ngột Miệng của ống

để chống cặn và nước có lẫn trong bình chứa Ngoài ratrong bình chứa nhiên liệu còn có lọc thô và cảm biến

để đo mức nhiên liệu

Hình 13 Bình chứa nhiên liệu.

3.5.2 Lọc nhiên liệu:

Lọc nhiên liệu được bố trí giữa bình chứa nhiênliệu và bơm nhiên liệu để loại bỏ cặn bẩn, tạp chất hoặcnước có lẫn trong xăng Các phần tử bên trong bầu lọclàm giảm tốc độ dòng nhiên liệu, làm cho các phần tử

nặng hơn xăng được giữ lại ở đáy của lọc và các chấtbẩn nhẹ hơn xăng lọc ra bởi các phần tử lọc.

Hình 14 Lọc nhiên liệu

3.5.3 Bơm nhiên liệu:

Có hai loại bơm nhiên liệu, một loại có đường hồi

và một loại không có đường hồi Tuy nhiên, về cấu tạo

và hoạt động của hai loại này cơ bản giống nhau

Khi cam tác động vào cánh tay đòn của bơm,màng bơm sẽ chuyển động làm thay đổi thể tích củabuồng phía trên và phía dưới (hình 3.5.3) Khi màngchuyển động xuống phía dưới van nạp mở, van thoátđóng nhiên liệu từ bình chứa nạp vào bơm Khi màngchuyển động lên phía trên, van thoát mở và van đóngnạp, nhiên liệu được cung cấp đến chế hòa khí

Hình 15 Bơm nhiên liệu

Nhiệm vụ của hệ thống nhiên liệu trên động cơ ô tôchạy xăng

động cơ

⦁ Đảm bảo lượng và tỷ lệ hòa khí phù hợp với cácchế độ làm việc động cơ

3.5.4 Phân loại hệ thống nhiên liệu

Trên động cơ xăng thường trang bị một trong hai hệthống nhiên liệu sau:

- Hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí

- Hệ thống nhiên liệu sử dụng phun xăng điện tử

3.5.5 Hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí

Cấu tạo

Hình 16 Hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí

¿ Chức năng của một số bộ phận chính:

- Thùng xăng: chứa xăng

- Bơm xăng: hút xăng từ thùng xăng lên bộ chế hòakhí

- Bình lọc xăng: lọc sạch cặn bẩn trong xăng

- Bình lọc không khí: làm sạch không khí

- Bộ chế hòa khí: hòa trộn xăng với không khí thànhhòa khí

¿ Nguyên lí làm việc:

Khi động cơ làm việc, xăng từ thùng được bơm

xăng hút lên chảy vào buồng phao của bộ chế hòa khí

Ở kì nạp, piston đi xuống tạo độ chân không trong xylanh, không khí được hút qua bầu lọc khí rồi qua bộ chếhòa khí, tại đây chúng hút xăng trong buồng phao, hòatrộn tạo thành hòa khí ngay trên đường ống nạp rồi đivào xy lanh

3.5.6 Hệ thống nhiên liệu sử dụng phun xăng điện tử: Cấu tạo

Hình 17 Hệ thống nhiên liệu sử dụng phun xăng điện tử.

¿ Chức năng của một số bộ phận chính:

- Bình nhiên liệu: là nơi chứa nhiên liệu.

- Bơm nhiên liệu: tạo áp suất bơm nhiên tới các vòiphun

- Bộ điều áp: điều chỉnh áp suất nhiên liệu vòi phun.Ngoài ra, bộ điều áp còn duy trì áp suất dư trong đườngống nhiên liệu cũng như cách thức duy trì ở van mộtchiều của bơm nhiên liệu

- Bộ giảm rung: Bộ giảm rung này dùng một màngngăn để hấp thụ một lượng nhỏ xung của áp suất nhiênliệu sinh ra bởi việc phun nhiên liệu và độ nén của bơmnhiên liệu

- Vòi phun: Vòi phun phun nhiên liệu vào các cửanạp của các xy lanh theo tín hiệu từ ECU động cơ

¿ Nguyên lí làm việc:

Khi động cơ làm việc, nhờ bơm xăng và bộ điều

chỉnh áp suất, xăng ở vòi phun luôn có áp suất nhấtđịnh Quá trình phun xăng của vòi phun được điều khiểnbởi bộ điều khiển phun, không khí được hút vào xy lanh

ở kì nạp nhờ sự chênh lệch áp suất Do quá trình phunđược điều khiển theo nhiều thông số về tình trạng và

chế độ làm việc của động cơ nên hòa khí luôn có tỉ lệphù hợp với chế độ làm việc của động cơ.

Phun xăng được chia làm 2 hình thức: phun trực tiếpvào buồng cháy và phun xăng trên đường ống nạp

3.5.7 So sánh ưu nhược điểm của 2 loại hệ thống nhiên liệu:

Ưu

điểm

+Kết cấu đơn giản, dễthay thế bảo dưỡng vàsửa chữa ô tô

+ Chi phí sửa chữa thấp

+ Tạo hòa khí cólượng và tỉ lệ phùhợp với các chế độlàm của động cơ.+ Quá trình cháyhoàn toàn, tănghiệu suất động cơ.+ Động cơ vẫnlàm việc bìnhthường khi bịnghiêng, thậm chí

không cao.

+ Thành phần hỗn hợpkhông đáp ứng với cácchế độ làm việc củađộng cơ

+ Hỗn hợp nhiên liệukhông thể phân bố đềucho các xy lanh củađộng cơ nhiều xy lanh

khe về nhiên liệu + Chi phí sửa chữacao

¿Cấu tạo và chức năng của một số bộ phận chính:

- Lọc gió động cơ có nhiệm vụ lọc không khí vàngăn bụi bẩn vào động cơ Khi sử dụng xe lâu ngày, lọcgió bị bẩn do các hạt bụi lấp đầy lỗ thông khí của lọc,làm giảm lưu lượng không khí vào động cơ gây sai lệch

tỉ lệ hòa khí (nhiên liệu và không khí) làm giảm côngsuất, nóng máy và gây muội than trong buồng đốt, ảnhhưởng đến hệ thống đánh lửa, ở đây trực tiếp là bugi

Hình 15 Bộ lọc gió động cơ

- Thùng xăng dùng để chứa xăng

- Bình lọc xăng : Nằm giữa thùng nhiên liệu vàbơm xăng có nhiệm vụ làm sạch xăng, lọc sạch cặn bẩntrong xăng Lọc xăng phải được thay thế định kỳ để làmsạch

- Bơm xăng: Có nhiệm vụ hút xăng từ thùng xănglên bộ chế hòa khí

- Bộ chế hòa khí: Có tác dụng hòa trộn xăng vớikhông khí thành hòa khí để cung cấp cho động cơ

Ở kì nạp, piston đi xuống tạo độ chân không trong

xi lanh, không khí được hút qua bầu lọc khí rồi qua bộchế hòa khí Tại đây chúng hút xăng trong buồng phao,

hòa trộn với nhau tạo thành hòa khí đi theo ống hút, quaxupáp nạp và đi vào xilanh động cơ.

Hình 20 Nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí.

Nguyên liệu sau khi cháy, giãn nở sinh công trongxylanh được xả ra ngoài qua ống xả và ống giảm thanh

2 Công suất cực đại, kW (HP)/vg.ph 89KW(120hp)/6000 rpm

3 Momen xoắn cực đại, Nm/vg.ph 160Nm/4000 rpm

5 Dung tích động cơ, cm 3 1991cc

6 Hành trình/ đường kính, mm 66/80 (=0.826)

8 Trọng lượng xe kể cả người lái, kg 1180 kg

10 Tiêu hao nhiên liệu, lít/100km 9.6

12 Dung tích của thùng xăng, lít 58 lít

lượng xy lanh có chung một buồng hỗn hợp

i - Số xy lanh dùng chung một buồng hỗn hợp

n- Số vòng quay của động cơ khi chạy ở công suất thiết

kế (vg/ph)

Với: a n=11,9 -Với động cơ có 6 xy lanh

b.Chiều dài buồng hỗn hợp:

4.2.2 Tính toán bơm xăng:

- δ: Chiều dày màng bơm (mm), thông thường δ =0.5 mm

ψ−H ệ s ố qué t khí ,n ế ul àđộ ngc ơ bố n k ỳ khô ngt ăngá pthì ψ=1

τ −¿Hệ số kỳ của động cơ, tức là số hành trình piston trong một chu trình

ⅆb −Đườ ng k í nhc ủabuồng hỗnh ợ p (cm)

đây:

Phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của môi trường

Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình

Đối với động cơ xăng 4 kì không tăng áp: p k = p o = 0.1

Đối với động cơ xăng 4 kì không tăng áp, pa có thể

V tb=V h ⅈ n.η v ψ

τ π d b2 750 =332.6 6000 0.818.14 π 4,1142 750 =61.29( cm s )

(*) Do có 6 xi lanh dùng chung buồng hỗn hợp nêntốc độ trung bình của môi chất đi qua buồng hỗn hợpcao

5.1.2.Xác định tiết diện lưu thông của họng:

μ h f h= G hhm

√2γ0∆ p h m

2

Trong đó:

dáng, chất lượng của họng và số họng

S – Hành trình của piston

D – Đường kính của piston

ρ−khố ilượ ngri ê ngcủah ỗnhợ p kg

m3

V tb −Tốc độtrungbình củahòa khí qua hỗn hợp

A−tiế t diệ nbuồng hỗn hợ p

Vậy tiết diện của họng là:

n- số vòng quay của trục khuỷu động cơ (vg/ph)

Lưu lượng xăng với hct = 0.1hc có thể tính theocông thức gần đúng sau:

V , xmax=π D22

4 h ct

Lượng xăng lý thuyết do bơm cung cấp trong mộtchu trình

Hình 21 Thùng xăng

Dung tích thùng xăng của ô tô dựa vào công thứctính thực tế sau:

(lít)Trong đó:

𝛿 = 1,06 ÷ 1,12: hệ số sử dụng dung tích

Chọn 𝛿 = 1,12

S: quãng đường xe chạy mà không cần đổ thêmxăng vào thùng

Đối với ô tô tải: S = 300 km

Đối với ô tô du lịch: S = 400 ÷ 450 km

Chọn S = 450

: lượng nhiên liệu tiêu thụ khi chạy 100km (lít)

- Tạo một lượng dư dự phòng khi sử dụng.

- Bù trừ cho chất lượng làm việc của lọc khí khi sử dụnglâu ngày chưa vệ sinh

6 Thiết kế và tính toán chế độ cắt, gia công tạohình, lắp ráp, hàn, mài và đánh bóng

7 Thiết kế, bố trí máy móc thiết bị và nhân côngcho từng nguyên công

8 Thiết kế đồ gá, khuôn

Bên cạnh đó, sử dụng máy móc, thiết bị hiện đạiđúng quy chuẩn, phù hợp tính kinh tế và được kết hợpvới thợ có tay nghề phù hợp từng nguyên công

Quy trình kiểm tra

Kiểm tra vận hành.

Nếu một trong các bước kiểm tra phát hiện lỗingoài mức độ cho phép thì quay lại quy trình chế tạo

7.Tính kinh tế thiết kế

- Chi tiêu kinh tế kỹ thuật

¿ Các chi tiêu năng lượng đặc trưng cho tính kỹ thuật

của động cơ, bao gồm:

+ Tốc độ quay của động cơ

+ Áp suất chỉ thị và áp suất có ích trung bình

+ Công suất

+ Mô men quay

¿ Các chi tiêu so sánh dùng để so sánh các động cơ

khác nhau về kết cấu, sử dụng, hiệu quả sử dụng nănglượng và cường độ làm việc của động cơ, gồm:

+ Tốc độ quay của động cơ

+ Vận tốc trung bình của piston

+ Áp suất chỉ thị và áp suất có ích trung bình

+ Hiệu suất

+ Suất tiêu hao nhiên liệu

+ Ứng suất nhiệt, cơ

¿ Các chi tiêu sử dụng có liên quan đến độ tin cậy, độ

ồn, mức độ tự động hóa, tuổi thọ của động cơ

-Tốc độ quay của động cơ (n) số vòng quay của trục

khuỷa trong một đơn vị thời gian (v/ph, v/s)

tạo định ra, ứng với công suất định mức trong điều kiệnchịu tải bằng mômen định mức

e – mức độ sử dụng công suất động cơ

cho phép động cơ làm việc trong khoảng 1 giờ Thông

mà ở đó động cơ còn có thể làm việc ổn định

mà ở đó có thể khởi động được động cơ

-Vận tốc trung bình của piston (cm) c m= s.n30 ; (m/s)

Cm là một trong các chỉ tiêu đánh giá cường độ làmviệc và tuổi thọ của động cơ

-Mômen quay của động cơ

M e = N e

2 π n M e – Mô men quay của động cơ,(kN.m)

n – Tốc độ quay của động cơ, (vg/ph)

Thông số chỉ thị

-Công suất chỉ thị

F Diện tích của đồ thị công hay đồ thị chỉ thị, được

L Chiều dài của đồ thị thi công (mm)

n Số vòng quay của động cơ (vg/ph).