thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu sạch

Nhưng do chưa có những điều luật cụ thể về vấn đề này, nên dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên vẫn được coi là nguồn nhiênliệu chủ yếu để nhằm thỏa mãn những đòi hỏi về năng lượng và chính

LỜI NÓI ĐẦU

Nhu cầu sử dụng năng lượng nói chung và nhiên liệu nói riêng của con ngườităng theo sự phát triển của xã hội Các nguồn nhiên liệu hoá thạch (xăng, dầu, khíđốt ) dần cạn kiệt đang là vấn đề nóng bỏng của cả thế giới Với mức tiêu thụ nhưhiện nay nếu không có giải pháp sử dụng năng lượng thay thế thì xăng dầu sẽ hếttrong khoảng 40, 50 năm nữa Bên cạnh đó, ô nhiễm môi trường đang là mối quantâm hàng đầu của nhân loại đặc biệt giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm đáng

kể do khí xả của động cơ Sử dụng cồn làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong làhướng đi của nhiều nước trên thế giới trong thời gian gần đây Việc sử dụng cồn với

Sau khi hoàn thành đề tài này đã giúp chúng em hệ thống lại được những kiếnthức được tích lũy trong thời gian học tập ở trường và có cái nhìn thực tế hơn vềngành Cơ khí Động lực Ngoài ra cũng qua đề tài này giúp chúng em hoàn thiệnđược nhiều kĩ năng về word, excel, autocad, và một số hiểu biết về cách sử dụngphần mềm thiết kế trong ngành

Xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Quang Trung đãhướng dẫn chúng em rất tận tình cùng với các thầy cô trong khoa Cơ khí Giao thông

đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho chúng em hoàn thành đề tài này

Đà Nẵng, ngày 04 tháng 06 năm 2015

Sinh viên thực hiện

PHAN HOÀNG PHƯỜNG

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC

1.1 TÌNH HÌNH NHIÊN LIỆU HIỆN NAY

1.1.1 Tình hình sử dụng năng lượng trên thế giới

Nhu cầu về năng lượng của Thế giới tiếp tục tăng lên đều đặn trong hơn hai thập

kỷ qua Nguồn năng lượng hóa thạch vẫn chiếm 90% tổng nhu cầu về năng lượngcho đến năm 2025 Nhu cầu đòi hỏi về năng lượng của từng khu vực trên Thế giớicũng không giống nhau

Tài liệu của Cơ quan Thông tin Năng lượng 2004 đã dự báo rằng nhu cầu tiêu thụtất cả các nguồn năng lượng đang có xu hướng tăng nhanh Giá của các năng lượnghóa thạch dùng cũng vẫn rẻ hơn so với các nguồn năng lượng hạt nhân, năng lượngtái tạo hay năng lượng các dạng năng lượng hoàn nguyên khác

1.1.2 Ảnh hưởng

Các nguồn năng lượng hóa thạch trên Thế giới đang dần cạn kiệt, thêm nữa lànhững vấn đề môi trường nảy sinh trong quá trình khai thác đã dẫn đến việc khuyếnkhích sử dụng năng lượng hoàn nguyên để giảm bớt sự ô nhiễm môi trường tránhgây cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch Nhưng do chưa có những điều luật cụ thể

về vấn đề này, nên dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên vẫn được coi là nguồn nhiênliệu chủ yếu để nhằm thỏa mãn những đòi hỏi về năng lượng và chính điều đó sẽdẫn đến sựcạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch trong một thời gian không xa.Khi đề cập về tình hình dự trữ, khai thác hay sử dụng các nguồn năng lượng nhất

là nguồn năng lượng hóa thạch trên Thế giới, chúng ta không thể bỏ qua những tácđộng trực tiếp cũng như gián tiếp của các hoạt động đó đối với môi trường Hiệnnay cũng như trong các thập kỷ sắp tới đây, việc làm sao để giảm thiểu khí nhà kínhsinh ra trong quá trình sử dụng và đốt cháy năng lượng là một vấn đề vô cùng cấpthiết vì sự gia tăng lượng khí nhà kính sẽ gây ra sự thay đổi khí hậu toàn cầu do tráiđất nóng lên và làm cho không khí trở nên ô nhiễm nặng nề Chúng ta sẽ đề cập đếncác yếu tố do việc tiêu thụ năng lượng tác động lên môi trường, khí quyển do đólàm tăng các chất gây ô nhiễm cho không khí như chì, sulfur oxides, nitrogenoxides, các vật chất hữu cơ không ổn định Ở nhiều quốc gia còn quan tâm đến cảviệc giảm lượng thủy ngân tạo ra trong quá trình sản xuất điện năng để tránh gây ônhiễm đất, sông ngòi, ao hồ và đại dương

Tổng quan năng lượng năm 2004 (IEO2004) đã dự đoán về sự phát sinh khí thảiCO2 có liên quan tới năng lượng mà như đã nêu trên chủ yếu là khí thải carbondioxide do con người gây ra trên toàn cầu Căn cứ vào những kỳ vọng về tăng

IEO2004 đã cho thấy sự thải khí carbon dioxide trên toàn cầu sẽ tăng nhanh hơn rấtnhiều trong cùng một chu kỳ so với những năm 1990 Sự tiêu thụ nhiên liệu hóathạch tăng cao đặc biệt là ở những nước đang phát triển phải có trách nhiệm rất lớnđối với việc tăng rất nhanh lượng khí thải carbon dioxide bởi vì mức tăng trưởngkinh tế và sự gia tăng dân số cao hơn nhiều lần so với ở các nước công nghiệp hóa,

mà cùng với nó sẽ là việc nâng cao mức sống, cũng như nhu cầu về năng lượng sửdụng trong quá trình công nghiệp hóa Về lượng khí thải CO2 trên toàn cầu, chúng

ta có thể thấy rằng các nước đang phát triển sẽ chiếm đa phần trong việc sử dụngnăng lượng trên Thế giới Thải khí nhà kính nhiều nhất trong số những nước nàychính là Trung Quốc, quốc gia có tốc độ tăng trưởng thu nhập bình quân đầu ngườicũng như sử dụng nhiên liệu hóa thạch cao nhất

Năm 2001, lượng khí thải CO2 từ các nước công nghiệp hóa chiếm tới 49% toàncầu, tiếp theo sau đó là các nước đang phát triển chiếm 38%, các nước Đông Âu vàLiên Xô cũ chiếm 13% Tới năm 2025, các nước công nghiệp hóa được dự đoán là

sẽ thải ra một lượng khí CO2 chiếm 42% của lượng khí thải toàn cầu, trong khi đólượng CO2 thải ra ở các nước đang phát triển là 46%, Đông Âu và Liên Xô cũ vàokhoảng 12% (Trong Thế giới công nghiệp hóa, hơn một nửa lượng khí thải CO2năm 2001 là do sử dụng dầu mỏ, tiếp theo đó 31% lượng khí thải là do sử dụngthan Theo dự báo qua từng giai đoạn thì dầu mỏ vẫn là nguồn nhiên liệu chủ yếugây ra khí thải CO2 ở các quốc gia công nghiệp hóa vì nó vẫn là một phần quantrọng được sử dụng trong ngành vận tải Sử dụng khí tự nhiên và lượng khí thải sinh

ra trong quá trình sử dụng cũng được dự đoán là sẽ tăng lên, đặc biệt trong ngànhcông nghiệp điện và có thể lượng khí thải sinh ra trong quá trình sử dụng khí tựnhiên sẽ lên tới 24% vào năm 2025

Dầu mỏ và than đã và đang được coi là năng lượng chính gây ra phần lớn lượngkhí thải CO2 ở các nước đang phát triển Trung Quốc và Ấn Độ vẫn được cho là hainước sử dụng nguồn than nội địa để dùng trong việc phát điện và các hoạt độngcông nghiệp Hầu hết các khu vực đang phát triển vẫn sẽ tiếp tục sử dụng chủ yếu làdầu mỏ để đáp ứng các nhu cầu về năng lượng đặc biệt là năng lượng sử dụng tronglĩnh vực vận tải

1.2 CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI

1.2.1.Pin nhiên liệu.

Đây là kỹ thuật có thể cung cấp năng lượng cho con người mà không hề phát rakhí thải CO2 (các bon điôxít) hoặc những chất thải độc hại khác Một pin nhiên liệutiêu biểu có thể sản sinh ra điện năng trực tiếp bởi phản ứng giữa hydro và ôxy

Hydro có thể lấy từ nhiều nguồn như khí thiên nhiên, khí mêtan lấy từ chất thải sinhvật và do không bị đốt cháy nên chúng không có khí thải độc hại Đi đầu trong lĩnhvực này là Nhật Bản Quốc gia này sản xuất được nhiều nguồn pin nhiên liệu khácnhau, dùng cho xe phương tiện giao thông, cho ôtô hoặc cho cả các thiết bị dândụng như điện thoại di động.

1.2.2.Năng lượng mặt trời

Nhật Bản, Mỹ và một số quốc gia Tây Âu là những nơi đi đầu trong việc sử dụngnguồn năng lượng mặt trời rất sớm (từ những năm 50 ở thế kỷ trước) Tính đến năm

2002, Nhật Bản đã sản xuất được khoảng 520.000 kW điện bằng pin mặt trời, vớigiá trung bình 800.000 Yên/kW, thấp hơn 10 lần so với cách đây trên một thập kỷ.Nếu một gia đình người Nhật 4 người tiêu thụ từ 3 đến 4 kW điện/mỗi giờ, thì họcần phải có diện tích từ 30-40 m2 mái nhà để lắp pin Nhật Bản phấn đấu đến năm

2010 sẽ sản xuất được hơn 8,2 triệu kW điện tử năng lượng mặt trời

1.2.3 Năng lượng từ đại dương.

Đây là nguồn năng lượng vô cùng phong phú, nhất là quốc gia có diện tích biểnlớn Sóng và thủy triều được sử dụng để quay các turbin phát điện Nguồn điện sảnxuất ra có thể dùng trực tiếp cho các thiết bị đang vận hành trên biển như hải đăng,phao, cầu cảng, hệ thống hoa tiêu dẫn đường v.v…

1.2.4.Năng lượng gió.

Năng lượng gió được coi là nguồn năng lượng xanh vô cùng dồi dào, phong phú

và có ở mọi nơi Người ta có thể sử dụng sức gió để quay các turbin phát điện Ví

dụ như ở Hà Lan hay ở Anh, Mỹ Riêng tại Nhật mới đây người ta còn sản xuấtthành công một turbin gió siêu nhỏ, sản phẩm của hãng North Powen Turbin này cótên là NP 103, sử dụng một bình phát điện dùng cho đèn xe đạp thắp sáng hoặc giảitrí có chiều dài cánh quạt là 20 cm, công suất điện là 3 W, đủ để thắp sáng một bóngđèn nhỏ

1.2.5 Dầu thực vật phế thải dùng để chạy xe.

Dầu thực vật khi thải bỏ, nếu không được tận dụng sẽ gây lãng phí lớn và gây ônhiễm môi trường Để khắc phục tình trạng này, tại Nhật có một công ty tên làSomeya Shoten Group ở quận Sumida Tokyo đã tái chế các loại dầu này dùng làm

xà phòng, phân bón và dầu VDF (nhiên liệu diezel thực vật) VDF không có cácchất thải ôxít lưu huỳnh, còn lượng khỏi đen thải ra chỉ bằng 1/3 so với các loại dầutruyền thống

1.2.6 Năng lượng từ tuyết.

Hiệp hội nghiên cứu năng lượng thiên nhiên ở Bihai của Nhật đã thành côngtrong việc ứng dụng tuyết để làm lạnh các kho hàng và điều hòa không khí ở nhữngtòa nhà khi thời tiết nóng bức Theo dự án này, tuyết được chứa trong các nhà kho

để giữ nhiệt độ kho từ 0oC đến 4oC Đây là mức nhiệt độ lý tưởng dùng để bảoquản nông sản vì vậy mà giảm được chi phí sản xuất và giảm giá thành sản phẩm

1.2.7 Năng lượng từ sự lên men sinh học.

Nguồn năng lượng này được tạo bởi sự lên men sinh học các đồ phế thải sinhhoạt Theo đó, người ta sẽ phân loại và đưa chúng vào những bể chứa để cho lênmen nhằm tạo ra khí metan Khí đốt này sẽ làm cho động cơ hoạt động từ đó sảnsinh ra điện năng Sau khi quá trình phân hủy hoàn tất, phần còn lại được sử dụng

để làm phân bón

1.2.8 Nguồn năng lượng địa nhiệt.

Đây là nguồn năng lượng nằm sâu dưới lòng những hòn đảo, núi lửa Nguồnnăng lượng này có thể thu được bằng cách hút nước nóng từ hàng nghìn mét sâudưới lòng đất để chạy turbin điện Tại Nhật Bản hiện nay có tới 17 nhà máy kiểunày, lớn nhất có nhà máy địa nhiệt Hatchobaru ở Oita Kyushu, công suất 110.000

kW đủ điện năng cho 3.700 hộ gia đình

1.2.9 Khí Mêtan hydrate.

Khí Mêtan hydrate được coi là nguồn năng lượng tiềm ẩn nằm sâu dưới lòng đất,

có màu trắng dạng như nước đá, là thủ phạm gây tắc đường ống dẫn khí và đượcngười ta gọi là “nước đá có thể bốc cháy” Metan hydrate là một chất kết tinh baogồm phân tử nước và metan, nó ổn định ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất cao,phần lớn được tìm thấy bên dưới lớp băng vĩnh cửu và những tầng địa chất sâu bêndưới lòng đại dương và là nguồn nguyên liệu thay thế cho dầu lửa và than đá rất tốt.1.3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC TRONG ĐỘNG CƠĐỐT TRONG

1.3.1 Nguồn gốc và phân loại nhiên liệu sinh học

Theo dự tính lượng dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong vòng 50 năm nữa, đồng thời nhucầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng Giá dầu mỏ thường xuyên biến động và xuhướng chung là tăng nhanh là nguyên nhân làm giá cả trên thị trường tang theo.Việc tìm ra nhiên liệu mới thay thế dầu mỏ và ứng dụng nó đã trở thành mục tiêucủa nhiều nghiên cứu Nhiên liệu có nguồn gốc sinh học (các sản phẩm của nôngnghiệp) là một giải pháp tốt nhất khi nó không chỉ giải quyết vấn đề năng lượng mà

còn giải quyết vấn đề môi trường Những nhiên liệu có nguồn gốc sinh học baogồm: cồn (ethanol, methanol), biodiesel, biogas,…

1.3.2 Vai trò và xu thế phát triển của nhiên liệu sinh học

Những ưu điểm của nhiên liệu sinh học:

• Là nhiên liệu có thể tái sinh

• Thay thế được cho diesel, xăng

• Có thể sử dụng cho tất cả các phương tiện vận tải

• Giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính

• Giảm chất thải của ống bô, bao gồm các khí độc

• Không độc, dễ bị phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường

• Sản xuất từ các sản phẩm nông nghiệp, hoặc từ các nguồn năng lượng tái sinh

• Dễ sử dụng nếu nắm được các qui định

Vì vậy mà việc sản xuất, ứng dụng nhiên liệu sinh học làm nhiên liệu thay thếcho các nhiên liệu truyền thống là vấn đề vô cùng quan trọng, là mục tiêu mà rấtnhiều quốc gia đặt ra

1.3.3 Cồn Ethanol

Đặc tính của cồn có gốc OH, gốc này ảnh hưởng quyết định tới tính chất vật lý,hóa học của cồn.Cồn là hợp chất có gốc OH với gốc cacbua-hydro Công thức hóahọc chung là R-OH,trong đó Rà gốc H-C

Cồn ethanol (C2H5OH) và methanol (CH3OH) là hợp chất giữa etan (CH4) vàmetan (C2H5)với OH, công thức rượu có thể viết như sau CnH2n+1OH Phân tửmethanol và ethanol có gốc R nên nó thuộc rượu bậc 1 Với số nguyên tử các bonnhư nhau, so sánh cồn với cacbua-hydro khác thì cồn có đặc điểm : phân tử lượng,trọng lượng,điểm sôi nhiệt độ bay hơi, điểm sôi, ở áp suất thường đều cao với lý donhư sau :

-Phân tử lượng và tỷ trọng cao hơn là do phân tử cồn có thêm nguyên tử Oxy.-Điểm sôi và nhiệt độ bay hơi cao hơn là do mối liên kết giữa Oxy và Hydro.Loại liên kết giữa Oxy và Hydro là loại liên kết hydro hoặc loại liên kết phân tửcực, bởi vậy giữa các phân tử tồn tại liên kết ngược Quá trình liên kết có cực sẽ bịyếu khi tang nhiệt độ Vì thế muốn bay hơi cồn thì chúng ta phải cung cấp một nhiệtlượng làm yếu mối liên kết này

-Cồn ở dạng lỏng thì hàm lượng cácbon ít, cho nên có thể hòa tan hoàn toàntrong nước Sở dĩ như vậy là phân tử cồn và phân tử nước có tồn tại liên kết phân tử

phân tử có cực giữa cồn và nước Việc này dẫn đến việc cồn có số lượng nguyên tửcacbon trong phân tử càng lớn thì khả năng hòa tan vào nước giảm đi Do vậy khảnăng hòa tan vào nước của methanol trong nước lớn hơn ethanol Ngược lại nếlượng OH trong hân tử cồn càng nhiều thì ái lực liên kết giữa cồn và nước tăng lênnên có thể càng hòa tan vào nước Về mặt này thì methanol va ethanol giống nhau

vì có cùng một gốc OH Những đặc tính lý hóa làm cho cồn có khả năng thay thếxăng và dầu diesel

Bảng 1-1 Thông số lý hóa của nhiên liệu [9]

Đặc tính lý hóa Diesel Xăng Ethanol

95%

Methanol95%

Nhiệt bay hơi (KJ/Kg) ở 1 at, 25oC 230 350 840 1103

Khối lượng không khí cần thiết để

đốt cháy lượng nhiên liệu (g không

khí/g nhiên liệu)

Lượng nhiên liệu cần thiết ứng với 1

đơn vị không khí (g không khí/g nhiên liệu)

1.3.4 Khả năng dùng cồn thay thế xăng.

Nhiệt trị khối lượng của Ethanol nhỏ hơn xăng và dầu diesel khoảng 1,64 lần.Nhưng nhiệt trị của hỗn hợp Ethanol + xăng + không khí chỉ nhỏ hơn nhiệt trị củahỗn hợp xăng + không khí khoảng 5% ( do lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1

kg Ethanol ít hơn xăng khoảng 38%) Vậy xét khi hệ số dư lượng không khí nhưnhau thì khi dùng Ethanol làm nhiên liệu động cơ giảm công suất rất ít Thực ra thìdùng cồn bằng cách đặt bộ chế hòa khí trên đường ống nạp thì nhiệt ẩn bay hơi củacồn lớn hơn xăng 1,67 lần nên nhiệt độ dòng khí nạp thấp hơn so với khi dùng xăngcho nên ta nạp vào xylanh một lượng nạp nhiều hơn so với khi dùng xăng, điều này

có thể làm cho công suất động cơ dùng cồn lớn hơn xăng

Chỉ số RON của Ethanol là 106, lớn hơn xăng A92, A95 rất nhiều Rõ ràng cồn

là loại nhiên liệu có tính chất chống kích nổ tốt hơn động cơ xăng

Trong thành phần cồn ethanol chỉ có 53,8% các bon và có đến 34,75% oxy Còntrong xăng có tới 86,6% cacbon và không có oxy.Do vậy khi đốt cháy trong buồngcháy động cơ đốt trong thì lượng CO của hàm lượng khí thải khi dùng cồn sẽ ít hơn

so với khi dùng xăng, khí thải hầu như không có bồ hóng Khi dùng cồn lượng HC

có tăng lên do không khí và thành xylanh bị thu nhiệt cục bộ do cồn bay hơi, tạinhững nơi không cháy lượng HC tăng lên Lượng NOX giảm 5-10%, chủ yếu donhiệt độ cháy thấp và thời gian đỉnh ngọn lửa ngắn

Lượng oxy trong cồn khá nhiều ảnh hưởng tốt đến sự đốt cháy nhiên liệu vì phân

tử cồn đã có phân tử oxy “tại chỗ “ để đốt cháy C và H

Với những đặc trưng trên cồn có thể thay thế xăng là hoàn toàn có thể

Nhưng việc thay thế hoàn toàn cồn cho xăng thì lại nảy sinh vấn đề mới : theocác nhà chuyên môn ngành xăng dầu cho rằng việc tồn trữ lâu ngày sẽ sinh ra hiệntượng đóng nhựa trong bồn xăng Do vậy cần phải có những cải tiến phù hợp với hệthống nhiên liệu hoặc ở kết cấu động cơ

1.4 KHẢ NĂNG PHỐI HỢP CỒN XĂNG

Trước đây người ta dùng xăng pha chì để tăng tính chống kích nổ cho động cơ,nhưng công nghệ này gây độc hại rất lớn đối với môi trường…Gần đây, người ta đãchuyển sang dùng loại xăng không pha chì có tính chống kích nổ cao, nhưng lại gặprắc rối mới là phải dùng công nghệ cao phức tạp và đắt tiền hơn để sản xuất xănghoặc phải sử dụng thành phần mới trong xăng cũng gây độc hại không kém gì chì

Mà ta được biết chỉ số RON của Ethanol là 106, lớn hơn xăng A92, A95 rất nhiềucho nên cồn là loại nhiên liệu có tính chất chống kích nổ tốt hơn động cơ xăng Như

khi sử dụng hỗn hợp này Người ta đã làm thí nghiệm và thấy rằng : cứ pha thêmmỗi 7% cồn vào xăng thì tăng tỉ số RON lên 1,2 đơn vị hoặc tăng chỉ số MON lên1,7 đơn vị Việc pha cồn vào xăng là giải pháp mà các nhà khoa học ủng hộ vì đây

là một giải pháp “sạch “ không gây ô nhiễm môi trường Chỉ số octan cao củaethanol còn cho phép tăng tỷ số nén của động cơ dùng hỗn hợp ngoài lên tới 13.1.5 YÊU CẦU KHI SỬ DỤNG E20 TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Khi sử dụng xăng E20 trong động cơ đốt trong do tính chất của etanol có tínhôxy hóa do hàm lượng oxy trong cồn cao nên chúng ta cần chú ý đến đường ốngdẫn nhiên liệu, các đệm, các roăng làm kín Nó sẽ dễ bị phá hỏng làm giảm côngsuất động cơ, thậm chí có thể động cơ không hoạt động được

Đặc điểm động cơ khi dùng hỗn hợp nhiên liệu xăng pha cồn :

1.5.2 Ăn mòn và làm hư hại chi tiết.

Khi sử dụng hỗn hợp cồn xăng cho động cơ, sự hình thành axit hữu cơ : AxítAxetic làm ăn mòn kim loại và làm hư hại các chi tiết phi kim loại trong hệ thốngnhiên liệu Động cơ cần sử dụng biện pháp giảm ăn mòn và làm hư hại chi tiết Cóthể sử dụng phụ gia vào nhiên liệu để giảm ăn mòn Một số chất để khống chế sự ănmòn trong động cơ như : Octel DCI-11, Petrolite 3222 và 3224, Nalco 5403, EndcorFE-9730, MidContiental MCC5011E,…

1.5.3 Đặc điểm đường ống nạp

Do nhiệt ẩn của cồn lớn, nên khi sử dụn hỗn hợp với tỷ lệ cồn cao nhiệt độ đườngống nạp rất thấp, điều này làm ảnh hưởng đến tính bay hơi của nhiên liệu.Vì vậyđường ống nạp động cơ sử dụng hỗn hợp xăng cồn cần phải được sấy nóng

1.5.4 Tính bay hơi của hỗn hợp

Tính bay hơi hỗn hợp phụ thuộc vào tỷ lệ cồn trong hỗn hợp, kết quả phân tíchtại phòng thí nghiệm Hóa dầu, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đường congbay hơi của E10 đến E50 có điểm bay hơi là 10% gần giống vứi xăng Điều này cónghĩa là hỗn hợp E10 đến E50 có thể làm hỗn hợp khởi động Điểm bay hơi 50%đến 100% của hỗn hợp đều thấp hơn xăng, do vậy khả năng tăng tốc và tính cháycủa hỗn hợp tốt hơn xăng

-Công suất và tăng tốc : do nhiệt trị thấp, độ nhớt cao, khối lượng riêng lớn nên

để đảm bảo công suất và tăng tốc tốt cần phải làm gíc lơ khi sử dụng hỗn hợp lớnhơn

-Tiêu hao : do nhiệt trị của cồn thấp nên tiêu hao nhiên liệu khi sử dụng hỗn hợpcồn xăng là cao hơn so với dùng xăng

-Ô nhiễm : các chất ô nhiễm thải ra do đốt cồn là thấp hơn xăng

-Ăn mòn : ăn mòn kim loại (thùng chứa) xảy ra đối với kỹ thuật do có axit Đốivới cồn thông dụng ăn mòn kim loại là rất ít, do cồn thông dụng đã khử axit Nhưvậy mòn kim loại có thể được giải quyết triệt để nếu trung hòa được nồng độ axittrong hỗn hợp Theo phân tích trên thì chọn hỗn hợp khởi động có tỷ lệ cồn nhỏ15%

1.5.6 Vấn đề ô nhiễm khí thải khi sử dụng hỗn hợp cồn xăng.

Khi dùng hỗn hợp cồn xăng thì việc thải CO và HC là rất thấp và NOx là gần nhưkhông đổi so với dùng xăng Trong cồn có chứa oxy, do vậy khi cháy nó sẽ tự cungcấp oxy cho nhiên liệu làm sản phẩm cháy trung gian CO chuyển thanh CO2 nhiềuhơn Đồng thời, trong nhiên liệu có chứa nhiều Hydro thì lượng tương đối C sẽgiảm Động cơ sử dụng hỗn hợp có tỷ số nén cao nên trạng thái nhiệt động cơ cao.Điều này làm cho sự chuyển hóa CO thành CO2 và H2C thành H2O dễ dàng hơn

Chương 2 KHẢO SÁT ĐỘNG CƠ DAEWOO 1.6L DOHC

2.1.ĐẶC ĐIỂM VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DAEWOO1.6L DOHC

2.1.1 Các thông số kỹ thuật của động cơ DAEWOO 1.6 DOHC

Hình 2-1 Tổng thể động cơ DAEWOO 1.6L DOHCĐộng cơ Dual Overhead Cam L- 4 1.6L DOHC được lắp trên ôtô NUBIRA dohãng DAEWOO, Hàn Quốc sản xuất năm 2001 : là loại động cơ ôtô khá thông dụngđược sử dụng ở Việt Nam hiện nay Đây là động cơ đánh lửa cưỡng bức dùng hệthống phun xăng điện tử, động cơ 4 xylanh thẳng hàng, thứ tự làm việc 1-3-4-2.Mỗi xylanh có 4 xupap hai xupap nạp và hai xupap thải, được điều khiển bởi haitrục cam và các bộ phận phân phối khí Bơm nhiên liệu dùng loại động cơ điện mộtchiều và bình chứa nhiên liệu có dung tích 62 lít

Bảng 2-1 Các thông số động cơ DAEWOO 1.6L DOHC

Công suất cực đại

Tham số kết cấu 0,24

2.1.2.Đặc điểm của động cơ DAEWWOO 1.6L DOHC

2.1.2.1 Thân máy

Thân máy cùng với nắp xy lanh là nơi nắp đặt và bố trí hầu hết các cụm, các chitiết của động cơ Cụ thể trên thân máy bố trí xy lanh, hệ trục khuỷu, và các bộ phậntruyền động để dẫn động các cơ cấu và hệ thống khác của động cơ như trục cam,bơm nhiên liệu, bơm nước, bơm dầu, quạt gió…

Hình 2-2 Thân máy 1.6L DOHC DAEWOOThân máy của động cơ là loại thân xy lanh - hộp trục khuỷu Khối thân xy lanhcủa động cơ được chế tạo liền với nửa trên hộp trục khuỷu theo hình thức vỏ thân

xy lanh chịu lực

Thân máy của động cơ được chế tạo bằng gang đúc, có tính dẫn nhiệt tốt

2.1.2.2.Nắp máy

Nắp xy lanh của động cơ DAEWOO 1.6L DOHC là một dạng nắp chung mộtkhối cho 4 xy lanh Nó được chế tạo bằng hợp kim nhôm, có ưu điểm là nhẹ, tảnnhiệt tốt, giảm được khả năng kích nổ Nắp được lắp với thân máy qua đệm nắpmáy bằng các bu lông

Hình 2-3 Nắp máy DAEWOO 1.6L DOHCNắp xy lanh cùng với pít tông và xy lanh tạo thành buồng cháy, buồng cháy động

cơ DAEWOO 1.6L DOHC có dạng đỉnh lõm Nhiều bộ phận của động cơ được nắptrên nắp xy lanh như vòi phun, cụm xu páp… Ngoài ra trên nắp xy lanh còn bố trícác đường nạp, đường thải, đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn… Do đó kếtcấu của nắp xy lanh rất phức tạp

Điều kiện làm việc của nắp xy lanh rất khắc nhiệt như nhiệt độ cao, áp suất khíthể rất lớn và bị ăn mòn hoá học bởỉ các chất ăn mòn trong sản phẩm cháy

Nắp che đậy quy lát bằng nhôm trọng lượng nhẹ Có một nơi mở rộngđể đổ dầuđược chế tạo trên dãy bên trái nắp đậy quy lát được sử dụng để đổ đầy dầu động cơnhằm cải thiện bảo trì động cơ

Gioăng nắp máy (quy lát) là những lá thép mỏng được sử dụng để nâng cao độkín khít, hiệu suất và độ bền

Nắp máy được làm bằng nhôm Bugi được đặt ở trung tâm của buồng cháy cốt đểcải thiện hiệu suất và chống va chạm với động cơ Các cửa nạp nằm ở bên trong vàcác cửa thải nằm bên ngoài của dãy xi lanh bên trái và phải một cáchtương ứng.Cửa nạp thẳng đứng được sử dụng để cải thiện hiệu quả (khả năng) nạp

2.2 MỘT SỐ CHI TIẾT, CỤM CHI TIẾT CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ DAEWOO1.6L DOHC

2.2.1 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

- Điều kiện làm việc : Điều kiện làm việc của piston rất khắc nhiệt Trong quátrình làm việc, piston phải chịu tải trọng cơ học lớn có chu kỳ, nhiệt độ cao

- Piston của động cơ được chế tạo bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt

- Trên phần đầu piston có xẻ 3 rãnh để lắp các xéc măng khí và xéc măng dầu.Khe hở giữa phần đầu piston và thành xy lanh nằm trong khoảng 0,4¿ 0,6 mm

- Thân piston có dạng hình côn tiết diện ngang hình ôvan và có hai bệ để đỡchốt piston, trên thân có phay rãnh phòng nở để tránh bó kẹt piston Thân piston cónhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xy lanh

* Xéc măng

Trên piston có 2 loại xéc măng là xéc măng khí và xéc măng dầu

Hình 2-4 Xéc măng động cơ

- Xéc măng khí : có nhiệm vụ bao kín buồng cháy của động cơ và dẫn nhiệt từđỉnh piston ra thành xy lanh và tới nước làm mát Mỗi piston được lắp 2 xéc măngkhí vào hai rãnh trên cùng của đầu piston Để xéc măng rà khít với thành xy lanh nóđược mạ một lớp thiếc Xéc măng khí phía trên được mạ crôm để giảm mài mòn.Khi lắp đặt miệng xéc măng phải lệch nhau 1800 Vật liệu chế tạo xéc măng khí làthép hợp kim cứng

- Xéc măng dầu được làm từ thép chống gỉ Xéc măng dầu có nhiệm vụ san đềulớp dầu trên bề mặt làm việc và gạt dầu bôi trơn thừa từ thành xy lanh về cácte Xécmăng dầu có các lỗ dầu và được lắp vào rãnh dưới cùng của piston Trong rãnh có

lỗ nhỏ ăn thông với khoang trống phía trong piston

* Chốt piston

- Chốt piston là chi tiết nối piston và đầu nhỏ thanh truyền Tuy có kết cấu đơngiản nhưng chốt piston có vai trò rất quan trọng để đảm bảo điều kiện làm việc bìnhthường của động cơ Trong quá trình làm việc của mình chốt piston chịu lực va đậptuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện bôi trơn khó khăn

Hình 2-5 Chốt piston động cơ1.Vòng hãm, 2.Chốt piston

- Chốt piston được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần hợp kim nhưcrôm, măng gang với thành phần cacbon thấp Chốt piston được xử lý tăng cứng vàđược mài bóng.

- Chốt piston có dạng hình trụ rỗng Chốt piston được lắp tự do ở cả hai mốighép Khi lắp ráp mối ghép giữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng,còn mối ghép với bệ chốt là mối ghép trung gian, có độ dôi

-Khối xy lanh được làm bằng hợp kim nhôm Một lối dẫn nước được cung cấpgiữa các vách xy lanh Bằng cách cho phép nước làm mát chảy giữa các vách xylanh, cấu trúc này cho phép nhiệt độ của thành xy lanh được giữ thống nhất.Ống lót xy lanh là một loại có gai (ngạnh), đã được chế tạo có hình dạng bên ngoàicủa chúng tạo thành một bề mặt không đều lớn để tăng cường độ bám dính giữa cácống lót và khối xy lanh nhôm Độ bám dính tăng cường giúp cải thiện tản nhiệt, dẫnđến nhiệt độ tổng thể thấp hơn và làm giảm biến dạng nhiệt các vách xy lanh

* Thanh truyền

Hình 2.6 Thanh truyền của động cơ

- Thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu Trong quá trình làmviệc thanh truyền chịu lực khí thể, lực quán tính của nhóm piston và lực quán tínhcủa bản thân thanh truyền Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va đập

- Trong quá trình làm việc của động cơ, thanh truyền thực hiện hai chuyển độngphức tạp : Chuyển động tịnh tiến dọc theo thân xy lanh và chuyển động lắc tươngđối so với trục của chốt piston Thanh truyền được chế tạo bằng thép hợp kim, trongthân thanh truyền có khoan rãnh dẫn dầu bôi trơn lên bề mặt bạc đầu nhỏ và chốtpiston

- Đầu to thanh truyền được chia làm hai nửa với mặt phẳng phân chia vuônggóc với đường tâm thanh truyền Dấu ở nửa trên đầu to thanh truyền và nửa dướiđầu to thanh truyền, cùng với dấu ở piston khi lắp các dấu này phải cùng phía và

2.2.1.2 Trục khủyu.

- Vai trò của trục khuỷu: trục khuỷu nhận lực tác dụng từ piston tạo mômenquay kéo các máy công tác và nhận năng lượng của bánh đà, sau đó truyền chothanh truyền và piston thực hiện quá trình nén cũng như trao đổi khí trong xy lanh

Hình 2-7 Cấu tạo trục khuỷu động cơ DAEWOO 1.6L DOHC

- Trục khuỷu của động cơ được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phầnmăng gan, vômphram…

- Trên đầu trục có then để lắp puli dẫn động quạt gió, bơm nước cho hệ thốnglàm mát, có bánh răng trục khuỷu để dẫn động trục cam, bơm dầu

- Cổ trục khuỷu được gia công và xử lý bề mặt đạt độ cứng và độ bóng cao.Các cổ trục đều có chung một đường kính Cổ khuỷu được làm rỗng để làm rãnhdẫn dầu bôi trơn đến các cổ và chốt khác của trục khuỷu

- Chốt khuỷu cũng được gia công và xử lý bề mặt để đạt độ cứng và độ bóngcao Đường kính chốt nhỏ hơn đường kính cổ Chốt khuỷu cũng được làm rỗng đểgiảm trọng lượng và chứa dầu bôi trơn

- Các đối trọng được làm liền với má khuỷu Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắpbánh đà và được làm rỗng để lắp vòng bi đỡ trục sơ cấp của hộp số

2.2.1.3 Bánh đà

Hình 2-10 Bánh đà của động cơ DAEWOO 1.6L DOHC Bánh đà giữ cho độ chuyển động không đồng đều của trục khuỷu động nằmtrong giới hạn cho phép và dự trữ động năng cho quá trình nén và thải, là nơi lắpcác chi tiết của cơ cấu khởi động như vành răng khởi động và là nơi đánh dấu tươngứng với điểm chết và khắc vạch chia độ góc quay trục khuỷu Bánh đà được chế tạo

từ gang xám và được cân bằng động cùng với trục khuỷu

2.2.2 Cơ cấu phân phối khí

Cơ cấu phối khí được dùng là cơ cấu phối khí dùng xu páp treo, 2 trục cam

Hình 2-11 Trục cam đôi cơ cấu phân phối khí động cơ DAEWOO 1.6L DOHC

- Với cơ cấu phối khí xu páp treo bảo đảm cho buồng cháy nhỏ gọn, chống cháykích nổ tốt nên có thể tăng được tỉ số nén và làm cho dạng đường thải, nạp thanhthoát, khiến sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời do có thể bố trí xu páp hợp lí hơnnên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí khiến hệ số nạp tăng Cấu tạo

a Trục cam

Các trục cam nạp được điều khiển bởi trục khuỷu thông qua truyền đông xíchchính Trục cam nạp của hàng xi lanh tương ứng kéo theo trục cam thải thông quatruyền động xích thứ hai Các xu páp được mở và đóng trực tiếp bởi 2 trục cam

b Xupáp

- Trên động cơ Nubira 1.6L gồm 8 xupáp nạp và 8 xupáp xả Các xupáp đượcdẫn động trực tiếp từ trục cam Các xupáp làm việc trong điều kiện khắc nghiệt;chịu tải động và phụ tải nhiệt rất lớn nhất là đối với xupáp thải

Hình 2-12 Kết cấu của xu páp

* Xupáp nạp :

Xupáp nạp làm bằng thép Giữa thân và tán nấm có bán kính góc lượn lớn đểcải thiện tình trạng lưu thông của dòng khí nạp vào xi lanh, đồng thời tăng độ cứngvững cho xu páp, giảm được trọng lượng Phần đuôi được tôi cứng

* Xupáp thải :

Xupáp thải làm bằng thép chịu nhiệt Phần đuôi được tôi cứng để tránh mòn và

có rãnh để lắp móng hãm giữa đuôi xupáp và lò xo xupáp Móng hãm hình côngồm 2 nửa với kiểu lắp này có kết cấu đơn giản, độ an toàn cao, và không gây nênứng suất tập trung trên đuôi xupáp Để dễ sửa và tránh hao mòn cho nắp xi lanh ởchỗ lắp xupáp người ta lắp ống dẫn hướng.ống dẫn hướng có dạng hình trụ rỗngđược đóng ép vào nắp xi lanh đến một khoảng cách nhất định

+ Đế xupáp hình ống, mặt trong được vát góc theo góc vát của tán nấm và đượcđóng trên nắp máy

+ Lò xo xupáp hình trụ hai đầu được quấn sít với nhau và mài phẳng

2.3 CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN ĐỘNG CƠ DAEWOO 1.6L DOHC

2.3.1 Hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát có tác dụng tản nhiệt khỏi các chi tiết, giữ cho nhiệt độ củacác chi tiết không vượt quá giới hạn cho phép và do đó bảo đảm điều kiện làm việccủa động cơ Trên động cơ Nubira 1.6DOHC sử dụng hệ thống làm mát bằng nước,kiểu kín tuần hoàn cưỡng bức nhờ bơm nước

2.3.1.1 Bơm nước và quạt gió

- Bơm nước trên hệ thống làm mát của động cơ là bơm ly tâm Được dẫn độngbằng đai từ trục khuỷ động cơ

- Quạt gió được lắp trên đầu phía trước của trục bơm nước Các cánh quạt đượcchế tạo bằng thép lá Để nâng cao năng suất và tạo hướng cho dòng khí vành quạtgió có hom khí

2.3.1.2 Két nước làm mát

- Két nước làm mát bao gồm các ống dẫn bằng đồng đỏ Các ống này được hànvới các cánh tản nhiệt hình gợn sóng nhằm tăng tiết diện tiếp xúc với không khí đểtăng khả năng toả nhiệt của két làm mát Ngăn trên có miệng đổ nước và được đậybằng nắp

- Nắp két nước có hai van, van xả có tác dụng giảm áp khi áp suất trong hệthống cao (khoảng 1,15 1.25 kG/cm2) do bọt hơi sinh ra trong hệ thống, nhất làkhi động cơ quá nóng Còn van hút sẽ mở để bổ sung không khí khi áp suất chânkhông trong hệ thống lớn hơn giá trị cho phép (khoảng 0,05 0,1 kG/cm2)

Hình 2-14 Bơm bánh răng ăn khớp trongKiểu bầu lọc được dùng là kiểu bầu lọc cơ khí loại bầu lọc thấm dùng tấm kim loại.

Ở chế độ nhiệt làm việc ổn định của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn cầnnằm trong giới hạn 80  900C Nhưng trong sử dụng do nhiệt độ của môi trườngtương đối cao, do động cơ thường phải làm việc ở những chế độ phụ tải cao trongthời gian dài, nhiệt độ của dầu bôi trơn sẽ vượt quá giới hạn cho phép và do đó cầnđược làm mát trong két làm mát dầu Trên hệ thống bôi trơn của động cơ sử dụngkét làm mát dầu kiểu ống được làm mát bằng không khí, bố trí trước két nước củađộng cơ

Máy bơm dầu hút dầu động cơ từ tắc te dưới áp lực đến các bộ phận khác nhaucủa động cơ dầu Bộ lọc được gắn vào trước khi dầu vào của bơm dầu để loại bỏ cáctạp chất có thể làm tắc nghẽn hoặc hỏng bơm dầu hoặc các thành phần động cơkhác Khi trục bánh răng quay, các thiết bị điều khiển quay Điều này làm chokhông gian giữa các bánh răng để không ngừng thay đổi, kéo dầu từ tắc te khikhông gian mở tăng lên và bơm dầu ra cho động cơ khi nó thu nhỏ không gian lại

Ở tốc độ động cơ cao, các máy bơm dầu cung cấp một lượng dầu cao hơn nhiềulượng dầu so với yêu cầu để bôi trơn động cơ

Điều chỉnh áp suất dầu ngăn ngừa quá nhiều dầu tự vào động cơ bôi trơn Trongthời gian bình thường cung cấp dầu, lò xo cuộn và van giữ đóng cửa, điều khiển tất

cả các dầu được bơm vào động cơ Khi lượng dầu được bơm tăng, áp lực trở nên đủcao để vượt qua các lực cản và ma sát trong động cơ

2.3.3.Hệ thống đánh lửa

Động cơ Daewoo Nubira được trang bị hệ thống đánh lửa điện tửESA( Electronic Spark Advance) không sử dụng bộ chia điện( đánh lửa trực tiếp) vàdùng Bôbin đôi ECU sẽ nhận tín hiệu đầu vào từ các cảm biến và xử lý thông tin

một câch chính xâc từ đó xâc định thời gian vă xuất tín hiệu đânh lửa tối ưu cho câcquâ trình hoạt động của động cơ.

Mạch ổn áp

Bộ vi xử lý

Các cảm biến

IGDA IGT

IGDB

Mạch vào

Mạch điều khiển góc Dwell

Mạch nhận biết xylanh

Mạch kích thích

Hình 2-15 Sơ đồ hệ thống đânh lửa điện tử ESA trín động cơ DAEWOO Nubira

sẽ xâc định xylanh cần đânh lửa theo đúng thứ tự nổ

Để bảo đảm đânh lửa theo đúng thứ tự nổ 1-3-4-2 mạch văo sẽ xâc định xylanhcần đânh lửa theo bảng mê sau:

720o

o

360 IGT

Ne

IGDA IGDB

Hình 2-16 Dạng xung điều khiển đánh lửa trực tiếp

Trong trường hợp xung IGDA ở mức thấp (0), xung IGDB ở mức cao (1) mạchxác định xylanh sẽ phân phối xung IGT đóng ngắt transitor T1 Khi T1 ngắt thì sứcđiện động cảm ứng trên cuộn thứ cấp sẽ tạo tia lửa cho bugi số 1 hoặc 4 và hoạtđộng như vậy tương tự đối với các xylanh 2&3

2.3.3.1 Bôbin.

Động cơ sử dụng bôbin đôi tức là cuộn đánh lửa kép DCP(Dual coil Pack) đượcdựa trên nguyên lý hoạt động của cuộn đánh lửa trực tiếp DIS và không có bộ chiađiện, Vì vậy từng bugi sẽ được cấp hiệu điện thế cao áp từ cuộn đánh lửa Cuộnđánh lửa kép chỉ có các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, không có IC đánh lửa IC đánhlửa được tích hợp trong ECU vì vậy quá trình đóng ngắt cuộn sơ cấp đều do ECUđiều khiển

Hình 2-17 Sơ đồ mạch của bôbin đôi

Các bôbin đôi phải được gắn vào bugi của các xylanh song hành Với động cơnày có thứ tự nổ là 1-3-4-2 thì ta sử dụng hai bobin Bobin thứ nhất có hai đầu củacuộn thứ cấp được nối với bugi số 1& 4, bobin thứ hai nối với bugi thứ 2&3

Phân phối điện áp cao được phân phối như sau:

Giả sử điện áp thứ cấp được cấp xuất hiện ở bugi số 1 và 4 ta có

Trong đó : Utc : hiệu điện áp của cuộn thứ cấp

U1& U4 : hiệu điện áp đặt vào khe hở của bugi số 1&4

R1& R4 : điện trở của khe hở bugi số 1&4

Ở thời điểm đánh lửa, piston của xylanh số 1&4 đều ở vị trí gần điểm chếttrên chỉ khác là một là cuối kỳ nén và một là cuối kỳ thải cho nên điện trở khe hởcủa các bugi cũng khác nhau

Giả sử Piston máy số 1 ở cuối quá trình nén thì máy số 4 cuối quá trình thảilúc này R1 rất lớn và R4 rất nhỏ do sự xuất hiện nhiều ion nhờ phản ứng cháy vànhiệt độ cao Do đó R1>> R4 nghĩa là U1¿Utc, U4¿0 và tương tự cho các bugicòn lại và các chu trình còn lại Như vậy nó sẽ bảo đảm cho thứ tự nổ của động cơ

Hình 2-18 Kết cấu Bôbin đôi của động cơ DAEWOO 1.6L DOHC

2.3.3.2 Bugi.

Bugi đánh lửa có nhiệm vụ nhận các xung điện cao thế từ bộ chia điện truyền đến

và bật tia lử điện cao thế để đốt cháy hỗn hợp khí -nhiên liệu trong xilanh Do tiếpxúc với buồng đốt nên trong quá trình làm việc bugi chịu tác động của 3 tải trọng :-Tải trọng cơ khí : Phát sinh do áp suất khí cháy dưới dạng xung áp suất, áp suấtcực đại tác động lên bugi có thể đến 50÷60 kG/cm2, đồng thời bugi cũng phảithường xuyên chịu sự rung động do xe gây ra

-Tải trọng nhiệt : Phát sinh do sự thay đổi tải trọng nhiệt trong mỗi xilanh saumột chu kì làm việc Khi hỗn hợp khí-nhiên liệu cháy nhiệt độ khoảng 18000

÷22000C, còn trong kì hút nhiệt độ khoảng 50÷800C

-Tải trọng điện : Do các xung điện truyền đến trong thời điểm đánh lửa, xung ápđiện khoảng 15 20 kV hoặc cao hơn nữa

Do phải chịu các loại tải trọng trên nên về mặt kết cấu và vật liệu cũng có nhữngyêu cầu đặc biệt Kết cấu của một bugi gồm những phần cơ bản như sau :

Hình 2-19 Kết cấu của bugi đánh lửa

1.Sứ cách điện; 2.hanh kim loại điện cực giữa; 3.Thân bugi; 4.Vòng đệm;

5.Chất làm kín; 6.Mũ bắt dây

Sứ cách điện 1 trong đó có thanh kim loại 2 làm điện cực giữa của bugi đánh lửa,các chi tiết 1,2,6 được đặt trong vỏ thép 3 là thân của bugi đánh lửa, trên thân củabugi đánh lửa có phần vát 6 cạnh và phần ren để bắt vào thân máy, đuôi bugi có

điện cực để tạo tia lửa Giữa thân 3 và sứ 1 có đệm đồng 4 để làm kín và để truyềnnhiệt.

- Vật liệu cách điện được làm từ hợp kim Ni-Mn chịu được tác động hoá học docác chất khí cháy gây nên và không han gỉ trong điều kiện nhiệt độ cao

- Khe hở bugi khoảng 1,0 1,1 mm giúp khả năng bén hỗn hợp nghèo tốt

Đặc tính nhiệt của bugi : Muốn cho bugi làm việc bình thường thì nhiệt độ phần

sứ dưới của nó (phần nằm trong thân 3 hình 2-19) không đươc thấp hơn500÷5800C Vì như vậy khi dầu vung toé vào thì sẽ bị đốt cháy ngay, không tạomuội than ở dưới bugi Nhiệt độ này người ta gọi là nhiệt độ tự tẩy muội Nếu nhiệt

độ của sứ thấp hơn nhiệt độ tự tẩy muội thì khi dầu vung vào sẽ không cháy hết sẽtạo thành lớp muội và gây nên điện trở rò làm bugi bỏ lửa Nhưng nhiệt độ này cũngkhông được quá cao (không quá 800÷9000C) để tránh hiện tượng tự bén lửa làm saithời điểm đánh lửa (tức là hỗn hợp khí -nhiên liệu khi hút vào xilanh động cơ sẽđược bốc cháy không phải do tia lửa điện mà do tiếp xúc với phần sứ nóng và điệncực nóng đỏ) khi áp suất khí trong xilanh đạt giá trị lớn nhất Đặc tính nhiệt củabugi được tính theo trị số bén lửa có giá trị từ 100÷500 Đó là khoảng thời gian củabugi đánh lửa trên động cơ thử nghiệm đặc biệt, làm việc ở một chế độ nhất địnhtính đến khi bắt đầu có hiện tượng tự bén lửa Chính vì vậy mà :

+ Động cơ có tỉ số nén thấp và ứng suất nhiệt thấp thường sử dụng loại bugi cóphần sứ dưới dài, đường kính trong của bugi đánh lửa lớn để truyền lượng nhiệt ramôi trường ngoài chậm hơn do đường truyền nhiệt dài Loại bugi này gọi là buginóng Trị số bén lửa của bugi này thường từ 100  200

+ Động cơ có tỉ số nén cao, số vòng quay lớn thì phải dùng bugi có phần sứdưới ngắn, nằm gọn trong thân bugi với khe hở giữa sứ và bugi nhỏ Loại bugi nàygọi là bugi lạnh, trị số bén lửa loại này từ 200  500 Trị số bén lửa càng lớn thìbugi thoát nhiệt càng tốt

2.3.4 Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu có sự điều khiển cắt nhiên liệu được sử dụng để ngăn chặnbơm nhiên liệu khi các túi khí SRS được triển khai trong khi có va chạm phía trướchoặc phía bên của xe Kim phun nhiên liệu loại 12 lỗ nhỏ gọn được sử dụng để cảithiện việc làm tơi nhiên liệu Đường ống cung cấp nhiên liệu làm bằng nhựa được

sử dụng để thực hiện tiết kiệm trọng lượng Việc kết nối nhanh chóng được sử dụng

để kết nối các đường nhiên liệu cho dễ bảo trì Một bình nhiên liệu nhiều lớp bằngnhựa được sử dụng để giải quyết vấn đề môi trường

Chương 3 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM CATIA VÀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TOÁN CƠ HỌC

3.1 LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ CÁC TÍNH NĂNG CỦA PHẦN MỀM CATIA

3.1.1 Lịch sử ra đời Catia

CATIA bắt đầu được hãng sản xuất máy bay Pháp Avions Marcel Dassault pháttriển, vào thời điểm đó là khách hàng của các phần mềm CADAM CAD Lúc đầuphần mềm tên là CATI (Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive - tiếngPháp nghĩa là Thiết kế ba chiều được máy tính hỗ trợ và có tương tác) Nó đã đượcđổi tên thành CATIA năm 1981, khi Dassault tạo ra một chi nhánh để phát triển vàbán các phần mềm và ký hợp đồng không độc quyền phân phối với IBM

Năm 1984, Công ty Boeing đã chọn CATIA là công cụ chính để thiết kế 3D, vàtrở thành khách hàng lớn nhất

Năm 1988, CATIA phiên bản 3 đã được chuyển từ các máy tính Mainframe sangUNIX

Năm 1990, General Dynamics/Electric Boat Corp đã chọn CATIA như là công

cụ chính thiết kế 3D, thiết kế các tàu ngầm hạt nhân của Hải quân Hoa Kỳ

Năm 1992, CADAM đã được mua từ IBM và các năm tiếp theo CADAMCATIA V4 đã được công bố Năm 1996, nó đã được chuyển từ một đến bốn hệ điềuhành Unix, bao gồm IBM AIX, Silicon Graphics IRIX, Sun Microsystems SunOS

3.1.2 Tính năng của phần mềm Catia

Phần mềm CATIA là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh và mạnh mẽ nhấthiện nay, do hãng Dassault Systems phát triển, phiên bản mới nhất hiện nay làCATIA V5R19 , là tiêu chuẩn của thế giới khi giải quyết hàng loạt các bài toán lớntrong nhiều lĩnh vực khác nhau như: xây dựng, cơ khí, tự động hóa, công nghiệp ô

tô, tàu thủy và cao hơn là công nghiệp hàng không Nó giải quyết công việc mộtcách triệt để, từ khâu thiết kế mô hình CAD (Computer Aided Design), đến khâusản xuất dựa trên cơ sở CAM (Computer Aided Manufacturing, khả năng phân tíchtính toán, tối ưu hóa lời giải dựa trên chức năng CAE(Computer Aid Engineering)của phần mềm CATIA Các Môdun chính của CATIA như sau:

Hình 3-1 Mô hình sản phẩm Catia

- Mechanical Design :

Cho phép xây dựng các chi tiết, các sản phẩm lắp ghép trong cơ khí Vẽ và thiết

kế các chi tiết 2D, 3D Xuất bản vẻ 2D, lắp ráp các chi tiết, mô phỏng quá trình lắpráp các chi tiết Tạo mô hình khung dây và mặt ngoài Ghi, chú thích và sai số kíchthước trong không gian 3D

Hình 3-2 Mô hình tạo bằng Mechanical Design

- Shape design and styling :

Modul này cho phép thiết kế các bề mặt có biên dạng, kiểu dáng phức tạp tronglĩnh vực thiết kế võ ô tô, tàu biển, máy bay…Thiết lập bản vẽ nhanh, vẽ các biêndạng phức tạp Tối ưu các biên dạng bề mặt, xây dựng các hình dạng chi tiết bằng

số hóa tọa độ các điểm Tạo những hình ảnh tương tác bắt mắt qua việc thay đổicamera, gán vật liệu, cũng như tạo chuyển động, diễn tả kết quả ở không gian phốicảnh qua chức năng Photo Studio Nó có thể tái lập nhanh cấu trúc bề mặt một chi

Hình 3-4 Mô hình hóa vật thể Hình 3-5 Mô phỏng động học

Hình 3-3 Mô hình tạo bằng Shape Design and Styling

- Catia solids geometry :

Mô hình hóa thể tích để tạo hình, hiệu chỉnh và phân tích vật thể Nó cho phépcác toán tử logic giữa các vật thể (hợp, giao, trừ) Vật thể được tạo từ các đối tượngđơn giản bằng việc dịch chuyển hoặc quay Profile.(hình 3.4)

- Catia kinematics :

Giúp xác định cấu trúc động học của cơ cấu, mô phỏng và phân tích chuyểnđộng, xác định vận tốc và gia tốc của các chi tiết, cơ cấu, đường chuyển động vàgiải quyết các bài toán va chạm (hình 3-5)

- Catia image design :

Tạo sự biểu diễn thực với phần khuất hoàn toàn, xác định điều kiện chiếu sáng vàcác thông số bề mặt của đối tượng

- Catia finite element modeler :

Tạo mô hình tổng thể, mô tả tính chất vật lý và vật liệu, điều kiện biên và tảitrọng đối tượng (hình 3-6)

Hình 3-7 Thể hiện modul tiện trong Catia

-Catia nc – lathe :

Tạo chương trình chứa phần nguyên công tiện dưới dạng đầu ra APT

- Catia nc - mill:

Tạo chương trình chứa phần nguyên công phay (hình 3-8)

Hình 3-8 Thể hiện Modul phay trong CatiaHình 3-6 Thể hiện sự mô tả tính chất vật lý của vật liệu

Hình 3-10 Mô hình thể hiện khả năng thiết kế đường ống

- Catia robotic:Thiết kế và mô phỏng robot với các lệnh chuẩn, định nghĩa cấutrúc robot, đặc trưng hình học, động học, đồng bộ hóa nhiều robot…(hình 3-9)

Hình 3-9 Mô phỏng hoạt động trong Catia

- Catia building design and facilities layout:

Tạo thiết kế các bản vẽ xây dựng, sắp đặt các đối tượng và định nghĩa mối quan

hệ giữa chúng………

- Catia shematics: Công cụ để sắp đặt vị trí những phần tử cơ bản, vẽ các sơ đồ,thiết lập các liên kết logic giữa các phần tử và điều khiển chúng

- Catia piping and tubing:

Thiết kế những tuyến ống dẫn phức tạp, toán tử logic với vật thể, thăm dò vachạm…(hình 3-10)

Hình 3-11 Mô hình tạo bằng Structural design and Stellwak

- Catia structural design and steelwak:

Công cụ tổ hợp cho thiết kế các sản phẩm phức tạp có tính chất vật liệu khácnhau (hình 3-11)

3.1.3 Thiết kế chi tiết 3D trong modul part design

Để thiết kế ra một sản phẩm 3D người thiết kế có thể bắt đầu bằng những đường

cơ sở khác nhau nhưng đều phải bắt đầu từ sketcher cơ bản rồi từ đó xuất sang 3D

để sử dụng những công cụ sẵn có thiết lập lên mô hình 3D

Hình 3-12 Màn hình giao diện sketchSau khi tạo ra được hình vẽ phác 2D bằng các lệnh trong sketch, ta bắt đầu tạocác chi tiết dạng 3D Môi trường vẽ chi tiết 3D dạng solid thuộc trình ứng dụng PartDesign, môi trường Part Design gồm các thuộc tính xây dựng chi tiết cơ bản, các kỹnăng dựng khối Cung cấp các khả năng quản lý thông số chi tiết, hiệu chỉnh và thayđổi bất kỳ một định dạng nào của chi tiết

Hình 3-13 Môi trường làm việc Part Design

Kỹ năng dựng khối trong Catia rất đa dạng, chúng ta có thể dựng những khối cóbiên dạng phức tạp hay dựng đồng thời nhiều biên dạng với các kích thước bất kỳ

Hình 3-14 Dựng khối trong CatiaNgoài việc dựng khối theo biên dạng, Catia cũng cho phép chúng ta lựa chọn tínhnăng giới hạn các biên dạng ngoài của chi tiết được tạo ra bởi một đường dẫn xungquanh các Section

Hình 3-15 Tạo chi tiết bằng lệnh Multi-Section Solid

Trong Catia các thuật toán bề mặt Surface-Based Features là một trong nhữngthuật toán linh hoạt, nó dùng để xử lý các bề mặt và tạo nên các sản phẩm Solid mộtcách hoàn hảo Như thuật toán Split dùng để cắt khối bởi một bề mặt cho trước,thuật toán Surface tạo khối từ một bề mặt bất kỳ bằng cách lấy bề dày cho bề mặt

đó theo hai hướng (hình 3-16 )

Hình 3-16 Mô tả thuật toán Surface

Ngoài ra nó còn có một số lệnh đặc thù như lệnh Stiffener dùng trong thiết kế cácgân tăng cứng hay gân chịu lực của vật thể một cách nhanh chóng ( hình 3-17 ).

Hình 3-17 Tạo gân chịu lực bằng lệnh Stiffener

3.1.4 Trình ứng dụng lắp ráp asembly design

3.1.4.1 Tính năng của Assembly Design

Trong thiết kế máy hoặc một hệ thống thiết bị, người thiết kế thường được đòihỏi kỹ năng thiết kế lắp ráp Vì trong nguyên tắc thiết kế chế tạo máy, một bản vẽlắp hoàn chỉnh phải được thiết kế trước, sau đó mới tính đến các thông số hình họctrong từng chi tiết đơn

Trong môi trường ứng dụng CAD/CAM, nhờ những thông số hình học của từngchi tiết đơn ấy chúng ta dễ dàng thiết kế và dựng mô hình 3D cho sản phẩm Sau đóchúng ta sẽ lắp ráp chúng lại với nhau theo từng thuộc tính ràng buộc và các mốiquan hệ tương tác của các chi tiết, từ đó dễ dàng phát hiện ra những sai sót trongthiết kế ban đầu để hiệu chỉnh và thay đổi mô hình một cách nhanh chóng

Với phần mềm Catia, tính năng của trình ứng dụng lắp ráp Assembly Design rất

dễ dàng sử dụng và đầy đủ các tính năng ràng buộc Nhờ đó mà ta có thể xây dựng

mô hình lắp ráp 3D nhanh chóng, cùng với những thuộc tính cho phép gán vật liệu

mà sản phẩm 3D hoàn chỉnh có một cách thể hiện trung thực

Hình 3-18 Môi trường làm việc Assembly Design

3.1.4.2 Phương pháp, trình tự thiết kế bản vẽ lắp trong Assembly Design

Sau khi thiết kế nên các chi tiết chúng ta sẽ sử dụng tính năng của trình ứng dụnglắp ráp Assembly để xây dựng nên mô hình lắp ráp 3D nhanh chóng, cùng vớinhững thuộc tính cho phép gán vật liệu vào sản phẩm 3D tạo ra cách nhìn trungthực cho sản phẩm

Để tiến hành thiết kế một bản vẽ lắp chúng ta cần gọi tên các chi tiết đã đượcthiết kế hoặc gọi các sản phẩm có sẵn từ thư viện của Catia Tùy vào mối liên hệràng buộc giữa các chi tiết mà chúng ta lựa chọn nên các ràng buộc cho các chi tiết

đó Những ràng buộc lắp ghép cũng tuân thủ theo các dạng chuyển động tự do củachi tiết Một chi tiết trong không gian có 6 chuyển động tự do hay còn gọi là 6 bậc

Trong thiết kế bản vẽ lắp bằng Assembly có 4 ràng buộc cơ bản đó là:

- Concidence Constrain: ràng buộc đồng trục, điểm, mặt phẳng cho các đối tượng

Hình 3-19 Ràng buộc đối tượng đồng trục

- Contact Constraint: ràng buộc tiếp xúc cho các đối tượng

Hình 3-20 Ràng buộc đối tượng tiếp xúc

- Offsets Constrain: ràng buộc khoảng cách song song giữa các đối tượng

Hình 3-21 Ràng buộc khoảng cách

- Angle Constrain: ràng buộc theo góc giữa các đối tượng

Sau khi lắp ráp xong sản phẩm nếu thấy cần phải hiệu chỉnh bất kỳ một phần nào

đó của chi tiết con trong môi trường lắp ghép chúng ta vẫn có thể chỉnh sữa từng chitiết đó để tạo ra sản phẩm với độ chính xác cao hơn Lúc đó giao diện sẽ trở về trìnhPart Design và chúng ta có thể thao tác chỉnh sửa giống như trong trình Part Designđối với chi tiết cần hiệu chỉnh

Một ứng dụng quan trọng nửa của trình Assembly là tạo hình ảnh cho các trạngthái sản phẩm trước và sau khi lắp ráp Nó cho chúng ta cách nhìn trực quan về quá

trình lắp ráp sản phẩm một cách trung thực và chính xác Chúng ta có thể xem sảnphẩm dưới nhiều góc độ khác nhau và lưu lại cảnh lắp ráp cho từng trạng thái.

Hình 3-22 Trạng thái hình ảnh bản vẽ lắp dạng rời3.2 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TOÁN

CƠ HỌC

3.2.1 Giới thiệu chung

Sự tiến bộ của khoa học, kỹ thuật đòi hỏi người kỹ sư thực hiện những đề ánngày càng phức tạp, đắt tiền và đòi hỏi độ chính xác, an toàn cao

Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là một phương pháp rất tổng quát và hữuhiệu cho lời giải số nhiều lớp bài toán kỹ thuật khác nhau Từ việc phân tích trạngthái ứng suất, biến dạng trong các kết cấu cơ khí, các chi tiết trong ô tô, máy bay,tàu thuỷ, khung nhà cao tầng, dầm cầu, v.v, đến những bài toán của lý thuyết trườngnhư: lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất lỏng, thuỷ đàn hồi, khí đàn hồi, điện-từtrường v.v Với sự trợ giúp của ngành Công nghệ thông tin và hệ thống CAD, nhiềukết cấu phức tạp cũng đã được tính toán và thiết kế chi tiết một cách dễ dàng

Trên thế giới có nhiều phần mềm PTHH nổi tiếng như: NASTRAN, ANSYS,TITUS, MODULEF, SAP 2000, CASTEM 2000, SAMCEF v.v

Để có thể khai thác hiệu quả những phần mềm PTHH hiện có hoặc tự xây dựnglấy một chương trình tính toán bằng PTHH, ta cần phải nắm được cơ sở lý thuyết,

kỹ thuật mô hình hoá cũng như các bước tính cơ bản của phương pháp

biên giới giới biên

v2v1

biên giới

ve hoặc trên biên của nó

3.2.3.2 Qui tắc chia miền thành các phần tử

Việc chia miền V thành các phần tử ve phải thoả mãn hai qui tắc sau:

Hai phần tử khác nhau chỉ có thể có những điểm chung nằm trên biên của chúng.Điều này loại trừ khả năng giao nhau giữa hai phần tử Biên giới giữa các phần tử

có thể là các điểm, đường hay mặt (Hình 3.22)

Tập hợp tất cả các phần tử ve phải tạo thành một miền càng gần với miền V chotrước càng tốt Tránh không được tạo lỗ hổng giữa các phần tử