Thiết kế động cơ xăng

Cùng với sự hội nhập và phát triển của đất nước, công nghiệp ôtô đang được đầu tư phát triển mạnh mẽ. Và yêu cầu cấp thiết được đặt ra là đào tạo đội ngũ kỹ sư, công nhân ô tô lành nghề góp phần xây dựng một nền công nghiệp đủ mạnh để tạo tiền đề phát triển đất nước.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ



ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

ĐỀ TÀI : Thiết kế động cơ xăng , (không tăng áp) ,

Giáo viên hướng dẫn : TS LÊ BÁ KHANG

Sinh viên thực hiện : TRẦN DUY ĐẠT Lớp : 50CKOT

MSSV : 50132162

nha trang , tháng 5 năm 2011

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự hội nhập và phát triển của đất nước, công nghiệp ôtô đang đượcđầu tư phát triển mạnh mẽ Và yêu cầu cấp thiết được đặt ra là đào tạo đội ngũ kỹ sư,công nhân ô tô lành nghề góp phần xây dựng một nền công nghiệp đủ mạnh để tạotiền đề phát triển đất nước Điều đó đòi hỏi sinh viên cần trao dồi kiến thức, tìm tòisáng tạo và áp dụng nhanh chóng vào thực tiễn sản xuất

Vì vậy môn học “ Đồ án động cơ đốt trong” là rất cần thiết cho sinh viênchúng em có vốn hành trang trước khi ra trường Đây là một môn quan trọng trongnội dung học tập nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp vận dụng các kiến thức

đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã có gắng tìm tòi và nguyên cứu một sốtài liệu Mặc dù vậy nhưng do thời lượng môn học và trình độ có hạn nên trong quátrình làm đồ án không thể tránh những thiếu sót Em rất mong nhận được góp ý củathầy ! em xin chân thành cảm ơn !

Nha trang, tháng 5, năm 2011 Sinh viên thực hiện

PHẦN 1: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN

PHƯƠNG ÁN

1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ

- Đặc điểm động cơ thiết kế

+ Động cơ thiết kế là động cơ Xăng 4 kỳ

+ Động cơ có 4 xy lanh được bố trí thẳng hàng

+ Công suất danh nghĩa của động cơ Nn= 106 kW

+ Số vòng quay danh nghĩa nn= 6000 v/p

144 hp

1.2 TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY

1.2.1 Loại nhiên liệu

- Nhiên liệu dùng cho động cơ là xăng

C = 0,855 ; H = 0,145 ; O = 0 ; S = 0 (TL1/tr 39)

1.2.2 Buồng đốt

-Buồng cháy hình bán cầu

-Loại này có đặc điểm là diện tích bề mặt buồng đốt nhỏ gọn Trong buồng đốt bố trí một supap nạp và một supap thải, hai supap này bố trí về 2 phía khác nhau Trục cam

bố trí ở giữa nắp máy và dùng cò mổ để điều khiển sự đóng mở của supap Sự bố trí này rất thuận lợi cho việc nạp hỗn hợp khí và thải khí cháy ra ngoài

1-Bình nhiên liệu: bình dùng để lưu trữ nhiên liệu

2 -Bơm nhiên liệu: bơm nhiên liệu từ bình chứa đến động cơ

3 -Lọc nhiên liệu: nó bao gồm có một phần tử lọc để loại bỏ các chất bẩn trong nhiên liệu

4 -Bộ điều áp nhiên liệu: điều chỉnh áp suất nhiên liệu luôn ở một giá trị tối ưu, đảm bảo việc phun nhiên liệu ổn định

5 -Vòi phun: phun nhiên liệu vào đường ống nạp cho các xi lanh tươngứng

6- Nắp bình nhiên liệu: đậy kín bình nhiên liệu Có gắn một van để giữcho áp suất trong bình không đổi

*Bơm Nhiên Liệu:

Bơm nhiên liệu từ bình nhiên liệu đến động cơ, do đó cho phép ống nhiên liệu giữ được một áp suất nhất định

Có loại bơm trong bình được đặt bên trong bình nhiên liệu và loại bơm trên đường ống đặt ở giữa đường ống dẫn

Có nhiều cách dẫn động bơm nhiên liệu khác nhau; Hệ thống EFI (Phun nhiêu liệu điện tử) dùng bơm có môtơ dẫn động bằng điện

• Loại điện:

Bơm trong bình (loại tuabin)

Bơm trên đường ống (loại rôto)

1 Môtơ

2 Cánh bơm loại tuabin

*Vòi Phun Nhiên liệu

-Theo các tín hiệu từ ECU, cuộn dây sẽ hút píttông và mở van để phun nhiên liệu Nhiên liệu phun ra từ vòi phun được hoà trộn với không khí, hỗn hợp này được đưa đến các xi lanh

Để đạt được tỷ lệ hỗn hợp không khí - nhiên liệu tối ưu, ECU điều khiển thời điểm phun và lượng phun Lượng phun được điều chỉnh bằng khoảng thời gian phun

Bộ Điều Áp Nhiên Liệu

Điều chỉnh áp suất nhiên liệu đến một áp suất nhất định, do vậy việc cung cấp nhiên liệu luôn được ổn định

1 Bộ điều áp nhiên liệu

2 Cụm bơm nhiên liệu

1.3 HỆ THỐNG NẠP - XẢ

Đối với động cơ 4 kỳ:

- Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ điều khiển quá trình thay đổi môi chất công táctrong động cơ Thải sạch khí thải khỏi xylanh và nạp đầy không khí mới vàoxylanh động cơ

- Điều kiện làm việc:

Tải trọng cơ học caoNhiệt độ cao

Tải trọng va đập tốt

- Yêu cầu:

Đóng mở đúng quy luật và thời điểm

Độ mở lớnĐóng kín xupap thải không tự mở trong quá trình nạp

Ít mòn, tiếng ồn nhỏ, dễ dàng điều chỉnh sữa chữa, giá thành chế tạothấp

Từ đó ta chọn:

- Chọn cơ cấu phân phối khí kiểu xu páp treo

- Kiểu truyền động gián tiếp trục cam được truyền động qua trung gian bởi bánhrăng trung gian ( bánh răng nghiêng) ăn khớp êm dịu bền.

- Trục cam lắp ở thân máy điều khiển xupap qua trung gian của con đội đũa đẩycần mổ

- Phương pháp dẫn động: cam-con đội - đũa đẩy - đòn gánh vì kết cấu đơn giản,

Là loại cơ cấu phối khí được dùng phổ biến,có kết cấu dơn giản, dễ chế tạo dễđiều chỉnh, giá thành không cao lắm

- Điều chỉnh khe hở nhiệt xu páp bằng tay( khe hở nhiệt là khe hở được tạo rabởi tất cả các chi tiết từ trục cam đến xupáp khi xupáp đóng Khe hở nàyđược biểu thị bằng khoảng cách giữa đuôi xupáp và đầu cò mổ khi xupápđóng)

1.4 HỆ THỐNG LÀM MÁT

Khi động cơ đốt trong làm việc nhiệt lượng do nó sinh ra rất lớn Nên cần có hệ thống làm mát để hạ nhiệt cho các chi tiết của động cơ và đảm bảo cho các chi tiết động cơ làm việc ở nhiệt độ thích hợp Duy trì mức nhiệt 85-950C tốt nhất cho động

• Piston và xupap bị cháy

• Các chi tiết có ứng suất nhiệt lớn , sức bền giảm

• Hệ thống bôi trơn hỏng

• 200-3000C dầu nhớt bị cháy nhóm piston bị bó kẹt vì giản nở

Hệ thống lám mát điều khiển nhiệt độ động cơ đến giá trị tối ưu (80 đến 90OC theo nhiệt độ nước làm mát) bằng cách tuần hoàn nước làm mát khắp trong động cơ

Quạt làm mát sẽ làm nguội nước làm mát trong két nước và bơm nước sẽ tuần

hoàn nước làm mát qua nắp quy lát và thân máy

1 Két nước , 2 Bình chứa , 3 Nắp két nước , 4 Quạt làm mát ,

5 Bơm nước , 6 Van hằng nhiệt

nước

tuần hoàn trong mạch nước làm mát Nước làm mát hấp thụ nhiệt từ động cơ và phân tán vào không khí qua két nước Nước làm mát đã được làm nguội sau đó quay trở

về động cơ

*Két Nước Làm Mát

Két nước làm nguội nước làm mát có nhiệt độ cao Nước làm mát trong két nước trở nên nguội đi khi các ống và cánh tản nhiệt của nó tiếp xúc với luồng không khí tạo bới quạt làm mát và luồng không khí tạo ra bởi sự chuyền động của xe

*Nắp két nước

Nắp két nước có một van áp suất dùng để nén nước làm mát

Nhiệt độ của nước làm ở áp suất cao tăng lên vượt quá 1000C, điều này tạo nên sự khác biệt lớn giữa nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ không khí Kết quả là hiệu quả làm mát được cải thiện

Van áp suất mở và đưa nước làm mát đến bình chứa khi áp suất két nước tăng lên

Van chân không mở để xả nước làm mát từ bình chứa khi áp suất cao két nước giảm xuống

A Áp suất tăng lên trong quá trình tăng áp (nhiệt độ cao)

B Áp suất giảm đi trong quá trình giảm áp (nguội)

- Trong động cơ nhiều chi tiết chuyển động ma sát với nhau do đó khi trượt lênnhau sẽ sinh nhiệt, tiêu hao công suất và mòn nhanh, gây ra tiếng ồng chođộng cơ Để tránh tác hại trên người ta cho 1 lớp dầu giữa 2 mặt cọ sát nênphải có hệ thống bôi trơn.

- Hệ thông bôi trơn thực hiện các chức năng:

- Giảm ma sát của các bộ phận chuyển động

+ Hấp thụ và giải nhiệt

+ Làm kín các bạc piston và các thành xylanh

+ Làm sạch và àm trang ngập các bộ phận chuyển động

+ Giảm tiếng ồn của động cơ

- Ta chọn hệ thống bôi trơn cưỡng bức cacte ướt: dầu nhờn trong hệ thống

được bơm dầu đưa đến các bề mặt ma sát dưới 1 áp suất cần thiết và gần như

nó đửm bảo tốt yêu cầu bôi trơn làm mát tẩy rữa bề mặt ma sát ổ trục của hệthồng bôi trơn Gồm có cacte bơm dầu bầu lọc thô bầu lọc tinh, két làm mátdầu nhờn và các đường ống dẫn dầu, đồng hồ báo áp suất và đồng hồ báonhiệt độ của dầu, ngoài ra còn các các van

- Ưu điểm:

Đáp ứng đày đủ các chỉ tiêu : cung cấp khá đầy đủ số lượng, chất lượng và cả

độ tin cậy của hệ thống bôi trơn

- Nhược điểm:

Chứa dầu trong cacte nên khi động cơ làm việc ở độ ngiêng lớn dầu nhờn dòn

về 1 phía làm cho việc hút dầu khó khăn vì vậy lượng dầu cung cấp khôngđảm bảo đúng yêu cầu

Nguyên lý hoạt động:

Bơm dầu 3 được dẫn động từ trục khuỷu Dầu bôi trơn trong cácte

1 được hút vào bơm qua lưới lọc thô 2, lưới lọc để lọc sơ bộ tạp chất có kích thướclớn Sau khi qua bơm dầu có áp suất cao dầu đi vào bầu lọc tinh 4 tại đây dầu đượclọc sạch rồi đưa lên bình làm mát 5, dầu được làm mát rồi đưa lên đường ống dẫndầu chính 6 đi bôi trơn cho các bộ phận rồi đi về cacte

1.6 HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG:

Vì động cơ không thể tự khởi động nên cần có 1 ngoại lực để khởi động chođộng cơ Máy khởi động khởi động động cơ bằng cách cho bánh đà trên trục khủyuquay thông qua vệc cài khớp Máy khởi động truyền cơ năng cho trục khuỷu nên hàokhí được hút vào bên trong xylanh được nén và đốt cháy để quay động cơ

Yêu cầu:

+ Máy khởi động phải tạo ra momen lớn từ nguồn điện hạn chế của accu đồngthời phải gọn nhẹ vì vậy nên dùng moto điện 1 chiều phải đáp ứng đủ số vòngquay cho bánh đà 80-100 vòng/phút

+ Nhiệt độ làm việc không quá giới hạn cho phép

+ Đảm bảo khởi động lại được nhiều lần

+ Tỷ số truyền của bánh răng máy khởi động và bánh đà nằm trong khoảng(9:18)

Ta chọn:

Hệ thống truyền động từ máy khởi động đến bánh đà thông qua hộp giảm tốc

vì loại này kích thước máy khởi động nhỏ Moto có số vòng quay lớn mà bánh răng

ăn khớp có momen lớn nhờ hộp giảm tốc

1-Khóa điện 6-Ly hợp 1 chiều

2,3-Cuộn dây hút của solenoi 7, 8- Bánh răng

4,5-Stato, roto của mô tơ đề

Nguyên lý hoạt động của hệ thống :

Khi đóng khóa điện, các cuộn dây hút và giữ của solenoi 2,3 có điện sẽ húttrục của bánh răng 7 chuyển động qua trái ăn khớp với bánh răng 8 của động cơ.Đồng thời khi này đĩa tiếp điểm đóng các tiếp điểm để cung cấp điện cho máy khởiđộng nên motơ đề sẽ có điện và sẽ quay bánh răng 7, do đó làm quay bánh răng 8,cuối cùng làm quay trục khuỷu động cơ giúp động cơ khởi động, khi này cuộn hút 3

bị cắt điện còn cuộn giữ 2 thì vãn có điện để duy trì việc ăn khớp Khớp ly hợp 1chiều có tác dụng cắt dứt dòng mômen truyền từ động cơ lên motơ đề khi nó đã nổ

2 Số xilanh (cái) 4 Xylanh

thẳng hàng

4 Xylanh thẳng hàng

4 Xylanh thẳng hàng

3 Công suất cực đại (mã

Đơn vị

Trị số

Tài liệuthamkhảo

2 Tốc độ quay danh nghĩa nn rpm 6000 Đ/c mẫu

Đơn

1 Số kg KK lý thuyết cần thiết 1 kg nhiên liệu L0 kg/kg 14,956

2 Số kmol KK lý thuyết cần thiết 1 kg nhiên liệu M0 kmol/kg 0,511

3 Số kg KK thực tế cần thiết 1 kg nhiên liệu L kg/kg 13,460

4 Số kmol KK thực tế cần thiết 1 kg nhiên liệu M kmol/kg 0,460

5 Số kg HHC ứng với 1 kg nhiên liệu L1 kg/kg 14,460

7 Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén Ma kmol/kg 0,469

8 Số kmol MCCT tại thời điểm cuối qua trình nén Mc kmol/kg 0,469

14 Lượng sản phẩm cháy ứng với 1 kg nhiên liệu M2 kmol/kg 0,507

39 Tổng nhiệt đưa vào động cơ trong 1đơn vị thời gian QT kW 343,074

M [3,tr.8]

511 , 0 4

145 , 0 12

855 , 0 21 , 0

• Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén (Ma)

469 , 0 ) 02 , 0 1 (

46

1 (

M = + + λ [3,tr.9]

2

145 , 0 12

855 , 0

≈

= +

+

• Tổng lượng ô xy cần thiết trong trường hợp cháy không hoàn toàn

32 21

, 0 2

2 2

f O

H CO

CO

o M

M M

32 32

4 12

f

o h c

855 , 0

=0,097 [kmol/kg]

• Hàm lượng các chất khí có trong sản phẩm cháy trong trường hợp cháy khônghoàn toàn

0

1

1 42 ,

45 , 0 1

9 , 0 1

+

−

= 0,0148 ≈0,015 [kmol/kg]056

, 0 015 , 0 071 , 0 12

, 0

K K

9 , 0 1 45 0 42 , 0

+

−

= 0,0067 [kmol/kg]

2.1.4 Hệ số biến đổi phân tử

• sự thay đổi số kmol của MCCT trước và sau khi nhiên liệu cháy

h c M

M M

µ λ

λ

λ

1 79

, 0 2

1 1

µ

4

8 1

21 ,

145 , 0

− =0,0383 [kmol/kg]

Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết (β0)

Đối với động cơ xăng với λ < 1

f

f f

M

o h M

µ λ

8 ).

1 (

21 , 0 1

0

0 0

+

−

+ +

− +

= [3,tr.9]

082 , 1 115

1 511 , 0 9 , 0

115

1 4

8

0 145 , 0 511 , 0 ).

9 , 0 1 (

21 , 0

+

−

+ +

− +

+

− +

1 082 , 1

+

− +

• Áp suất sau máy nén (ps )

p s = p k + ∆p m = p k [3,tr.10]

=1.03 [bar]

k k

T R

k a

T T

T T

γ

γλ

+

+

∆ +

=

1

.

a r

T p

p

1

1

1

=

ε

ε γ λ

2.3 QUÁ TRÌNH NÉN

2.3.1 Chọn tỉ số nén.

Theo động cơ mẫu ta có tỉ số nén là: 10:1

2.3.2 Chỉ số nén đa biến trung bình.

• Áp suất cuối quá trình nén (pc)

c v

.

504 ,

3 997

v

C C

C

γ

µγµµ

= 21150,6+2,9375.TZ [J/kmol.deg]

⇒Nhiệt độ của môi chất công tác tại điểm z:

( )

( ) ( )v c c z ( )v z z r

M

H H

.1

1

µβµ

p p

11

1.1

.1

n a pi i

n n

p K p

εε

ψε

• Hiệu suất chỉ thị (ηi)

( )

k v f

i i

H

p L

ρη

λη

.

1

• Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị (gi)

i f i

= [3,tr.13]

6

3,6.10

238,05943960.0,344

= = [g/kW.h]

• Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích (ge)

e f e

= [3,tr.13]

6

3,6.10

265,02443960.0,309

• Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ (Ge)

e e

G = 10 − 3 [3,tr.13] =10 265, 204.106 28,095− 3 = [kg/h]

• Nhiệt tổn thất theo khí thải

 Tỷ nhiệt đẳng áp của sản phẩm cháy ( )''

p

C

µ

( )µC p'' =µC v'' + 8314 [2,tr.81] =23340,973 8134 31654,973+ = [J/Kmol.deg]

 Nhiệt dung riêng đẳng áp của môi chất mới (µC p)

( )µC p = µC v+ 8314 [2,tr.81]

=21368,155 8314 29682,155+ = [J/Kmol.K]

Q

q = [4,tr.23]Trong đó: qm = 12 ÷ 27 ; ta chọn qm = 20%

. 343,071.20 68,614

T m m

Q q Q

2.8.1.Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công:

• Điểm a: điểm cuối hành trình nạp, có áp suất p a = 0 , 824 [bar]

và thể tích V a =V s +V c

Trong đó: 979, 299 108,811

s c

• Điểm b: điểm cuối hành trình giãn nở, có pb=3,429 [bar] và Vb=Va

• Điểm r: điểm cuối hành trình xả, có áp suất khí sót p r =1, 081 [bar]

• Đối với đường cong nén:

1

xn

a a

V p p

V p

Bảng 2-1: Các trị số áp suất của môi chất công tác của quá trình nén và quá trình giãn

nỡ của động cơ xăng được thiết kế

V [cm 3 ]