Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ d6ac và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ tiêu âm

Dòng khí nạp từ cổ gió đi vào bộ góp nạp sau đó phân ra các nhánh đi vào xylanh động cơ Ở các động cơ hiện đại ngày nay hình dạng đường ống nạp đã được thiết kế cải tiến nhằm lợi dụng lự

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

KHẢO SÁT HỆ THỐNG NẠP THẢI ĐỘNG CƠ D6AC VÀ MÔ

PHỎNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỘ GIẢM ÂM

Sinh viên thực hiện: TRẦN ĐÌNH THIỆN

Đà Nẵng – Năm 2019

Đề tài gồm những nội dung cụ thể như sau:

- Giới thiệu chung về hệ thống nạp thải động cơ

- Giới thiệu chung về động cơ D6AC

- Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC

- Xây dựng mô hình mô phỏng và đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

- Kết luận đề tài

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA: CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: TRẦN ĐÌNH THIỆN Số thẻ sinh viên: 103150161

Lớp: 15C4B Khoa: Cơ Khí Giao Thông Ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí

1 Tên đề tài đồ án: Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Tham khảo từ Catalog động cơ D6AC và tài liệu Internet

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1: Giới thiệu chung về hệ thống nạp thải động cơ

Chương 2: Giới thiệu chung về động cơ D6AC

Chương 3: Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC

Chương 4: Xây dựng mô hình mô phỏng và đánh giá hiệu quả bộ giảm âm

- Kết luận

5 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

Bản vẽ 1: Cơ cấu piston – thanh truyền – trục khuỷu (A3)

Bản vẽ 2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống nạp thải động cơ D6AC (A3)

Bản vẽ 3: Các cảm biến trong hệ thống nạp thải động cơ D6AC (A3)

Bản vẽ 4: Kết cấu van EGR (A3)

Bản vẽ 5: Kết cấu bộ tiêu âm cơ bản (A3)

Bản vẽ 6: Kết cấu bộ tiêu âm đục lỗ (A3)

Bản vẽ 7&8: Kết quả mô phỏng 2 mô hình bộ giảm âm (A3)

6 Họ tên người hướng dẫn: ThS Nguyễn Quang Trung

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 03/09/2019

8 Ngày hoàn thành đồ án: 17/12/2019

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019

LỜI NÓI ĐẦU

Một nước cờ tốt sẽ cho ta một kết quả tốt

Một môi trường sống tốt sẽ cho ta cách sống tốt hơn

Một môi trường làm việc sẽ cho ta cơ hội thăng tiến hơn trong công việc!

Đúng vậy, ngành công nghệ kỹ thuật ôtô ở Việt Nam những năm gần đây có những bước phát triển vượt bậc như VinGroup thành lập VinFast đưa ngành ôtô Việt Nam ra thị trường thế giới Bên cạnh đó, các hãng ôtô nước ngoài như Audi, Mercedes, Honda, cũng nhập khẩu sang Việt Nam với số lượng lớn làm cho ngành oto ở Việt Nam có tính đa dạng cao Tạo điều kiện cho kỹ sư ngành động lực có cơ hội việc làm và thăng tiến Bên cạnh đó cũng đòi hỏi kỹ sư cơ khí động lực phải có trình

độ cao để đáp ứng được yêu cầu để làm việc

Cùng với ngành kỹ thuật và công nghệ ôtô phát triển thì hậu quả do nó để lại cũng vô cùng lớn, một trong số đó chính là vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải động cơ sinh ra Khí thải ngoài việc gây ô nhiễm môi trường còn làm cho không khí nóng lên và gây ô nhiễm tiếng ồn Chính vì vậy, việc nghiên cứu hệ thống nạp thải và

bộ tiêu âm là vô cùng cần thiết để bảo vệ môi trường và đáp ứng nhu cầu của thị trường thế giới Vì vậy, Em chọn đề tài “Khảo sát hệ thống nạp - thải động cơ D6AC

và mô phỏng dòng khí thải qua bộ tiêu âm” Đây là một cơ hội vô cùng thuận lợi để

em củng cố những kiến thức cơ bản về hệ thống nạp thải trên động cơ nói chung, đồng thời trên cơ sở đó tìm hiểu những đặc điểm mới về kết cấu của hệ thống nạp - thải trên một động cơ mới được phát triển trong thời gian gần đây

Để thực hiện đề tài này đòi hỏi sinh viên ngoài kiến thức về chuyên ngành còn phải có kỹ năng tìm kiếm những nguồn tài liệu mới, đặc biệt cần khai thác mạng thông tin toàn cầu internet Bên cạnh đó cần trau dồi thêm khả năng ngoại ngữ chuyên ngành động cơ và ôtô

Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo còn

ít và điều kiện thời gian còn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo trong bộ môn chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của ThS Nguyễn Quang Trung và các thầy cô giáo trong khoa Cơ Khí Giao Thông cùng tất cả các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này

CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả thực hiện nghiên cứu, cải tạo trong đồ án này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào Những phần sử dụng tài liệu tham khảo trong đồ án đã được nêu rõ trong phần tài liệu tham khảo Mọi

sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố Nếu có sai sót

gì xảy ra tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu mọi kỷ luật của bộ môn và nhà trường đề ra

Sinh viên thực hiện

Trần Đình Thiện

MỤC LỤC

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ iv

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v

MỞ ĐẦU 1

1 Mục đích ý nghĩa đề tài 1

2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 1

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NẠP THẢI ĐỘNG CƠ 2

1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống nạp thải trên động cơ ô tô 2

1.2 Hệ thống nạp thải trên động cơ xăng 2

1.2.1 Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí 3

1.2.2 Đường nạp động cơ phun xăng điện tử 4

1.2.3 Đường thải động cơ xăng 7

1.2.4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ xăng 7

1.3 Hệ thống nạp thải động cơ diezen 9

1.3.1 Đường nạp động cơ diezen 9

1.3.2 Đường thải động cơ diezen 10

1.3.3 Đường nạp thải của động cơ diezen tăng áp 10

1.3.4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ diezen 11

1.4 Đặc điểm quá trình nạp-thải trong động cơ đốt trong 12

1.4.1 Quá trình nạp 12

1.4.2 Quá trình thải 15

Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ D6AC 18

2.1 Giới thiệu về động cơ D6AC 18

2.2 Các thông số cơ bản của động cơ D6AC 18

2.3 Kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ D6AC 19

2.3.1 Cơ cấu piston, thanh truyền, trục khuỷu 19

2.3.2 Hệ thống nhiên liệu 22

2.3.3 Hệ thống phân phối khí 23

2.3.4 Hệ thống bôi trơn 25

2.3.5 Hệ thống làm mát 27

Chương 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG NẠP THẢI ĐỘNG CƠ D6AC 28

3.1 Sơ đồ bố trí và nguyên lý làm việc hệ thống nạp thải động cơ D6AC 28

3.2 Kết cấu các cụm chi tiết hệ thống nạp thải động cơ D6AC 30

3.2.1 Đường ống nạp 30

3.2.2 Đường ống thải 36

3.3 Turbo tăng áp 40

3.3 Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR 42

3.4 Tính toán nhiệt động cơ D6AC 30

3.4.1 Các thông số động cơ 44

3.4.2 Các thông số chọn 45

3.4.3 Tính toán các chu trình công tác 45

Chương 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỘ TIÊU ÂM 52

4.1 Mô hình hóa 3D bộ tiêu âm bằng phần mềm Catia 52

4.1.1 Tổng qua về phần mềm catia 52

4.2 Mô hình mô phỏng dòng khí thải khi đi qua bộ tiêu âm 62

4.2.1 Sơ lược về phần mềm 62

4.1.2 Các ứng dụng của Ansys Fluent 63

4.1.3 Mô phỏng dòng khí thải đi qua bộ tiêu âm bằng phần mềm Ansys Fluent 64

4.3 So sánh và đưa ra kết luận về các đại lượng với các bộ tiêu âm với kết cấu khác nhau 74

4.3.2 Bộ giảm âm 1 74

4.3.2 Bộ giảm âm 2 75

4.3.3 So sánh và đánh giá kết quả 77

KẾT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

BẢNG 2.1: Các thông số cơ bản của động cơ D6AC

BẢNG 3.1: Bảng thông số cho trước của động cơ D6AC

BẢNG 3.2: Bảng thông số chọn

BẢNG 4.2: Bảng so sánh giá trị đầu vào và ra của 2 mô hình bộ giảm âm HÌNH 1.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải

HÌNH 1.2 : Sơ đồ đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí

HÌNH 1.3 : Sơ đồ đường nạp động cơ phun xăng điện tử

HÌNH 1.4: Cổ họng gió

HÌNH 1.5: Bộ góp nạp có đường nạp dạng xoắn ốc

HÌNH 1.6: Bộ góp nạp có đường nạp biến thiên

HÌNH 1.7: Sơ đồ đường thải động cơ xăng

HÌNH 1.8: Sơ đồ bố trí đường nạp và thải cùng phía sen kẻ

HÌNH 1.9: Sơ đồ bố trí đường nạp và thải khác phía

HÌNH 1.10: Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải động cơ diezen

HÌNH 1.11: Sơ đồ đường nạp động cơ diezel có bộ sưỡi không khí

HÌNH 1.12: Sơ đồ đường thải động cơ diezel

HÌNH 1.13: Sơ đồ nạp thải của động cơ diezen tăng áp

HÌNH 1.14: Sơ đồ bố trí đường nạp và thải hai phía khác nhau

HÌNH 1.16: Đồ thị công của quá trình trao đổi khí trong động cơ 4 kỳ HÌNH 1.17: Diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ

HÌNH 2.7: Sơ đồ hệ thống bôi trơn động cơ D6AC

HÌNH 2.8: Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ D6AC

HÌNH 3.1: Sơ đồ bố trí hệ thống nạp động cơ D6AC

HÌNH 3.2: Sơ đồ bố trí hệ thống thải động cơ D6AC

HÌNH 3.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống nạp – thải động cơ D6AC EURO IV HÌNH 3.4: Sơ đồ nguyên hệ thống nạp – thải động cơ D6AC EURO II

HÌNH 3.5: Lọc gió động cơ D6AC

HÌNH 3.6: Van Thoát bụi

HÌNH 3.7: Bộ góp nạp

HÌNH 3.8: Bộ giải nhiệt khí nạp

HÌNH 3.9: Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy

HÌNH 3.10: Sơ đồ mạch điện điều khiển của cảm biến đo lưu lượng không khí HÌNH 3.11: Cảm biến nhiệt độ khí nạp kiểu dây sấy

HÌNH 3.12: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp

HÌNH 3.13: Bộ góp thải

HÌNH 3.14: Lõi kim loại tổ ong bên trong bộ xử lý khí thải

HÌNH 3.15: Hiệu quả chuyển đổi phụ thuộc vào nhiệu độ khí thải

HÌNH 3.16: Cấu tạo bộ lọc bồ hóng DPF

HÌNH 3.17: Kết cấu bộ giảm âm phụ

HÌNH 3.18: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bình tiêu âm phụ

HÌNH 3.19: Kết cấu bộ giảm chính

HÌNH 3.20: Kết cấu của bộ tuabin tăng áp

HÌNH 3.21: Sơ đồ hệ thống điều khiển hồi lưu khí thải

HÌNH 3.22: Kết cấu van EGR

HÌNH 4.1: Giao diện Sketch

HÌNH 4.2: Môi trường làm việc Part Design

HÌNH 4.3: Dựng khối trong Catia

HÌNH 4.4: Tạo chi tiết bằng lệnh Multi-Section Solid

HÌNH 4.5: Mô tả thuật toán Surface

HÌNH 4.6: Tạo gân chịu lực bằng lệnh Stiffener

HÌNH 4.7: Bảng thông báo vào môi trường phát thảo 2D

HÌNH 4.8: Biên dạng bộ tiêu âm

HÌNH 4.9: Tạo khối bộ tiêu âm

HÌNH 4.10: Biên dạng các ống trong bộ tiêu âm

HÌNH 4.11: Hình ảnh sau khi khoét các rãnh

HÌNH 4.12: Hình ảnh sau khi nối các ống đứt đoạn bằng công cụ ThickSurface HÌNH 4.13: Hình ảnh vẽ biên dạng các lỗ tròn của các ống bên trong bộ tiêu âm HÌNH 4.14: Bảng thông số công cụ Pad

HÌNH 4.15: Hình ảnh sau khi vẽ các lỗ trên bề mặt ống bên trong bộ tiêu âm HÌNH 4.16: Hình ảnh khi sử dụng công cụ Circular Pattern

HÌNH 4.17: Hình ảnh khi sử dụng công cụ Rectangular Pattern

HÌNH 4.18: Hình ảnh sau khi sử dụng lệnh đối xứng Mirror

HÌNH 4.19: Động cơ đốt trong được mô hình hóa bằng ANSYS Fluent HÌNH 4.20: Mô hình bài toán

HÌNH 4.21: Cách đổi tên cho một mặt

HÌNH 4.22: Hình ảnh sau khi chia lưới

HÌNH 4.23: Cửa sổ lựa chọn của FLUENT Launcher

HÌNH 4.24: Màn hình hiển thị sau khởi động FLUENT Luncher

HÌNH 4.25: Bảng chọn đơn vị

HÌNH 4.26: Bảng kết quả kiểm tra lưới

HÌNH 4.27: Các mô hình có sẵn trong Models

HÌNH 4.28: Lựa chọn Energy Equation

HÌNH 4.29: Bảng định nghĩa các vật liệu

HÌNH 4.30: Bảng thay đổi các thiết lập cho từng đối tượng

HÌNH 4.31: Bảng điều khiển Residual Monitor

HÌNH 4.32: Bảng lựa chọn các khởi tạo ban đầu

HÌNH 4.33: Bảng kết quả sau khi khởi tạo

HÌNH 4.34: Bảng điều chỉnh trong Run Calculation

HÌNH 4.35: Bảng sai số các giá trị

HÌNH 4.36: Biểu diễn contours nhiệt độ trong CFD – Post

HÌNH 4.37: Biểu diễn contours áp suất trong CFD – Post

HÌNH 4.38: Biểu diễn contours vận tốc trong CFD – Post

HÌNH 4.39: Kết cấu mô hình bộ giảm âm cơ bản

HÌNH 4.40: Kết quả nhiệt độ sau khi mô phỏng mô hình kết cấu cơ bản HÌNH 4.41: Kết quả áp suất sau khi mô phỏng mô hình kết cấu cơ bản HÌNH 4.42: Kết quả vận tốc sau khi mô phỏng mô hình kết cấu cơ bản HÌNH 4.43: Kết cấu mô hình bộ giảm âm đục lỗ

HÌNH 4.44: Kết quả nhiệt độ sau khi mô phỏng mô hình bộ giảm âm đục lỗ HÌNH 4.45: Kết quả vận tốc sau khi mô phỏng mô hình bộ giảm âm đục lỗ HÌNH 4.46: Kết quả áp suất sau khi mô phỏng mô hình bộ giảm âm đục lỗ

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT TẮT:

EGR : Exhaust Gas Recirculation

DOC : Diesel Oxidation Catalyst

DPF : Diesel Particulate Filter

MỞ ĐẦU

1 Mục đích ý nghĩa đề tài

Sự phát triển của nền công nghiệp ô tô ở mỗi quốc là một trong những điều kiện

cơ bản để đánh giá tình hình phát triển của đất nước đó Tại Việt Nam chúng ta đây là một ngành mới bắt đầu phát triển trong những năm gần đây, tuy nhiên nó diễn ra rất mạnh mẽ và đòi hỏi những kiến thức của hầu hết các ngành khoa học

Đối với mỗi sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp đóng vai trò rất quan trọng, nó không đơn thuần là một bài kiểm tra cuối khóa học mà nó còn là sự tổng hợp và khái quát lại tất cả những kiến thức đã học, từ những kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên

ngành Em nhận được đề tài tốt nghiệp là: “Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC

và mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ giảm âm”

Đây là một trong những đề tài rất thú vị, với mục đích khảo sát nhằm phân tích kết cấu của các thiết bị trên hệ thống nạp thải, xác định thông số làm việc và kích thước cơ bản của hệ thống

Trên cơ sở đó đề tài tiến hành mô phỏng hoạt động của bộ giảm âm cho các kết cấu khác nhau nhằm đề xuất giải pháp kết cấu phù hợp với điều kiện làm việc

2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nội dung đề tài được chia làm 2 phần chính

+ Phần 1: Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ D6AC lắp trên xe Hyundai HD320

+ Phần 2: Mô phỏng dòng khí thải động cơ qua các mô hình 3D bộ tiêu

âm sau đó đưa ra sự thay đổi các tính chất vật lý: áp suất, nhiệt độ, vận tốc cũng như tính được tổn thất cường độ âm thanh để so sánh và đánh giá được hiệu quả của bộ tiêu âm

Phương pháp nghiên cứu:

+ Khảo sát một hệ thống nạp thải thật trên động cơ D6AC lắp trên xe Hyundai HD320

+ Xây dựng mô hình 3D bằng phần mềm Catia và mô phỏng dòng khí thải bằng modul Fluid Flow (Fluent) có trong phần mềm Ansys Workbench

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NẠP THẢI ĐỘNG CƠ

1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống nạp thải trên động cơ ô tô

Hệ thống nạp thải có nhiệm vụ đưa hỗn hợp không khí - nhiên liệu vào buồng cháy để thực hiện quá trình cháy của động cơ, đồng thời đưa sản phẩm cháy từ buồng cháy thoát ra ngoài Hệ thống nạp thải phải đảm bảo cung cấp đủ lượng hỗn hợp có thành phần hoà khí thích hợp với mọi chế độ hoạt động của động cơ, thải sạch sản phẩm cháy ra ngoài trong quá trình thải, sao cho hiệu suất động cơ là lớn nhất và giảm

ô nhiễm môi trường, giảm tiếng ồn

1.2 Hệ thống nạp thải trên động cơ xăng

Hình1.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải

1-Bộ lọc không khí; 2-Cổ họng gió; 3- Bộ góp nạp; 4-Bộ góp thải;

5-Bộ xử lý khí thải; 6-Bộ giảm âm

Không khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc không khí đến cổ họng gió,

ở động cơ dùng bộ chế hòa thì hòa khí được hình thành tại đây nhờ độ chân không tại họng, từ đây không khí đến bộ góp nạp và đi vào buồng đốt Sau khi hòa khí được đốt cháy, khí thải được dẫn vào đường ống thải tới bộ góp thải đi vào bộ xúc tác ba chức năng tại đây khí thải độc hại được khử thành các chất vô hại rồi theo ống dẫn khí thải qua bộ giảm âm thoát ra ngoài môi trường

Mỗi cụm chi tiết trong hệ thống nạp thải đều có một vai trò quan trọng trong việc đưa một lượng không khí sạch cần thiết vào trong buồng đốt động cơ và dẫn lượng khí thải đã xỷ lý ra ngoài môi trường

5

6

1.2.1 Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí

Hình 1.2: Sơ đồ đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí

1-Bướm ga; 2-Đường ống nhiên liệu; 3-Van kim; 4-Buồng phao;

5-Phao; 6-Ziclơ; 7-Đường ống nạp; 8-Vòi phun; 9-Họng;

Không khí từ khí trời được hút qua bầu lọc vào đường ống nạp (7) qua họng (9) của bộ chế hoà khí, họng (9) làm cho đường ống bị thắt lại vì vậy tạo nên độ chân không khi không khí đi qua họng Chỗ tiết diện lưu thông nhỏ nhất của họng là nơi có

độ chân không nhỏ nhất Vòi phun (8) được đặt tại tiết diện lưu thông nhỏ nhất của họng Nhiên liệu từ buồng phao (4) qua ziclơ (6) được dẫn động tới vòi phun Nhờ có

độ chân không ở họng nhiên liệu được hút khỏi vòi phun và được xé thành những hạt sương mù nhỏ hỗn hợp với dòng không khí đi qua họng vào động cơ Để bộ chế hoà khí làm việc chính xác thì nhiên liệu trong buồng phao luôn luôn ở mức cố định vì vậy trong buồng phao có đặt phao (5) Nếu mức nhiên liệu trong buồng phao hạ xuống thì phao (5) cũng hạ theo, van kim (3) rời khỏi đế van làm cho nhiên liệu từ đường ống (2) đi vào buồng phao Phía sau họng còn có bướm ga (1) dùng để điều chỉnh số lượng hỗn hợp đưa vào động cơ

1.2.2 Đường nạp động cơ phun xăng điện tử

Hình 1.3: Sơ đồ đường nạp động cơ phun xăng điện tử

1-Bộ lọc khí; 2-Cảm biến MAF; 3-Bướm ga; 4-Cổ họng gió;

5-Cảm biến vị trí bướm ga; 6-Đường ống nạp

Không khí từ khí trời được hút qua bầu lọc, tín hiệu lưu lượng nhiệt độ khí nạp được truyền về ECU thông qua cảm biến MAF, từ đó ECU sẽ tính toán và định lượng phun cho phù hợp, sau đó dòng khí nạp tới cổ họng gió Đây là thiết bị kiểm soát lượng không khí cho các động cơ dùng bộ chế hòa khí và phun nhiên liệu Lượng không khí đi vào động cơ được điều tiết bởi độ mở của bướm ga

Hình 1.4: Cổ họng gió

1- Bướm ga; 2- Cổ họng gió; 3-Cảm biến vị trí bướm ga;

4-Môtơ điều khiển bướm ga; 5-Cảm biến vị trí bàn đạp ga

Trước đây góc mở bướm ga được điều khiển bằng cơ học thông qua các cơ cấu

cơ khí nối từ bàn đạp ga đến bướm ga, hiện nay điều này đã được thay thế bằng hệ thống điều khiển bằng điện tử hiện đại Dòng khí nạp từ cổ gió đi vào bộ góp nạp sau

đó phân ra các nhánh đi vào xylanh động cơ

Ở các động cơ hiện đại ngày nay hình dạng đường ống nạp đã được thiết kế cải tiến nhằm lợi dụng lực quán tính lưu động của dòng khí nạp để nạp thêm, những vật liệu mới như nhựa tổng hợp, sợi cacbon cho phép tạo dáng đường nạp có hệ số cản nhỏ, kích thước gọn nhẹ mà độ cách nhiệt cao hơn vật liệu kim loại

Nguyên lý làm việc của bộ góp nạp có đường nạp dạng xoắn ốc là dựa vào hình dạng thiết kế đặc biệt dạng xoắn ốc của đường nạp để tạo ra hiệu ứng lưu động dòng khí nạp Từ đó làm tăng lượng khí nạp thêm vào xylanh động cơ ở kỳ nạp

Ngoài ra một số bộ góp nạp còn có đường nạp được phân khúc- khi động cơ chạy ở tốc độ thấp, đường nạp dài; khi động cơ chạy ở tốc độ cao, đường nạp ngắn nhờ

sự đóng mở của van biến thiên đường nạp

Hình 1.6: Bộ góp nạp có đường nạp biến thiên

a) Van biến biến thiên đường nạp đóng; b) Van biến biến thiên đường nạp mở

1 - Buồng tích áp; 2 - Van biến thiên đường nạp

Nguyên lý làm việc của bộ góp nạp có chiều dài đường nạp biến thiên:

Khi tốc độ động cơ nhỏ, van biến thiên đường nạp đóng Ở điều kiện này, chiều dài khoảng tác động của đường nạp là từ xupáp nạp đến buồng tích áp là đường nạp dài, với tác dụng của lực quán tính khí nạp, lượng không khí nạp được tăng lên, mô-men xoắn của động cơ cũng tăng lên ở vòng quay từ thấp đến trung bình

Khi tốc độ động cơ lớn, van biến thiên đường nạp mở Ở điều kiện này, chiều dài khoảng tác động đường nạp là từ xupáp nạp đến buồng tích áp là đường nạp ngắn ( như hình-a) Lực quán tính khí nạp đã đạt được ở tốc độ động cơ cao nên cổ nạp ngắn lại làm tăng lượng khí nạp vào trong xilanh và mô-men xoắn của động cơ cũng tăng lên theo ở tốc độ cao

1.2.3 Đường thải động cơ xăng

Hình 1.7: Sơ đồ đường thải động cơ xăng

1- Đường ống thải; 2- Cảm biến oxy chính ;3- Bộ xúc tác 3 chức năng

4- Cảm biến oxy phụ; 5- Bộ giảm âm

Đường ống thải của động cơ có nhiệm vụ đưa khí cháy từ buồng cháy ra ngoài môi trường qua đó tạo điều kiện cho việc nạp đầy môi chất mới vào trong xilanh động

cơ Bên cạnh đó đường ống thải của động cơ cũng cần đảm bảo cho việc khí xả thoát

ra ngoài môi trường ít gây ô nhiễm môi trường

Trên đường thải của động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí không được trang bị bộ lọc khí thải 3 thành phần (TWC) và cảm biến oxy, chỉ ở động cơ phun xăng điện tử mới trang bị TWC, vì nó chỉ có thể hoạt động có hiệu quả khi đi kèm với hệ thống thông tin phản hồi về hỗn hợp không khí-nhiên liệu bằng cách theo dõi lượng oxy trong khí thải bỡi cảm biến oxy đặt trên đường ống thải

Ở một số xe đời mới có trang bị 2 cảm biến oxy, cảm biến oxy chính dùng để xác định nồng độ oxy trong khí thải, gửi tín hiệu điện về ECU xử lý để định lượng nhiên liệu phun thích hợp Các hư hỏng của bộ lọc khí thải có thể phát hiện bằng cách

so sánh tín hiệu của hai cảm biến oxy chính và phụ

1.2.4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ xăng

Đối với động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí do đặc điểm hòa khí được hình thành ngoài buồng cháy, tại họng khuếch tán nhờ độ chân không tai họng, do vậy hòa khí hình thành chưa được đồng nhất, để tạo điều kiện cho không khí và nhiên liệu hòa

trộn tốt hơn thì nhiệt độ cao của dòng khí thải đã được tận dụng để sấy nóng dòng khí nạp bằng cách bố trí đường nạp và thải sen kẻ nhau

Hình 1.8: Sơ đồ bố trí đường nạp và thải cùng phía sen kẻ

1-Nắp máy ;2- Đường thải ;3- Đường nạp

Hoặc có thể bố trí đường nạp và thải về hai phía, ở trường hợp này nhiệt độ của nước làm mát động cơ được sử dụng để gia nhiệt cho dòng khí nạp

Hình 1.9: Sơ đồ bố trí đường nạp và thải khác phía

1- Nắp máy; 2- Đường thải; 3- Đường nạp

Còn đối với động cơ phun xăng điện tử, hòa khí được hình thành rất tốt nhờ kim phun, đường nạp chỉ có nhiệm vụ nạp không khí vào buồng đốt nên để tránh sự truyền nhiệt từ nắp máy và dòng khí thải, đường ống nạp được làm bằng nhựa cách nhiệt rất tốt và đường nap-thải được bố trí về hai phía khác nhau

1.3 Hệ thống nạp thải động cơ diezen

Hình 1.10: Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải động cơ diezen

1-Bộ lọc không khí ; 2-Đường ống nạp; 3-Đường ống thải;

4-Bộ xúc tác; 5-Bộ giảm âm

1.3.1 Đường nạp động cơ diezen

Hình 1.11: Sơ đồ đường nạp động cơ diezel có bộ sưỡi không khí

1-Bộ sưỡi không khí; 2-Ống góp nạp; 3-Đường ống nạp

Không khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc không khí rồi đến ống góp nạp, đối với các nước có khí hậu lạnh trên động cơ có hệ thống sưỡi ấm không khí được trước khi vào các xylanh động cơ bằng dây điện trở đặt tại ống góp nạp, hoặc bugi sưỡi trong buồng đốt động cơ, điều này giúp máy dễ nỗ khi khởi động lạnh Còn đối với động cơ diezen sử dụng ở các nước có khí hậu nóng thì không có bộ sưỡi không khí

Ở động cơ cummunrai, là động cơ diezen hiện đại nên trên đường nạp còn có cảm biến để đo lưu lượng nhiệt độ khí nạp (MAF), và luôn có máy nén tăng áp

5

3 2

1

4

1.3.2 Đường thải động cơ diezen

Hình 1.12: Sơ đồ đường thải động cơ diezel

1- Đường ống thải ;2- Ống góp thải; 3-Bộ giảm âm

Hỗn hợp nhiên liệu sau khi cháy được dẫn ra khỏi xylanh động cơ bỡi các nhánh ống thải, đi vào ống góp thải tới bộ giảm âm rồi thải ra ngoài môi trường

1.3.3 Đường nạp thải của động cơ diezen tăng áp

Hình 1.13: Sơ đồ nạp thải của động cơ diezen tăng áp

1-Động cơ; 2-Mạch giảm tải; 3-Van điều tiết; 4-Máy nén ; 5-Bầu lọc không khí; 6-Bộ làm mát trung gian;7- Khoang khí nạp

Ở động cơ diezen, tận dụng dụng năng lượng của dòng khí thải, trên đường ống thải có bố trí tuabin tăng áp để tăng áp dòng khí nạp

Dòng khí thải đi vào bánh tuabin truyền động năng làm quay trục dẫn động bánh nén, khí nạp được tăng áp đi vào đường ống nạp động cơ Áp suất tăng áp khí nạp phụ thuộc vào tốc độ động cơ (tốc độ dòng khí thải hay tốc độ quay của bánh tuabin ) Với mục đích ổn định tốc độ quay của bánh tuabin trong khoảng hoạt động tối ưu theo số vòng quay của động cơ trên đường nạp có bố trí mạch giảm tải Mạch

giảm tải làm việc nhờ van điều tiết thông qua đường khí phản hồi và cụm xi lanh Khi

áp suất tăng van mở 1 phần khí thải không qua bánh tuabin, thực hiện giảm tốc độ cho bánh nén khí nạp, hạn chế sự gia tăng quá mức của áp suất khí nạp

Van điều tiết và mạch giảm tải: Van điều tiết được gắn vào vỏ tuabin Khi động

cơ làm việc ở tải cao, áp suất khí thải rất lớn, vì thế cánh tuabin làm việc với tốc độ cao làm tăng cao áp suất không khí nạp, nạp vào động cơ Mạch giảm tải làm nhiệm

vụ điều khiển van điều tiết thải bớt khí thải động cơ từ trước cửa vào tuabin, ra trực tiếp ống thải

1.3.4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ diezen

Để tránh sự truyền nhiệt từ đường dẫn khí thải làm giảm lượng khí nạp vào động cơ dẫn tới làm giảm công suất động cơ, nên đường nạp và đường thải ở động cơ diezen thường được bố trí về hai phía

Hình 1.14: Sơ đồ bố trí đường nạp và thải hai phía khác nhau

1- Nắp máy;2- Đường thải; 3- Đường nạp

Hình 1.15: Sơ đồ bố trí đường nạp và thải hai phía khác nhau

1- Nắp máy;2- Đường thải; 3- Đường nạp

3

2 1

3 1 2

1.4 Đặc điểm quá trình nạp-thải trong động cơ đốt trong

Hai quá trình nạp và thải liên quan mật thiết với nhau, tuỳ theo số kỳ của động

cơ và phương pháp thải nạp, có những thời điểm chúng xảy ra cùng một lúc Vì vậy khi phân tích quá trình nạp cần lưu ý đến những thông số đặc trưng của quá trình thải, tức là phải xét chung các hiện tượng của quá trình thay đổi môi chất

Trong động cơ 4 kỳ, quá trình thay đổi môi chất được thực hiện lúc bắt đầu mở

xu páp thải (điểm b’ ) Từ b’ đến ĐCD nhờ chênh áp, sản vật cháy tự thoát ra đường thải Sau đó, từ ĐCD tới ĐCT, nhờ sức đẩy cưỡng bức của piston, sản vật cháy được đẩy tiếp Tại ĐCT (điểm r ), sản vật cháy chứa đầy thể tích buồng cháy Vc với áp suất

pr > pthải, tạo ra chênh áp Δpr Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độ dòng khí n qua xu páp thải và vào trở lực của bản thân đường thải

Xu páp thải thường được đóng sau ĐCT (đóng muộn ) nhằm tăng thêm giá trị

“tiết diện – thời gian” mở cửa thải, đồng thời để tận dụng chênh áp Δpr và quán tính của dòng khí thải tiếp tục đẩy khí sót ra ngoài

1.4.1 Quá trình nạp

Quá trình nạp môi chất mới vào xi lanh được thực hiện khi piston đi từ ĐCT xuống ĐCD Lúc đầu ( tại điểm r ), do pr > pk (pk – áp suất môi chất mới trước xu páp nạp ) và do pr > pth nên một phần sản vật cháy trong thể tích Vc vẫn tiếp tục chạy ra ống thải, bên trong xi lanh khí sót giãn nở đến điểm ro rồi từ đó trở đi, môi chất mới có thể bắt đầu nạp vào xi lanh

Hình 1.16: Đồ thị công của quá trình trao đổi khí trong động cơ 4 kỳ

Quá trình nạp lệ thuộc vào rất nhiều yếu tố, khiến cho môi chất mới nạp vào xi lanh trong mỗi chu trình nhỏ hơn lượng nạp lý thuyết, được tính bằng số môi chất mới

chứa đầy thể tích công tác Vh có nhiệt độ Tk và áp suất pk của môi chất mới ở phía trước xu pap nạp (đối với động cơ điêden) hoặc của môi chất mới ở phía trước bộ chế hoà khí (đối với động cơ xăng) Các thông số sau đây ảnh hưởng chính tới quá trình nạp :

+ Áp suất cuối quá trình nạp p a

Áp suất cuối quá trình nạp có ảnh hưởng lớn tới công suất động cơ Muốn tăng

áp suất cuối quá trình nạp người ta sử dụng các biện pháp sau :

- Tạo đường nạp có hình dạng khí động tốt, tiết diện lưu thông lớn và phương hướng lưu động thay đổi từ từ, ít ngoặt

- Dùng xu páp có đường kính lớn hoặc dùng nhiều xu páp Động cơ 1NZ-FE sử dụng hai xu páp nạp và hai xu páp thải cho mỗi máy, do đó tăng được lượng khí lưu thông trong mỗi chu trình, tăng áp suất pa

+ Lượng khí sót

Cuối quá trình thải, xi lanh còn lưu lại 1 ít sản vật cháy gọi là khí sót Trong quá trình nạp, số khí sót trên sẽ giãn nở, chiếm chỗ trong xi lanh và trộn với khí nạp mới ,làm giảm lượng khí nạp mới Vì vậy giảm lượng khí sót sẽ làm tăng lượng khí nạp vào , làm tăng công suất động cơ Các biện pháp sau làm giảm lượng khí sót :

- Dùng động cơ tăng áp Phương pháp này thường được sử dụng trên động cơ điêden do không bị hạn chế bởi khả năng kích nổ

- Tăng góc trùng điệp các xu páp nạp và thải Phương pháp này áp dụng cho cả động cơ xăng và điêden

+ Nhiệt độ sấy nóng môi chất mới ΔT

Đi trên đường nạp và vào xi lanh, môi chất mới tiếp xúc với các bề mặt nóng của động cơ, được sấy nóng và tăng nhiệt độ lên một gia số ΔT

ΔT = ΔTt – ΔTb.h

Trong đó :

ΔTt: mức tăng nhiệt độ của môi chất mới do sự truyền nhiệt từ các bề mặt nóng

ΔTb.h – mức giảm nhiệt độ của môi chất mới do bay hơi của nhiên liệu

ΔT = 20 ÷ 40oC – đối với động cơ điêden;

ΔT = 0 ÷ 20oC – đối với động cơ xăng

+ Nhiệt độ môi chất cuối quá trình nạp Ta

Nhiệt độ môi chất cuối quá trình nạp Ta cũng ảnh hưởng tới mật độ môi chất mới nạp vào xi lanh Tăng Ta làm giảm mật độ môi chất mới nạp vào xi lanh và ngược lại Nhiệt độ môi chất cuối quá trình nạp Ta lớn hơn Tk ( nhiệt độ môi chất mới trước

xu páp nạp ) và nhỏ hơn Tr ( nhiệt độ khí sót ) là do kết quả của việc truyền nhiệt từ các bề mặt nóng tới môi chất mới khi tiếp xúc và việc hoà trộn của môi chất mới với

khí sót nhiều hơn Các quá trình trên diễn ra riêng lẻ trên đường nạp hoặc đồng thời trên xi lanh động cơ

+ Hệ số nạp

Hệ số nạp ηv là tỉ số giữa lượng môi chất mới thực tế nạp vào xi lanh ở đầu quá trình nén khi đã đóng các cửa nạp và cửa thải so với lượng môi chất mới lý thuyết có thể nạp đầy vào thể tích công tác của xi lanh Vh ở điều kiện áp suất và nhiệt độ môi chất phía trước xu páp nạp Môi chất mới của động cơ điêden là không khí , của động

cơ xăng là hoà khí của không khí và hơi xăng tạo thành Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ

số nạp của động cơ 4 kỳ bao gồm: áp suất pa và nhiệt độ Ta của môi chất cuối quá trình nạp ; nhiệt độ sấy nóng môi chất mới ΔT ; hệ số khí sót γr ; nhiệt độ Tr và áp suất pr ; tỉ

số nén ε; hệ số quét buồng cháy λ2 và hệ số nạp thêm λ1 Những thông số trên có liên

hệ qua lại mật thiết với nhau và mỗi thông số lại phụ thuộc vào các yếu tố khác Vì vậy song song với việc phân tích ảnh hưởng của từng thông số riêng biệt phải phân tích ảnh hưởng tổng hợp của chúng tới hệ số nạp ηv theo các chế độ làm việc cụ thể của động cơ

- Các biện pháp chính làm tăng hệ số nạp và giảm cản cho đường nạp :

Hệ thống đường nạp của động cơ gồm: bình lọc khí, bộ chế hoà khí, đường nạp chung, các nhánh nạp của các xi lanh và xu pap đều gây cản đối với dòng khí nạp Làm thế nào để giảm cản cho hệ thống này là vấn đề đáng lưu ý Muốn giảm trở lực của hệ thống cần có tiết diện lớn của đường thông qua đó giảm tốc độ của dòng chảy, cần chú ý đặc biệt đến lực cản cục bộ do chuyển hướng dòng hoặc do tăng giảm đột ngột tiết diện lưu thông của dòng tạo ra Khi tìm biện pháp giảm cản cho đường nạp cần phải lưu ý tới nhiều yếu tố khác nhau

+ Đường ống nạp :

Hình dạng, kích thước của ống nạp gây ảnh hưởng lớn tới hệ số nạp, tới mức độ phun tơi và bay hơi của nhiên liệu và sự phân phối về số lượng và thành phần hoà khí vào các xi lanh, đây là vấn đề tương đối phức tạp Nếu làm tiết diện ống nạp lớn để giảm cản thì sẽ làm tăng tiêu hao nhiên liệu và thành phần hoà khí vào các xi lanh không đều nhau Vì vậy một số động cơ xăng, muốn đạt yêu cầu ít tiêu hao nhiên liệu

ở tải nhỏ, phải chấp nhận mất mát 1 ít công suất bằng cách dùng ống nạp có tiết diện nhỏ một chút Và để hoà khí có thành phần và khối lượng đều nhau người ta còn cố ý gây ngoằn ngoèo ở một vài đoạn ống

+ Các nhánh ống nạp tới các xi lanh và xu páp nạp:

Trong hệ thống nạp của động cơ, xu páp nạp là nơi có tiết diện lưu thông nhỏ nhất nên trở thành bộ phận quan trọng nhất của lực cản đường nạp Người ta thường giảm đường kính xu páp thải để tăng đường kính xu páp nạp, tăng hành trình cực đại, tăng tốc độ đóng mở các xu páp, tăng thời gian giữ xu páp ở vị trí mở lớn nhất để tăng khả năng lưu thông qua xu páp

Cấu tạo của nhánh ống nạp, nhất là phần sát với xu páp gây ảnh hưởng lớn tới lực cản của đường nạp Muốn có hình dạng đường nạp tốt nhất phải thử nghiệm trên

mô hình làm bằng vật liệu dẻo cho tới khi đạt hiệu quả cao nhất

Các thử nghiệm đã đem lại những kết quả có giá trị Phía trước xu páp nạp, thêm một vấu nhô trơn tròn tạo họng thắt hợp lý có thể làm giảm cản cho đường nạp Nếu lắp ống Laval trên miệng đi vào xu páp nạp sẽ làm tăng lưu lượng hoà khí một cách rõ rệt khi chạy ở tốc độ cao Mở rộng đường nạp và tránh những đường ngoặt gấp

sẽ có thể giảm bớt lực cản v.v…

Dạng cửa vào phải được thiết kế để cho không khí vào sẽ quay hoặc xoáy quanh trục của xi lanh Độ xoáy được thay đổi với mỗi kiểu và kích cỡ buồng cháy được sử dụng

1.4.2 Quá trình thải

Nhiều vấn đề của quá trình thải đã được trình bày khi nghiên cứu về quá trình nạp, ở đây chỉ giới thiệu bổ sung một số vấn đề

1.4.2.1 Thải sạch và công tiêu hao cho quá trình thay đổi môi chất

Để thải sạch khí sót và nạp đầy môi chất mới vào xi lanh, hầu hết các động cơ hiện đại đều sử dụng hiệu ứng động của dao động áp suất trong hệ thống nạp thải nhằm tạo nên sóng áp dương ở khu vực xu páp nạp trước khi kết thúc quá trình nạp và tạo nên sóng áp âm ở khu vực xu páp xả trước khi kết thúc quá trình thải Ở động cơ tăng áp người ta lợi dụng chênh áp từ đường nạp– xi lanh - đường thải để mở rộng,

kéo dài thời kì trùng điệp của các xu páp để quét buồng cháy, thải sạch khí sót và nạp đầy môi chất mới vào xi lanh

Công tiêu hao cho quá trình thay đổi môi chất được thể hiện bằng diện tích đồ thị p – V giữa đường nạp và đường thải Nếu đường thải nằm cao hơn đường nạp (động cơ không tăng áp hình 1.10a ) thì công tiêu hao cho thời kì thay đổi môi chất là công âm Nếu đường thải thấp hơn đường nạp (động cơ tăng áp hình 1.10b ) thì đó là công dương

Hình 1.17: Diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ

a) Diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ, không tăng áp

b) Diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ, tăng áp

1.4.2.2 Vấn đề khử độc hại của khí thải động cơ

Khí thải từ xi lanh động cơ đi ra môi trường, ngoài các sản vật cháy hoàn toàn CO2, H2O, N2, còn chứa các sản vật chưa được cháy hoàn toàn, các sản vật được phân giải từ sản vật cháy hoặc từ nhiên liệu Nhiều chất trong khí thải rất độc đối với sức khoẻ con người như : CO, NOX, khí SO2 và H2S, các alđêhit, các hiđro các bon thơm, các hợp chất của chì.Vì vậy vấn đề đặt ra là làm sao để giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí thải từ động cơ.Vấn đề đó được giải quyết theo 2 hướng sau: hoàn thiện chu trình làm việc của động cơ và lắp thiết bị trung hoà trên hệ thống thải

Để hoàn thiện chu trình làm việc của động cơ có thể thực hiện bằng các giải pháp sau:

- Tối ưu hoá cấu tạo của buồng cháy để hạn chế sự hình thành HC

- Tăng cường chuyển động rối và chuyển động xoáy lốc của môi chất

- Tối ưu hoá tỷ số nén ε

- Tối ưu hoá vị trí đặt bugi

- Cải thiện quá trình phân phối khí và cơ cấu phân phối khí

- Tối ưu hoá kết cấu đường thải nhằm thải sạch và nạp đầy

- Cải thiện chất lượng hình thành hoà khí

- Giảm công suất tổn hao ma sát và dẫn động các cơ cấu phụ của động cơ

- Tối ưu hoá quá trình đánh lửa bằng hệ thống đánh lửa điện tử chương trình hoá

- Dùng biện pháp phân lớp hoà khí đảm bảo cho khu vực cực bugi luôn có α = 0,85÷0,90 để đảm bảo trên toàn bộ buồng cháy α >1 nhằm giảm lượng CO và NOX

- Lắp thêm một hệ thống van và đường ống đảm bảo cho động cơ hoạt động tốt ở chế

độ không tải cưỡng bức, không gây ô nhiễm môi trường khi hoạt động ở chế độ này

Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ D6AC

2.1 Giới thiệu về động cơ D6AC

Động cơ D6AC được trang bị trên các dòng xe tải nặng, xe ben, xe đầu kéo ví

dụ như: HD320, HD270, HD700,… cho công suất 340Ps Động cơ mạnh mẽ phù hợp với vận tải đường dài

2.2 Các thông số cơ bản của động cơ D6AC

Bảng 2.1: Các thông số cơ bản của động cơ D6AC

Hệ thống nhiên liệu Bocsh PE inline pump

Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cascte ướt

Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng

Hệ thống nạp Turbo Charger Intercooler

2.3 Kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ D6AC

2.3.1 Cơ cấu piston, thanh truyền, trục khuỷu

2.3.1.1 Piston

Piston là một chi tiết quan trọng của động cơ đốt trong Trong quá trình làm việc của động cơ, piston chịu lực rất lớn, nhiệt độ rất cao và ma sát mài mòn lớn, lực tác dụng và nhiệt độ cao do khí thể và lực quán tính sinh ra gây nên ứng suất cơ học và ứng suất nhiệt trong piston, còn mài mòn là do thiếu dầu bôi trơn mặt ma sát của pittong với xilanh khi chịu lực Piston có nhiệm vụ quan trọng như sau: Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ không cho khí cháy trong buồng cháy lọt xuống các te (hộp trục khuỷu) và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu súc lên buồng cháy Tiếp nhận lực khí thể và truyền lực ấy cho thanh truyền (trong quá trình cháy và giản nở) để làm quay trục khuỷu nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải ra khỏi xilanh trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp

3

Trong động cơ hai kỳ, nhóm piston có tác dụng như một van trượt làm nhiệm vụ phối khí (đóng mở lỗ nạp, lỗ quét và lỗ thải) từ giới thiệu phần động cơ chung như thế thì ta đã nói ra phần tương tự của động cơ piston xe hyunđai như trên

Piston của động cơ D6AC được chế tạo bằng hợp kim nhôm Do điều kiện làm việc của piston như trên, nên vật liệu dùng để chế tạo piston có độ bền cao, phải đảm bảo các yêu cầu sau: Có sức bền lớn ở nhiệt độ cao và khi tải trọng thay đổi, có trọng lượng riêng nhỏ, hệ số giãn nở nhỏ, hệ số dẫn nhiệt lớn, chịu mòn tốt trong điều kiện bôi trơn kém và nhiệt độ cao, chống được sự mài mòn hoá học của khí cháy Vật liệu chế tạo piston thường dùng hiện nay là gang và hợp kim nhẹ, thép được ít dùng để chế tạo piston, trên piston được bố trí 2 xéc măng khí và một séc măng dầu Đường kính của piston: 130 [mm].Trên piston được khoét rãnh để lắp séc măng: chiều cao rãnh để lắp séc măng khí 4 mm, chiều cao để lắp séc măng dầu là 5 mm

2.3.1.2 Thanh truyền

Thanh truyền của động cơ D6AC được chế tạo bằng thép hợp kim đặc biệt, gồm

có các thành phần như Mn, Ni, vôn phram Tiết diện của thanh truyền có dạng chữ y, trên đầu to thanh truyền có khoan lỗ dầu để bôi trơn xy lanh Bạc đầu to thanh truyền chế tạo hai nữa ghép lại với nhau, nắp đầu to thanh truyền lắp với đầu to thanh truyền:100mm

Hình 2.2: Kết cấu thanh truyền

1- Đầu to thanh truyền; 2- Đầu nhỏ thanh truyền; 3- Thân thanh truyền

2.3.1.3 Trục khuỷu

Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất, cường độ làm việc lớn nhất của động cơ đốt trong Công dụng của trục khuỷu là tiếp nhận lực tác dụng trên piston truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu để đưa công suất ra ngoài (dẫn động các máy công tác khác) Trạng thái làm việc của trục khuỷu là rất nặng Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính (quán tính chuyển động tịnh tiến và quán tính chuyển động quay) những lực này có trị số rất lớn thay đổi theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập rất mạnh

Hình 2.3: Kết cấu trục khuỷu

1- Đầu trục khuỷu để lắp bánh răng dẫn động các cơ cấu khác; 2- Cổ biên; 3-

Phần đuôi trục khuỷu để lắp bánh đà; 4- Cổ trục khuỷu

Ngoài ra các lực tác dụng nói trên còn gây ra hao mòn lớn trên các bề mặt ma sát của cổ trục và chốt khuỷu.tuổi thọ của khuỷu trục thanh truyền chủ yếu phụ thuộc vào tuổi thọ của trục khuỷu Có sức bền lớn, độ cứng vững lớn, trọng lượng nhỏ và ít mòn,

có độ chính xác gia công cao, bề mặt làm việc của trục cần có độ bóng bề mặt độ cứng cao Không xẩy ra hiện tượng giao động Kết cấu trục khuỷu phải đảm bảo tính cân bằng và tính đồng đều, phải dể chế tạo Đó là nói chung cho động cơ đốt trong còn xe hyundai nói riêng thì có các thành phần như sau, Trục khuỷu của động cơ D6AC được chế tạo gồm một khối liền, vật liệu chế tạo bằng thép các bon có thành phần các bon trung bình như các loại thép 40÷50, các bề mặt gia công đạt độ bóng cao Thứ tự làm việc các xi lanh 1-5-3-6-2-4

Đường kính cổ trục khuỷu: 100 mm

2.3.2 Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu động cơ D6AC: chứa nhiên liệu dự trữ đảm bảo cho động

cơ hoạt động liên tục theo khoảng thời gian quy định

Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ là lọc sạch nước và các tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho một chu trình ứng với chế độ làm việc của động cơ

Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xy lanh theo trình tự làm việc đúng quy định của động cơ và cung cấp vào các xy lanh đúng lúc theo một quy luật đã định Để đảm bảo chức năng trên, bầu lọc, bơm cung cấp nhiên liệu, thùng chứa và các hệ thống ống dẫn phải đảm bảo tốt Đóng vai trò quan trọng hơn đó là bơm cao áp phân phối

Hình 2.4: Hệ thống nhiên liệu của động cơ D6AC

1- Thùng dầu; 2- Nắp thùng dầu; 3- Lọc thô; 4- Đường dầu thừa; 5- Buồng đốt động cơ; 6- Vòi phun; 7- Bơm tay; 8- Bầu lọc tinh; 9- Bộ điều tốc bơm cao áp; 10- Bơm

thấp áp

2.3.3 Hệ thống phân phối khí

Cơ cấu phối khí kiểu một trục cam đặt ở thân máy, có đũa đẩy và cò mổ Bộ dẫn động dây đai truyền chuyển động từ bánh đai trục khuỷu qua dây đai lên bánh đai trục cam Kết hợp với bánh đai của bơm nước để làm cơ cấu căng đai

- Khi tháo lắp dây đai phải chú ý dấu trên bánh đai phải trùng với dấu của hộp bảo vệ đai

Trục cam có năm cổ trục lắp thẳng vào ổ đỡ trên nắp máy Đầu trục cam có lắp bánh đai để dẫn động trục cam

1

Xupap nạp và xupap thải được dẫn động từ cò mổ, trục cam được dẫn động từ trục khuỷu

Đường kính của thân xupap : 8 mm

Khe hở giữa ống dẫn hướng và thân xupap: 0,08 mm

Có turbo tăng áp kiểu hướng kính

Nguyên lý làm việc: Bơm dầu (3) hút dầu từ hộp cacte (1) sau khi đã được lọc

sơ bộ tại lưới lọc (2) đặt trước cổ hút bơm dầu nhờn trong hộp cacte, đưa dầu đến bộ làm mát dầu bôi trơn (5) Dầu bôi trơn sau khi được làm mát (nếu nhiệt độ của dầu quá lớn) qua bầu lọc dầu (7) đi đến các đường dầu chính như sau:

+ Bôi trơn các cổ trục khuỷu, cổ trục đầu to thanh truyền

+ Ống phun dầu lên phía dưới piston để bôi trơn thành xilanh và làm mát đỉnh piston

+ Bôi trơn các chi tiết của cơ cấu phân phối khí: Trục cam, con đội, cò mổ, + Bôi trơn tuabin tăng áp

+ Bôi trơn hệ bánh răng phối khí

+ Bôi trơn bơm cao áp

Sau đó dầu bôi trơn từ trục khuỷu, hệ bánh răng phối khí, dầu từ cơ cấu phân phối khí sẽ tự rơi về hộp cacte Còn dầu bôi trơn từ bơm cao áp và tuabin tăng áp suất theo các ống dẫn về hộp cacte Trong trường hợp bơm dầu (3) làm việc với áp suất quá cao (có hiện tượng bị tắc đường ống) đề phòng ống dầu bị vỡ, van an toàn (4) mở (áp suất mở van cao hơn 6,0 kg/cm2 ) dầu bôi trơn sẽ thoát trở về thùng cacte Trong trường hợp bầu lọc (7) bị bẩn, tắc, dầu đi bôi trơn sẽ bị thiếu Để đảm bảo đủ dầu bôi trơn cho hệ thống thì van (8) sẽ mở (khi áp suất lớn hơn 2,5kg/cm2 ) cho dầu đi thẳng vào các đường dầu chính Trước bộ làm mát có van (6) khi động cơ mới khởi động, dầu bị lạnh dặc lại thì van (6) đóng đường dầu không cho đi qua bộ làm mát và chạy trực tiếp đến bầu lọc Còn khi động cơ hoạt động, khi nhiệt độ dầu bôi trơn cao hơn

850oC thì van (6) mở đường dầu qua các đường ống làm mát của bộ làm mát để đi đến bầu lọc

Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống bôi trơn động cơ D6AC

1- Hộp cacte; 2- Lưới lọc; 3- Bơm dầu; 4- Van an toàn; 5- Bộ làm mát dầu nhờn; 6- Van hằng nhiệt; 7- Lọc dầu; 8- Van an toàn; 9- Trục khuỷu; 10- Ống phun dầu làm

mát piston; 11- Piston; 12- Trục cam; 13- Con đội; 14- Dàn cò mổ; 15- Xupap; 16-

Bánh răng dẫn động trục cam; 17- Tuabin tăng áp; 18- Bơm cao áp

Két làm mát được lắp trên đầu xe, két làm mát có đường nước vào từ van hằng nhiệt và có đường nước ra đến bơm Trên két nước có các dàn ống dẫn gắn các cánh tản nhiệt

Bơm nước kiểu ly tâm được dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu

Van hằng nhiệt đóng khi nhiệt độ nhỏ hơn 80oC và bắt đầu mở ở nhiệt độ 85oC

Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ D6AC

1- Két làm mát nước; 2- Van hằng nhiệt; 3- Ống dẫn không khí; 4- Ống dẫn nước làm mát; 5- Nắp đậy; 6- Cảm biến mức nước; 7- Thùng chứa; 8- Ống dẫn nước ra; 9- Làm

mát dầu; 10- Bơm nước; 11- Quạt gió

Chương 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG NẠP THẢI ĐỘNG CƠ D6AC

3.1 Sơ đồ bố trí và nguyên lý làm việc hệ thống nạp thải động cơ D6AC

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí hệ thống nạp động cơ D6AC

1- Bộ lọc khí; 2- Đường ống dẫn khí vào; 3- Bộ góp nạp

Hình 3.2: Sơ đồ bố trí hệ thống thải động cơ D6AC

1- Bộ góp thải; 2- Bộ phận cách nhiệt; 3- Bộ giảm âm; 4- Ống dẫn khí thải