Động cơ thiết kế là động cơ 4 kì,4 xy lanh được bố trí thẳng hàng

Không khí  Bộ lọc khí Đo lưu lượng khí nạp Bướm ga buồng đốt1.3/CƠ CẤU PHỐI KHÍ: 1.3.1/Công dụng: Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ nạp đầy hòa khí vào các xy lanh và thải sạch khí cháy ra

LỜI NÓI ĐẦU

Trong bối cảnh của đất nước ta hiện nay đã và đang phát triển một cáchnhanh chóng và đang trên đà phát triển thành một nước công nghiệp trong thờigian sắp tới, thì vai trò của ngành động cơ đốt trong nói chung và nền công nghiệpôtô nói riêng rất là quan trọng Cụ thể hơn thì nền công nghiệp ôtô đã góp phần rấtnhiều trong các ngành nông nghiệp ,công nghiệp ,dịch vụ…,và đặc biệt là khả năng

di chuyển rất linh động đã làm cho phần lớn người dân Việt Nam đã chọn ôtô xemáy làm phương tiện di chuyển qua đó thúc đẩy ngành công nghiệp ôtô phát

triển.Qua đó bản thiết kế “ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG” đã giúp chúng ta

phần nào có thể hình dung ra được cách tính toán,trình tự thiết kế ra một động cơđốt trong.Và dưới đây là bản thiết kế đồ án động cơ đốt trong mà tôi đã áp dụngnhững kiến thức về tính toán động cơ,nguyên lý động cơ đốt trong,Kết cấu độngcơ…để thiết kế Hi vọng bạn đọc có thể có góp ý giúp tôi để tôi có thể rút kinhnghiệm trong những bản thiết kế tiếp theo.Và xin cảm ơn thầy Hoàng Ngọc Dương

đã giúp đỡ em tận tình trong quá trình thực hiện bản thiết kế

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ

1/GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN:

1.1/ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ:

-Động cơ thiết kế là động cơ 4 kì,4 xy lanh được bố trí thẳng hàng (I4)

+Công suất danh nghĩa: Nen=47,1Kw

+Tốc độ vòng quay danh nghĩa :nn=5500 (v/ph)

Được sử dụng trên xe ôtô KIA MORNING BAH 42F8

1.2/TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY:

1.2.1/Loại nhiên liệu:

-Nhiên liệu được sử dụng cho động cơ là nhiên liệu xăng

-Các thành phần có trong nhiên liệu là: C=0,855;H=0,145 ([1],36)

1.2.2/Buồng đốt:

Kết cấu của buồng đốt phải thỏa mãn những yêu cầu sau:

-Khả năng hòa trộn hỗn hợp giữa khí và

nhiên liệu vì vậy tùy thuộc vào dạng

buồng đốt mà hòa khí đi vào sẽ tạo thành

lốc xoáy và tạo điều kiện để hòa trộn hòa

khí tốt hơn

-Tạo được một hỗn hợp hòa khí đậm

xung quanh bugi :Hòa khí khi đi vào

buồng đốt sau khi đi qua xuppap nạp tạo

thành lốc xoáy phải làm sao mà ngay tại

tâm cháy thì hỗn hợp hòa khí là đậm

nhất

Buồng đốt sử dụng ở đây là hình bán cầu:

-Đặc điểm buồng đốt loại này là diện tích bề mặt buồng đốt nhỏ gọn

-Trong buồng đốt có bố trí 2 xuppap nạp và xả về 2 phía khác nhau rất thuận tiệncho việc bố trí trục cam phía trên

-Đỉnh pittong có 2 bán cầu thuận tiện cho việc tạo thành lốc xoáy nhưng cũng vìvậy mà diện tích chịu nhiệt sẽ tăng lên làm cho pittong nóng hơn trong thì nổ

1.2.3/Hệ thống nhiên liệu:

a/Hệ thống nhiên liệu:

Nhiên liệu được bơm điện hút nhiên liệu từ bình chứa qua lưới lọc trên bơm đẩynhiên liệu tới bộ lọc nhiên liệu và đi tới ống phân phối sau đó đi vào từng kimphun.Trong quá trình hoạt động nếu bộ lọc bị tắc nghẽn làm cho áp suất trong ốngdẫn tăng thì lúc này bộ điều áp sẻ mở làm cho nhiên liệu quay trở lại bình chưa

b/Hệ thống điều khiển:

c/Hệ thống nạp khí:

Không khí  Bộ lọc khí Đo lưu lượng khí nạp Bướm ga buồng đốt

1.3/CƠ CẤU PHỐI KHÍ:

1.3.1/Công dụng:

Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ nạp đầy hòa khí vào các xy lanh và thải sạch khí cháy

ra khỏi các xy lanh sau khi bị đốt cháy

1.3.2/Yêu cầu:

-Nạp đầy và thải sạch muốn vậy xuppap phải mởi sớm và đóng muộn

-Đảm bảo kín buồn đốt trong thì nén và nổ

-Đóng mở đúng thời gian quy định

-Độ mở để dòng khí dễ lưu thông

-Ít mòn tiếng kêu bé

-Dễ điều chỉnh và sữa chữa giá thành chế tạo rẻ

1.3.3/Cơ cấu phối khí sử dụng:

Sử dụng cơ cấu phối khí dạng trực tiếp cam đội xuppap ( hai trục cam rời)

-Ưu điểm: đơn giản,làm việc êm không gây tiếng ồn vì lúc này không còn tiếng ồngây ra bởi cò mổ,đũa đẩy,con đội

-Nhược điểm: khó chế tạo

Cơ cấu phân phối khí có xupáp treo, trục cam đặt trên nắp xupáp.

1–xupáp xả; 2–lò xo xupáp; 3–trục cam; 4–đĩa tựa; 5–bulông điều chỉnh;

6–thân xupáp rỗng; 7–vành tựa; 8–mặt trụ; 9–đĩa tựa lò xo

Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupáp thể hiện trên hình vẽ trên Khi trục cam đặt trên nắp xylanh và cam trực tiếp điều khiển việc đóng, mở xupáp, không thông qua con đội, đũa đẩy, đòn gánh Loại này có xupáp rỗng, ghép

1.3.4/Phương pháp dẫn động:

Phương pháp dẫn động trục cam là phương pháp dẫn động gián tiếp sử dụng dâycuroa để truyền chuyển động từ trục khuỷu tới hai cốt cam

Vì những ưu điểm sau:

-Truyền động êm không gây tiếng ồn

-Dễ tháo lắp

-Gía thành rẽ

1.3.5/Phương pháp điều chỉnh khe hở nhiệt:

Bulông 5 đằng sau đuôi xuppap giúp ta điều chỉnh chiều dài xupáp, sẽ cho phép điều chỉnh khe hở nhiệt (giữ mặt tựa của cam và đuôi xupáp) Tuy nhiên, đối với xupáp

xả thường làm việc ở nhiệt độ tới (300 – 400) 0 C vì vậy các đường ren dễ bị kẹt do han rỉ

và điều kiện áp lực lớn điều chỉnh bu lông 5 rất khó Lò xo xupáp ở đây có hai chiếc có

độ cứng khác nhau, chiều quấn nguợc nhau và có chiều dài bằng nhau Nhờ vậy tránh được sự cộng hưởng nên bền lâu hơn Với máy nhỏ đôi khi người ta đúc liền một khối, như vậy không điều chỉnh được khe hở nhiệt Trong trường hợp này, nhà chế tạo để khe

hở nhiệt lớn một chút, khi mòn càng lớn hơn, nên có thể có tiếng gõ khi máy làm việc, nhưng cấu tạo đơn giản, làm việc an toàn.

1.4/HỆ THỐNG LÀM MÁT:

1.4.1/Lý do phải làm mát động cơ:

Trong quá trình làm việc tại thì nổ thì nhiệt độ của buồng đốt khoảng 2500

0 C.Nhiệt đó sẽ được truyền đến các chi tiết tiếp xúc với khí cháy như (pittông,xec măng,xuppap,thành xy lanh,nắp xy lanh) khoảng 25-35% nhiệt do buồng đốt tạo ra.Vì vậy các chi tiết này bị đốt nóng mãnh liệt: nhiệt độ của đỉnh pittông khoảng 600 0 C,nhiệt

độ nấm xuppap 900 0 C Nhiệt độ các chi tiết cao sẽ gây ra các hậu quả như:

-Phụ tải nhiệt các chi tiết lớn làm giảm sức bền ,giảm độ cứng vững và tuổi thọ của chúng -Nhiệt độ cao dẫn đến nhiệt độ dầu bôi trơn cũng cao do đó dẫn tới độ nhớt giảm khả năng nôi trơn kém làm tăng ma sát.

-Có thê gây bó kẹt pittông do hiện tượng giản nỡ

-Cĩ thể gây hiện tượng kích nổ

Vì vậy để khắc phục hiên tượng trên cần thiết phải làm mát động cơ giữ cho động cơ làm việc ở một mức độ nhiệt ổn định.

1.4.2/Phân tích chọn hệ thống làm mát:

a/Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi:

Hệ thống làm mát kiểu này là đơn giản nhất khơng cần bơm,quạt,phương pháp làm mát là khi động cơ làm việc nước bao bọc xung quanh sẽ sơi và bốc hơi thốt ra ngồi và một lượng nước khác phải được bổ sung kịp thời.Nhưng vấn đề ở đây là nếu khơng cĩ nguồn nước bổ sung kịp thời thì lượng nước làm mát sẽ giảm dữ dội vì vậy phương pháp này khơng phù hợp với ơ tơ,máy kéo.

Động cơ nằm ngang làm mát kiểu bốc hơi tự nhiên

b/Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên:

-Với hệ thống làm mát loại này nước lưu động tuần hồn được hồn tồn là do sự chênh

áp giữa 2 cột nước nĩng và lạnh.

-Sự chênh áp giữa 2 cột nước nĩng và lạnh thì phụ thuộc vào

+Nhiệt độ của 2 cột nước nĩng và lạnh (khi mới khởi động ∆t bé,khi tốc độ tăng ∆t tăng)

+Độ chênh lệch chiều cao giữa 2 cột nước

Vì vậy mà trên động cơ luôn phải đảm bảo rằng bình chứa nước phải cao hơn đầu nước ra của động cơ.

Nhưng vấn đề ở đây là khi tốc độ động cơ tăng dẫn tới sự chênh lệch nhiệt độ của đầu vào và đầu ra lớn ,trong khi đó vì kết cấu của động cơ mà chiều cao đặt bình chứa nước

bị hạn chế nên vận tốc tuần hoàn bé dẫn tới chỉ một lượng ít nước đi qua quạt để tản nhiệt,vì vậy tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ ở đầu vào và đầu ra lớn làm thành xy lanh làm mát không đều Nếu muốn tăng chiều cao đặt bình chứa nước thì kết cấu lại lớn không phù hợp với ô tô, máy kéo.

Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên

c/Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức:

Nước lưu động trong hệ thống không phải do đối lưu mà là do sức đẩy của bơm nước tạo

ra vì vậy ta dung hệ thống tuần hoàn cưỡng bức kiểu kín là phương pháp làm mát cho ô

tô máy kéo.

1.4.3/Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức kiểu kín:

Nguyên lý hoạt động như sau:

-Nước làm mát từ các áo nước trong thân động cơ ,lên nắp xy lanh qua các ống đến van điều nhiệt tại đây nước chia làm 2 dòng một ra két nước làm mát qua bơm ly tâm về động cơ,một tuần hoàn trở lại động cơ.Sự phân chia lưu lượng nước này phụ thuộc vào nhiệt

độ của nước làm mát và do van hằng nhiệt tự động điều chỉnh.

-Hệ thống này được gọi là hệ thống làm mát kiểu kín vì sau khi đi qua két nước làm mát nước lại trở về động cơ thành một chu trình khép kín

1.4.4/Dung dịch làm mát:

Chọn dung dịch làm mát là dung dịch abro (Mỹ) 129.000đ/1can 3,8 lít

1.4.5/Làm mát pittông,làm mát vòi phun:

-Pittông được làm mát bằng cách phun dầu bôi trơn lên phía trong của pittông

-Vòi phun được làm mát bằng nhiên liệu.

1.5/HỆ THỐNG BÔI TRƠN:

1.5.1/Lý do phải bôi trơn động cơ:

Hệ thống bôi trơn của động cơ có nhiều nhiệm vụ

-Bôi trơn bề mặt ma sát,làm giảm ma sát giữa các chi tiết chuyển động lẫn nhau.

-Tẩy rữa các bề mặt ma sát:vì trong quá trình hoạt động sự ma sát giữa các chi tiết làm phát sinh các mạt sắt nên dầu bôi trơn sẽ rửa các bề mặt này và sẽ được lọc sạch tại bầu lọc thô và lọc tinh.

-Làm mát cho động cơ: ngoài nước làm mát dầu nhờn cung có chức năng làm mát nó sẽ chuyển một phần nhiệt lượng sinh ra ở pittông ,ở các ổ trục ra khỏi nó.

-Bao kín khe hở:vì dầu bôi trơn có độ nhớt cao nên sẽ bao kín khe hở giữa pittông và xylanh;xec măng và pittông khiến cho khả năng lọt khí sẽ giảm.

1.5.2/Chọn hệ thống bôi trơn:

a/Bôi trơn bằng phương pháp vung té dầu:

-Đối với phương pháp này dầu nhờn được đưa lên bôi trơn nhờ thìa múc dầu từ các te và vung té để bôi trơn,mỗi một vòng quay trục khuỷu là 1 lần vung té

+Nó không đảm bảo đủ lượng dầu bôi trơn

+Nó chỉ ở động cơ có công suất nhỏ ,tốc độ thấp ,cho động cơ có 1 xy lanh kiểu nằm ngang.Nên hiện nay ít được sử dụng.

Bôi trơn Phương pháp vung té dầu

b/Bôi trơn cưỡng bức:

Phương pháp này dầu bôi trơn sẽ được hút và đẩy đi đến các nơi cần bôi trơn bởi một bơm dầu nên đảm bảo được lượng dầu ,áp lực ổn định đến các chi tiết

+Bôi trơn cưỡng bức cac te khô:loại này khác loại cac te ướt ở chỗ bình đựng dầu đặt bên ngoài đới với kiểu thiết kế này có ưu điểm là dầu không bị thiếu hụt dù dộ nghiêng lớn vì vậy thích hợp cho máy ủi,tàu thủy,máy kéo…Nhược điểm là kết cấu phức tạp chiếm không gian lớn

Vì vậy ta chọn hệ thống bôi trơn cưỡng bức cac te ướt

Bôi trơn cưỡng bức cac te khô

1.5.3/Cấu tạo ,sơ đồ ,Nguyên lý hoạt đông:

Hệ thống bôi trơn cưỡng bức cac te ướt

-Dầu nhờn sẽ được bơm hút từ cac te qua lọc thô ở đây dầu sẽ được làm sạch cáctạp chất cỡ lớn sau đó đi đến bầu lọc tinh tại bầu lọc tinh sẽ lọc sạch cặn bẩn cỡnhỏ và nước sau đó dầu đi đến các đường dầu chính đi đến bôi trơn các cổ và chốtkhuỷu và được vòi phun lên để bôi trơn đầu nhỏ thanh truyền ,chốt pittông và cócác đường dầu đưa lên bôi trơn cơ cấu phối khí

-Khi nhiệt độ của dầu lên cao quá 800C vì độ nhớt giảm nên van điều khiển sẽ mở

và cho dầu đi qua đi qua két làm mát.Nếu lọc tinh bị tắc thì van an toàn mở ra vàdầu không đi qua lọc tinh mà lên trực tiếp đường dầu chính.Van an toàn sẽ đảmbảo áp suất dầu trong hệ thống giữ ở một mức ổn định

1.6/HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG:

1.6.1/Nhiệm vụ:

Việc khởi động động cơ có lẽ là chức năng quan trọng nhất của hệ thốngđiện ôtô Hệ thống khởi động thực hiện chức năng này bằng cách thay đổi nănglượng điện từ ắc quy thành cơ năng của máy khởi động Máy khởi động nàychuyển cơ năng qua bánh răng tới bánh đà trên trục khuỷu động cơ Trong quátrình quay khởi động , bánh đà quay, hỗn hợp không khí–nhiên liệu được đưa tớixilanh, được nén và bốc cháy khởi động động cơ Đa số động cơ yêu cầu tốc độquay khởi động khoảng 200v/ph.

1.6.2/Yêu cầu:

-Máy khởi động phải quay được trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà động

cơ có thể nổ được

-Nhiệt độ làm việc không được quá giới hạn cho phép

-Phải đảm bảo khởi động lại được nhiều lần

-Tỷ số truyền từ từ bánh răng máy khởi động đến bánh răng của bánh đà thường từ9-18

-Chiều dài ,điện trở của dây dẫn nối từ accu đến máy khởi động phải trong giớihạn quy định (<1m)

-Moment truyền động phải đủ để khỏi động động c

1.6.3/Phân loại:

Hiện nay trên các xe thường dùng 2 loại máy khởi động:

-Truyền động trực tiếp với bánh đà

-Truyền động qua hộp giảm tốc

-Trong đó loại truyền động qua hộp giảm tốc được sủ dụng nhiều trên các xe đờimới vì phần mô tơ điện một chiều có cấu tạo nhỏ gọn và có số vòng quay khácao.trên đầu trục có lắp một bánh răng nhỏ,thông qua bánh răng gian truyền xuốngbánh răng của hộp truyền động

phần ứng lõi mô tơ nhờ bộ truyền giảm tốc.

1.6.4/Cấu tạo máy khởi động loại giảm tốc:

cấu tạo máy khởi động loại giảm tốc

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1/CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ:

1.1/Loại động cơ:

-Động cơ thiết kế là động cơ xăng vì động cơ xăng có kết cấu nhỏ gọn,nhẹ tihchshợp cho việc thiết kế ô tô,du lịch,ô tô vận tải nhẹ duy chỉ có nhiên liệu xăng là đắthơn nhiên liệu dầu

-Thiết kế động cơ xăng 4 kì vì tính hiệu quả về kinh tế ,ít ô nhiễm môi trường quátrình nạp và xả diễn ra hoàn thiện hơn

1.2/Công suất (Ne):

Công suất danh nghĩa Nen=47,1Kw

1.3/Số vòng quay (n):

Số vòng quay danh nghĩa nn=5500 (v/ph)

1.4/Số xy lanh (i):

Chọn thiết kế động cơ có 4 xy lanh (i=4) thẳng hàng vì:

-Tạo ra sự đồng đều khi trục khuỷu quay

-Vì số xy lanh là chẵn nên việc dùng đối trọng để cân bằng lực quán tính vàmoment quán tính sẽ dễ dàng hơn

chọn =0,25

2/CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT:

2.1/Áp suất không khí nạp p 0 :

p0 =0,1013 MN/m2 hay p0 = 1,03 bar ([2],27)

2.2/Nhiệt độ không khí nạp mới T 0 :

tkk=290C (là nhiệt độ không khí trung bình ở nước ta)

 T0=29+273=302 0K

2.3/Áp suất khí nạp trước xuppap nạp (p k ):

Đối với động cơ 4 kì không tăng áp thì pk = p0

2.4/Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (T 0 ):

Đối với động cơ 4 kì không tăng áp thì Tk = T0

2.5/Áp suất cuối quá trình nạp p a :

Đối với động cơ không tăng áp áp suất cuối quá trình nạp pa phải bé hơn áp suấtkhí quyển p0 thường xác định bằng công thức thực nghiệm:

pr = pth +pr trong đó : pth là áp suất khí thải ra ngoài

pr là áp suất thất thoát qua xuppap xả ,đường ống xảThông thường pr được xác định theo công thức thực nghiệm:

pr = (0,11-0,12) MPa (2-2) ([2],30)

chọn pr = 0,11 MPa=1,12 bar

2.7/Nhiệt độ khí sót T r :

Đới với động cơ xăng thì Tr=(900-1100)0K (2-3) ([2],30)

Chọn Tr=11000K

2.8/Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới:

Khi khí nạp mới được hút vào xy lanh thì trong qua trình di chuyển tiếp xúc vớithành vách xy ống nạp,xuppap nên nhiệt độ khí nạp sẽ tăng lên giá trị ∆T

Đối với động cơ xăng : T = (10-30) 0K (2-4) ([2],32)

2.10/Hệ số quét buồng cháy  2:

Đối với động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy thì chọn  2=1

2.11/Hệ sô dư lượng không khí :

Với M0 là số kmol không khí cần đốt cháy hết 1kg nhiên liệu

M1 là số kmol không khí thực tế đi vào xy lanh

1

0 0

-Nếu 1

1

0 0

hỗn hợp giàu nhiên liệu,nhiên liệu cháy dữ dội tốc

độ cháy tăng ,áp suất tăng chạy càng nhanh nhưng không cháy sạch hết nhiên liệulàm ô nhiễm môi trường

Trong tính toán nhiệt ĐCĐT đối với động cơ xăng thì =0,85-0,95 (2-7)([2],34)

Chọn =0,9

2.12/Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t:

Đối với động cơ xăng =0,9 thì chọn t=1,15 ([2],32)

2.13/Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (z):

2.15/Hệ số điền đầy đồ thị công (d):

Hệ số điền đầy đồ thị công sẽ đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị côngthực tế so với đồ thị công tính toán

trong đó : pz là áp suất cuối quá trình cháy

p0 là áp suất cuối quá trình nén

đối với động cơ xăng: p =3-4 (2-11) ([2],35)

chọn p=3

3/TÍNH TOÁN NHIỆT:

3.1/Qúa trình nạp:

p p

pr=1,12 bar; pa=0,927 bar

1 1,5

 

1 1,5

Vậy r 0,072 (0,05 0,15)  động cơ xăng

-Nhiệt độ cuối quá trình nạp:

1

1

m m a

r a

r

p

p T

n1 là chỉ nén đa biến trung bình n1=1,34-1,37 ([1],33)

-Mục đích của việc tính toán quá trình cháy là để xác định áp suất cuối quá trình

cháy pz và nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz

-Để tính toán ta chia làm 2 giai đoạn:

3.3.1/Giai đoạn tính toán tương quan nhiệt hóa:

Mục đích của việc tính toán tương quan nhiệt hóa là để xác định các đạilượng đặc trưng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hóa để làm tiền đề cho việc tínhtoán nhiệt động

-Lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết 1kg nhiên liệu lỏng:



1

r r

3.3.2/Giai đoạn tính toán tương quan nhiệt động:

-Nhiệt độ cuối quá trình cháy ta xác định như sau: