Đề bài Thiết kế hệ thống nhiên liệu động cơ xăng (6 xy lanh)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Trường Đại Học Công Nghệ Miền Đơng Khoa Cơng Nghệ Ơ Tơ Và Kỹ Thuật Hàng Không  Đồ án: Động Cơ Đốt Trong GVHD: Lương Hùng Truyện Đề bài: Thiết kế hệ thống nhiên liệu động xăng (6 xy lanh) Sinh viên thực hiện: Trần Đình Thành Vũ Đăng Khơi Lớp 19OT1101 Đồng Nai ngày 15 tháng 11 năm 2022 Mục lục 1.Điều kiện làm việc hệ thống 2.Yêu cầu hệ thống 3.Trình bày phương án chọn phương án thiết kế 3.1 Bộ chế hịa khí 3.2 Bộ lọc khơng khí 3.3 Bơm xăng 3.4 Thùng xăng 3.5 Ống dẫn nhiên liệu Thiết kế bố trí chung 4.1 Sơ đồ bố trí chung 4.2 Tính tốn sơ 5.Thiết kế kỹ thuật 5.1 Tính tốn chế hịa khí 5.2 Bơm xăng 5.3 Thùng xăng 6.Thiết kế công nghệ 7.Thiết kế kinh tế 3|Page 1.Điều kiện làm việc - Động hoạt động phạm vi rộng - Hoạt động nhiều điều kiện môi trường (tạp chất ,bẩn bui) - Rung lắc nhiều làm việc - Có nguy chịu ứng suất nhiệt truyền qua từ động - Chịu ăn mòn hóa học - Nhiên liệu dễ bay 2.Yêu cầu - Lượng hịa khí đưa đến xy lanh đồng đều, xăng – khơng khí phải lọc nước tạp chất học, - Nhiên liệu phải đạt tiêu chuẩn Euro hành, động phù hợp số octan, ăn mịn - Sử dụng vật liệu tránh ăn mịn, biến tính tiếp xúc xăng (rò rỉ,cháy nổ) - Lượng nhiên liệu phù hợp số A/F, đáp ứng toàn dãy hoạt động (chế độ tải số vòng quay) - Kết cấu ống nạp (từ chế hịa khí đến buồng cháy) phù hợp - Thùng nhiên liệu phải có cấu giảm áp hóa hơi, giảm chấn động mạnh Yêu cầu chung: Độ bền, ổn định, tuổi thọ cao, dễ chế tạo, dễ bảo trì bảo dưỡng, sửa chữa, có phụ tùng thay thế, mẫu mã đẹp, giá thành rẻ 3.Trình bày phương án chọn phương án 3.1 Bộ chế hịa khí 3.1.1 Khơng có buồng phao Ưu điểm: - Có kết cấu đơn giản, dễ gia cơng, chế tạo Nhược điểm: - Kích thước lớn, cồng kềnh, khơng đảm bảo yêu cầu thành phần hỗn hợp hòa khí, khơng cịn sử dụng chế tạo tơ 3.1.2 Có buồng phao Có giclơ Hình Hệ thống nhiên liệu với chế hịa khí có buồng phao Ưu điểm: - Có kết cấu gọn nhẹ, độ xác chế độ làm việc cao hơn, dễ dàng điều chỉnh thành phần hỗn hợp hịa khí mà khơng phụ thuộc vào độ cao mức nhiên liệu Nhược điểm: - Có cấu phức tạp hơn, giá thành cao, chi tiết đòi hỏi tính xác cao hơn, q trình bảo dưỡng, sữa chữa phức tạp Các phương pháp điều hòa hỗn hợp hịa khí chế hịa khí có buồng phao: Điều chỉnh tiết diện lưu thông giclơ phối a hợp với hệ thống khơng tải Ưu điểm: - Đường xăng đơn giản, khơng cần nhiều mạch xăng Nhược điểm: - Chỉ điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp theo vị trí bướm ga mà điều chỉnh theo số - vịng quay Việc xác định hình dạng kim đặt kim vào vị trí xác giclơ việc khó địi hỏi cơng nhân có kỹ thuật cao thực - Mối quan hệ thành phần khí hỗn hợp vị trí bướm ga phụ thuộc vào mức độ mài mòn kim lỗ giclơ nên dùng biện pháp điều chỉnh để khắc phục biến đổi Hình Sơ đồ ngun lý hệ thống điều chỉnh tiết diện gíclơ kết hợp với hệ thống khơng tải 1- gíc-lơ; – van kim ; – kéo ; – vòi phun; – kéo; – tay gạt; – đường ống khơng tải; 8,9 – gíclơ b Lắp thêm giclơ bổ sung Ưu điểm: - Cung cấp đủ nguồn nhiên liệu bổ sung vào chế độ toàn tải Nhược điểm: -Lắp thêm giclơ bổ sung tạo nguồn sai lệch phụ chế hịa khí -Việc hiệu chỉnh hệ thống phun có hai ziclơ thường gặp nhiều khó khăn -Có cấu tạo phức tạp phải thêm đường ống khơng khí, đường ống xăng phụ vịi phun bổ sung Hình Sơ đồ ngun lý hệ thống có gíclơ bổ sung 1- gíclơ chính; – gíclơ bổ sung; - ống khơng khí; – vịi phun; – vịi phun c Điều chỉnh độ chân không họng Ưu điểm: -Có thêm đường thơng gió bổ sung cung cấp cho động Nhược điểm: -Rất khó điều chỉnh chi tiết đàn hồi mở đường thơng gió bổ sung -Chất lượng làm việc chi tiết đàn hồi, mở đường thơng gió bổ sung, khơng ổn định d Tạo bọt khí xăng Ưu điểm: -Tăng chất lượng khí hỗn hợp -Có cấu tạo đơn giản so với phương pháp Nhược điểm: -Cấu tạo đường dẫn phức tạp, phải tích hợp nhiều mạch xăng tính tốn thơng số áp suất địi hỏi tính xác cao 3.1.3 Số họng a Một họng Ưu điểm: -Được áp dụng chế hịa khí kiểu đơn giản, có kết cấu đơn giản, dễ gia cơng, chế tạo, kích thước chế hịa khí nhỏ gọn, hệ số lưu lượng lớn so với loại chế hịa khí có nhiều họng với kích thước đường kính buồng hỗn hợp Nhược điểm: -Hệ số cản lớn, cản trở dịng hịa khí vào xy lanh b.Hai ba họng: Hình Bộ chế hịa khí loại nhiều họng Ưu điểm: -Có thể làm tăng độ chân không từ họng hiệu suất hòa trộn nhiên liệu mà sức cản chế hịa khí giữ ngun khơng tăng Nhược điểm: -Đường kính chiều dài họng tăng lên đáng kể, dẫn đến kích thước tổng thể chế hịa khí tăng, hệ số lưu lượng thấp so với loại chế hịa khí có họng 3.2 Bộ lọc khơng khí 3.2.1 Lọc khơ: Ưu điểm: -Lọc hạt bụi lớn Nhược điểm: -Không thể lọc hạt bụi nhỏ -Chất lượng làm việc lọc qn tính khơ giảm giảm lưu lượng khơng khí qua bình lọc Hình Lọc khơ a.Đường kính họng khuếch tán: Loại họng: =(0.6÷0.8) Loại họng: =(0.6÷0.8) = (0.2÷0.3) Loại họng: =(1.0÷1.2) =(0.4÷0.5) =(0.2÷0.3) Chọn phương án chế hịa khí cú hng khuch tỏn: =(0.6ữ0.8) d_b=(0.6ữ0.8)ì41.14=24.69ữ32.91(mm) =28 (mm) b.Chiu di bung hn hp: =(0.8ữ1.8) =(0.8ữ1.8)ì41.14=32.91ữ74.05 (mm c.Gicl: Chn t số chiều dài đường kính ziclo l/d, tốt nên chọn ≥ d.Buồng phao: - Chọn đường kính van kim: 1.5÷2.2 mm - Chọn góc đỉnh van: 90÷ - Chọn khoảng cách từ trục quay đến van kim: 5÷10 mm -Chọn khoảng cách từ trục quay đến trục thẳng đứng phao: 20÷50 mm 4.2.2 Tính tốn bơm xăng: - Chọn hành trình trục bơm: =4÷6 mm - Xác định , , :’ - Chọn = 30÷45 mm - Chọn = -Tính = + 4r + 4δ, thơng thường = (1.4÷1.8) - Trong r: Bán kính góc lượn đĩa ép phía phía màng bơm (mm) - δ: Chiều dày màng bơm (mm), thông thường δ = 0.5 mm Thiết kế kỹ thuật 5.5 Tính tốn chế hịa khí 5.1.1.Tốc độ trung bình hịa khí qua hỗn hợp: Trong đó: (cm3) Hệ số kỳ động cơ, tức số hành trình piston chu trình (cm) Để tính hệ số nạp , ta thực bước sau đây: -Áp suất khơng khí nạp : Được chọn áp suất khí quyển: = 0.1 MN/ -Nhiệt độ khơng khí nạp : Phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình mơi trường Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình ngày chọn = 29, đó: = (+ 273) = 302 -Áp suất khí nạp trước xú páp nạp : Đối với động xăng kì khơng tăng áp: = = 0.1 MN/ -Nhiệt độ khơng khí nạp trước xú páp nạp : Đối với động xăng kì khơng tăng áp: = = 302 -Nhiệt độ cuối trình nạp : Đối với động xăng kì khơng tăng áp, pa chọn khoảng: (0.80 ÷ 0.95) Chọn = 0.9 = 0.09 MN/ -Hệ số nạp thêm : Hệ số nạp thêm phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí, chọn giới hạn 1.02÷1.07 Chọn = 1.05 -Nhiệt độ cuối trình nạp Động xăng chọn : =340÷ 400 Chọn =360 Hệ số nạp:  Với: ⇒ (*) Do có xi lanh dùng chung buồng hỗn hợp nên tốc độ trung bình mơi chất qua buồng hỗn hợp cao 5.1.2.Xác định tiết diện lưu thông họng: Trong đó: : tiết diện lưu thơng họng (m2 ) : Hệ số lưu lượng họng phụ thuộc vào hình dáng, chất lượng họng số họng = 0,85÷ 0,99: với loại họng = 0,7÷ 0,85:với loại hai ba họng : lưu lượng khối lượng khí hỗn hợp (kg/s) : khối lượng riêng khơng khí trước ống nạp (kg/m3 ) : độ chân khơng họng (N/m2 ) Độ chân khơng (3) Trong đó: S – Hành trình piston Khối lượng riêng khơng khí D – Đường kính piston − Đường kính họng khuếch tán Tốc độ quay trục khuỷu (vòng/phút) Số xy lanh động Hệ số lưu lượng, chọn khoảng từ 0.85 0.9 loại họng từ 0.7 0.85 loại hai ba họng Với: S = 66 (mm) D = 80 (mm) Lưu lượng khối lượng khí hỗn hợp: Trong đó: Vậy tiết diện họng là: 5.2.Bơm xăng Lưu lượng thể tích hỗn hợp: Lưu lượng thể tích xăng: Lưu lượng xăng bơm cấp chu trình V,xmax Trong đó: It – tỷ số truyền trục khuỷu động dẫn động bơm chuyền xăng n- số vòng quay trục khuỷu động (vg/ph) Lưu lượng xăng với hct = 0.1hc tính theo cơng thức gần sau: r- bán kính góc lượng đĩa ép phía phía màng bơm - chiều dầy màng bơm (mm), Lượng xăng lý thuyết bơm cung cấp chu trình Lượng xăng lý thuyết bơm n- số chu trình làm việc bơm phút , n= 3000 vg/phút 5.3 Thùng xăng Hình 21 Thùng xăng Dung tích thùng xăng tơ dựa vào cơng thức tính thực tế sau: Vt = δ × S × V100 100 (lít) Trong đó:  = 1,06 ÷ 1,12: hệ số sử dụng dung tích Chọn  = 1,12 S: quãng đường xe chạy mà không cần đổ thêm xăng vào thùng Đối với ô tô tải: S = 300 km Đối với ô tô du lịch: S = 400 ÷ 450 km Chọn S = 450 V100 : lượng nhiên liệu tiêu thụ chạy 100km (lít) Vt = 1,12 × Sai số so với thực tế 450 × 9, = 48,384 100 (lít) Thùng xăng chế tạo lớn so với lý thuyết 16,58% vì: - Tạo lượng dư dự phòng sử dụng - Bù trừ cho chất lượng làm việc lọc khí sử dụng lâu ngày chưa vệ sinh Thiết kế cơng nghệ Bước có nhiệm vụ phản hồi trực tiếp cho bước thiết kế kỹ thuật Quy trình chế tạo Nghiên cứu vẽ chi tiết Xác định dạng sản xuất Chọn nguyên vật liệu phương pháp chế tạo phôi Thứ tự gia công, sơ đồ thứ tự gá đặt nguyên công Xác định lượng dư gia công Thiết kế tính tốn chế độ cắt, gia cơng tạo hình, lắp ráp, hàn, mài đánh bóng Thiết kế, bố trí máy móc thiết bị nhân công cho nguyên công Thiết kế đồ gá, khn Bên cạnh đó, sử dụng máy móc, thiết bị đại quy chuẩn, phù hợp tính kinh tế kết hợp với thợ có tay nghề phù hợp ngun cơng Quy trình kiểm tra Từng nguyên công Tay nghề thợ Hoạt động máy móc, thiết bị Thiết bị, dụng cụ Độ xác, mài mòn Độ bền, chất lượng làm việc Trình độ chun mơn cao người kiểm tra cần độ chuẩn xác, kỹ lưỡng, khả xử lý tình Thành phẩm Phần tử vật liệu Chiều dày chi tiết áp lực (độ bền) Chất lượng bề mặt Độ ăn mịn Độ xác thơng số kích thước Kiểm tra vận hành Nếu bước kiểm tra phát lỗi mức độ cho phép quay lại quy trình chế tạo 7.Tính kinh tế thiết kế - Chi tiêu kinh tế kỹ thuật Các chi tiêu lượng đặc trưng cho tính kỹ thuật động cơ, bao gồm: + Tốc độ quay động + Áp suất thị áp suất có ích trung bình + Cơng suất + Mơ men quay Các chi tiêu so sánh dùng để so sánh động khác kết cấu, sử dụng, hiệu sử dụng lượng cường độ làm việc động cơ, gồm: + Tốc độ quay động + Vận tốc trung bình piston + Áp suất thị áp suất có ích trung bình + Hiệu suất + Suất tiêu hao nhiên liệu + Ứng suất nhiệt, Các chi tiêu sử dụng có liên quan đến độ tin cậy, độ ồn, mức độ tự động hóa, tuổi thọ động -Tốc độ quay động (n) số vòng quay trục khuỷa đơn vị thời gian (v/ph, v/s)  Tốc độ quay định mức (): tốc độ quay nhà chế tạo định ra, ứng với công suất định mức điều kiện chịu tải mômen định mức  Tốc độ quay sử dụng (): = e – mức độ sử dụng công suất động  Tốc độ quay cực đại (): tốc độ quay lớn cho phép động làm việc khoảng Thông thường = 1,1., (=110% )  Tốc độ quay cực tiểu (): tốc độ quay nhỏ mà động cịn làm việc ổn định  Tốc độ quay khởi động () tốc độ quay nhỏ mà khởi động động -Vận tốc trung bình piston (cm) = ; (m/s) Cm tiêu đánh giá cường độ làm việc tuổi thọ động -Mômen quay động = – Mô men quay động cơ,(kN.m) - Cơng suất có ích động cơ,(kW) n – Tốc độ quay động cơ, (vg/ph) Thông số thị -Công suất thị + Áp suất thị: =.m Áp suất thị trung bình (N/) F Diện tích đồ thị cơng hay đồ thị thị, giới hạn đường cong nén cháy giãn nở, () L Chiều dài đồ thị thi cơng (mm) m Tỷ lệ xích áp suất đồ thị công (N//mm) + Công suất thị: = = (Nm/s) Áp suất thị trung bình (N/) Thể tích làm việc xy lanh () n Số vòng quay động (vg/ph) Số kỳ động Công suất thị động nhiều xy lanh i Số xy lanh = (kW) -Hiệu suất thị = – Công thị (J); – Lượng nhiên liệu tiêu hao (J/,J/kg) Động xăng = 0,2 – 0,35 -Suất tiêu hao nhiên liệu thị = ; (g/kW.h) Lượng nhiên liệu tiêu hao (kg/h) – Công suất thị (kW) = ; (g/ml.h) Động xăng: = 140 – 180; g/kW.h; hay: = 190 – 250; g/ml.h; Thơng số có ích -Cơng suất có ích = +Cơng suất hao tổn = – Áp suất tổn thất học trung bình, phần áp suất thị trung bình tiêu hao cho tổn thất học (N/) + Áp suất có ích trung bình =- Áp suất tổn thất khí thơng = (KW) thường xác định thực nghiệm phụ thuộc bậc = vào tốc độ trung bình piston = a + b a,b số thực nghiệm + Hiệu suất học = = = 1= 0,70 0,85 -Hiệu suất có ích = – Cơng có ích (J) - Lượng nhiên liệu tiêu hao (,kg) – Nhiệt trị thấp nhiên liệu (J/,J/kg) Động xăng = 0,18 – 0,30 - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích = ; (g/kW.h) = ; (g/ml.h) : Lượng tiêu hao (kg/h) – Cơng suất hữu ích (kW) Động xăng: = 150 – 240 ; g/kW.h; hay: = 210 – 280; g/ml.h -Chỉ tiêu cường độ làm việc động + Cơng suất lít cơng suất ứng với dơn vị thể tích cơng tác động = = ; kW/l +Công suất piston công suất ứng = = ; kW/ - Cơng suất có ích động cơ, kW – Thể tích cơng tác xy lanh, lít – Diện tích đỉnh piston, – Áp suất có ích trung bình n - Tốc độ quay động cơ, vg/ph – Vận tốc trung bình piston i- Số xy lanh z- Số kỳ động ,- Hệ số - Chỉ tiêu phụ tải Phụ tải nhiệt có liên quan đến lượng nhiệt tỏa không gian xylanh, nhiệt độ, ứng suất nhiệt biến dạng nhiệt chi tiết tiếp xúc trực tiếp với môi chất công tác có nhiệt độ cao -Nhiệt lượng tỏa chu trình cơng tác ()=x : Lượng nhiên liệu cung cấp (kg/ct) : Nhiệt trị thấp (kJ/kg0 x = f()- hệ số tỏa nhiệt Tốc độ tỏa nhiệt buồng cháy = = () -Ứng suất nhiệt E- Môđun Young υ- Chỉ số poisson -Nhiệt độ chi tiết động Nhiệt độ đỉnh piston lớn cho phép: 350 piston làm hợp kim nhôm 450 piston làm gang Nhiệt độ đầu vòi phun phải thấp 180 để ngăn ngừa tượng kẹt kim phun Nhiệt độ mặt gương xylanh không cao để phát huy điều kiện bơi trơn khơng thấp điểm sương khí thải (hình thành axit) -Các tổn thất khí Cơng suất tiêu tốn để khắc phục ma sát chi tiết vận động động (ma sát piston –xylanh, cổ trục- bạc ,lót ) tổn thất cho cấu phụ (bơm nước, bơm dầu, quạt gió, máy phát) +Chuyển động cho quạt gió: 13,15% + Chuyển động cho bơm nước:2,37% + Cơ cấu truyền lực tới quạt: 2,26% + Chuyển động cho bơm dầu nhờn: 2,47% + Chuyển động cho máy phát điện (kể cấu truyền lực): 2,23% + Chuyển động cho bơm nhiên liệu:1,13% + Chuyển động cho cấu phân phối khí:2,37% + Ma sát cấu biên tay quay: 74,12%, đó: Tổn thất ma sát qua piston-xylanh: 24,1% Tổn thất ma sát qua xécmăng-xylanh: 25,6% Tổn thất qua cổ trục-ổ trục: 5,6% Tổn thất qua cổ biên- ổ trục: 9,4%