Tiểu luận thiết kế các hệ thống động cơ thiết kế hệ thống bôi trơn động cơ dr4 0619

Nguyên nhân là do việc dẫn dầu cưỡng bức luôn đảm bảo có lớp dầu cần thiết và đảm bảo việc dẫn nhiệt ra từ các bề mặt làm việc được tốt hơn.- Vì vậy loại hệ thống này thường được ứng dụn

THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ DR4-0619

1 Phân tích lựa chọn sơ đồ hệ thống bôi trơn

- Hệ thống bôi trơn cưỡng bức là loại hiện đại làm việc chắc chắn hơn nhưng phức tạp hơn Nguyên nhân là do việc dẫn dầu cưỡng bức luôn đảm bảo có lớp dầu cần thiết và đảm bảo việc dẫn nhiệt ra từ các bề mặt làm việc được tốt hơn

- Vì vậy loại hệ thống này thường được ứng dụng ở các động cơ xăng cũng như các động cơ

có số vòng quay cao, trong đó lực quán tính của các bộ phận chuyển động qua lại và lực quán tính ly tâm có trị số cao

- Khi bôi trơn cưỡng bức, dầu được dẫn đến các gối đỡ với số lượng dư sẽ rửa các cặn bẩn và mạt kim loại, tạo điều kiện thuận lợi cho sự làm việc của các gối đỡ Do đó khi bôi trơn cưỡng bức, dầu ít tiếp xúc với các chi tiết máy và không khí nên dầu bị ôxy hoá chậm hơn, mức tiêu thụ dầu nhờn sẽ thấp hơn

- Sau khi phân tích ưu nhược điểm của từng hệ thống bôi trơn, cùng với việc tham khảo một số động cơ tương tự trên thực tế em lựa chọn phương án thiết kế hệ thống bôi trơn cho động cơ DR4-0619 là hệ thống bôi trơn cưỡng bức cácte ướt

Hình 1: Sơ đồ hệ thống bôi trơn cưỡng bức

 Nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn cưỡng bức:

Dầu trong các-te (1) được bơm dầu (3) hút qua lọc dầu (5) tại đây dầu được lọc sạch tạp chất rồi đi đến đường dầu chính (10) trong thân động cơ

Trang 2

Từ đây dầu sẽ vào các đường dầu của thân máy và nắp xy lanh đi bôi trơn các ổ đỡ trục khuỷu, trục cam, bạc đầu nhỏ thanh truyền rồi sau đó sẽ tự rơi về lại các-te

Van an toàn (4) của bơm dầu có nhiệm vụ giữ cho áp suất của dầu bôi trơn do bơm dầu bôi trơn cung cấp cho hệ thống luôn không đổi Khi hệ thốngbôi trơn có một bộ phận bị tắc, khi đó van này sẽ tự động mở cho dầu bôi trơn trở về các-te đảm bảo cho áp suất dầu bôi trơn trong hệ thống luôn ở giá trị cần thiết

Két làm mát dầu (6) có nhiệm vụ giảm nhiệt độ của dầu giữ cho dầu bôi trơn luôn ở mức nhiệt độ cần thiết

2 Tính toán thiết kế bơm và lọc dầu

2.1 Phân tích chọn loại bơm

Hình 2: Kết cấu bơm bánh răng ăn khớp trong 1- Bánh răng chủ động; 2- Bánh răng bị động; 3- Đường dầu vào

4- Xẹc lip; 5- Van an toàn; 6- Đường dầu ra

- Trong hệ thống bôi trơn động cơ 2KD-FTV sử dụng bơm bánh răng ăn khớp trong vì : + Động cơ này lắp trên xe du lịch nên yêu cầu các chi tiết nhỏ gọn và bơm dầu cũng vậy + Mặc dù bơm bánh răng ăn khớp trong đắt hơn song lại làm việc tin cậy hơn

Trang 4

2.2 Tính bơm dầu

Việc tính toán bơm dầu nhằm mục đích xác định các thông số cơ bản của bơm :

+ Lưu lượng bơm dầu Vb

+ Các thông số về bánh răng chủ động và bị động của bơm: mođun, số vòng quay, chiều dày bánh răng, đường kính vòng đỉnh, chân răng

+ Áp suất đầu vào, đầu ra của bơm: Pv, Pr

+ Công suất bơm: Nb

Để xác định được các thông số, kích cơ bản trên của bơm dầu bôi trơn, ta phải xác định được lưu lượng dầu bôi trơn cần thiết để bôi trơn các bề mặt ma sát Vd, từ đó xác định được lưu lượng của bơm dầu cần cung cấp Vb

Từ lưu lượng của bơm ta sử dụng các công thức tính liên quan để xác định các kích thước chi tiết của bơm

2.2.1 Lượng nhiệt dầu mang đi

- Lưu lượng dầu dùng để bôi trơn các bề mặt ma sát được xác định bằng phương pháp cân bằng nhiệt của động cơ theo tài liệu [2], vì nhiệt lượng do dầu nhờn tải đi phụ thuộc nhiều vào trạng thái nhiệt của ổ trục và tổng nhiệt lượng do nhiên liệu cháy trong xilanh sinh ra Qt

- Theo số liệu thực nghiệm, đối với các loại động cơ đốt trong ngày nay, nhiệt lượng do dầu đem đi Qd thường chiếm khoảng 1,5÷2% tổng nhiệt lượng do nhiên liệu cháy trong xylanh sinh ra Qt Vì vậy có thể xác định Qd theo công thức sau:

Qd = (0,0150,02).Qt [kcal/h] [3]

Chọn : Qd = 0,016.Qt

Qt : Lượng nhiệt do nhiên liệu cháy sinh ra trong quá trình cháy trong 1 giờ phụ thuộc

vào công suất động cơ N e và hiệu suất của động cơ ηe được xác định theo phương trình

sau: Qt =

632 N e

η e [kcal/h] [3]

Với ηe – Hiệu suất có ích của động cơ đốt trong: ηe = (0,25 ÷ 0,35),

Trang 6

Chọn ηe = 0,3

Suy ra : Q d =0,016.632.80/0,3= 2696,5[kcal/h]

2.2.2 Lượng dầu cần thiết để bôi trơn các bề mặt ma sát

- Lưu lượng dầu cần thiết để bôi trơn các bề mặt ma sát phụ thuộc vào nhiệt lượng do dầu bôi trơn mang đi Qd, khối lượng riêng của dầu bôi trơn , và tỷ nhiệt của dầu Cd, và được xác định thông qua công thức sau :

Vd =

Q d ρ.C d Δtt [l/h] [3]

Với: t = (1015) [0C] : Khoảng chênh nhiệt độ [3]

Cd = 0,5 [kcal/kg0C] : Tỷ nhiệt của dầu [3]

  0,85 [kg/l] : Khối lượng riêng của dầu [3]

=> Vd=2696,5/(0,85.0,5.12)= 528.7 [l/h]

2.2.3 Xác định lưu lượng của bơm dầu

- Để đảm bảo cung cấp lượng dầu bôi trơn tới các bề mặt ma sát nói trên thì bơm dầu cần phải cung cấp một lưu lượng Vb’ dầu lớn gấp vài lần Do đó lưu lượng Vb’ [lít/h] của bơm dầu được xác định theo công thức kinh nghiệm :

Vb’ = (2÷3,5).Vd [2]

Đối với động cơ xăng : Vb’ = (14÷20).Ne [3]

Ta chọn : Vb’ = 19.Ne [l/h]

 Vb’ = 19.139 = 2641 [l/h]

Lưu lượng dầu bôi trơn do bơm cung cấp Vb’ phụ thuộc vào lưu lượng lý thuyết của bơm

Vb và hiệu suất thủy lực của bơm theo công thức :

Vb’ = b.Vb =>

'

b b b

V V



 [l/h] [3]

Vì ta sử dụng bơm bánh răng nên bơm có hiệu suất thủy lực là:

b = 0,7 ÷ 0,8 [2]

Vb = Vb’/b = 2641/0,7= 3772,8[l/h]

2.2.4 Xác định kích thước bơm dầu

- Gồm các thông số:

+ Môdun bánh răng : m [mm]

+ Số vòng quay bánh răng chủ động : n [vg/ph]

+ Chiều dày bánh răng : b [mm]

+ Đường kính vòng tròn lăn : Do [mm]

Trang 8

+ Đường kính vòng đỉnh răng : De [mm]

+ Chiều cao răng : h [mm]

+ Đường kính chân răng : Dc [mm]

+ Áp suất đầu ra bơm : Pr [MN/m2]

+ Áp suất đầu vào bơm : Pv [MN/m2]

+ Công suất bơm : Nb [kW]

- Sau khi xác định được lưu lượng lý thuyết của bơm Vb và các thông số tính toán ở trên

ta thiết kế sao cho kích thước bơm là nhỏ nhất mà đảm bảo lưu lượng dầu cần thiết cung cấp cho các bề mặt ma sát , Vb của bơm phụ thuộc vào các thông số chi tiết như: mođun,

số vòng quay, chiều dày, và số răng của bánh răng chủ động, xác định theo công thức sau :

Vb = 2..m2.Z.b.nb.60.10-6 [l/h] [3]

Trong đó :

+ Z : Số răng [mm]

Chọn số răng của bánh răng chủ động z1 = 20; bánh răng bị động z2 = 22

+ m : Modun của bánh răng [mm], theo tiêu chuẩn chọn m = 5 mm

+ nb : số vòng quay của bơm dầu [vg/ph]

+ b : độ dày của bánh răng [mm], chọn b = 10 [mm]

+ nb : số vòng quay của bơm [vg/ph] , chọn nb = 3000 [vg/ph]

=> Vb = 2.π.52.20.10.3000.60.10-6 = 5654,8[l/h] > 3772,8 [l/h] (thỏa mãn)

- Xác định kích thước bánh răng :

+ Đường kính vòng chia bánh răng chủ động : D1 = z1.m = 10.5 = 50 [mm]

+ Đường kính vòng chia bánh răng bị động : D2 = z2.m = 11.5 = 55 [mm]

2.2.5 Xác định công suất dẫn động bơm dầu

- Lưu lượng của bơm phụ thuộc nhiều vào công suất bơm, nhưng công suất bơm dầu lại thay đổi theo các thông số:

+ Lưu lượng lý thuyết bơm : Vb [l/h]

+ Áp suất đầu vào : Pv [kg/cm2]

+ Áp suất đầu ra của bơm : Pra [kg/cm2]

+ Hiệu suất cơ giới : ηm

Trang 10

- Công suất dẫn động bơm có thể được tính theo công thức sau :

.V ( )

27000

m



( HP) [3]

- Trong đó:

ηm : hiệu suất cơ giới của bơm dầu dầu nhờn, khi xét đến tổn thất ma sát và thủy động có thể lấy: ηm = 0,85÷ ÷0,9; chọn : ηm = 0,85 [3]

pr : áp suất đầu ra Chọn pr = 4 kg/cm2 [3]

pv : áp suất đầu vào Chọn pv = 1,1 kg/cm2 [3]

Vb = 3772,8 [l/h]

Vậy công suất của bơm là :

Nb=1/(0,85.27000).3772,8.(4-1,1)=0,476(HP)=0,356(kW)

2.3 Tính lọc dầu

2.3.1 Phân tích chọn loại bầu lọc

Thiết bị lọc dầu của các loại động cơ đốt trong ngày nay có thể chia ra làm 5

loại chính:

- Bầu lọc cơ khí: dùng các phần tử lọc cơ khí, loại này hiện nay ít dùng

- Bầu lọc thấm: bầu lọc thấm hiện nay được dùng hết sức rộng rãi, nguyên lý làm việc của bầu lọc thấm cụ thể như sau : Dầu nhờn có áp suất cao thấm qua các khe hở nhỏ ( khe hở có thể nhỏ đến 0,1m) của phần tử lọc

Do đó các phần tử có đường kính lớn hơn kích thước khe hở bị giữ lại vì vậy dầu nhờn được lọc sạch

Bầu lọc thấm hiện nay thường dùng các loại lõi lọc bằng : kim loại, giấy, len dạ,

hàng dệt

Ưu điểm của bầu lọc thấm là khả năng lọc rất tốt, lọc sạch, được sử dụng rộng rãi Nhưng nhược điểm là thời gian sử dụng ngắn

- Bầu lọc ly tâm: trong những năm gần đây, bầu lọc ly tâm được dùng rộng rãi vì chúng

có những ưu điểm sau:

+ Do không dùng lõi lọc nên khi bảo dưỡng không cần thay thế phần tử lọc

+ Tính năng lọc ít phụ thuộc vào mức độ cặn bẩn lắng đọng trong bầu lọc

+ khả năng lọc tốt hơn nhiều so với loại lọc thấm dùng lõi lọc

Trang 12

- Lọc từ tính: lọc từ tính chủ yếu dùng để lọc mạt sắt trong dầu nhờn, loại lọc này thường dùng một thanh nam châm lắp trên nút dầu ở đáy cacte,do hiệu quả rất cao nên hiện nay được dùng rất rộng rãi

- Lọc hóa chất: loại này chủ yếu dùng hóa chất như cácbon hoạt tính, phèn chua để hấp thu tạp chất, hiện nay hầu như không dùng loại này nữa

2.3.2 Tính toán bầu lọc

Tính toán bầu lọc dùng lõi giấy rất khó vì thường không xác định được chính xác khả năng thông qua của bầu lọc Khi thiết kế ta tham khảo bầu lọc của động cơ có công suất tương đương Căn cứ vào dung tích công tác của động cơ là 1.597 lít nên ta chọn bầu lọc

có kích thước cơ bản như sau :

Đường kính lõi lọc : 116 [mm]

Chiều cao lõi lọc : 126 [mm]

2.4 Tính lượng dầu chứa trong các-te

- Lưu lượng dầu trong các-te Vct có thể xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

Đối với động cơ Diesel : Vct = (0,10,15)Ne Chọn Vct = 0,13.Ne = 0,13.139 = 18,07 (lít)

Vậy lượng dầu chứa trong các-te là 18,07 (lít).

Trang 14

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Tài liệu động cơ 2KD-FTV và các tài liệu liên quan.

[2] Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng “Nhiệt kỹ thuật” Nhà xuất bản giáo dục, năm

1999

[3] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến “Kết cấu và tính

toán Động cơ đốt trong, Tập 1” Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên

nghiệp, năm 1979