Tên đề tài : Thi công mô hình động cơ đốt trong 1NZ hệ thống phân phốikhí3.Các dữ liệu ban đầu:Các dữ liệu của động cơ lựa chọnTài liệu cấu tạo ô tô và các hướng dẫn của nhà sản xuất4
Đặt vấn đề
Động cơ đốt trong hiện nay là một nguồn động lực chính trên xe ô tô Động cơ đốt trong làm việc được do có sự phối hợp làm việc của nhiều hệ thống như hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát, hệ thống phát lực Trong đó một trong những cơ cấu để thực hiện các công việc như nạp, xả, trao đổi các môi chất trong động cơ là hệ thống phân phối khí đóng vai trò quan trọng trên ô tô Do đó nhóm em quyết định lựa chọn nghiên cứu hệ thống phân phối khí.
Mục tiêu đề tài
Giới thiệu chi tiết về động cơ đốt trong trên ô tô.
Giới thiệu chi tiết về hệ thống phân phối khí trên ô tô.
Phân tích hệ thống phân phối khí và các công nghệ sử dụng đối với hệ thống phân phối khí của các hãng, dòng xe khác nhau.
Thiết kế và mô phỏng hệ thống phân phối khí.
Nội dung đề tài
Tìm hiểu chi tiết về: nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, cấu tạo, nguyên lý hoạt động.
Mô phỏng các chi tiết của cơ cấu sinh lực bằng phần mềm AUTOCAD 2017.
Viết báo cáo đồ án.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp tìm kiếm tài liệu trên internet và sách giáo khoa
Phương pháp tổng hợp, so sánh và phân tích
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: là phương pháp nghiên cứu chủ yếu thu thập thông tin qua các tài liệu hay văn bản Trong phương pháp này, chủ thể nghiên cứu tham khảm, tìm kiếm thông tin ở các văn bản liên quan, Từ đó, bằng các tư duy logic rút ra kết luận cụ thể.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: là một loại phương pháp nghiên cứu sử dụng bằng chứng có thể kiếm chứng để đi đến kết quả nghiên cứu Nói cách khác, loại nghiên cứu này chỉ dựa vào bằng chứng thu được thông qua các phương pháp thu thập dữ liệu khoa học hoặc quan sát.
Kết cấu của đồ án môn học
Chương 1: Giới thiệu đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Phân tích và các công nghệ trên hệ thống phân phối khí.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Cơ sở lý thuyết về động cơ đốt trong 1NZ
2.1.1 Cấu tạo động cơ đốt trong 1NZ
2.1.1.1 Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền Đây là bộ phận quan trọng có chức năng tiếp nhận năng lượng được tạo ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu Bộ phận này gồm các thành phần với cấu tạo và chức năng như sau.
Hình 2.1 Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
Thành phần này được đặt trong thân động cơ, kết hợp cùng nắp xi lanh và đỉnh piston tạo nên buồng đốt trong động cơ đốt trong.
Hình 2.2 Xi lanh động cơ đốt trong 1NZ 2.1.1.3 Piston.
Có hình dáng trụ ngắn, nằm bên trong xi lanh, có cấu tạo gồm đỉnh, thân và chốt piston Piston kết hợp cùng xi lanh tạo nên buồng đốt trong động cơ Đồng thời, bộ phận này còn chuyển động tịnh tiến trong xi lanh, tiếp nhận công năng được tạo nên từ quá trình đốt cháy nhiên liệu, qua thanh truyền và chốt piston truyền đến trục khuỷu
Hình 2.3 Piston 2.1.1.4 Thanh truyền (còn được gọi là tay biên).
Thanh truyền đóng vai trò then chốt trong động cơ, hoạt động như cầu nối giữa piston và trục khuỷu Nhiệm vụ chính của thanh truyền là truyền tải lực tác động từ piston sang trục khuỷu, đồng thời biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.
Trục khuỷu có chức năng biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay
Hình 2.4 Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền.
2.1.1.6 Cơ cấu phân phối khí.
Bộ phận này có chức năng chính là đóng/mở hệ thống cửa nạp/cửa xả, từ đó giúp động cơ chủ động nạp hoặc thải khí từ xi lanh ra bên ngoài
Hệ thống bôi trơn đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển dầu đến các chi tiết bên trong động cơ, giúp giảm ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc Điều này đảm bảo động cơ hoạt động ổn định, mượt mà và bền bỉ hơn.
Hệ thống giúp động cơ khởi động, bắt đầu cho một quá trình làm việc mới Khi hệ thống hoạt động, trục khuỷu sẽ được làm quay giúp cho khối động cơ tự nổ máy
2.1.1.9 Hệ thống cung cấp khí và nhiên liệu.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu gồm: kim phun, hòa khí điều khiển điện tử hoặc bộ chế hòa khí, cùng các chi tiết lọc nhiên liệu Nhiệm vụ của hệ thống này là hòa trộn không khí sạch và nhiên liệu theo tỷ lệ phù hợp trước mỗi chu kỳ hoạt động, sau đó phun hỗn hợp vào buồng đốt để thực hiện quá trình cháy.
2.1.1.10 Hệ thống làm mát. Động cơ đốt trong là một động cơ nhiệt do đó thường tỏa nhiệt rất lớn Hệ thống làm mát sẽ đảm bảo nhiệt độ ổn định cho các bộ phận, các chi tiết, giúp động cơ hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn.
2.1.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong 1NZ
Các loại động cơ nhiệt nhìn chung chúng đều hoạt động theo một quy trình với 4 kỳ: nạp - nén - nổ - xả
Riêng đối với ô tô, có hai loại động cơ: bốn kỳ và hai kỳ Nguyên lý hoạt động ở từng động cơ như sau:
Cơ sở lý thuyết về hệ thống phân phối khí 1NZ
2.2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, điều kiện làm việc
2.2.1.1 Nhiệm vụ. Điều khiển quá trình thay đổi môi chất công tác trong động cơ Thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh động cơ.
Quá trình thay đổi khí phải hoàn hảo, nạp đầy thải sạch. Đóng mở xupap đúng quy luật và đúng thời điểm. Độ mở lớn. Đóng xupap kín.
Xupap thải không mở trong quá trình nạp.
Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp.
Tải trọng cơ học cao.
Tải trọng va đập lớn.
2.2.1.4 Phân tích hệ thống phân phối khí trên 3 dòng xe của 3 hãng xe khác nhau 2.2.1.4.1 Hãng xe Ford
Hãng Ford đã đi đầu trong lĩnh vực cải tiến hệ thông phân phối khí và đã cho ra đời nhiều thế hệ ôtô với tính năng hiện đại Trong đó có hệ thống điều khiển xoay trục cam nạp hay gọi là hệ thống điều khiển VCT Với hệ thống này nhằm thay đổi góc phân phối khí của các xupáp phù hợp với từng dãi tốc độ làm việc của động cơ được ra đời trong nhưng năm gần đây và sử dụng rộng rãi ở Việt Nam trên các loại xe như: Focus, Mondeo, Escape, Transit…
Hệ thống cơ cấu phân phối khí VCT: o VCT là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí phù hợp với chế độ làm việc của động cơ VCT là cụm từ viết tắt từ tiếng Anh: Variable Cam Timing.
Hình 2.5 Hãng xe Ford. o Đối với các động cơ cổ điển thì thời điểm phối khí là cố định và thường đựơc tính theo điều kiện sử dụng của động cơ Vì nó được dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu đến cam thông qua cặp bánh răng hoặc xích Ngược lại, với các động cơ có hệ thống VCT thì góc phân phối có thể thay đổi theo điều kiện làm việc của động cơ Hệ thống VCT sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoay trục cam nạp, thay đổi thời điểm phối khí để đạt được thời điểm phối khí tối ưu Hệ thống này có thể xoay trục cam một góc 400 tính theo góc quay trục khuỷu để đạt thời điểm phối khí tối ưu cho các chế độ hoạt động của động cơ dựa vào các tín hiệu từ cảm biến và điều khiển bằng ECU động cơ o Do đó hệ thống này được đánh giá rất cao vì nó cải thiện quá trình nạp và thải, tăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường.
Các kỹ sư của Ford đã đưa cả ba công nghệ chủ chốt vào động cơ EcoBoost nhằm giảm mức tiêu hao nhiên liệu và mang lại sức mạnh vượt trội: phun nhiên liệu trực tiếp, trục cam biến thiên và turbo tăng áp Bộ điều khiển trung tâm đảm bảo cho động cơ vận hành êm ái.
Những yếu tố giúp EcoBoost tối ưu hoá việc tiết kiệm nhiên liệu
Hình 2.6 Phun nhiên liệu trực tiếp lên piston.
2.2.1.4.1.2 Phun nhiên liệu trực tiếp.
Tiết kiệm nhiên liệu hơn và tối ưu hóa công suất hoạt động.
Hệ thống phun nhiên liệu cao áp hoạt động hiệu quả bằng cách phun trực tiếp nhiên liệu vào buồng đốt, với lượng nhiên liệu được kiểm soát chặt chẽ để đáp ứng chính xác nhu cầu của động cơ tại mọi thời điểm Hệ thống này không chỉ cung cấp nhiên liệu tối ưu cho động cơ mà còn đóng vai trò làm mát khí nạp, cho phép tỷ lệ nén cao hơn, nhờ đó cải thiện hiệu suất của động cơ.
So với động cơ phun nhiên liệu gián tiếp, công nghệ này giúp tăng đáng kể hiệu suất sử dụng nhiên liệu trong khi sản sinh thêm nhiều công suất cho động cơ.
Hình 2.7.Phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt.
Gia tăng công suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu. Động cơ EcoBoost kiểm soát chính xác thời điểm đóng mở của van nạp và van xả sao cho phù hợp với tốc độ và cường độ hoạt động của động cơ Nhờ vậy, quá trình tiết kiệm nhiên liệu được cải thiện, giảm bớt khí thải, đồng thời tăng công suất của động cơ.
Hình 2.8 Trục cam biến thiên.
Bổ sung thêm sức mạnh và mômen xoắn mỗi khi bạn cần.
Turbo tăng áp tận dụng lượng khí thải của động cơ để tăng thêm dòng khí nạp vào buồng đốt với áp lực lớn Nhờ thế, công suất được tăng thêm, đồng thời van biến thiên giúp triệt tiêu hiện tượng “trễ turbo” ở vòng tua thấp.
Hình 2.9 Turbo tăng áp.
EcoBoost có thiết kế nhỏ gọn và nhẹ giúp tiết kiệm nhiên liệu Động cơ này có ít xi-lanh hơn, giúp giảm ma sát và tiêu hao nhiên liệu Tuy nhiên, nhờ công nghệ tăng áp turbo và phun nhiên liệu trực tiếp, EcoBoost vẫn có thể tạo ra công suất mạnh mẽ tương đương với các động cơ dung tích lớn hơn.
Cơ cấu phân phối khí có nhiệm vụ điều khiển quá trình thay đổi khí, thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh để động cơ làm việc được liên tục Trong quá trình làm việc không khí sạch và nhiên liệu được cấp vào xilanh động cơ ứng với các thời điểm xác định Việc nạp không khí và làm sạch xilanh động cơ 4 kỳ thực hiện thông qua xupáp nạp và xả.
2.2.1.4.1.6 Yêu cầu Đóng mở xupáp đúng thời gian qui định - Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông -Ít mòn và ít ồn ào (do va đập) - Dễ điều chỉnh, sửa chữa, giá thành
Hình 2.10 Hệ thống phân phối khí.
2.2.1.4.2.1 Thành phần và cấu tạo của công nghệ phối khí CVVD:
Hệ thống điều chỉnh thời gian trục cam (VVT) của Hyundai sử dụng bộ điều chỉnh xoay với rãnh bên trong để thay đổi thời gian quay của trục cam, ảnh hưởng đến thời gian đóng/mở của van nạp Ở tốc độ thấp, van mở lâu hơn, cho phép hỗn hợp khí và nhiên liệu có thời gian vào buồng đốt Khi tốc độ cao, thời gian mở van ngắn lại, tối ưu hóa tỷ số nén và công suất động cơ.
2.2.1.4.2.2 Những đặc tính ưu việt của công nghệ phối khí CVVD:
Với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, các nhà sản xuất ô tô đã có thể tối ưu quá trình nạp/thải này bằng cách điều khiển thời điểm đóng/mở của các van tùy theo điều kiện vận hành của động cơ Công nghệ này chính là nền tảng cho các hệ thống phối khí biến thiên của các hãng xe khác nhau như: VANOS của BMW, VVT-i của Toyota…
Trong khi đó, Hyundai cũng tạo riêng cho mình công nghệ biến thiên thời điểm đóng/mở van CVVT Và hiện nay, công nghệ phối khí CVVD mới với khả năng thay đổi cả thời gian đóng/mở van ra đời như một bước tiến cho hệ thống phối khí trên những mẫu xe Hyundai mới.
THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG
Phần mềm thiết kế
AutoCAD là phần mềm ứng dụng CAD để vẽ bản vẽ kỹ thuật bằng vectơ 2D hay bề mặt 3D, được phát triển bởi tập đoàn Autodesk
AutoCAD được sử dụng khá phổ biến trong nghành ô tô vì dễ sử dụng, có thể dùng phần mềm này để xây dựng và thiết kế các thành phần như bệ, lốp xe, động cơ, bản mạch… trên ô tô một cách dễ dàng hơn.
Mục đích sử dụng: thiết kế các thành phần và chi tiết của hệ thống phân phối khí.
Bảng 3.1 Thông tin phần mềm thiết kết AutoCAD
Phát hành lần đầu Tháng 12 năm 1982
Phiên bản sử dụng 2019/ 22 tháng 3 năm 2018
Hệ điều hành Windows, macOS, iOS, Android
Thể loại CAD ( tin học)
Website www.autodesk.com/autocad
Thông số kĩ thuật của các chi tiết hệ thống phân phối khí
3.2.1 Xupap nạp và xupap thải
Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật của xupap xả và xupap nạp
Chiều dài toàn bộ của xupap nạp 89.25 mm Đường kính thân xupap nạp 4.977 mm Độ dày nấm xupap nạp 0.8 mm
Chiều dài toàn bộ của xupap xả 87.53 mm Đường kính thân xupap xả 4.965 mm Độ dày nấm xupap xả 1.15 mm
Hình 3.3 Lò xo xupap
Bảng 3.3 Thông số kĩ thuật của lò xo xupap
Chiều dài tự do của lò xo xupap 45.10 mm Độ lệch của lò xò xupap 1.6 mm
Góc nghiêng của lò xo xupap 3⁰ Độ căng khi lắp của lò xo xupap 32.5 mm Độ căng làm việc của lò xo xupap 23.9 mm
Hình 3.4 Bạc và con đội
Bảng 3.4 Thông số kĩ thuật của bạc và con đội Đường kính trong của bạc 5.020 mm
Khe hở dầu của bạc dẫn hướng xupap
Xupap nạp tiêu chuẩn 0.049 mm
Xupap xả tiêu chuẩn 0.053 mm
Xupap xả ( lớn nhất) 0.10 mm Đường kính bạc hướng dẫn xupap 9.706 mm
9.755 mm Chiều cao phần nhô lên của bạc hướng dẫn 9.1 mm Đường kính con đội 30.971 mm Đường kính trong của bạc dẫn hướng xupap 9.700 mm Đường kính lỗ con đội 31.015 mm
Khe hở dầu của con đội xupap 0.045 mm
3.2.4 Trục cam nạp và trục cam xả
Hình 3.5 Trục cam nạp và trục cam xả
Bảng 3.5 Thông số kĩ thuật của trục cam nạp và trục cam xả Độ đảo của trục cam 0.03 mm
Chiều cao của vấu cao 44.678 mm
Trục cam Cổ trục số 1 34.460 mm
Các cổ trục khác 22.949 mm Độ đảo của trục cam số 2 0.03 mm
Chiều cao vấu cam của trục cam số 2 44.698 mm
Trục cam số 2 Cổ trục số 1 34.455 mm
Các cổ trục khác 22.957 mm
Khe hở trục dọc của trục cam 0.082 nmm
Khe hở dầu trục cam 0.069 mm
Chiều cao lồi lên của chốt bắt nắp bạc trục cam 9.3 mm
Thiết kế và mô phỏng
3.3.1 Hệ thống phân phối khí
Hình 3.6 Hệ thống phân phối khí
3.3.2 Xupap nạp, con đội và bạc
Hình 3.7 Xupap nạp, con đội và bạc
3.3.3 Xupap thải, con đội và bạc
Hình 3.8 Xupap thải, con đội và bạc
Hình 3.9 Trục cam nạp
Hình 3.10 Trục cam thải
Hình 3.11 Lò xo xupap
