Báo cáo môn học thiết kế Động cơ Đốt trong hệ thống nhiên liệu của Động cơ xăng Đốt cháy cƣỡng bức

Hình 3.1 .Sơ đồ của hệ thống nhiên liệu động cơ xăng Hình 3.2 Sơ đồ bố trí chung hệ thống nhiên liệu đông cơ xăng 3.2.Tính toán sơ bộ 3.2.1 Xác đinh đường kính buồng hổn hợp - Đường kí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

BÁO CÁO MÔN HỌC THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG

ĐỐT CHÁY CƯỠNG BỨC

GVHD: Hồng Đức Thông

Sinh viên: Nguyễn Đức Tài 1413369

Lương Hữu Thịnh 1413776

Thiềm Văn Phương 1413038

Bùi Hữu Thiện 1413720

Võ Văn Sơn 1413341

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2016

MỤC LỤC

1 YÊU CẦU VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC 3

1.1 Điều kiện làm việc 3

1.2 Yêu cầu 3

2 TRÌNH BÀY PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN 4

2.1 Sơ đồ tổng thể: 4

2.2 Phương án chọn kết cấu các chi tiết bộ chế hòa khí: 4

2.2.1 Phương án buồng phao 4

2.2.2 Kết cấu họng: 5

2.2.3 Hệ thống làm đậm: 6

2.3 Bình lọc không khí: 7

2.4 Bơm chuyển xăng: 8

3 THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG VÀ TÍNH TOÁN SƠ BỘ 10

3.1 Sơ đồ bố trí chung 10

3.2.Tính toán sơ bộ 10

3.2.1 Xác đinh đường kính buồng hổn hợp 10

3.2.2 Xác định kích thước chính của bơm chuyển xăng 11

3.2.3 Ống dẫn xăng 14

4.THIẾT KẾ KỸ THUẬT 15

4.1 Thiết kế kỹ thuật bộ chế hòa khí 15

4.1.1 Tính toán tốc độ trung bình của môi chất qua buồng hỗn hợp 15

4.1.2 Tính toán thiết kế họng 16

4.1.3 Tính toán thiết kế buồng phao 17

4.2 Tính toán thiết kế bơm chuyển xăng 18

4.2.1 Lưu lượng của bơm 18

4.2.2 Công suất của bơm 19

4.3 Tính toán thiết kế thùng xăng 19

5.THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ 20

6 THIẾT KẾ KINH TẾ 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

1 YÊU CẦU VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC

1.1 Điều kiện làm việc

- Chịu ăn mòn hóa học

- Bị oxi hóa do làm việc trong môi trường bụi bẩn, không khí có độ ẩm

- Cơ cấu hoạt động trong địa hình không bằng phẳng và có độ rung lắc cao như

( thùng xăng, bộ chế hòa khí, ống dẫn nhiên liệu)

- Nhiên liệu chứa nhiều tạp chất dễ gây tắc ngẽn tại các đường ống có tiết diện

nhỏ

- Các đường ống chịu ấp suất cao và nhiệt độ

- Chế độ tải thay đổi liên tục làm cho kết cấu cũng chịu nhiệt thay đổi thất

thường

- Không khí có nhiều bụi bẩn làm cho thành phần hòa khí cũng có nhiều tạp chất

gây ra ma sát lên piston và xy-lanh của máy

1.2 Yêu cầu

- Cung cấp lượng hòa khí phù hợp với chế độ tải của động cơ

- Cung cấp hòa khí đồng đều cho mỗi xi-lanh

- Nhiên liệu và không khí trước khi tạo thành hòa khí phải được lọc sạch bụi bẩn

( lọc không khí và lọc nhiên liệu xăng)

- Nhiên liệu phải hòa trộn đều hoàn toàn với lượng không khí có trong buồng

cháy

 Yêu cầu chung:

+ Tuổi thọ chi tiết cao

+ Làm việc êm dịu, ít phát ra tiếng ồn

+ Giá thành hợp lý, mẫu mã đẹp

+ Dễ bảo trì sửa chữa và thay thế phụ tùng khi hư hỏng

+ Phù hợp với công nghệ hiện có

+ Độ tin cậy cao

+ Chất lượng đảm bảo

2 TRÌNH BÀY PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN

2.1 Sơ đồ tổng thể:

2.2 Phương án chọn kết cấu các chi tiết bộ chế hòa khí:

2.2.1 Phương án buồng phao

Chọn loại liên hợp

Chọn dẫn động bằng điện

b) Không có buồng phao:

- Không cần gia công tỷ mỹ hình dạng của họng

- Trường hợp nhiều họng làm tăng độ chân không từ họng mà sức cản

không đổi

 Nhược điểm:

- Lưu lượng không khí đi qua họng không đáp ứng đủ điều kiện làm việc của động cơ

Hình 2.1 Họng khuếch tán không thay đổi tiết diện lưu thông

b) Thay đổi tiết diện lưu thông

- Chất lượng làm việc thiếu tin cậy và thiếu ổn định

- Nếu thay đổi khe hở giữa van trượt và xylanh thì kéo theo sự thay đổi lưu lượng bướm ga

Hình 2.2 Họng khuếch tán thay đổi tiết diện lưu thông

- Việc mở van làm đậm phụ thuộc vào bướm ga mà không phụ thuộc vào

số vòng quay của động cơ

- Khi số vòng quay thấp thì hệ thống làm đậm chậm hơn so với yêu cầu

Hình 2.3 Hệ thống làm đậm dẫn động bằng cơ giới 1: van 2 ziclơ làm đậm, 3: zic lơ chính, 4: vòi phun

b) Dẫn động bằng chân không:

 Ưu điểm:

- Kim đóng mở vừa phụ thuộc và vị trí bướm ga, vừa phụ thuộc và độ chân không của đường ống nạp sau bướm ga

 Nhược điểm:

- Khi dầu trên mặt lưới bốc hơi hoặc chảy hết thì hệ số lọc giảm nhanh

Hình 2.6 Bình lọc khí loại ướt c) Loại liên hợp:

- Điều chỉnh lưu lượng xăng 1 cách tự động

- Áp suất xăng phía sau bơm không thay đổi

 Nhược điểm:

- Dẫn động khó khăn, nhất là động cơ chữ V, dễ gây hỏa hoạn

- Xăng trong buồng phao sẽ bị bốc hơi hết nếu động cơ ngừng hoạt động

Hình 2.7 Bơm chuyển xăng bằng cơ khí

 Dẫn động bằng điện:

 Ưu điểm:

- Có thể đặt bơm dẫn động điện ở vị trí bất kỳ

 Nhược điểm:

- Khối lượng của cụm bơm lớn

- Giá thành tương đối cao

Hình 2.8 Bơm chuyển xăng bằng điện

3 THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG VÀ TÍNH TOÁN SƠ BỘ

3.1 Sơ đồ bố trí chung

Hình 3.1 Sơ đồ của hệ thống nhiên liệu động cơ xăng

Hình 3.2 Sơ đồ bố trí chung hệ thống nhiên liệu đông cơ xăng

3.2.Tính toán sơ bộ

3.2.1 Xác đinh đường kính buồng hổn hợp

- Đường kính buồng hổn hợp là kích thước cơ bản, quan trọng của bộ chế hòa khí.Buồng hổn hợp chỉ là không gian đặt bướm ga của bộ chế hòa khí

D= √ (cm) Với:

+ an :hệ số dao động dòng chảy,phụ thuộc vào sô xylanh dùng chung trong một buồng hổn hơp

+ Vh :Thể tích công tác của một xylanh (cm3)

+ i: Số xylanh dùng chung trong một buồng hổn hợp

+ n: Số vòng quay của động cơ (v/ph)

Hình 3.3 Vị trí buồng hổn hợp

3.2.2 Xác định kích thước chính của bơm chuyển xăng

* Bơm màng:

- Kích thước và khối lượng của bơm màng chủ yếu phụ

thuộc vào đường kính thân bơm DT

- Khi thiết kế bơm mang, trước tiên phaỉ chọn hành trình hc của trục bơm.Nên chọn hành trình hc lớn một chút vì trong trường hợp Vlt như nhau nếu tăng hc thì

kích thước và khối lượng của bơm sẽ tăng lên hơn nhiều so với khi tăng

D1,D2,DT , hơn nữa khi hc càng lớn thì tuổi thọ của các chi tiết dẩn động màng càng dài

- Chọn hành trình hc = 4 ÷ 6 mm (DT < 50mm, nên hc > 6mm sẽ làm tăng mức biến dạng của màng, màng bơm chủng và rách)

- Khi các chi tiết dẩn động bơm bị mòn, hành trình công tác hct sẽ nhỏ hơn hành trình hc toàn bộ

Sau đó ta xác định D1,DT.

Hình 3.4 Cấu tạo của bơm xăng kiểu màng dẩn động điện tử

Hình 3.5 Cấu tạp của bơm xăng kiểu màng dẩn động cơ khí

- Từ hc ta xác định D1, D2, DT

Hình 3.6 a – Kích thước của bơm b – Sơ đồ chuyển vị của màng bơm

Xác định D 2 (đường kính mặt tiếp xúc giữa màng bơm đối với đĩa ép trên và dưới)

Cần đảm bảo hct = 0,1hc (do các chi tiết dẫn động bơm màng bị mòn)

V’lt = V’max (thế tích xăng do bơm cấp trong 1 chu trình)

Nên (mm) (𝐷2 ≈ 30 ÷ 45𝑚𝑚)

Chọn 𝐷1 = 𝐷2 nhằm sử dụng hiệu quả các thông số của bơm

 Xác định đường kính thân bơm

DT = D2 + 4r + 4 (mm) (𝐷𝑇 ≈ (1,4 ÷ 1,5)𝐷2)

r : bán kính lượn của đĩa ép giá trên và phía dưới của màng bơm (mm) (r

và R không nên nhỏ hơn 0,5hc)

: chiều dày của màng bơm (mm) , 𝛿 = 0,5mm

DT sát với D1 và D2 sẽ làm cho phần màng ở giữa thân bơm và đĩa ép bị kẹt, làm ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ của màng bơm

 Sức căng của màng bơm ( trong quá trình làm việc):

∆𝑚 = √ℎ𝑐2 + (𝐷3 − 𝐷1)2 + 𝐷1 (𝑚𝑚) ;

𝐷3 = 𝐷𝑇 + 2𝑅 ; 𝐷1 = 𝐷2 phải đảm bảo

Suy ra: Màng bơm là một chi tiết rất quan trọng

*Đường kính lỗ van hút và van cấp xăng: (0,12 ÷ 0,16) DT

* Cơ cấu dẫn động bơm : người ta sử dụng bánh lệch tâm gắn trên trục cam

Đường kính bánh lệch tâm: 35 ÷ 42mm, giá trị lệch tâm khoảng 3 ÷ 4mm

Hình 3.7 Sơ đồ cấu tạo bơm xăng kiểu màng cơ khí

4.THIẾT KẾ KỸ THUẬT

4.1 Thiết kế kỹ thuật bộ chế hòa khí

4.1.1 Tính toán tốc độ trung bình của môi chất qua buồng hỗn hợp

- Khi lựa chọn bộ chế hòa khí lắp trên động cơ, người ta đều xuất phát từ điều kiện đảm bảo cho tốc độ trung bình của môi chất đi qua buồng hỗn hợp đạt tới một giá trị cần thiết Tốc độ trung bình được tính theo công thức:

Trong đó:

 Thể tích công tác của một xylanh ( 𝑐𝑚 ;

 i: Số xylanh dùng chung một buồng hỗn hợp ;

 n: Số vòng quay của động cơ, khi chạy ở công suất thiết kế ( vg/ph );

 : Hệ số nạp;

 :Hệ số quét khí, nếu là động cơ bốn kỳ không tăng áp thì ;

 : Hệ số kỳ của động cơ;

 d: Đường kính của buồng hỗn hợp ( cm )

- Theo kinh nghiệm sử dụng các bộ chế hòa khí: Động cơ sẽ đạt các chỉ tiêu kinh

tế kỹ thuật tốt nếu = 0 m/s đối với trường hợp bốn xylanh có chung một buồng hỗn hợp.Nếu hai xylanh của động cơ bốn kỳ có chung một buồng hỗn hợp thì nếu = m/s

Thiết kế

kỹ thuật

Bộ chế hòa khí

Bơm chuyển xăng

Thùng xăng

Vận tốc trung bình của môi chất Họng Buồng phao

Lưu lượng bơm

Công suất bơm

- Tốc độ lựa chọn chỉ đảm bảo kết quả tốt nếu lựa chọn chính xác tỷ số giữa tiết diện lưu thông của họng và tiết diện lưu thông của buồng hỗn hợp

- Theo thống kê phần lớn các bộ chế hòa khí trên động cơ ô tô có tỷ số

Các bộ chế hòa khí của động cơ mô tô và động cơ lắp trên xuồng máy có .Nếu lớn sẽ làm tăng tổn thất trong bộ chế hòa khí Nếu nhỏ quá sẽ làm xăng khó bốc hơi

4.1.2 Tính toán thiết kế họng

- Nhằm đảm bảo tạo được độ chân không cần thiết cho lưu động của xăng đồng thời lại không gây sức cản lớn đối với lưu động của không khí

4.1.2.1 Xác định đường kính họng

- Đường kính họng được xác định sơ bộ theo những số liệu sau:

 Loại một họng

 Loại hai họng

 Loại ba họng

 Trong đó: Đường kính họng lại một họng, đường kính họng ngoài, họng giữa và họng trong;

d: Đường kính buồng hỗn hợp

4.1.2.2 Độ chân không tại họng

- Gây ảnh hưởng tới độ phun nhỏ, tốc độ bốc hơi của nhiên liệu và do đó ảnh hưởng tới mức đồng đều về thành phần của khí hỗn hợp trong các xylanh của động cơ Độ chân không cần đảm bảo chất lượng hòa trộn giữa nhiên liệu và không khí

( ) , 𝑚

 : Hệ số lưu lượng của họng, phụ thuộc vào hình dạng, chất lượng của họng và số họng;

 : Với loại một họng;

 - : Với loại hai hoặc ba họng

- Cần thấy không phải là hằng số theo thời gian, dao động của càng lớn khi số vòng quay động cơ càng thấp và số xylanh càng ít : Độ chân không ở họng thường nằm trong khoảng 2000-15000 𝑚

4.1.3 Tính toán thiết kế buồng phao

- Buồng phao dùng để giữ cho mức xăng trong bộ chế hòa khí luôn luôn nằm ở

mức nhất định

sHình 4.1 Sơ đồ lực tác dụng lên phao Các thành phần lực tác dụng lên cơ cấu phao:

 : Lực đẩy của áp suất xăng lên ống dẫn;

 : Trọng lực của van kim;

 : Lực cần để giữ kín van kim;

- Khối lượng của van kim ;

- Khoảng cách từ trục quay tới van kim: 𝑚𝑚;

- Khoảng cách từ trục quay tới trục thẳng đứng của phao: 𝑚𝑚;

- Khối lượng tính của phao: ;

- Thể tích phao : 𝑐𝑚 ;

- Khối lượng riêng của phao : 𝑐𝑚 ;

- Phần thể tích của phao chìm trong xăng : ;

- Thể tích xăng chứa trong buồng phao : 𝑐𝑚

4.2 Tính toán thiết kế bơm chuyển xăng

4.2.1 Lưu lượng của bơm

Hình 4.2 Sơ đồ tính bơm màng

- Lưu lượng của bơm chủ yếu phụ thuộc vào những yếu tố sau: Đường kính của thân bơm, diện tích tiếp xúc giữa đĩa ép trên và đĩa ép dưới với màng bơm, hành trình lớn nhất của trục đẩy màng bơm, mức độ uốn cong của màng bơm khi trục nằm ở vị trí cao nhất và thấp nhất, áp suất bơm và sức cản khi hút và khi bơm xăng

- Lưu lượng lý thuyết của bơm được tính theo công thức:

, l/h

Trong đó : Lượng xăng lý thuyết do bơm cấp trong một chu trình, tính theo thể tích hai hình chóp cụt do màng bơm tạo ra, khi trục màng bơm nằm ở vị trí cao nhất và vị trí thấp nhất, tính bằng 𝑚𝑚

ℎ

𝐷 𝐷 𝐷 𝐷 Trong đó :

 n: Số chu trình làm việc của bơm trong một phút, (bằng số vòng quay của trục dẫn động)

 h: Hành trình toàn bộ của trục màng bơm

- đặc trưng cho kích thước, khối lượng của bơm và trên mức độ nhất định còn thể hiện tuổi thọ các chi tiết dẫn động màng bơm Do vậy khi các chi tiết dẫn động bơm mòn vẫn có thể đảm bảo cung cấp đủ xăng

- Lưu lượng thực tế Vtt : Lưu lượng thực tế Vtt của bơm nhỏ hơn lưu lượng lý thuyết Vlt và được đo bằng thực nghiệm trên một bệ thử đặc biệt nhưng không

có đối áp sau bơm, thể hiện hiệu suất của bơm

- Lưu lượng công tác Vct: đo giống như Vt nhưng có đối áp sau bơm, cho biết khả năng cung cấp xăng cho mọi chế độ tải Lưu lượng công tác Vct phải lớn hơn lưu lượng nhiên liệu tiêu thị lớn nhất của động cơ khoảng 2 3 lần

4.2.2 Công suất của bơm

, Kw

Trong đó:

 : Hiệu suất tổng của bơm

 : Áp suất đẩy của bơm

- Áp suất do bơm xăng tạo ra phụ thuộc vào sức cản trên đường xăng phía sau bơm bao gồm: Sức cản của van cấp xăng, của đường dẫn ống bơm, của đường ống dẫn và của van kim trong bộ chế hòa khí

- Khi lưu lượng bằng không, áp suất lớn nhất do bơm tạo ra phụ thuộc vào độ cứng lò xo của màng bơm và =120 225mmHg

4.3 Tính toán thiết kế thùng xăng

- Dự trữ xăng trong một khoảng thời gian làm việc hoặc đủ cho một quãng

 : Suất tiêu hao nhiên liệu (kg/kW.h);

 : Công suất cực đại của động cơ (kW);

 t: Số giờ động cơ làm việc liên tục ở toàn tải (lấy t=10h);

 : Khối lượng riêng cảu xăng (kg/l)

- Dung tích thùng xăng của ô tô và mô tô:

𝛿 , (lit) Trong đó :

𝛿

S: Quãng đường xe chạy trong một ngày đêm hoặc quãng đường xe chạy không cần đổ thêm xăng vào thùng (km)

Có thể dùng những số liệu sao:

Đối với xe mô tô S=300km

Đối với ô tô tải S=300km

Đối với ô tô du lịch S= 𝑚

: Lượng nhiên liệu tiêu thụ khi chạy 100 km

5.THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ

XÁC ĐỊNH NGUYÊN CÔNG YÊU CẦU KỸ THUẬT

 Số công đoạn

 Phương pháp gia công

 Thời gian gia công

 Tốc độ máy, loại dao gia công…

 Bộ hạn chế tốc độ vòng quay mạ bằng vật liệu chống gỉ tốt

 Gia công nhẵn mặt ma sát

 Gia công các chi tiết thân bơm chuyển xăng bằng phương pháp đúc áp lực bằng hợp kim kẽm hoặc nhôm

Lựa chọn loại số lượng trang thiết bị cho quá trình gia công chế tạo

Xác định quy chuẩn kiểm tra cho sản phẩm

Thiết lập quy trình kiểm tra chất lượng sản phẩm (kiểm tra độ mài mòn, giản nở,

độ cứng vững, độ đàn hồi, chịu nhiệt, chịu tải trọng động, ứng suất phân bố,…) : các công đoạn kiểm tra, máy móc kiểm tra, trang thiết bị cần thiết

Tính đến phương án mua nguyên bộ hoặc mua 1 vài chi tiết rồi thiết kế sản xuất theo thông số chi tiết đã mua

• Kết quả phản hồi xem chi tiết có thể gia công được hay không, để chỉnh sửa lại quy trình thiết kế hoặc mua, cải tiến thiết bị phù hợp để nâng cao tính công nghệ cho nhà xưởng

•Nếu có vấn đề phát sinh thì phải chỉnh sửa lại để thỏa yêu cầu của công ty, yêu cầu nhà sản xuất, yêu cầu tiêu thụ sản phẩm

•Chi phí vận chuyển khi có bảo hành, đổi trả sản phẩm

•Chi phí đóng gói, vận chuyển hàng hóa đến nơi tiêu thụ, phân phối

•Chi phí thuê cửa hàng kinh doanh và tiêu thụ sản phẩm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Hồ Tấn Chuẩn – Nguyễn Đức Phú- Trần Văn Tế- Nguyễn Tất Tiến, Kết cấu

và tính toán động cơ đốt trong, tập III, NXB Giáo dục,1996

2 TS.Trần Thanh Hải Tùng , bài giảng Tính toán thiết kế động cơ đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng ,Khoa Cơ khí Giao thông ,2007

3.TS.Dương Việt Dũng, Giáo trình Kết cấu động cơ đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng ,Khoa Cơ khí Giao thông, 2007

4 Đặng Tiến Hòa , Giáo trình Kết cấu động cơ đốt trong, Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội, 2009

5 Bài giảng hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí, Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM