ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG potx

Thải sạch khí thải khỏi xylanh và nạp đầy không khí mới vàoxylanh động cơ - Điều kiện làm việc: Tải trọng cơ học caoNhiệt độ cao Tải trọng va đập tốt - Yêu cầu: Đóng mở đúng quy luật và

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ



ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI : Thiết kế động cơ xăng , (không tăng áp) ,

có công suất danh nghĩa N en = 106 KW , tốc độ quay danh nghĩa

n n = 6000 rpm , dùng để trên xe ô tô KIA carens 2.0 144 hp

Sinh viên thực hiện : TRẦN DUY ĐẠT Lớp : 50CKOT

MSSV : 50132162

nha trang , tháng 5 năm 2011

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự hội nhập và phát triển của đất nước, công nghiệp ôtô đang đượcđầu tư phát triển mạnh mẽ Và yêu cầu cấp thiết được đặt ra là đào tạo đội ngũ kỹ

sư, công nhân ô tô lành nghề góp phần xây dựng một nền công nghiệp đủ mạnh đểtạo tiền đề phát triển đất nước Điều đó đòi hỏi sinh viên cần trao dồi kiến thức, tìmtòi sáng tạo và áp dụng nhanh chóng vào thực tiễn sản xuất

Vì vậy môn học “ Đồ án động cơ đốt trong” là rất cần thiết cho sinh viênchúng em có vốn hành trang trước khi ra trường Đây là một môn quan trọng trongnội dung học tập nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp vận dụng các kiến thức

đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã có gắng tìm tòi và nguyên cứu một

số tài liệu Mặc dù vậy nhưng do thời lượng môn học và trình độ có hạn nên trongquá trình làm đồ án không thể tránh những thiếu sót Em rất mong nhận được góp

ý của thầy ! em xin chân thành cảm ơn !

Nha trang, tháng 5, năm 2011 Sinh viên thực hiện

PHẦN 1: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN

PHƯƠNG ÁN

1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ

- Đặc điểm động cơ thiết kế

+ Động cơ thiết kế là động cơ Xăng 4 kỳ

+ Động cơ có 4 xy lanh được bố trí thẳng hàng

- Động cơ thiết kế hiện đang được trang bị trên xe ô tô KIA carens 2.0

144 hp

1.2 TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY

1.2.1 Loại nhiên liệu

- Nhiên liệu dùng cho động cơ là xăng

C = 0,855 ; H = 0,145 ; O = 0 ; S = 0 (TL1/tr 39)

1.2.2 Buồng đốt

-Buồng cháy hình bán cầu

-Loại này có đặc điểm là diện tích bề mặt buồng đốt nhỏ gọn Trong buồng đốt bố trí một supap nạp và một supap thải, hai supap này bố trí về 2 phía khác nhau Trục cam bố trí ở giữa nắp máy và dùng cò mổ để điều khiển sự đóng mở của supap Sự

bố trí này rất thuận lợi cho việc nạp hỗn hợp khí và thải khí cháy ra ngoài

1-Bình nhiên liệu: bình dùng để lưu trữ nhiên liệu

2 -Bơm nhiên liệu: bơm nhiên liệu từ bình chứa đến động cơ

3 -Lọc nhiên liệu: nó bao gồm có một phần tử lọc để loại bỏ các chất bẩn trong nhiên liệu

4 -Bộ điều áp nhiên liệu: điều chỉnh áp suất nhiên liệu luôn ở một giá trị tối ưu, đảm bảo việc phun nhiên liệu ổn định

5 -Vòi phun: phun nhiên liệu vào đường ống nạp cho các xi lanh tương ứng

6- Nắp bình nhiên liệu: đậy kín bình nhiên liệu Có gắn một van để giữ cho áp suất trong bình không đổi

*Bơm Nhiên Liệu:

Bơm nhiên liệu từ bình nhiên liệu đến động cơ, do đó cho phép ống nhiên liệu giữ được một áp suất nhất định

Có loại bơm trong bình được đặt bên trong bình nhiên liệu và loại bơm trên đường ống đặt ở giữa đường ống dẫn

Có nhiều cách dẫn động bơm nhiên liệu khác nhau; Hệ thống EFI (Phun nhiêu liệu điện tử) dùng bơm có môtơ dẫn động bằng điện

Bơm trong bình (loại tuabin)

Bơm trên đường ống (loại rôto)

1 Môtơ

2 Cánh bơm loại tuabin

*Vòi Phun Nhiên liệu

-Theo các tín hiệu từ ECU, cuộn dây sẽ hút píttông và mở van để phun nhiên liệu Nhiên liệu phun ra từ vòi phun được hoà trộn với không khí, hỗn hợp này được đưa đến các xi lanh

Để đạt được tỷ lệ hỗn hợp không khí - nhiên liệu tối ưu, ECU điều khiển thời điểm phun và lượng phun Lượng phun được điều chỉnh bằng khoảng thời gian phun

Bộ Điều Áp Nhiên Liệu

Điều chỉnh áp suất nhiên liệu đến một áp suất nhất định, do vậy việc cung cấp nhiênliệu luôn được ổn định

1 Bộ điều áp nhiên liệu

2 Cụm bơm nhiên liệu

1.3 HỆ THỐNG NẠP - XẢ

Đối với động cơ 4 kỳ:

- Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ điều khiển quá trình thay đổi môi chất công táctrong động cơ Thải sạch khí thải khỏi xylanh và nạp đầy không khí mới vàoxylanh động cơ

- Điều kiện làm việc:

Tải trọng cơ học caoNhiệt độ cao

Tải trọng va đập tốt

- Yêu cầu:

Đóng mở đúng quy luật và thời điểm

Độ mở lớnĐóng kín xupap thải không tự mở trong quá trình nạp

Ít mòn, tiếng ồn nhỏ, dễ dàng điều chỉnh sữa chữa, giá thành chế tạothấp

Từ đó ta chọn:

- Chọn cơ cấu phân phối khí kiểu xu páp treo

- Kiểu truyền động gián tiếp trục cam được truyền động qua trung gian bởi bánh răng trung gian ( bánh răng nghiêng) ăn khớp êm dịu bền

- Trục cam lắp ở thân máy điều khiển xupap qua trung gian của con đội đũađẩy cần mổ

- Phương pháp dẫn động: cam-con đội - đũa đẩy - đòn gánh vì kết cấu đơngiản, Là loại cơ cấu phối khí được dùng phổ biến,có kết cấu dơn giản, dễ chếtạo dễ điều chỉnh, giá thành không cao lắm

- Điều chỉnh khe hở nhiệt xu páp bằng tay( khe hở nhiệt là khe hở được tạo rabởi tất cả các chi tiết từ trục cam đến xupáp khi xupáp đóng.  Khe hở nàyđược biểu thị bằng khoảng cách giữa đuôi xupáp và đầu cò mổ khi xupápđóng)

1.4 HỆ THỐNG LÀM MÁT

Khi động cơ đốt trong làm việc nhiệt lượng do nó sinh ra rất lớn Nên cần có hệ thống làm mát để hạ nhiệt cho các chi tiết của động cơ và đảm bảo cho các chi tiết

 Piston và xupap bị cháy

 Các chi tiết có ứng suất nhiệt lớn , sức bền giảm

 Hệ thống bôi trơn hỏng

Hệ thống lám mát điều khiển nhiệt độ động cơ đến giá trị tối ưu (80 đến 90OC theo nhiệt độ nước làm mát) bằng cách tuần hoàn nước làm mát khắp trong động cơ

Quạt làm mát sẽ làm nguội nước làm mát trong két nước và bơm nước sẽ

tuần hoàn nước làm mát qua nắp quy lát và thân máy

1 Két nước , 2 Bình chứa , 3 Nắp két nước , 4 Quạt làm mát ,

5 Bơm nước , 6 Van hằng nhiệt

nước

tuần hoàn trong mạch nước làm mát Nước làm mát hấp thụ nhiệt từ động cơ và phân tán vào không khí qua két nước Nước làm mát đã được làm nguội sau đó quay trở về động cơ

*Két Nước Làm Mát

Két nước làm nguội nước làm mát có nhiệt độ cao Nước làm mát trong két nước trởnên nguội đi khi các ống và cánh tản nhiệt của nó tiếp xúc với luồng không khí tạo bới quạt làm mát và luồng không khí tạo ra bởi sự chuyền động của xe

*Nắp két nước

Nắp két nước có một van áp suất dùng để nén nước làm mát

Nhiệt độ của nước làm ở áp suất cao tăng lên vượt quá 1000C, điều này tạo nên sự khác biệt lớn giữa nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ không khí Kết quả là hiệu quảlàm mát được cải thiện

Van áp suất mở và đưa nước làm mát đến bình chứa khi áp suất két nước tăng lên

Van chân không mở để xả nước làm mát từ bình chứa khi áp suất cao két nước giảm xuống

A Áp suất tăng lên trong quá trình tăng áp (nhiệt độ cao)

B Áp suất giảm đi trong quá trình giảm áp (nguội)

- Trong động cơ nhiều chi tiết chuyển động ma sát với nhau do đó khi trượtlên nhau sẽ sinh nhiệt, tiêu hao công suất và mòn nhanh, gây ra tiếng ồng chođộng cơ Để tránh tác hại trên người ta cho 1 lớp dầu giữa 2 mặt cọ sát nênphải có hệ thống bôi trơn.

- Hệ thông bôi trơn thực hiện các chức năng:

- Giảm ma sát của các bộ phận chuyển động

 Hấp thụ và giải nhiệt

 Làm kín các bạc piston và các thành xylanh

 Làm sạch và àm trang ngập các bộ phận chuyển động

 Giảm tiếng ồn của động cơ

- Ta chọn hệ thống bôi trơn cưỡng bức cacte ướt: dầu nhờn trong hệ thống

được bơm dầu đưa đến các bề mặt ma sát dưới 1 áp suất cần thiết và gần như

nó đửm bảo tốt yêu cầu bôi trơn làm mát tẩy rữa bề mặt ma sát ổ trục của hệthồng bôi trơn Gồm có cacte bơm dầu bầu lọc thô bầu lọc tinh, két làm mátdầu nhờn và các đường ống dẫn dầu, đồng hồ báo áp suất và đồng hồ báonhiệt độ của dầu, ngoài ra còn các các van

- Ưu điểm:

Đáp ứng đày đủ các chỉ tiêu : cung cấp khá đầy đủ số lượng, chất lượng và

cả độ tin cậy của hệ thống bôi trơn

- Nhược điểm:

Chứa dầu trong cacte nên khi động cơ làm việc ở độ ngiêng lớn dầu nhờndòn về 1 phía làm cho việc hút dầu khó khăn vì vậy lượng dầu cung cấpkhông đảm bảo đúng yêu cầu

Nguyên lý hoạt động:

Bơm dầu 3 được dẫn động từ trục khuỷu Dầu bôi trơn trong cácte

1 được hút vào bơm qua lưới lọc thô 2, lưới lọc để lọc sơ bộ tạp chất có kích thướclớn Sau khi qua bơm dầu có áp suất cao dầu đi vào bầu lọc tinh 4 tại đây dầu đượclọc sạch rồi đưa lên bình làm mát 5, dầu được làm mát rồi đưa lên đường ống dẫndầu chính 6 đi bôi trơn cho các bộ phận rồi đi về cacte

1.6 HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG:

Vì động cơ không thể tự khởi động nên cần có 1 ngoại lực để khởi động chođộng cơ Máy khởi động khởi động động cơ bằng cách cho bánh đà trên trục khủyuquay thông qua vệc cài khớp Máy khởi động truyền cơ năng cho trục khuỷu nênhào khí được hút vào bên trong xylanh được nén và đốt cháy để quay động cơ.Yêu cầu:

 Máy khởi động phải tạo ra momen lớn từ nguồn điện hạn chế của accu đồngthời phải gọn nhẹ vì vậy nên dùng moto điện 1 chiều phải đáp ứng đủ sốvòng quay cho bánh đà 80-100 vòng/phút

 Nhiệt độ làm việc không quá giới hạn cho phép

 Đảm bảo khởi động lại được nhiều lần

 Tỷ số truyền của bánh răng máy khởi động và bánh đà nằm trong khoảng(9:18)

Ta chọn:

Hệ thống truyền động từ máy khởi động đến bánh đà thông qua hộp giảm tốc

vì loại này kích thước máy khởi động nhỏ Moto có số vòng quay lớn mà bánh răng

ăn khớp có momen lớn nhờ hộp giảm tốc

1-Khóa điện 6-Ly hợp 1 chiều

4,5-Stato, roto của mô tơ đề

Nguyên lý hoạt động của hệ thống :

Khi đóng khóa điện, các cuộn dây hút và giữ của solenoi 2,3 có điện sẽ húttrục của bánh răng 7 chuyển động qua trái ăn khớp với bánh răng 8 của động cơ.Đồng thời khi này đĩa tiếp điểm đóng các tiếp điểm để cung cấp điện cho máy khởiđộng nên motơ đề sẽ có điện và sẽ quay bánh răng 7, do đó làm quay bánh răng 8,cuối cùng làm quay trục khuỷu động cơ giúp động cơ khởi động, khi này cuộn hút 3

bị cắt điện còn cuộn giữ 2 thì vãn có điện để duy trì việc ăn khớp Khớp ly hợp 1chiều có tác dụng cắt dứt dòng mômen truyền từ động cơ lên motơ đề khi nó đã nổ

1.7 ĐỘNG CƠ MẪU

Bảng 1-1: Đặc điểm kỹ thuật của động cơ mẫu

TT Đặc điểm kĩ thuật Động cơ mẫu Ghi chú

1 Dung tích xilanh (cm3) 1998 1999 2999

2 Số xilanh (cái) 4 Xylanh

thẳng hàng

4 Xylanh thẳng hàng

4 Xylanh thẳng hàng

3 Công suất cực đại (mã

Bảng 1-2 Tổng hợp các thông số cho trước và lựa chọn

Tài liệuthamkhảo

2 Tốc độ quay danh nghĩa nn rpm 6000 Đ/c mẫu

Bảng 1-3 Tổng hợp kết quả tính.

5 Số kg HHC ứng với 1 kg nhiên liệu L1 kg/kg 14,460

40 Phần nhiệt biến thành cơ năng có ích Qe kW 106

 Số kmol không khí lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiênliệu(M0 )

[kmol/kg]

 Số kg không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (L)

L = [3,tr.8] = 0,9.14,956 = 13,460

liệu lỏng cháy không hoàn toàn (λ<1).

 Tổng lượng ô xy cần thiết trong trường hợp cháy không hoàn toàn

32 21

, 0 2

2 2

f O

H CO

CO

o M

M M

32 32

4 12

f

o h

 Hàm lượng các chất khí có trong sản phẩm cháy trong trường hợp cháykhông hoàn toàn

1

1 42 ,

,

0

K K

2.1.4 Hệ số biến đổi phân tử

 sự thay đổi số kmol của MCCT trước và sau khi nhiên liệu cháy

h c M

M M



1 21 ,



Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết (0)

Đối với động cơ xăng với λ < 1

2.3 QUÁ TRÌNH NÉN

2.3.1 Chọn tỉ số nén.

Theo động cơ mẫu ta có tỉ số nén là: 10:1

2.3.2 Chỉ số nén đa biến trung bình.

Nhiệt độ của môi chất công tác tại điểm z:

[K]

 Hệ số tăng áp suất ( )

[3,tr.10]

[3,tr.13]

[3,tr.13]

 Nhiệt tổn thất theo khí thải

 Tỷ nhiệt đẳng áp của sản phẩm cháy [2,tr.81]

 Nhiệt dung riêng đẳng áp của môi chất mới [2,tr.81]

 Nhiệt độ khí thải

[K]

 Tổn thất theo khí thải [2,tr.215]

[J/s]

[4,tr.23]

2.8.1.Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công:

và thể tích

2.8.3.Tính áp suất, thể tích khí tại điểm bất kì trên đường cong nén (pxn;Vxn) và

đường cong giãn nở (pxg;Vxg)

 Đối với đường cong nén:

Kết quả tính toán được ghi ở bảng

Bảng 2-1: Các trị số áp suất của môi chất công tác của quá trình nén và quá trình

giãn nỡ của động cơ xăng được thiết kế

V [cm 3 ] Đường nén –P [bar] xn Đường giãn nở - P [bar] gn

Nhóm piston bao gồm: + Piston

+ Chốt piston + Các xec măng (xec măng khí và xec măng dầu)

 Piston:

- Chức năng,nhiệm vụ:

Piston là một bộ phận chuyển động trong lòng xylanh Nó tiếp nhận áp lựccủa môi chất công tác rồi truyền cho trục khủy thông qua trung gian là thanh truyền

Ngoài ra piston còn có công dụng trong việc nạp, nén khí mới và đẩy khí thải rakhỏi không gian công tác của xylanh.

- Sơ đồ cấu tạo:

1-Đỉnh piston,2-Gân,3-Tăng bền bệ chốt piston,

4-Lỗ xả dầu,5-Rãnh vòng găng,6-Tăng bền váy piston,7-Lỗ chốt piston

- Vật liệu chế tạo và đặc điểm cấu tạo:

Để đảm bảo cho piston làm việc lâu dài và ổn định ở động cơ cao tốc ta sửdụng hợp kim Al để chế tạo Cần nhiệt luyện hợp kim Al đạt độ cứng HB = 120-

140 Piston được chế tạo bằng phương pháp rèn dập bằng loại nhôm rèn và phủ lên

bề mặt piston một lớp Crôm để tạo bền cho lớp bề mặt piston và không bị cháy rỗ.Song nó còn có ưu điểm là hợp kim nhôm có trọng lượng riêng nho nên nhẹ; do đólực quán tính sinh ra nhỏ, Al có tính tản nhiệt cao hơn gang, hệ số ma sát nhỏ…

+ Đầu piston có xẻ rãnh chứa xecmăng, bao gồm 2 xecmăng khí và mộtxecmăng dầu, các rãnh này nằm phía trên chốt piston

piston va xylanh mòn đều, giảm tiếng ồn Đuôi piston được vát bớt để piston nhẹhơn và tránh bị bó kẹt trong xylanh khi piston bị biến dạng trong quá trình làm việclâu dài chịu nhiệt độ cao

 Xecmăng:

- Xéc măng khí: làm bằng gang hợp kim, bề mặt tiếp xúc vơi xy lanh đượcphủ một lớp Crôm xốp chịu mòn tốt.

- Xéc măng dầu: cũng được làm bằng gang hợp kim và bề mặt được phủ mộtlớp Crôm xốp nhằm nâng cao khả năng chịu mòn bề mặt làm việc

- Vật liệu chế tạo: Do những điều kiện làm việc của chốt piston đó là chịu tải

va đập, trọng lượng nhỏ, ít biến dạng trong quá trình làm việc, bề mặt đạt độ cứngcao…Vì vậy vật liệu để chế tạo chốt piston là thép cacbon có thành phần thấp Mặtngoài của chốt cần gia công đạt độ bóng từ cấp 8 đến cấp 9

Thanh truyền chịu lực va đập và lực uốn rất lớn Nhóm thanh truyền gồm những chitiết: bạc lót đầu to, bạc lót đầu nhỏ và bu lông thanh truyền.

- Thanh truyền được chế tạo bằng thép hợp kim bằng phương pháp rèn Chốtpiston được lắp tự do trong đầu lót bạc nhỏ Dầu nhờn được đưa lên chốt piston vàbạc lót dầu nhỏ bằng đường dầu được khoan trong thân của thanh truyền

- Tiết diện thanh truyền ta chọn tiết diện hình chữ I Vì với tiết diện hìnhdạng kiểu này thì thanh truyền có độ bền cao nhất và khối lượng nhỏ nhất Thanhtruyền thường có phần đầu nhỏ và nửa trên đầu to được đúc liền nhau, có các góclượn, độ thuôn đều để giảm hiện tượng tập trung ứng suất

- Bạc lót thanh truyền làm bằng thép hợp kim, trên bề mặt ma sát được tránghợp kim chống mòn

Hình 3-4: Cấu tạo nhóm thanh truyền

- Trục khuỷu của động cơ đốt trong là một trong những chi tiết quan trọngbậc nhất Nó có khối lượng lớn, giá trị chế tạo cao (chiếm 25 đến 30% giá thành chếtạo động cơ)

- Trong quá trình làm việc trục khuỷu chịu tác dụng của tỉ trọng thay đổi theochu kỳ uốn và xoắn phức tạp Đồng thời trục khuỷu còn chịu sự mài mòn tại các bềmặt của cổ chính và cổ biên, các dao động ngang dọc có mômen uốn, xoắn khôngđồng đều về giá trị gây ra

Do điều kiện làm việc như vậy nên trục khuỷu được chế tạo bằng thép hợpkim 18XHNA và chế tạo bằng phương pháp rèn khuôn để tạo phôi, sau đó dùngphương pháp gia công cơ khí để chế tạo và hoàn thiện các khâu còn lại

+ Cổ khuỷu: có dộ bóng cao, các cổ khuỷu phải có cùng đường kính, bêntrong rãnh có dầu bôi trơn

+ Cổ biên: cũng cần phải có độ bóng cao, các cổ biên yêu cầu phải có cùngkích thước và phải có rãnh dầu để bôi trơn

+ Má khuỷu: dùng để nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu