khảo sát hệ thống bôi trơn trên động cơ mazda wl turbo

Hệ thống bôi trơn của động cơ đốt trong có nhiệm vụ đưa dầu nhờn đến bôi trơn các bề mặt ma sát.. Ngoài ra, hệ thống bôi trơn còn có nhiệm vụ làm mát dầu nhờn để đảm bảo các tính năng lý

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh, giữ vai trò quan trọng trong nhiều ngành kinh tế quốc dân như nông nghiệp, giao thông vận tải đường bộ, đường sắt, đường biển, đường không cũng như trong nhiều ngành công nghiệp khác Sản lượng động cơ đốt trong ngày nay trên thế giới ngày càng tăng cao Tuy nhiên, con đường phát triển đi lên của ngành động cơ đốt trong nói chung và ngành công nghiệp ôtô nói riêng của các nước rất khác nhau Tùy thuộc chủ yếu vào năng lực của ngành cơ khí và mức độ công nghiệp hoá của từng nước

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta chia ra trong động cơ đốt trong cũng như trong ôtô ra nhiều hệ thống như hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát Trong đó, mỗi hệ thống đều có tầm quan trọng nhất định Hệ thống bôi trơn là một trong những hệ thống chính của động cơ

Việc khảo sát một hệ thống bất kỳ trong động cơ sẽ giúp cho sinh viên củng cố lại những kiến thức đã học và biết đi sâu tìm hiểu những hệ thống khác Do vậy, đề tài khảo sát hệ thống bôi trơn trên động cơ ôtô là một trong những đề tài đã nói trên Được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Xuân Tuyến, em đã hoàn thành đề tài này Nhưng do trình độ hạn chế, tài liệu khó khăn nên trong quá trình thực hiện không thể không có những thiếu sót Kính mong được sự chỉ bảo tận tình của thầy cô trong khoa

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Xuân Tuyến cùng quí thầy cô giáo trong khoa

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2007 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Tâm

1 MỤC ĐÍCH - Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI.

Ngày nay, động cơ đốt trong đã phát triển rộng khắp trên mọi lĩnh vực: giao thông vận tải (đường bộ, đường sắt, đường thuỷ, hàng không, ), nông nghiệp, công nghiệp, xây dựng, quốc phòng

Ngoài việc được sử dụng song hành với các loại động cơ nhiệt khác trong một

số lĩnh vực, cho đến nay động cơ đốt trong là động cơ chủ yếu được sử dụng Tổng công suất do động cơ đốt trong tạo ra chiếm khoảng 90% công suất thiết bị động lực

do mọi nguồn năng lượng tạo ra (bao gồm: nhiệt năng, thuỷ năng, năng lượng nguyên tử, năng lượng mặt trời ) Trong đó, động cơ đốt trong loại pittông có hiệu suất cao nhất trong các loại động cơ đốt trong, chiếm số lượng lớn nhất và được sử dụng rộng rãi nhất Vì thế, thuật ngữ “động cơ đốt trong” còn có ý dùng ngắn ngọn

để chỉ động cơ đốt trong loại pittông, ngoài ý chỉ tổng quát về động cơ đốt trong

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta phân ra trong động cơ đốt trong làm nhiều hệ thống như: hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát, hệ thống nhiên liệu mỗi hệ thống đều có tầm quan trọng nhất định Trong đó, hệ thống bôi trơn là một trong những hệ thống chính của động cơ đốt trong

Trong quá trình học tập các môn học chuyên ngành về động cơ đốt trong, đồ án tốt nghiệp với đề tài khảo sát, mà cụ thể là khảo sát một hệ thống bất kỳ của động

cơ đốt trong giúp cho sinh viên biết cách tìm hiểu một trong các hệ thống đó, trên

cơ sở khảo sát tương tự sẽ nắm bắt sâu hơn các hệ thống khác của động cơ đốt trong

Ngoài ra, việc khảo sát này còn giúp cho sinh viên có thêm kinh nghiệm, biết hướng để đi sâu tìm hiểu một hệ thống bất kỳ trong đột cơ đốt trong

Do vậy, đề tài khảo sát hệ thống bôi trơn là một trong những đề tài đã nói trên

2.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ MAZDA WL TURBO.

Động cơ MAZDA WL TURBO do hãng MAZDA của Nhật Bản sản xuất Động cơ gồm 4 xylanh thẳng hàng với thứ tự làm việc là 1- 3- 4 -2 Động cơ dùng nhiên liệu điêzen phun nhiên liệu gián tiếp vào buồng cháy dự bị Không gian buồng cháy được ngăn làm hai phần là buồng cháy dự bị và buồng cháy chính Đỉnh pittông được khoét lõm lỗ thông giữa buồng cháy chính và buồng cháy dự bị để đảm bảo quá trình cháy của động cơ được cải thiện Do chế độ nhiệt của buồng cháy dự

bị khá ổn định nên giảm thời gian cháy trễ, hạn chế tốc độ tăng áp suất, áp suất cực đại khi cháy và đảm bảo cho động cơ hoạt động rất ổn định trong mọi điều kiện, vì thế động cơ làm việc ít ồn hơn Chất lượng quá trình cháy rất ít nhạy cảm với tốc độ động cơ, nó có thể hoạt động trong một phạm vi tốc độ rất rộng mà không ảnh hưởng xấu tới hiệu suất động cơ Vì vậy tốc độ động cơ MAZDA WL TURBO là rất cao

nN = 3500 vg/ph

Tuy nhiên động cơ MAZDA WL TURBO cũng có những nhược điểm của động cơ

có buồng cháy ngăn cách như: suất tiêu hao nhiên liệu ge lớn, khó khởi động lạnh Vì vậy, trên động cơ MAZDA WL TURBO có dùng thêm hệ thống sấy khi khởi động.Kích thước động cơ MAZDA WL TURBO nhỏ gọn nhưng công suất động cơ đạt được vẫn lớn Ne = 85 kW nhờ hệ thống nạp sử dụng tuabin tăng áp

Tóm lại, với những ưu điểm như: kích thước động cơ nhỏ, tính năng cao tốc tốt, ít gây ô nhiễm môi trường, tiếng ồn nhỏ nên động cơ MAZDA WL TURBO rất phù hợp khi sử dụng trên các loại xe du lịch cơ nhỏ, có tính cơ động cao Vì thế hãng FORD đã chọn động cơ MAZDA WL TURBO để lắp đặt trên xe FORD RANGER

Những nét đặc biệt chính của động cơ MAZDA WL TURBO:

+ Quá trình làm việc được cải tiến:

- Buồng cháy ngăn cách, có tác dụng xoáy lốc

- 3 xupáp trên một xylanh

+ Giảm trọng lượng:

- Nắp máy bằng hợp kim nhôm

- Nắp bảo vệ dây đai dẫn động cơ cấu phân phối khí bằng chất dẻo

+ Giảm tiếng ồn và rung động khi làm việc:

- Nắp xylanh được che kín hoàn toàn

- Trục khuỷu được cân bằng hoàn toàn

- Sử dụng puli giảm chấn xoắn (puli trục khuỷu)

- Hai trục cân bằng có tác dụng giảm dao động theo phương thẳng đứng

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật chính của động cơ MAZDA WL TURBO

3.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.

3.1 NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG BÔI TRƠN

Hệ thống bôi trơn của động cơ đốt trong có nhiệm vụ đưa dầu nhờn đến bôi trơn các bề mặt ma sát Lọc sạch các chất cặn bẩn trong dầu nhờn khi dầu nhờn tẩy rửa các bề mặt ma sát này Ngoài ra, hệ thống bôi trơn còn có nhiệm vụ làm mát dầu nhờn để đảm bảo các tính năng lý - hoá của chúng trong giới hạn cho phép, đảm bảo việc bôi trơn có hiệu quả

Hệ thống bôi trơn sử dụng trên các loại động cơ đốt trong đều chỉ sử dụng dầu nhờn để làm tiêu hao công suất do ma sát gây ra tại ổ trục Đưa nhiệt lượng do ma sát sinh ra ra ngoài ổ trục, thải vào môi trường xung quanh, nhờ đó làm giảm được lượng mài mòn của các chi tiết máy, bảo vệ các chi tiết máy trong động cơ đốt trong không bị gỉ

Hệ thống bôi trơn trong động cơ đốt trong có bốn nhiệm vụ chính sau đây:

Buồng cháy ngăn cách

Động cơ tăng áp

3.1.1 Bôi trơn các bề mặt ma sát, làm giảm tổn thất ma sát.

Hệ thống bôi trơn của các loại động cơ đốt trong đều dùng dầu nhờn đệm vào giữa các bề mặt chuyển động tương đối với nhau, nhằm mục đích ngăn cản hoặc giảm bớt sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai bề mặt ma sát Tuỳ theo chất và lượng của lớp dầu bôi trơn mà ma sát trượt được chia làm ba loại: ma sát khô (không có dầu), ma sát ướt (luôn luôn có dầu ngăn cách hai bề mặt ma sát ), ma sát tới hạn (nửa khô, nửa ướt).3.1.2 Làm mát ổ trục

Sau một thời gian làm việc, công sinh ra từ quá trình cháy, do tổn thất ma sát

sẽ chuyển thành nhiệt năng Chính nhiệt năng này làm cho nhiệt độ của ổ trục tăng lên rất cao Nếu không có dầu nhờn, các bề mặt ma sát nóng dần lên quá nhiệt độ giới hạn cho phép, sẽ làm nóng chảy các hợp kim chống mài mòn, bong tróc, cong vênh chi tiết Dầu nhờn trong trường hợp này đóng vai trò làm mát ổ trục, tải nhiệt

do ma sát sinh ra khỏi ổ trục, đảm bảo nhiệt độ làm việc bình thường của ổ trục So với nước, tuy rằng dầu nhờn có nhiệt hoá hơi khoảng 4070 Kcal/kg Trong khi đó nhiệt độ hoá hơi của nước là 590 Kcal/kg, khả năng dẫn nhiệt của dầu nhờn cũng rất nhỏ: 0,0005 cal/ 0C.g.s, của nước là 0,0015 cal/0C.g.s nghĩa là khả năng thu thoát nhiệt của dầu nhờn rất thấp so với nước Thế nhưng, nước không thể thay thế được chức năng của dầu nhờn, do còn phụ thuộc vào một số đặc tính lý hoá khác

Vì lý do đó, để dầu nhờn phát huy được tác dụng làm mát các mặt ma sát Đòi hỏi bơm dầu nhờn của hệ thống bôi trơn phải cung cấp cho các bề mặt ma sát một lượng dầu đủ lớn

3.1.3 Tẩy rửa bề mặt ma sát

Khi hai chi tiết kim loại ma sát với nhau, các mạt kim loại sẽ sinh ra trên các

bề mặt ma sát, làm tăng mài mòn Nhưng nhờ có lưu lượng dầu đi qua bề mặt ma sát đó, các mạt kim loại và cặn bẩn ở trên bề mặt được dầu mang đi, làm cho bề mặt sạch, giảm lượng mài mòn

3.1.4 Bao kín buồng cháy

Do có lớp dầu giữa hành xylanh và pittông, giữa xécmăng và rãnh xécmăng nên giảm được khả năng lọt khí xuống cacte Ngoài bốn nhiệm vụ trên, dầu nhờn còn có tác dụng như lớp bảo vệ chống ăn mòn hoá học

3.2.CÁC PHƯƠNG ÁN BÔI TRƠN TRÊN ĐỘNG CƠ ÔTÔ

Trong động cơ đốt trong, có nhiều bề mặt chuyển động tương đối với nhau tạo thành từng cặp như trục khuỷu - đầu to thanh truyền, chốt pittông - đầu nhỏ thanh truyền, pittông- xylanh, các cặp bánh răng

Kết cấu các cặp chi tiết, số lượng, cách bố trí trong mỗi động cơ khác nhau Do vậy, để cung cấp đủ dầu nhờn một cách liên tục đến các bề mặt ma sát của chi tiết máy khi làm việc có chuyển động tương đối của động cơ, ta có thể lựa chọn những phương án bôi trơn, cách bố trí hệ thống bôi trơn khác nhau

Lựa chọn phương án bôi trơn cho các cụm chi tiết nào là phải dựa vào tính năng tốc độ, công suất, mức phụ tải tác dụng lên ổ trục, công dụng của động cơ Mỗi phương án bôi trơn đều có ưu, nhược điểm riêng nên ta phải dựa vào các yêu cầu cụ thể và điều kiện làm việc của động cơ mà lựa chọn cho hợp lý

3.2.2 Bôi trơn bằng phương pháp vung té dầu

2 4

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý bôi trơn bằng phương pháp vung té dầu

a- Bôi trơn vung té trong động cơ nằm; b- Bôi trơn vung té trong động cơ đứng;

c- Bôi trơn vung té có bơm dầu đơn giản

1- Cácte; 2 - Bulông thanh truyền; 3 - Thanh truyền; 4 - Thìa múc dầu;

5 - Bánh lệch tâm; 6 - Máng dầu phu; 7 - Điểm tựa;

8 - Thân bơm; 9 - Pittông bơm dầu

Nguyên lý làm việc:

Dầu nhờn được chứa trong cácte.Khi động cơ làm việc nhờ vào thìa múc dầu lắp trên đầu to thanh truyền, dầu được múc và tung lên lúc thanh truyền dao động lắc Nếu như mức dầu trong cácte bố trí xa thìa múc thì có thêm bơm dầu có kết cấu

đơn giản để bơm dầu lên máng phụ 6, sau đó dầu nhờn được hắc tung lên Cứ mỗi vòng quay của trục khuỷu, thìa múc hắc dầu lên một lần Các hạt dầu vung té ra bên trong không gian cácte sẽ rơi tự do xuống các bề mặt ma sát của cổ trục Để đảm bảo cho các ổ trục không bị thiếu dầu, trên các vách ngăn trên ổ trục thường có các vách ngăn hứng dầu khi dầu tung lên.

Phương pháp bôi trơn này đơn giản nhưng hiệu quả kém, dầu chóng bị hoá già

Do đó ít dùng, chỉ dùng trên động cơ nhỏ kiểu cũ

3.2.3 Bôi trơn bằng phương pháp cưỡng bức

Trong các động cơ đốt trong nói chung và động cơ ôtô nói riêng hiện nay đều dùng phương án bôi trơn cưỡng bức Dầu nhờn trong hệ thống bôi trơn, từ nơi chứa dầu được bơm đẩy đến các bề mặt ma sát dưới một áp suất nhất định cần thiết, gần như đảm bảo các yêu cầu về bôi trơn làm mát và tẩy rửa các bề mặt ma sát ổ trục của hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn cưỡng bức gồm các thiết bị sau: thùng chứa dầu hoặc cácte, bơm dầu, bầu lọc thô, bầu lọc tinh, két làm mát dầu nhờn, các đường ống dẫn dầu, đồng hồ báo áp suất, nhiệt độ dầu, ngoài ra còn có các van Tuỳ theo vị trí chứa dầu

và đưa dầu đi bôi trơn, người ta chia hệ thống bôi trơn cưỡng bức làm hai loại: hệ thống bôi trơn cưỡng bức cácte ướt và hệ thống bôi trơn cưỡng bức cácte khô

a.Hệ thống bôi trơn cưỡng bức cácte ướt

Nguyên lý làm việc:

Dầu nhờn chứa trong cácte 9 được bơm dầu 11 hút qua phao lọc 10 đến bầu lọc thô 13 rồi theo đường dầu chính 2 để đi bôi trơn các ổ trục khuỷu, trục cam Khi dầu qua bầu lọc thô 13 thì dầu được lọc sạch sơ bộ các chất cặn bẩn có kích thước hạt lớn Một phần dầu (khoảng 15÷ 20%) lượng dầu bôi trơn do bơm cung cấp đi qua bầu lọc tinh 5 rồi trở về lại cácte

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống bôi trơn cưỡng bức cácte ướt.

1- Đồng hồ áp suất; 2- Đường dầu chính; 3- Đường dầu lên chốt khuỷu;

4- Trục khuỷu; 5- Bầu lọc tinh; 6- Két làm mát dầu nhờn; 7- Van nhiệt độ; 8- Đồng hồ đo nhiệt độ dầu; 9- Cácte; 10- Phao hút dầu; 11- Bơm dầu;

12- Van an toàn của bơm; 13- Bầu lọc thô; 14- Van an toàn của hệ thống bôi trơn

Chú ý rằng lọc tinh có thể lắp gần hoặc lắp xa lọc thô nhưng bao giờ cũng lắp theo mạch rẽ so với lọc thô

Khi nhiệt độ của dầu bôi trơn lên quá 800C, do độ nhớt của dầu giảm sút, van nhiệt 7 sẽ mở để dầu nhờn đi qua két làm mát 6 Van một chiều 12, 14 có tác dụng như những van an toàn sẽ mở khi hệ thống làm việc quá tải

Ngoài việc bôi trơn các bộ phận trên, để bôi trơn các bề mặt làm việc của xylanh, pittông Người ta kết hợp tận dụng dầu văng ra khỏi ở đầu to thanh truyền Trong một số ít động cơ, trên đầu to thanh truyền có khoan một lỗ nhỏ để phun dầu

về phía trục cam và xylanh

Với sơ đồ nguyên lý làm việc như trên, hệ thống bôi trơn cưỡng bức cácte ướt

có những ưu, nhược điểm sau:

5

12

b.Hệ thống bôi trơn cưỡng bức cácte khô.

8 9

Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống bôi trơn cưỡng bức cacte khô1- Đồng hồ đo áp suất; 2- Két làm mát dầu; 3- Van nhiệt độ;

4- Đồng hồ nhiệt độ; 5- Nút xả dầu; 6- Bơm chuyển; 7- Van an toàn của bơm;

8- Bơm dầu; 9- Bầu lọc thô; 10-Van an toàn; 11- Phao hút dầu

Nguyên lý làm việc:

Chỉ khác hệ thống bôi trơn cưỡng bức cácte ướt là trong hệ thống bôi trơn này

có thêm hai bơm hút dầu từ cácte về thùng chứa Sau đó, hai bơm dầu này sẽ chuyển dầu đi bôi trơn Trong hệ thống bôi trơn cưỡng bức cácte ướt, cácte chứa dầu bôi trơn còn ở đây là thùng chứa

* Ưu điểm:

Cácte chỉ hứng và chứa dầu tạm thời, còn thùng dầu mới là nơi chứa dầu để đi bôi trơn nên động cơ có thể làm việc ở độ nghiêng lớn mà không sợ thiếu dầu Dầu được cung cấp liên tục và đầy đủ

* Nhược điểm:

Kết cấu phức tạp hơn, giá thành tăng lên do phải bố trí thêm hai bơm để hút dầu đi qua thùng Phải thêm đường dầu và bố trí thùng chứa dầu cho hợp lý

* Phạm vi sử dụng:

Hệ thống bôi trơn cưỡng bức cacte khô thường được sử dụng trên các loại động

cơ diesel dùng trên xe ủi, máy kéo, tàu thuỷ,

3.2.4 Bôi trơn bằng phương pháp hỗn hợp

Trên thực tế, đại đa số động cơ dùng kiểu bôi trơn này Tức là kiểu bôi trơn vừa cưỡng bức vừa vung té Trong đó thường bôi trơn các loại ổ trục bằng phương pháp cưỡng bức, còn bôi trơn các bề mặt rộng (như thành xylanh) hoặc các bề mặt ma sát nhỏ nhưng bố trí rải rác (như dàn cò mổ) dùng phương pháp vung té Nhiều động cơ sử dụng phương án bôi trơn đầu nhỏ thanh truyền, ổ trục cam cũng dùng phương pháp vung té dầu từ đầu to Sở dĩ phải làm như vậy vì kiểu bôi trơn cưỡng bức hoàn toàn sẽ rất phức tạp Mặc dù nó có ưu điểm nổi bật là đảm bảo tốt chế độ bôi trơn các bề mặt ma sát

Để làm giảm sự sủi bọt (làm tăng sự ôxy hoá của dầu) ở nhiều động cơ, đáy cácte được ngăn cách với phần trên bởi lưới lọc hoặc một tấm thép có lỗ Phía dưới có hàn các tấm dùng để giữ cho dầu khỏi chảy về một phía (khi hãm máy hoặc lấy đà)

Ở các động cơ ôtô, máy kéo có cấu tạo hiện đại, mạch dầu được làm dưới dạng các rãnh khoan Vì việc dẫn dầu bằng ống có nhiều nhược điểm nên hệ thống làm việc không được chắc chắn Ví dụ như khi lắp ống có thể bị bẹp, méo và trong quá trình sử dụng ống có thể bị nứt vỡ gây nguy hiểm cho động cơ

3.2.5 Bôi trơn bằng phương pháp pha dầu nhờn vào nhiên liệu

Loại bôi trơn này dùng trong động cơ xăng hai kỳ cỡ nhỏ quét khí bằng hộp trục khuỷu - cácte Nghĩa là hộp trục khuỷu - cácte là một khối kín đóng vai trò như một máy nén khí để quét khí cho xylanh theo kiểu quét ngang

Dầu nhờn được pha vào xăng với tỷ lệ thể tích (4÷5)% Hỗn hợp dầu nhờn, nhiên liệu nhờ bộ chế hoà khí được xé thành các hạt nhỏ trộn với không khí tạo

thành khí nạp và được nạp vào cácte Tại đây các hạt dầu sẽ ngưng tụ bám lên các

bề mặt ma sát để bôi trơn

Kết cấu kiểu bôi trơn này rất đơn giản, nhưng nhược điểm lớn của nó là dầu nhờn trong hỗn hợp khí nạp đi vào xylanh khi cháy tạo thành muội than bám lên thành buồng cháy và đỉnh pittông, ngăn cản truyền nhiệt làm cho nóng máy

3.2.6 So sánh và đánh giá các phương pháp bôi trơn

Trước hết ta chú ý đến tính có điều kiện của việc phân loại hệ thống bôi trơn Chẳng hạn ở tất cả các động cơ mặt gương của xylanh đều được bôi trơn bằng cách vung dầu Do đó có thể khẳng định là hệ thống bôi trơn là hệ thống bôi trơn cưỡng bức thuần tuý không dùng ở động cơ nào Ngoài ra, ở trong nhiều trường hợp ranh giới giữa hệ thống bôi trơn cưỡng bức và hệ thống bôi trơn kiểu phối hợp bị xoá bỏ Việc dùng hệ thống bôi trơn kiểu vung té làm giảm tuổi thọ của động cơ rất nhiều so với khi dùng hệ thống bôi trơn kiểu phối hợp (hoặc bôi trơn cưỡng bức)

Đó là những nguyên nhân sau: Ta biết rằng một trong những chỉ tiêu quan trọng của dầu là độ bền chống ôxy hoá sẽ tạo nhựa đường và hắc ín, nó làm giảm chất lượng bôi trơn của dầu và làm tăng muội than Muội than có độ dẫn nhiệt rất thấp làm cho các chi tiết và động cơ chóng bị quá nóng Nhiệt độ quá cao làm giảm độ nhớt của dầu và có thể đến ma sát nửa ướt Ngoài ra, nếu trong dầu có các hạt muội than rắn cũng làm cho điều kiện bôi trơn xấu đi và tăng độ hao mòn Việc ôxy hoá dầu xảy

ra rất mạnh khi dầu ở trạng thái các hạt nhỏ và ở nhiệt độ 130÷1400C

Do phương pháp dẫn dầu tới các gối đỡ không chắc chắn nên có nhiều khả năng xuất hiện ma sát nửa ướt Mặc khác, mức chi phí dầu khi dùng phương pháp bôi trơn bằng cách vung té cao hơn khi dùng các loại hệ thống bôi trơn khác

Những nhược điểm đó của hệ thống bôi trơn bằng cách vung té không thể bù lại được bởi ưu điểm của nó là kết cấu đơn giản

Từ những nhận xét trên cho phép khẳng định rằng hệ thống bôi trơn bằng cách vung té thuần tuý cũng như có sự lưu thông cưỡng bức là loại hệ thống bôi trơn rất cũ không thể đáp ứng được yêu cầu của hệ thống bôi trơn trên các loại động cơ hiện đại

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 diesel cũng như các động cơ có bộ chế hoà

khí có số vòng quay cao trong đó lực quân tính của câc bộ phận chuyển động qua lại vă lực quân tính ly tđm có trị số cao.

Khi bôi trơn cưỡng bức, dầu được dẫn đến câc gối đỡ với số lượng dư sẽ rửa câc cặn bẩn vă mạt kim loại, tạo điều kiện thuận lợi cho sự lăm việc của câc gối đỡ

Do đó khi bôi trơn cưỡng bức, dầu ít tiếp xúc với câc chi tiết mây vă không khí nín dầu bị ôxy hoâ chậm hơn, mức tiíu thụ dầu nhờn sẽ thấp hơn Khi bôi trơn cưỡng bức (đặc biệt lă khi dùng hệ thống bôi trơn cưỡng bức câcte khô vă trong hệ thống

có bộ tản nhiệt) dầu luôn luôn được lọc vă lăm nguội do đó thời gian sử dụng của

Dầu từ câcte được hút bằng bơm qua bầu lọc văo đường dầu dọc trong thđn mây văo trục khuỷu lín trục cam, từ trục khuỷu tiếp theo dầu văo câc bạc thanh truyền theo lỗ phun lín vâch xi lanh, từ trục cam văo câc bạc trục cam rồi theo câc đường dẫn tự chảy xuống cácte Ngoài ra, trên đường dầu chính có đường ống dẫn dầu đến bộ tuabin để bôi trơn ổ đỡ trục tuabin

6 5

7

12

11

9 10

1 2

3 13

4 8

Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống bôi trơn

1 - Phao hút; 2- Cácte; 3- Bơm dầu; 4- Van an toàn; 5- Trục cân bằng;

6- Trục khuỷu; 7- Đường dầu chính; 8- Trục tuabin; 9- Trục cam;10- Đường dầu lên

chốt pittông; 11- Đồng hồ áp suất; 12- Két làm mát; 13- Lọc dầu

4.1.1 Bôi trơn trục khuỷu

Trục khuỷu của động cơ MAZDA WL TURBO được đúc liền một khối bằng thép hợp kim bao gồm 5 cổ khuỷu và 4 chốt khuỷu Bên trong trục khuỷu có khoang các đường đầu để bôi trơn bề mặt ma sát như chốt khuỷu, má khuỷu Đầu trục khuỷu có phay hai rảnh then để lắp bánh răng dẫn động bơm cao áp, puly dẩn động bơm nước và máy phát Bánh đà được lắp ở đuôi trục khuỷu bằng các bulông Dầu từ đường dầu chính trong thân máy đi đến các cổ trục khuỷu đến bôi trơn cổ trục, trong trục khuỷu có khoan các lỗ dẫn dầu lên bôi trơn chốt khuỷu

1 2 3 4 5 6

Hình 4.2 Kết cấu trục khuỷu và các lỗ dẫn dầu

1 - Puly; 2 - Bánh răng; 3 - Cổ trục khuỷu; 4 - Chốt khuỷu;

5 - Má khuỷu; 6 - Bánh đà

4.1.2 Bôi trơn nhóm pittông - thanh truyền

Pittông được đúc bằng hợp kim nhôm, do đó khối lượng của pittông tương đối nhẹ, mp = 1,2 (kg) Trên pittông có 3 rảnh để lắp xécmăng, vì tốc độ động cơ cao nên chỉ cần hai xécmăng khí để làm kín và một xécmăng dầu Đỉnh pittông được khoét lỏm ở gần lổ thông từ buồng cháy phụ nhằm tạo lưu động dòng khí và quá trình tạo hỗn hợp cháy tốt hơn, chiều sâu khoét lõm bằng 2 mm Chân pittông có vành đai để tăng độ cứng vững cho pittông khi làm việc Để bôi trơn bề mặt làm việc của xylanh - pittông đầu to thanh truyền có khoan một lỗ để phun dầu lên thành xylanh

7 6

5

4 3

2

1

Hình 4.3 Nhóm pittông -thanh truyền

1- Xécmăng khí; 2 - Pittông; 3- Chốt pittông; 4- Xécmăng dầu;

5- Đầu nhỏ; 6- Bulông; 7- Nắp đầu to

4.1.3 Bôi trơn cơ cấu phân phối khí.

Cơ cấu phân phối khí của động cơ MAZDA WL TURBO sử dụng phương án

bố trí xupáp treo Động cơ sử dụng 12 xupáp, gồm 4 xupáp thải và 8 xupáp nạp, để điều khiển việc nạp thải Để dẫn động xupáp, động cơ dùng một trục cam bố trí trên nắp xylanh, đầu trục cam có một puly được dẫn động từ trục bơm cao áp thông qua

bộ truyền đai Các xupáp được bố trí thành hai dãy dọc theo thân máy (một dãy nạp

và một dãy thải), xupáp được dẫn động gián tiếp thông qua cò mỗ

Trục cam bao gồm 5 cổ trục để lắp vào nắp xylanh và 12 vấu cam Bên trong trục cam có đường dầu để bôi trơn, tẩy rửa và làm mát các bề mặt ma sát trong cơ cấu phân phối khí Từ đường dầu chính trong trục cam có các đường dầu nhỏ để phân phối dầu bôi trơn đến mặt cam và cò mổ

Hình 4.4 giới thiệu kết cấu của trục cam và bố trí đường dầu bôi trơn cấu phân phối khí

1 2 3 4 5

Hình 4.4 Trục cam và cách bố trí đường dầu bôi trơn

1-Bạc ; 2- Đường dầu; 3- Bulông; 4- Cam; 5- Cổ trục

4.1.4 Bôi trơn bộ tuabin tăng áp

1

Hình 4.5 Kết cấu của bộ tuabin tăng áp và khoang dầu bôi trơn

1- Bánh nén; 2- Phớt dầu; 3,5 - Bạc; 4- Khoang dầu bôi trơn; 6 - Trục tuabin;7- Bánh tuabin; 8- Vỏ tuabin; 9 - Khoang nước làm mát; 10 - Vỏ giữa; 11- Vỏ máy nén

Bộ tuabin tăng áp sữ dụng năng lượng còn lại của dòng khí thải làm quay bánh tuabin, bánh tuabin này gắn đồng trục với bánh nén Không khí từ bầu lọc không

khí qua cánh nén và được tăng áp đến áp suất pk > po Vì thế tăng được lưu lượng khí nạp

Hệ thống bôi trơn của bộ tuabin được tích hợp trong hệ thống bôi trơn của động cơ chính để bôi trơn các bạc bên trong vỏ giữa Dầu động cơ được cấp đến từ ống dầu vào và tuần hoàn giữa các ổ bi Sau khi bôi trơn các bạc, dầu chảy qua ống dầu ra và về cácte của động cơ

4.2 KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG BÔI TRƠN

4.2.1 Phao hút dầu

Hình 4.6 Cácte và phao hút dầu1- Cácte; 2 - Phao hút dầu Phao hút dầu gồm có lưới lọc và ống dẫn dầu Lưới lọc bằng đồng hoặc thép, cỡ mắt lưới đến 1 mm2, chủ yếu dùng để lọc sạch bọt bẩn và tạp chất có kích thước lớn Phao hút dầu được lắp chặt với ống dẫn dầu Nó được đặt cố định trên cácte dầu

4.2.2 Bơm dầu nhờn

Trong hệ thống bôi trơn, bơm dầu nhờn là một bộ phận rất quan trọng Như ta

đã biết, các động cơ hầu hết đều dùng phương pháp bôi trơn cưỡng bức, áp suất dầu được tạo ra nhờ bơm dầu

Bơm dầu có tác dụng cung cấp dầu cho các thiết bị nằm sau nó trên hệ thống một cách liên tục, đảm bảo áp suất, lưu lượng dầu cần cho hệ thống bôi trơn

Bơm dầu sử dụng trong động cơ đốt trong hầu hết đều là các bơm thể tích chuyển dầu bằng áp suất thuỷ tĩnh như: bơm piston, bơm phiến trượt, bơm bánh răng, bơm trục vít Mỗi loại bơm đều có đặc điểm kết cấu riêng Do đó có ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng cũng khác nhau

Trên động cơ ôtô, đa số sử dụng bơm bánh răng vì kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí,

áp suất đảm bảo cung cấp dầu liên tục Đặc biệt là độ tin cậy cao, tuổi thọ lâu dài Động cơ MAZDA WL TURBO sử dụng bơm bánh răng một cấp:

Áp suất dầu đi bôi trơn phải đảm bảo tính ổn định Do đó, trong bơm dầu có thêm van an toàn Nếu áp suất trên đường dầu vượt quá giới hạn cho phép, van an toàn

sẽ được mở ra nhờ áp suất dầu Dầu sẽ chảy một phần về đường dầu áp suất thấp

4.2.3 Lọc dầu.

Bộ lọc dầu sử dụng trên động cơ MAZDA WL TURBO thuộc loại lọc bằng giấy, được lắp ở đáy thân của bộ làm mát dầu, làm nhiệm vụ lọc thô và lọc tinh với nguyên lý làm việc như sau:

4

3

1 2

Hình 4.8 Kết cấu bầu lọc 1- Trục bầu lọc; 2 - Vỏ bầu lọc; 3- Nắp bầu lọc; 4 - Lỗ dẫn dầu

a Lọc thô

Dầu nhờn từ đường dầu chính với áp suất cao đi vào bầu lọc (phần trên) Trong bầu lọc giấy lọc và khung tấm lọc được xếp xen kẽ nhau, dầu thấm qua lọc và được lọc sạch Dầu sau khi được lọc sạch, sau đó chảy vào các lỗ dầu, theo lỗ trên trục bầu lọc đi bôi trơn

b Lọc tinh.

Do yêu cầu thực tế sử dụng để tăng tính năng của dầu nên theo kiểu kết cấu của bầu lọc này Dầu sau khi qua phần tử lọc thô, một lượng dầu đi qua phần tử lọc tinh, dầu được lọc sạch và chảy về cácte

4.2.4 Két làm mát dầu nhờn.

Như ta đã khảo sát, trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt độ của dầu nhờn sẽ tăng dần lên do: tải nhiệt sinh ra trong quá trình ma sát, do tiếp xúc với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như đỉnh pittông để giữ cho độ nhớt của dầu nhờn đảm bảo khả năng bôi trơn và các đặc tính lý - hoá khác, cần phải làm mát dầu nhờn

để giữ cho nhiệt độ của dầu nhờn được ổn định

Thông thường, người ta làm mát dầu nhờn bằng hai cách: làm mát bằng nước

và làm mát bằng không khí Động cơ khảo sát làm mát bằng nước Nước làm mát được dẫn vào khoang chứa, còn dầu nhờn đi bên trong các ống dẫn dầu và lưu động ngược chiều với dòng nước để tăng tác dụng truyền nhiệt

4.2.5 Thông gió hộp trục khuỷu

Có hai phương án thông gió hộp trục khuỷu: thông gió hở và thông gió kín Động cơ MAZDA WL TURBO sử dụng phương án thông gió hở Đây là kiểu thông gió tự nhiên, để không khí trong hộp trục khuỷu thoát ra ngoài theo ống thông gió Khí trong hộp trục khuỷu lưu động được nhờ có pittông chuyển động hoặc xe ôtô chuyển động tạo vùng áp suất thấp ở miệng ống hút Do đó không khí trong hộp trục khuỷu thoát ra ngoài

Hình 4.10 Kiểu thông gió hở

1- Bầu lọc gió; 2- Nắp xilanh; 3- Lọc khí thông gió; 4-Ống gió vào;

5- Thanh truyền; 6- Ống ra; 7- Lọc ngăn dầu; 8- Pittông

5.TÍNH TOÂN NHIỆT, ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG CƠ.

5.1 TÍNH TOÂN NHIỆT ĐỘNG CƠ

Bảng 5.1 Thông số chọn của động cơ

m a

r t

k

a k

k

p

p p

p T T T

1 2

−

48 1 1

1132.0

132,0.98,0.14,104,1.8,19.118,0

1132,0.20310

310.18,191

3.Hệ số khí sót.

γr = ( ) k r v

k r T p

T p

ηε

λ

1

2

− (5-2)

γr = (19,8 1).0,118.800.0,933

310.132,0.98.0

r

a r r t k

p

p T T

T

γ

γλ

+

∆+

−

1

1

[oK] (5-3)

Ta =

0248,01

132,0

1135,0.800.0248,0.14,120

1 48 , 1

= (5-4)2.Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy

=

αα

22.1

36,18438,4272

122,1

634,1867,19

3.Tỷ nhiệt mol của hỗn hợp công tác

m C m C m C a b v T

v r

v r v

2

''1

(5-6)

21.2

22,1

634,1867,19

v a

22,1

36,18438,427

v b

' 1 . " 19,8061 00,,02480248.21.2

+

+

=+

+

=

r

v r v v

a a

a

γγ

a'v=19.84

0248,01

10.5784.0248,000419,01

"

.'

6

+

+

=+

+

r

v r v v

b b

b

γγ

b'v=0,00423

2

0042214,

083,19

4.Chỉ số nén đa biến trung bình

Tính gần đúng bằng phương trình nén đa biến:

2'

314,81

1 '

1

1 ++

+

=

−

n a

Ta có:

2

004217,

083,19

314,81

1 3647 , 1

1

++

M o [kmol/kg.nl] (5-10) Đối với nhiên liệu diesel:

C = 0,87 ; H = 0,126 ; O = 0,004

32

004,04

126,012

87,021,0

126,06035,0324

ξγ

= (5-14)

00,,8285

0248,01

1052,11

+

−+

=

z

β

βz =1,053

7 Hệ số tỏa nhiệt xz tại z.

= = 00,,8285

b

z z

z v

r z v

vz

x M x

M

x M a x

M a a

−+







+

=

1

1.'

"

"

1 0

2

1 0

2

βγβγ

603,0052,1

0248,00366,1.635,0

0366,11.603,0.84,19052,1

0248,00366,1.635,0.2,21

"

−+

z v

r z vz

vz

x M x

M

x M b x

M b b

−+

1

"

'

"

1 0

2

1 0

2

βγβγ

.603,0052,1

0248,00366,1.635,0

0366,11.603,0.10.4228052

,1

0248,00366,1.635,0.10.5784

"

6 6

−+

,21

" = + − 6 [KJ/kmoloK]

9 Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz

Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz được tính theo phương trình sau:

.314,8'1

1

βλ

Trong đó :

2

10.5838.053,12

−

γξ

00423,084,190248,01.989,0

42530.85,0

13,31003

1 Tỷ số giãn nở sớm

.10422555

1,2

053,1 =

=

c

z z T

8,

19 =

=

=ρ

H z

T T M

Q

n

++

+

−+

−

−

=

.2

"

"

.1

314,81

1

2

γβ

,2112032555

.0248,01229,1.603,0

42530.85,082,0

314,8

2

++

+

−+

−+

n

n2 =1,2701

Vậy chọn n2 = 1,271

4 Kiểm nghiệm lại trị số n2

Trị số n2 được kiểm nghiệm lại theo phương trình :

b z r

H z

T T M

Q

n

++

+

−+

−

−

=

.2

"

"

.1

314,81

1

2

γβ

,2112032555

.0248,01229,1.603,0

42530.85,082,0

314,8

2

++

+

−+

−+

2 =

b

p p

p

p T T

132,0

1203 1,48

1 48 , 1

T T T

11

11

.1.1

i

n n

p p

εδ

ρλρ

λ

= −  ( − )+ −  − 1 , 271 − 1− −  −19,81 , 3647 − 1

11

13647,1

11

,16

11

1271,1

229,1.1,21229,1.1,218,19

776,6

'i

p

k i

T p

M

314 ,

g g

.30 τ

π

= [mm] (5-34)

92.14,3

625,0.41000

Phương trình đường nén p.V n1 =const,do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì:

V V p p

p

Với n1 là chỉ số nén đa biến trung bình, xác định thông qua tính nhiệt

2 Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở

Phương trình của đường giãn nở đa biến p.V n2 =const, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì:

V V p

Với n2 là chỉ số giãn nở đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt

3 Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở

Bảng 5.2 Bảng số liệu P - V trên đường nén và đường giãn nở.

Xác định các điểm đăc biệt:

Các điểm đặc biệt là:

),

(V c p r

r ;a(V a,p a) ; b(V a,p b) ; c(V c,p z) ; y(V c,p z) ; z(V z,p z) ; i(V a,p r)

625,092,0.4

93,0.14,3.4

.14,

625,0

in1 1/in1 Pc/in1 in2 1/in2 Pz.ρn2/in2