Đồ án thiết kế động cơ đốt trong: Động cơ Huyndai D4FA

Đồ án thiết kế động cơ đốt trong Động cơ Huyndai D4FA trình bày về đặc điểm của động cơ các cơ cấu của động cơ Huyndai D4FA, các hệ thống của động cơ D4FA, phân tích đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn. Các bạn chuyên ngành Cơ khí có thể tham khảo tài liệu này trong việc làm đồ án của mình.

BSM(balance shaft module) IN OIL PAN Non

ETC(electronic throttle control) ECU ECU

2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHON THAM KHẢO

Dựa vào thông số kỹ thuật của động cơ đề cho, qua thời gian tìm kiếm và tra cứu thông số kỹ thuật của nhiều động cơ, em tìm được động cơ HYUNDAI D4FA có thông

số kỹ thuật gần giống với động cơ đề yêu cầu Các thông số kỹ thuật của động cơ HYUNDAI D4FA được thể hiện trong bảng dưới đây

2.1 THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ CHỌN TƯƠNG ĐƯƠNG

THÔNG SỐ KỸ THUẬT

KÝ

CHỌN HYUNDAI D4FA

Số xilanh/ Số kỳ/ Cách bố trí i/ τ / 4/ 4/ In-line 4/ 4/ In-line

ướt

Cưỡng bức cácte ướt

Hệ thống làm mát

Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng

Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng

Intercooler

Turbo Charger Intercooler

Động cơ HYUNDAI D4FA lắp trên xe Hyundai Getz, Hyundai Accent, đây là các loại xe của Hyundai, một hãng sản xuất xe của Hàn Quốc Động cơ HYUNDAI D4FA là động cơ 4 xi lanh được bố trí thẳng hàng, cơ cấu phân phối khí sử dụng trục cam kép đặt trên nắp máy (DOHC) với 16 xupap, gồm bốn xupap cho mỗi xylanh, hai xupap nạp và hai xupap thải Đây là loại động cơ điesel tăng áp sử dụng hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp dùng ống dẫn chung Commonrail điều khiển bởi ECU Động cơ có tổng dung tích xilanh 1.5l, công suất cực đại là 81kw ở vòng tua máy 4000v/ph

Hình 2.1 Cấu tạo chung động cơ HYUNDAI D4FA

1-Vòi phun; 2-Giá kẹp vòi phun; 3-Nắp đậy; 4-Roan làm kín; 5-Máy phát điện; 6-Puly bơm nước; 7-Giá đở động cơ; 8-Căng đai; 9-Puly trục khuỷu ; 10-Then puly;

11-Cátte; 12-Lọc dầu bôi trơn; 13-Bơm nước làm mát;

14-Bơm cao áp; 15-Vỏ đậy xích cam

2.2 CÁC CƠ CẤU CỦA ĐỘNG CƠ HYUNDAI D4FA

2.2.1 CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ

Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí Thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy khí hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh để động cơ làm việc liên tục Để đảm bảo công suất cực đại của động cơ, cần phải hút càng nhiều hỗn hợp

không khí - nhiên liệu vào xilanh và thải ra càng sạch khí cháy càng tốt Vì thế, hỗn hợp không khí - nhiên liệu và quán tính khí cháy được tính đến trong quá trình thiết kế tăng tối đa thời gian mở xupap

Động cơ D4FA sử dụng cơ cấu phân phối khi kiểu DOHC gồm có 2 trục cam nằm trên nắp máy và được dẫn động từ trục khuỷu thông qua xích và bánh răng để điều khiển việc đóng mở xu páp nạp và xu páp xả

Hình 2.2 Cơ cấu phân phối khí

1-Nắp cổ trục cam; 2-Truc cam; 3-Bánh răng trục cam; 4-Cò mổ; 5-Móng ngựa;

6-Chén chặn trên; 7-Lò xo xupap; 8- Chén chặn dưới; 9-Xupap;

10-Con đội; 11-Đường nạp; 12- Roan làm kín

2.2.2 PISTON - THANH TRUYỀN

Hình 2.3 Piston thanh truyền HYUNDAI D4FA

1 Piston; 2.Thanh truyền; 3.Bạc lót đầu to thanh truyền;

4.Nắp đầu to; 5.Bu lông đầu to

2.2.2.1 NHÓM PISTON

Piston là một chi tiết quan trọng của động cơ đốt trong Trong quá trình làm việc, ngoài chức năng dẫn hướng, piston là chi tiết trực tiếp tiếp nhận lực khí thể sinh ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu, làm việc trong môi trường có nhiệt độ rất cao và ma sát mài mòn lớn, lực tác dụng và nhiệt độ cao do khí thể và lực quán tính sinh ra gây nên ứng suất cơ học và ứng suất nhiệt trong piston, do làm việc ở môi trường có nhiệt

độ cao nên piston dễ bị mài mòn do không được bôi trơn đầy đủ Piston có nhiệm vụ quan trọng như sau:

Tiếp nhận lực khí thể và truyền cho thanh truyền (trong quá trình cháy và giản nở),

để làm quay trục khuỷu nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải ra khỏi xilanh trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp Trong động cơ

hai kỳ, piston có tác dụng như một van trượt làm nhiệm vụ đóng mở lỗ lỗ quét và lỗ thải Ngoài ra, piston còn có chức năng dẫn hướng chuyển động trong xylanh

Trên piston còn có các xéc măng, nhiệm vụ chính của các xéc măng này là đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ không cho khí cháy trong buồng cháy lọt xuống các te và ngăn không cho dầu nhờn từ các te sục lên buồng cháy

Khe hở cho phép của các secmăng cho dưới bảng:

Secmăng Điều kiện tiêu chuẩn

Dưới đây là cấu tạo piston của động cơ Hyundai D4FA

Hình 2 4 Piston động cơ HYUNDAI D4FA

1 Xéc măng khí 2.Xéc măng dầu 3.Piston

Piston được làm bằng hợp kim nhôm có kết cấu đặc biệt đỉnh piston lõm Piston

có 3 rãnh xéc măng gồm 2 xéc măng khí và 1 xéc măng dầu Trên đỉnh piston có đánh đấu để khỏi nhầm lẫn trong quá trình lắp ráp

1

2

3

2.2.2.2 THANH TRUYỀN

Thanh truyền là chi tiết nối piston với trục khuỷu, nó có tác dụng truyền lực tác dụng trên piston xuống trục khuỷu, để làm quay trục khuỷu Khi động cơ làm việc thanh truyền chịu tác dụng của các lực sau: Lực khí thể trong xi lanh, lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm piston, lực quán tính của thanh truyền ở trên là chức năng của một thanh truyền nói chung Còn dưới đây là thanh truyền của động cơ

Hyundai D4FA

Thanh truyền của động cơ D4FA được chế tạo bằng thép các bon và thép hợp kim thép các bon Tiết diện của thanh truyền có dạng chữ I, trên đầu nhỏ thanh truyền có khoan lỗ dầu để bôi trơn xilanh và chốt piston, đầu to thanh truyền chế tạo hai nửa lắp

ghép lại với nhau Nắp đầu to thanh truyền lắp với thanh truyền nhờ hai bu lông

Hình 2.5 Kết cấu thanh truyền

1-Đầu nhỏ thanh truyền; 2-Thân thanh truyền; 3-Đầu to; 4-Bạc lót đầu to

1

2

3

4

2.2.3.TRỤC KHUỶU- BÁNH ĐÀ

Hình 2.6 Kết cấu trục khuỷu bánh đà

1-Chốt khuỷu; 2-Lỗ dầu; 3-Má khuỷu; 4-Cổ trục chính;5-Bánh đà; 6-Bạc lót cổ trục

Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất, thường được gọi là cốt máy Công dụng của trục khuỷu là tiếp nhận lực tác dụng trên piston truyền qua

thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục

khuỷu để đưa công suất ra ngoài Trạng thái làm việc của trục khuỷu là rất nặng Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính (quán tính chuyển động tịnh tiến và quán tính chuyển động quay) những lực này có trị số rất lớn thay đổi theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập rất mạnh Việc cân bằng trục khuỷu cũng rất quan trọng Ngoài ra các lực tác dụng nói trên còn gây ra hao mòn lớn trên các bề mặt ma sát của cổ trục và chốt khuỷu

Trục khuỷu động cơ D4FA là trục khuỷu được chế tạo liền truc, là dạng trục khuỷu đủ với 5 cổ trục chính, 4 cổ khuỷu, 8 má khuỷu Kết cấu của một trục khuỷu gồm

có : Cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu, đối trọng Ngoài ra trên trục khuỷu còn có

đường ống dẫn dầu bôi trơn, chốt định vị, các bánh răng dẫn động trục cam, bơm đầu

bôi trơn và puly dẫn động quạt gió, máy nén khí

Đầu trục khuỷu được lắp bộ giảm dao động xoắn và các bánh răng dẫn động bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp và puly dẫn động các cơ cấu phụ như quạt gió, máy nén Bộ giảm dao động xoắn có tác dụng thu năng lượng sinh ra do các mômen kích thích trong

hệ trục khuỷu do đó dập tắt dao động gây ra bởi các mômen đó

Chốt khuỷu là bộ phận dùng để nối với đầu to thanh truyền Để giảm độ mài mòn, tăng tuổi thọ cho chốt khuỷu người ta dùng bạc khi lắp chốt khuỷu với đầu to thanh truyền

Cổ trục khuỷu dùng để lắp trục khuỷu trên thân máy và cho phép trục khuỷu chuyển động quay Khi lắp cổ trục vào hộp trục khuỷu người ta dùng bạc lót để giảm mài mòn

Má khuỷu là bộ phận nối liền cổ trục chính và chốt khuỷu Trên má khuỷu người ta

có gắn các đối trọng có tác dụng cân bằng mômen quán tính cho trục khuỷu

Đuôi trục khuỷu được lắp với bánh đà Để tránh dầu bôi trơn trong cácte động cơ

rò ra ngoài ở đầu và đuôi trục khuỷu người ta có lắp các phớt chặn dầu

Bạc trục khuỷu được doa tinh sẽ đạt được khe hở dầu tối ưu Do đó cải thiện được trạng thái khởi động lạnh và giảm được rung động của động cơ Nửa bạc trên có rãnh dầu dọc theo lòng chu vi

2.3 CÁC HỆ THỐNG CỦA ĐỘNG CƠ D4FA

2.3.1 HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

Hệ thống khởi động bằng điện với phương pháp điều khiển gián tiếp bằng rơle điện từ Để tránh khả năng không kịp tách bánh răng ra khi động cơ đã nổ, người ta làm kiểu truyền động một chiều bằng khớp truyền động hành trình tự do loại cơ cấu cóc Khi người lái đóng khóa điện, dòng điện sẽ đi vào cuộn đẩy mà lõi thép của nó được nối với cần gạt Cuộn dây có điện trở thành nam châm hút lõi thép sang phải, đồng thời làm quay cần gạt dịch chuyển bánh răng truyền động vào ăn khớp với bánh

đà Khi bánh răng của khớp truyền động đã vào ăn khớp với bánh đà, thì vành tiếp điểm cũng nối các tiếp điểm, đưa dòng điện vào các cuộn dây của máy khởi động Máy khởi động quay, kéo trục khuỷu của động cơ quay theo Khi động cơ đã nổ thì người lái nhả

khóa điện, các chi tiết trở về trạng thái ban đầu dưới tác dụng của lò xo hồi vị

Hình 2.7 Kết cấu máy khởi động

1-Moto khởi động; 2-Rơle khởi động

Hình 2.8 Kết cấu bên trong máy khởi động

1-cuộn solenoid ; 2-Bộ góp; 3-Lõi thép;4-Khớp li hợp

2.3.2 HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ D4FA

Động cơ D4FA có hệ thống làm mát bằng nước kiểu một vòng kín.Tuần hoàn cưỡng bức bao gồm: Áo nước xi lanh, nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió và các đường ống dẫn nước Hệ thống làm mát sử dụng nước nguyên chất có pha chất phụ gia chống gỉ Két làm mát lắp trên phía đầu xe, két làm mát có đường nước vào từ van hằng nhiệt và có đường nước ra đến bơm, trên két nước có các giàn ống dẫn nước gắn cánh tản nhiệt

Bơm nước kiểu ly tâm được dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu Quạt gió được dẫn động bằng động cơ điên riêng

Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ D4FA

1.Thùng chứa nước mát; 2.Lưới tản nhiệt; 3.Giá lắp lưới tản nhiệt;

4 Ống nước trên; 5 Ống nước dướ; 6.Ống đầu làm mát ;7.Quạt làm mát; 8.Giá gắng quạt; 9.Mô tơ quạt làm mát; 10-Bơm nước; 11-Puly bơm

2.3.3 HỆ THỐNG XẢ

Khí xả được thải ra ngoài môi trường qua ống xả

Hệ thống xả gồm: ống góp xả và ống xả nối với nhau bằng khớp cầu Trên ống xả

có các bộ trung hòa khí xả để làm cho các chất độc hại CO (cacbon oxit), HC (Hiđrô cacbon) và NOx (Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H2O, CO2, N2) khi luồng khí xả đi qua, với các chất xúc tác platin, pladini, iridi, rodi Để khí xả ra ngoài môi trường không độc hại đối với sức khỏe con người

10

11

Hình 2.10 Sơ đồ hệ thống xả động cơ D4FA

1-Đường dẫn khí xả ra ngoài ; 2-Bộ giảm âm; 3-Bộ chuyển đổi khí thải

2.3.4 HỆ THỐNG BÔI TRƠN

Hệ thống bôi trơn cung cấp dầu bôi trơn đến các chi tiết chuyển động quay và trượt của động cơ sao cho chúng có thể làm việc êm dịu, tránh mài mòn Nó cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc làm mát

Hệ thống bôi trơn gồm có: bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đường ống dầu

sẽ từ cácte được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào các đường dầu dọc thân máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạc biên, theo các lỗ phun lên thành xylanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo các đường dẫn dầu tự chảy về cácte

Hình 2.11 Hệ thống bôi trơn động cơ D4FA

1-Nắp lọc dầu; 2-Lưới lọc ;3-Thân bầu lọc; 4-Đường dầu bôi trơn;

5- Catte chứa dầu bôi trơn ; 6- Cụm ống dẫn dầu và lưới lọc thô

2.3.5 HỆ THỐNG NHIÊN LIÊU

Hệ thống nhiên liệu của động cơ DIESEL trong động cơ đốt trong có nhiệm vụ như sau: Cung cấp nhiên liệu vào xilanh động cơ đúng lúc theo một quy luật đã định Phun tơi và phân bố đều hơi nhiên liệu trong thể tích buồng cháy Đó là dùng chung cho động cơ đốt trong nói chung Còn với hệ thống nhiên liệu của động cơ D4FA của xe HYUNDAI thì được trình bày như sau:

Hệ thống nhiên liệu của động cơ D4FA chứa nhiên liệu dự trữ đảm bảo cho động

cơ hoạt động liên tục trong khoảng thời gian quy định, lọc sạch nước và tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho mỗi chu trình ứng với chế

độ làm việc qui định của động cơ, cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xy lanh theo trình tự làm việc của động cơ và cung cấp vào các xy lanh động cơ đúng lúc theo một quy luật đã định Để đảm bảo được chức năng trên động cơ D4FA sử dụng hệ thống

nhiên liệu hiện đại CRDI là hệ thống phun nhiên liêu trực tiếp dùng ống dẫn chung và được điều khiển bởi ECU

Hình 2.12 Hệ thống nhiên liệu

1-Ống phân phối; 2-Đường dầu đến vòi phun; 3-Vòi phun; 4-Đường dầu hồi; 5-Đường dầu đến bơm; 6-Thùng dầu; 7-Lọc dầu thô; 8-Nắp thùng dầu;

9-Van kiểm tra; 10-Lọc tinh;11- Van 1 chiều; 12-Bơm cao áp

3 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA

-Phải có thiết bị làm mát dầu nhờn nhằm giữ nhiệt độ dầu nhờn ở nhiệt độ quy định

-Hệ thống bôi trơn làm việc an toàn, hiệu quả cao

-Công suất tiêu hao cho hệ thống bôi trơn nhỏ

-Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, có độ bền cao, dễ bảo dưỡng, sửa chữa

-Tính kinh tế cao

3.1.3 Phân loại hệ thống:

+Dựa vào phương pháp bôi trơn ta có các loại sau:

-Bôi trơn bằng phương pháp vung té: phương pháp này thường dùng trong các động cơ một xi lanh nằm ngang hoặc thẳng đứng kết hợp bôi trơn bằng phương pháp bôi trơn cưỡng bức Để có thể vung té dầu nhờn được thường trên má khuỷu người ta chế tạo đối trọng kiểu như một thìa múc dầu Trong mỗi vòng quay của trục khuỷu thì múc dầu đồng thời nhờ lực li tâm của chuyển động quay vung té dầu nhờn tới các bề mặt làm việc Các hạt dầu vung té bên trong không gian của các te và rơi tự do xuống các bề mặt ma sát của ổ trục Để đảm bảo cho các ổ trục không bị thiếu dầu, trên các vách ngăn bên trên ổ trục thường có các gân hứng dầu Phương pháp này có ưu điểm đơn giản nhưng không bảo đảm được lưu lượng dầu bôi trơn của các ổ trục nên rất ít dùng

-Phương pháp bôi trơn cưỡng bức: ngày nay được sử dụng ở hầu hết trên các loại động cơ Dầu trong hệ thống bôi trơn được bơm dầu đẩy đến các bề mặt ma sát dưới một áp suất dầu nhất định, do đó hoàn toàn đảm bảo yêu cầu bôi trơn, làm mát và tẩy rửa các bề mặt ma sát của ổ trục

-Phương pháp bôi trơn bằng cách pha dầu nhờn vào nhiên liệu: phương pháp này chỉ được áp dụng ở động cơ xăng cỡ nhỏ loại động cơ xăng hai kì Vì loại động cơ này

sử dụng các te làm buồng quét khí Hỗn hợp dầu và xăng sau khi qua bộ chế hoà khí được xé thành các hạt nhỏ cùng với không khí tạo thành hỗn hợp Khí hỗn hợp này được nạp vào cácte của động cơ rồi theo lỗ quét đi vào xi lanh Trong quá trình này các hạt dầu nhờn lẫn trong khí hỗn hợp ngưng đọng và bám lên bề mặt chi tiết máy để bôi trơn các bề mặt ma sát

+ Dựa theo lượng dầu bôi trơn chứa trong cácte ta có các loại sau:

-Hệ thống bôi trơn cácte ướt

-Hệ thống bôi trơn cácte khô

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 3.1 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 hằng nhiệt;

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

3.2 Công dụng của dầu nhờn:

Trong hệ thống bôi trơn của động cơ đốt trong sử dụng dầu nhờn để giảm ma sát cho các ổ trục, tải nhiệt lượng do ma sát sinh ra khỏi ổ trục, bảo vệ các bề mặt chi tiết trong động cơ không bị gỉ, làm kín các bề mặt chi tiết nhất là bề mặt piston xi lanh, tẩy rửa các bề mặt khỏi các hạt mài kim loại

5

12