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.

Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Trang 1 DESCRIPTION 1.1D(D3FA) 1.5D(D4FA) DISPLACEMENT(cc) 1,120 1,493 BORE X STROKE(mm) 75X84.5 75X84.5 MAX. POWER (ps/rpm) 75/4,000 110/4,000 MAX. TORQUE (kg.m/rpm) 15.5/2,000 24/2,000 DIMENSION (mm) LENGTH 394 479 WIDTH 587 587 HEIGHT 644 634 WEIGHT IN DRY(kg) 140.4 157 CYCLE 4 4 NO. OF CYLINDER 3 4 CYLINDER ARRANGEMENT IN-LINE IN-LINE FIRING ORDER 1-3-4-2 1-3-4-2 COMPRESSION RATIO 17.8 17.8 ASPIRATION VGT VGT ALTERNATOR(V-A) 12-90 12-90 STARTER MOTOR(V-kw) 12-2.0 12-2.0 BSM(balance shaft module) IN OIL PAN Non ETC(electronic throttle control) ECU ECU TIMING TRAIN CHAIN CHAIN Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Trang 2 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 HIỆU YÊU CẦU CHỌN HYUNDAI D4FA Nhiên liệu Diesel Diesel Số xilanh/ Số kỳ/ Cách bố trí i/ τ / 4/ 4/ In-line 4/ 4/ In-line Thứ tự làm việc 1-3-4-2 1-3-4-2 Tỷ số nén 17.5 17.8 Đường kính x hành trình piston (mm x mm) D x S 84 x 89.5 75x 84.5 Công suất cưc đại/ Số vòng quay (kW/vg/ph) Ne / n 80/ 4400 81/4000 Góc ph ối khí (độ) Mở sớm xupap nạp α1 12 6 Đóng muộn xupap nạp α2 53 34 Mở sớm xupap thải α3 42 46 Đóng muộn xupap thải α4 10 4 Hệ thống nhiên liệu CRDI CRDI Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cácte ướt Cưỡng bức cácte ướt Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng Hệ thống nạp Turbo Charger Intercooler Turbo Charger Intercooler Hệ thống phối khí 16valve -,DOHC 16valve -,DOHC 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. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Trang 3 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 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Trang 4 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 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Trang 5 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 4 1 2 3 5 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Trang 6 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 số 1 0,20 đến 0,35mm số 2 0,35 đến 0,50mm dầu 0,20 đến 0,40mm 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 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Trang 7 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 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Trang 8 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 6 1 2 4 3 5 5 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Trang 9 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 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Trang 10 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. 3 2 4 1 1 2 [...]... đồng đều theo thời gian -Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ bảo dưỡng sửa chữa, có độ bền cao, chịu được mài mòn rung xóc, tính kinh tế cao Trang 22 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG 2 Hình 3.4 bánh răng dùng trên động cơ D4FA 1- Bánh răng chủ động; 2- Bánh răng bị động Bơm dầu nhờn sử dụng trên động cơ D4FA là loại bơm bánh răng một cấp với nguyên lý làm việc như sau: Bơm bánh... 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, ... cácte Trang 12 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG 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... vào bánh răng dẫn động trên trục chủ động Bánh răng chủ động được lắp cố định trên trục khuỷu nhờ mối ghép then Khi trục khuỷu quay, bánh răng chủ động 1 được trục khuỷu dẫn động nên quay theo, bánh răng chủ động 1 quay nên bánh răng bị động 2 cũng quay theo Dầu nhờn từ đường dầu áp suất thấp được hai bánh răng guồng sang tạo nên áp suất cao cho dòng dầu Trên mặt đầu của bơm có rãnh triệt áp để tránh... đối với sức khỏe con người Trang 11 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG 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... 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 Trang 13 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG nhiên liệu hiện đại CRDI là hệ thống phun nhiên liêu... 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... 6 ép lưới lọc trên vỏ của nó, đồng thời tránh được sự rung xóc trong quá tŕnh làm việc Phần tử lọc số 3 là một ống hình dạng gấp nếp được gia công lỗ lọc dầu kích thước lỗ không lớn lắm khoảng   0.05-0.06 (mm), vật liệu chế tạo bằng hợp kim đồng, có khả năng chống Trang 18 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG ăn mòn cao, ngày nay ngoài dạng kết cấu lưới lọc đã được giới thiệu.. .Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG 10 11 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... sát ướt các bề mặt làm việc cần thiết -Phải có thiết bị lọc nhằm lọc sach dầu nhờn khỏi bụi bẩn và các hạt mài kim loại Trang 14 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG -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 . 9-Xupap; 10-Con đội; 11-Đường nạp; 12- Roan làm kín Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Trang 5 2.2.2. PISTON - THANH TRUYỀN. Hình 2.3. Piston thanh truyền HYUNDAI. 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. 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