Thiết kế hệ thống bôi trơn động cơ 4g94 lắp trên MITSUBISHI LANCER 2 0 ( bản vẽ + thuyết minh file đính kèm)

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. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, tính toán và thiết kế 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... Mỗi hệ thống đều có tầm quan trọng nhất định. Hệ thống bôi trơn là một trong những hệ thống chính của động cơ có ý nghĩa như vậy. Với ý nghĩa đó, em chọn đề tài tốt nghiệp là “Thiết kế hệ thông bôi trơn động cơ 4G94 lắp trên xe MITSUBISHI 2.0”. Với những kiến thức do các thầy, cô truyền đạt kết hợp với việc sưu tầm tìm hiểu tài liệu có liên quan và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy Dương Đình Nghĩa, đến nay em đã hoàn thành đồ án được giao. 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

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh, giữ vai trò quan trọng trongnhiều 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

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, tính toán và thiết kế 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 Mỗi hệ thống đều có tầm quan trọng nhất định Hệ thống bôi trơn là một

trong những hệ thống chính của động cơ có ý nghĩa như vậy

Với ý nghĩa đó, em chọn đề tài tốt nghiệp là “Thiết kế hệ thông bôi trơn động cơ 4G94

lắp trên xe MITSUBISHI 2.0” Với những kiến thức do các thầy, cô truyền đạt kết hợp với

việc sưu tầm tìm hiểu tài liệu có liên quan và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy

Dương Đình Nghĩa, đến nay em đã hoàn thành đồ án được giao

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!

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2014 Sinh viên thực hiện

Lê Văn Ấn

Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG BÔI TRƠN TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1.NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG BÔI TRƠN

Ma sát và hao mòn giữa các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết là hai hiện tượng khôngthể tránh được trong quá trình hoạt động của động cơ và ôtô Hơn nữa điều kiện hoạt độngcủa động cơ và ôtô rất nặng nhọc nên ma sát và mức độ hao mòn trên các bề mặt tiếp xúc làrất lớn

Trong động cơ để bao kín lưng của xéc măng luôn phải tì sát lên mặt gương xilanhsinh ra ma sát trượt trong điều kiện áp suất, vận tốc và nhiệt độ cao, đây chính là nguyênnhân giảm tuổi thọ của động cơ Các bề mặt cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, chốt piston, các bềmặt trong của bạc lót đầu nhỏ và đầu to thanh truyền cũng chịu ma sát trượt rất lớn

Để giảm mức độ ma sát và hao mòn cần phải tránh sự tiếp xúc trực tiếp của các bề mặtchịu ma sát bằng cách dùng phương án và vật liệu bôi trơn thích hợp để hình thành cácmàng thủy động lực ngăn cách

1.1.1 Nhiệm vụ

Nhiệm vụ quan trọng nhất hệ thống bôi trơn là cung cấp liên tục dầu nhờn cho các bềmặt tiếp xúc của các chi tiết có chuyển động tương đối với nhau trong động cơ đồng thờilàm mát và tẩy rửa bề mặt ổ trục Vì vậy chủng loại và tính năng hóa lý của dầu bôi trơn,lưu lượng và áp suất của dầu bôi trơn trong hệ thống bôi trơn là những vấn đề rất quan trọngảnh hưởng rất lớn đến nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn

Dầu nhờn bôi trơn dùng cho động cơ đốt trong có bốn công dụng chính sau đây:

Bôi trơn mặt ma sát, làm giảm công suất ma sát

Khi bôi trơn bề mặt ma sát, dầu nhờn đóng vai trò như một chất đệm ngăn cách haimặt ma sát không tiếp xúc trực tiếp với nhau, chính căn cứ vào tính chất vật lý này ta phânloại ma sát trượt của ổ trục thành các loại:

+ Ma sát khô ( xảy ra khi giữa hai bề mặt ma sát không có dầu nhờn, các mặt ma sát tiếp xúc trực tiếp với nhau)

+ Ma sát ướt (xảy ra khi giữa hai bề mặt ma sát có một lớp dầu bôi trơn, khiếntrong quá trình chuyển động các mặt ma sát hoàn toàn không tiếp xúc trực tiếp với nhau)

+ Ma sát nửa khô hoặc nửa ướt (xảy ra khi màng dầu nhờn ngăn cách mặt ma sát bịphá hoại Mặt ma sát tiếp xúc cục bộ ở những vùng màng dầu nhờn bị phá hoại ).

+ Ma sát tới hạn (Là trạng thái trung gian giữa ma sát khô và ma sát ướt Khi xảy

ra ma sát tới hạn, trên mặt ma sát tồn tại một màng dầu rất mỏng màng dầu này chịu tácdụng của lực phân tử của bề mặt kim loại nên bám chặt trên bề mặt kim loại và mất khảnăng lưu động)

Hệ thống bôi trơn đảm bảo cung cấp dầu để các ổ trục làm việc ở trạng thái ma sát ướt

Hệ số ma sát thường nhỏ hơn hệ số ma sát khô từ hai đến năm lần Ví dụ khi ở trạng thái masát ướt, hệ số ma sát ướt của thép với babít là 0,05 trong khi đó ở ma sát khô là 0,25 Hệ số

ma sát của thép với đồng khi ma sát khô là 0,15 nhưng khi ma sát ướt đã giảm xuống 0,01

- Làm mát ổ trục

Sau một thời gian làm việc, công sinh ra từ quá trình cháy, do tổn thất ma sát sẽchuyển 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, sẽlàm nóng chảy các hợp kim chống mài mòn, bong tróc, cong vênh chi tiết Dầu nhờn trongtrường hợp này đóng vai trò làm mát ổ trục, tải nhiệt do ma sát sinh ra khỏi ổ trục, đảm bảonhiệt độ làm việc bình thường của ổ trục

- 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 mạtkim loại và cặn bẩn ở trên bề mặt được dầu mang đi, làm cho bề mặt sạch, giảm lượng màimòn

- Bao kín buồng cháy

Do có lớp dầu giữa khe hở xylanh và piston, giữa xéc măng và rãnh xéc măng nêngiảm được khả năng lọt khí xuống các-te Ngoài bốn nhiệm vụ trên, dầu nhờn còn có tácdụng như lớp bảo vệ chống ăn mòn hoá học

1.1.2 Yêu cầu

Để đảm bảo động cơ làm việc ổn định, tất cả các cụm chi tiết đều phải đảm bảo cầnđược bôi trơn đáp ứng yêu cầu nhất định về chế độ hoạt động, có các bề mặt ma sát cần

được bôi trơn ở xa đường dầu chính vì vậy đòi hỏi hệ thống bôi trơn phải cung cấp đủ dầuđến các bề mặt làm việc của chi tiết động cơ.

Dầu bôi trơn trong động cơ làm việc luôn ở trạng thái thay đổi về nhiệt, vì vậy để đápứng được yêu cầu của các bề mặt làm việc của các chi tiết, chất lượng dầu bôi trơn phải đảmbảo ở trạng thái tốt nhất Nếu chất lượng dầu không tốt sẽ gây cản trở quá trình hình thànhmàng dầu giữa các bề mặt ma sát

Tổn thất dầu bôi trơn là nhỏ nhất Để đáp ứng được yêu cầu này các cơ cấu, bộ phậnnhư là: bơm dầu phải đáp ứng cung cấp đủ lượng dầu với áp suất cần thiết để đi bôi trơn cácmặt ma sát, các bộ phận như két làm mát, lọc dầu đảm bảo gây trở lực cho dầu với mức thấpnhất, đường ống dẫn dầu không bị rò rỉ

1.2 CÁC PHƯƠNG ÁN BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Chọn phương án bôi trơn cho động cơ đốt trong sẽ tùy thuộc vào tính năng tốc độ,công suất, mức độ phụ tải trên ổ trục và công dụng của động cơ đốt trong Nói chung, khithiết kế hệ thống bôi trơn cho động cơ đốt trong có thể chọn một trong các phương án bôitrơn dưới đây:

1.2.1 Bôi trơn bằng phương án vung té dầu

Phương án bôi trơn này thường dùng trong các động cơ xi lanh nằm ngang có kết cấurất đơn giản, hoặc một vài loại động cơ một xi lanh kiểu đứng, dùng phương pháp vung té

và nhỏ dọt như động cơ Becna, Slavia kiểu cũ

Hình 1.1: 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- Bánh lệch tâm; 2- Piston bơm dầu;

3- Thân bơm; 4-Cácte; 5- Điểm tựa; 6- Máng dầu phụ

Ưu điểm của phương án này là kết cấu của hệ thống bôi trơn rất đơn giản nhỏ gọn, dễ

bố trí, giá thành rẻ do hệ thống ít các chi tiết, dễ bảo dưỡng sửa chữa

Nhược điểm của phương án bôi trơn này rất lạc hậu, tuổi thọ dầu giảm nhanh, dầukhông đủ áp lực nên thường ổ trục không được bôi trơn đầy đủ, không ổn định nên ít dùng,mặt khác do va đập dầu thường bị lão hóa nhanh, suất tiêu hao dầu nhờn cao Hiện nay,phương án này rất ít dùng

Nguyên lý làm việc: Dầu nhờn được chứa trong các-te (4), khi động cơ làm việc nhờvào thìa múc dầu lắp trên đầu to thanh truyền múc hắt tung lên Nếu múc dầu trong các-te

bố trí cách xa thìa múc của đầu to thanh truyền thì hệ thống bôi trơn có dùng thêm bơm dầukết cấu đơn giản để bơm dầu lên máng dầu phụ (6), sau đó dầu nhờn mới được hắt tung lên

Cứ mỗi vòng quay của trục khuỷu thìa hắt dầu múc dầu lên một lần Các hạt dầu vung té ra

bên trong khoảng không gian của cácte sẽ rơi tự do xuống các mặt ma sát của ổ trục Đểđảm bảo cho các ổ trục không bị thiếu dầu, trên các vách ngăn bên trên ổ trục thường có cácgân hứng dầu khi dầu tung lên.

1.2.2 Phương án bôi trơn cưỡng bức

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

Hệ thống bôi trơn cưỡng bức của động cơ nói chung bao gồm các thiết bị cơ bản sau:Thùng chứa dầu hoặc cácte, bơm dầu, bầu lọc thô, bầu lọc tinh, két làm mát dầu nhờn, cácđường ống dẫn dầu, đồng hồ báo áp suất và đồng hồ báo nhiệt độ của dầu nhờn, ngoài racòn có các van

Tuỳ theo vị trí chứa dầu nhờn, ta phân hệ thống bôi trơn cưỡng bức thành hai loại: Hệthống bôi trơn cácte ướt (dầu chứa trong cácte) và hệ thống bôi trơn cácte khô (dầu chứatrong thùng dầu bên ngoài cácte) Căn cứ vào hình thức lọc, hệ thống bôi trơn cưỡng bức lạiphân thành hai loại: Hệ thống bôi trơn dùng lọc thấm và hệ thống bôi trơn dùng lọc ly tâm(toàn phần và không toàn phần) Ta lần lượt khảo sát từng loại như sau:

1.2.2.1 Bôi trơn cưỡng bức các te ướt

Phạm vi sử dụng: Hệ thống bôi trơn các loại động cơ đốt trong ngày nay hầu hết dùngphương án bôi trơn cưỡng bức do dầu nhờn trong hệ thống bôi trơn được bơm dầu đẩy đếncác bề mặt ma sát dưới một áp suất nhất định nên có thể đảm bảo yêu cầu bôi trơn, làm mát

và tẩy rửa mặt ma sát của ổ trục Hệ thống bôi trơn cácte ướt thường dùng trên động cơ ôtôlàm việc trong địa hình tương đối bằng phẳng (vì ở loại này khi động cơ làm việc ở độnghiêng lớn, dầu nhờn dồn về một phía khiến phao hút dầu bị hẫng)

Sơ đồ hệ thống bôi trơn cưỡng bức các te ướt:

5

1 2

dầu; 16- Két làm mát dầu; 17- Van hằng nhiệt

Nguyên lý làm việc: Dầu nhờn chứa trong cácte được bơm dầu 2 hút qua phao hút dầu1(vị trí phao hút nằm lơ lững ở mặt thoáng của dầu để hút được dầu sạch và không cho lọtbọt khí ), sau đó dầu đi qua lọc thô 3, khi đi qua bầu lọc thô, dầu được lọc sạch sơ bộ

Các tạp chất cơ học có kích cỡ các hạt lớn, tiếp theo đó dầu nhờn được đẩy vào đườngdầu chính (10) để chảy đến các ổ trục khuỷu, ổ trục cam (8, 11) Đường dầu (9)

trong trục khuỷu đưa dầu lên bôi trơn ở chốt, ở đầu to thanh truyền rồi theo đường dầu lênbôi trơn chốt piston Nếu như không có đường dầu trên thanh truyền thì đầu nhỏ trên thanhtruyền phải có lỗ hứng dầu Trên đường dầu chính còn có các đường dầu đưa dầu đi bôi trơncác cơ cấu phối khí Một phần dầu (khoảng 15 ÷ 20% lượng dầu bôi trơn do bơm dầucung cấp) đi qua bầu lọc tinh (12) rồi trở về lại cácte

Bầu lọc tinh có thể được lắp gần bầu lọc thô hoặc để xa bầu lọc thô, nhưng bao giờcũng lắp theo mạch rẽ so với bầu lọc thô Đồng hồ 6 báo áp suất và đồng hồ (15) báo nhiệt

độ của dầu nhờn

Khi nhiệt độ của dầu bôi trơn lên cao quá 80 0C, vì do độ nhớt giảm sút, van điều khiển(17) sẽ mở để dầu nhờn đi qua két làm mát dầu nhờn (16) Sau một thời gian làm việc bầulọc thô có thể bị tắt do quá tải, van an toàn (4) của bầu lọc thô được dầu nhờn đẩy mở ra,dầu lúc này không thể qua bầu lọc thô mà trực tiếp đi vào đường dầu chính (10) Để đảmbảo áp suất dầu bôi trơn có trị số không đổi trên cả hệ thống, trên hệ thống bôi trơn có lắpvan an toàn (5)

Ngoài việc bôi trơn các bộ phận trên, để bôi trơn các bề mặt làm việc của xilanh,piston người ta kết hợp tận dụng dầu vung ra khỏi ổ đầu to thanh truyền trong quá trìnhlàm việc ở một số ít động cơ, trên đầu to thanh truyền khoan một lỗ nhỏ để phun dầu về phíatrục cam tăng chất lượng bôi trơn cho trục cam và xilanh

Ưu điểm: Cung cấp khá đầy đủ dầu bôi trơn cả về số lượng và chất lượng, độ tin cậylàm việc của hệ thống bôi trơn tương đối cao

Nhược điểm: Do dùng cácte ướt (chứa dầu trong cácte ) nên khi động cơ làm việc ở độnghiêng lớn, dầu nhờn dồn về một phía khiến phao hút dầu bị hẫng Vì vậy lưu lượng dầucung cấp sẽ không đảm bảo đúng yêu cầu

1.2.2.2 Hệ thống bôi trơn cưỡng bức cácte khô

Chỉ khác bôi trơn cưỡng bức cácte ướt là ở trong hệ thống này có thêm hai bơm hútdầu từ cácte về thùng chứa, sau đó bơm (3) mới chuyển dầu đi bôi trơn Trong hệ thống bôitrơn cưỡng bức cácte ướt, nơi chứa dầu đi bôi trơn là cácte, còn ở đây là thùng chứa dầu.Van (13) thường mở

Do dầu chứa trong thùng bên ngoài các te nên động cơ có thể làm việc với độ nghiênglớn mà không sợ thiếu dầu như loại các te ướt Hệ thống các động cơ diesel dùng trên ôtô,máy kéo, máy ủi hay làm việc ở độ nghiêng lớn thường dùng hệ thống bôi trơn các te khôVan 13 trên hệ thống sẽ đóng lại khi nhiệt độ của dầu cao, áp suất đóng mở van nàythường điều chỉnh vào khoảng 0.15 ÷ 0.2 MN/m2 ( 1,5 ÷ 2 Kg/cm2)

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 nghiên lớn mà không sợ thiếu dầu, dầu đượccung cấp đầy đủ và liên tục

Nhược điểm: Kết cấu phức tạp hơn, giá thành tăng lên do phải thêm đến 2 bơm dầuhút dầu cácte qua thùng, thêm đường dầu và bố trí thùng dầu sao cho hợp lý

Sơ đồ hệ thống bôi trơn các te khô:

2 3

4

5

6 7

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn cácte khô

1- Phao hút dầu; 2- Van an toàn; 3- Bơm dầu; 4- Lọc thô 5- Van an toàn của bầu lọc; Trục khuỷu; 7- Đường dầu lên chốt khuỷu; 8- Đồng hồ đo áp suất dầu nhờn; 9- Piston ; 10- Trục cam; 11- Bầu lọc tinh; 12- Két làm mát dầu; 13- Van hằng nhiệt; 14- Đồng hồ đo

6-nhiệt độ dầu nhờn; 15- Thùng dầu; 16-cácte

Trong một số động cơ cỡ lớn, động cơ tĩnh tại và tàu thủy người ta gắn thêm bơm tayhoặc bơm điện cung cấp dầu nhờn đến các bề mặt ma sát và điền đầy các đường ống dẫntrước khi động cơ khởi động động cơ Để đảm bảo bôi trơn cho bề mặt làm việc của xi lanhngười ta thường dùng van phân phối cung cấp dầu nhờn vào một số điểm xung quanh xilanh Lỗ dầu thường khoan trên lót xi lanh

Dầu nhờn theo đường khoan trên thân máy lên trụ đòn bẩy sau đó theo các đương dầukhoan trên đòn bẩy phun vào lò xo xu páp và đi bôi trơn đũa đẩy

1.2.2.3 Pha dầu nhờn vào nhiên liệu

Phương án bôi trơn này chỉ dùng để bôi trơn các chi tiết máy của động cơ xăng hai kỳ

cỡ nhỏ, làm mát bằng không khí hoặc nước Dầu nhờn được pha vào trong xăng theo tỷ lệ 5% thể tích Hỗn hợp của dầu nhờn và xăng đi qua bộ chế hoà khí, được xé nhỏ, cùng vớikhông khí tạo thành khí hổn hợp Khí hỗn hợp này được nạp vào cácte của động cơ rồi theo

4-lỗ quét đi vào xilanh Trong quá trình này, các hạt dầu nhờn lẩn trong khí hỗn hợp ngưngđọng bám trên bề mặt các chi tiết máy để bôi trơn các mặt ma sát

Cách bôi trơn này thực tế không cần hệ thống bôi trơn, thực hiện việc bôi trơn các chitiết máy rất đơn giản, dễ dàng nhưng do dầu nhờn theo khí hỗn hợp vào buồng cháy nên dễtạo thành muội than bám trên đỉnh piston, pha càng nhiều dầu nhờn, trong buồng cháy càngnhiều muội than, làm cho piston nhanh nóng, quá nóng, dể xảy ra hiện tượng cháy sớm, kích

nổ và đoản mạch do bugi bị bám bụi than

Ngược lại, pha ít dầu nhờn, bôi trơn kém, ma sát lớn dễ làm cho piston bị bó kẹt trongxilanh

Phương án này rất đơn giản nhưng lại nhiều nhược điểm Ngày nay, người ta quan tâmnhiều về vấn đề môi trường nên các loại động cơ này ít dùng và hệ thống bôi trơn kiểu nàycũng không còn phổ biến

1.2.2.4 Bôi trơn bằng phương pháp hỗn hợp.

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 đểgiữ 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 cácrãnh 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 cóthể bị nứt vỡ gây nguy hiểm cho động cơ.

Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 4G94

2.1 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ 4G94

Bảng 2-1 Thông số kỹ thuật động cơ 4G94, [7]

Đường kính x hành trình piston (mm x mm) D x S 81,5 x 95,8

Công suất cực đại / số vòng quay (kW / vg / ph) Ne / n 92/ 5500

Mô men cực đại / số vòng quay (N.m / vg /ph) MN / n 173/ 4250

điện tử

Giới thiệu chung động cơ 4G94:

Xe MITSUBISHI LANCER 2.0 là loại xe du lịch 5 chỗ ngồi, dùng cho gia đình và

cơ quan….sử dụng loại động cơ 4G94, loại xe này đã được sử dụng rất tốt và đạt hiệu quảcao về tính kinh tế và tiện ích phục vụ đời sống sinh hoạt và đi lại của con người

Tại Việt Nam, mẫu xe Mitsubishi Lancer đã từng được phân phối với các phiên

phiên bản như Lancer Gala, Lancer 1.6MT và Lancer 2.0

Hình 2.1: Mặt cắt dọc động cơ 4G94

Hình 2.2: Mặt cắt ngang động cơ 4G94 1- cò mổ; 2-trục cam; 3-vòi phun; 4-đường ống nạp; 5-trục khuỷu; 6-lọc dầu; 7-xupap; 8-

đường ống xả; 9-piston

Động cơ 4G94 là động cơ xăng, 4 kỳ, lắp trên xe ôtô Mitsubishi lancer 2.0 của hãngMitsubshi Động cơ gồm 4 xylanh bố trí thẳng hàng thứ tự làm việc là 1-3-4-2 có 16 vannhưng chỉ sử dụng một cam đặt phía trên SOHC Động cơ sử dụng hệ thống phun xăng điện

tử gúp tiết kiệm nhiên liệu và tối ưu với mọi chế độ hoạt động của động cơ

Công suất động cơ 92 KW, số vòng quay lớn 5500 vòng/phút, tỷ số nén cao 9.5,Động cơ 4G94 sử dụng loại buồng cháy thống nhất, động cơ được chế tạo với kích thước nhỏ gọnmang tính cộng nghệ cao Nắp quy lát được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ, có một trục camđược bố trí trên đầu quy lát

Thân máy cũng giống các động cơ lắp trên xe du lịch khác, ở chỗ chế tạo bằng théphợp kim tốt, có bố trí hệ thống bôi trơn và làm mát phù hợp, có gân nhằm tạo sự cứng vững2.2 ĐẶC ĐIỂM CÁC CỤM CHI TIẾT CỦA ĐỘNG CƠ 4G94

2.2.1 Piston

Pít tông được đúc bằng hợp kim nhôm có hàm lượng đi ô xít cao Phần đỉnh đầu pistonđược làm lõm tạo thành không gian buồng cháy hình chêm

Hình 2.3: Piston động cơ 4G94 1-đỉnh piston, 2-rãnh lắp xéc măng khí, 3-rãnh lắp xéc măng dầu,4-lỗ chốt piston,5-thân

piston

Bảng 2-2 Thông số chính của piston

Và vì vật liệu bằng nhôm nên tổn thất ma sát giữa xylanh và piston nhôm nhỏ Hợpkim nhôm còn có hệ số dẫn nhiệt lớn nên nhiệt độ đỉnh piston nhôm thường thấp hơn cácvật liệu khác nên có thể giảm hiện tượng kích nổ Phần đỉnh piston được thiết kế dạng lõm

để cải thiện chất lượng cháy

Thân pít tông còn gia công 3 rãnh để lắp xéc măng khí và xéc măng dầu Trong rãnhxéc măng dầu có gia công lỗ dẫn dầu bôi trơn

2.2.2 Thanh truyền

Nhóm thanh truyền bao gồm: thanh truyền, bulông thanh truyền và bạc

Thanh truyền là chi tiết dùng để nối piston với trục khuỷu Nó có tác dụng truyền lựctác dụng trên piston xuống trục khuỷu để làm quay trục khuỷu Trong quá trình làm việcthanh truyền chịu tác dụng của lực khí thể trong xy lanh, lực quán tính của thanh truyền, lựcquán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm piston.

Đầu to thanh truyền có bạc dạng hai nửa được lắp với nắp đầu to thanh truyền nhờ hai

bu lông Bulông thanh truyền là loại bulông chỉ chịu lực kéo, có mặt gia công đạt độ chínhxác cao để định vị

Thân thanh truyền có tiết diện hình chữ I

mạnh, gây ra ứng suất uốn và xoắn trục đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc vàdao động xoắn làm rung động cơ, gây mất cân bằng vì vậy trục khuỷu có yêu cầu:

- Có độ cứng vững lớn, độ bền cao và trọng lượng nhỏ

- Có tính cân bằng tốt, không xảy ra cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng

- Độ chính xác cao trong gia công cơ khí

- Kết cấu trục khuỷu phải bảo đảm tính cân bằng tốt

Hình 2.5: Trục khuỷu động cơ 4G94 1-Đầu trục khuỷu, 2-lỗ dầu bôi trơn, 3-cổ trục 4-đối trọng,5-chốt khuỷu, 6-đuôi trục khuỷu Bảng 2-3 Thông số chính của trục khuỷu

Trục khuỷu động cơ 4G94 có năm cổ trục và bốn cổ chốt Trên các má khuỷu có bố trí các đối trọng có tác dụng để làm giảm phụ tải cho ổ trục và cổ trục, má khuỷu và đối trọng được chế tạo liền với má khuỷu

Ở đầu trục khuỷu có chế tạo rãnh then bán nguyệt để lắp bánh răng dẫn động bơm dầu

Hệ thống làm mát sử dụng nước sạch có pha dung dịch phụ gia chống gỉ Hệ thốnglàm mát động cơ được thiết kế giữ cho mọi chi tiết của máy có nhiệt độ thích hợp trong bất

kỳ điều kiện vận hành nào

Bơm nước tạo áp suất cho nước làm mát và lưu thông nước đi khắp động cơ Nếu nhiệt

độ làm mát cao hơn nhiệt độ quy định, van hằng nhiệt sẽ mở để để nước làm mát đi qua bộtản nhiệt và được làm mát bằng gió Bơm nước là loại ly tâm và được dẫn động bằng

đai từ trục khủy Bộ tản nhiệt là loại cạnh xếp dòng chảy xuôi

Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ 4G94 1: Két nước; 2:Van hằng nhiệt; 3: Đường nước đến cổ họng gió; 4: Đường nước về Bảng 2-4 Thông số chính hệ thống làm mát

Dung tích nước làm mát (tính cả 0,65 lít ở bình chứa) lít 6,0

Nước làm mát được đưa đến các áo nước để làm mát bằng bơm nước và sau đó đưa về

bộ tản nhiệt để làm mát nước Khi nước làm mát có nhiệt độ không quá cao so với nhiệt độđộng cơ thì van hằng nhiệt sẽ đóng không cho nước đến két làm mát

2.3.2 Hệ thống phân phối khí

Hình 2.7 Xu páp và bố trí xupap động cơ 4G94

1- đế xupap ; 2- xupap ; 3- ống dẫn hướng xupap; 4- lò xo xupap ; 5- phớt chắn dầu ; 6- đĩa

lò xo trên ; 7 – móng hãm ; 8- vít điều chỉnh khe hở nhiệt ; 9- đuôi xupap ; 10- đĩa lò xo

Cơ cấu phân phối khí cần đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Đóng mở đúng thời gian quy định

+ Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông

+ Khi đóng phải đóng kín, xupáp thải không tự mở trong quá trình nạp

+ Ít mòn, tiếng kêu bé

+ Dễ điều chỉnh và sửa chữa

Cơ cấu phân phối khí động cơ 4G94 gồm một trục cam dẫn động trực tiếp xupáp thôngqua con đội thủy lực Đặc điểm của hệ thống phối khí loại này là không có bộ phận đũa đẫy

Với hệ thống phối khí như thế phần nắp động cơ đơn giản và gọn hơn, hiệu suất làm việccũng cao hơn hệ thống phối khí không có bộ phận đũa đẫy và khe hở nhiệt ít bị thay đổihơn Đặc biệt trên mỗi động cơ có 4 xupáp gồm 2 xupáp nạp và 2 xupáp thải, với kết cấunhư thế này quá trình nạp sẽ nạp nhiều hơn và quá trình thải sẽ thải sạch hơn

2.3.3 Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu động cơ 4G94 là hệ thống phun xăng đa điểm điều khiển bằngđiện tử (MPI) Lượng nhiên liệu được cung cấp vào xy lanh phụ thuộc vào tình trạng hoạtđộng của động cơ.Các tín hiệu từ các cảm biến gửi về ECU dưới dạng các xung điện áp vàđược ECU tính toán và ra lệnh cho cơ cấu chấp hành là vòi phun điện từ

Khả năng điều khiển tốt, công suất động cơ tăng, giảm tiêu hao nhiên liệu

Lượng không khí nạp được lọc sạch khi đi qua lọc không khí và được đo bởi cảm biếnlưu lượng không khí Tỷ lệ hoà trộn được ECU tính toán và hoà trộn theo tỷ lệ phù hợpnhất Có cảm biến ôxy ở đường ống xả để cảm nhận lượng ôxy dư, điều khiển lượng phunnhiên liệu vào tốt hơn

Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 4G94

2.3.5 Hệ thống đánh lửa

Động cơ 4G94 sử dụng hệ thống đánh lửa điện tử với hai transistor điều khiển thờiđiểm đánh lửa của bốn bugi transistor A điều khiển bugi 1 và 4, transistor B điều khiển bugi

3 và 2 ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến và tính toán thời điểm đánh lửa phù hợp với thứ

Hệ thống bôi trơn gồm có các chi tiết chính sau: Bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, cácđường ống dầu sẽ từ cácte được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào các đường dầu dọcthân máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạc biên, theo các lỗ phun lênthành xylanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo các đường dẫn dầu tự chảy vềcácte

Động cơ 4G94 sử dụng hệ thống bôi trơn cưỡng bức bằng các te ướt Bơm dầu có độ

hở ngang là 0,04 0,1 [mm], độ hở hướng tâm là 0,1 0,18 [mm], độ hở cho phép là 0,06 0,18 [mm] Dầu được bơm lên từ các te chứa dầu qua lọc rồi đến các ống dẫn dầu Tại đâydầu được đưa phân phối đến các nhánh nhỏ đến trục khuỷu để bôi trơn các ổ trượt và bôi

-trơn thanh truyền; nhánh khác đi đến bôi -trơn trục cam của cơ cấu phân phối khí Dầu trong

hệ thống bôi trơn được bơm đẩy đến các bề mặt ma sát với áp suất nhất định bảo đảm bôi trơn làmmát và tẩy rửa các bề mặt ma sát

Sơ đồ hệ thống bôi trơn được thể hiện trên hình 2.10

Hình 2.10: Sơ đồ khối hệ thống bôi trơn động cơ 4G94 Bảng 2-6 Thông số chính của hệ thống bôi trơn

Áp suất dầu bôi trơn tại sốvòng quay 3500v/ph

3.1 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ 4G94

Mục đích việc tính toán nhiệt chu trình công tác là xác định các chỉ tiêu kinh tế và hiệuquả của chu trình công tác, quá trình làm việc của động cơ ở điều kiện Việt Nam

Chế độ làm việc của động cơ được đắc trưng bằng các thông số cơ bản như công suất cóích, mô mem xoắn có ích, tốc độ quay và nhiều thông số khác Các thông số ấy có thể ổnđịnh hoặc thay đổi trong một phạm vi rộng tùy theo chế độ làm việc của động cơ Ta chọnchế độ công suất có ích lớn nhất ứng với số vòng quay của trục khuỷu là 5500v/ph

Bảng 3.1: Thông số ban đầu [7]

Áp suất khí sót Pr MN/m2 0,112

a

r r

k r

p p p

p T

T T

1

2 1

2

.

1

.

0,112 10,5.1, 02 1,17.1.

r t

k a k

k

p p

p T T

2

1

.

r

a r r t k

p

p T T

( 21

Nhiệt trịthấp QH[kj/kg)

145 , 0 12

885 , 0 21

,

0

1

= 0,512 [kmol không khí/kg nhiên liệu]

Tính số mol khí nạp mới M1 [kmol không khí/kg nhiên liệu]

Do động cơ 4G94 là động cơ phun xăng

1 36 ,

184 38

, 427

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháy m  C v [KJ/Kmol.K]

a

v v

v a b T C

19,8888

v v r v

0,004136

v v r v

v a b T C

344,69 = 20,60 [KJ/Kmol.K]

Chỉ số nén đa biến trung bình n1:

n1 = 1 +  1

2

314,8

1

' '  v a n1 

v b T

8,314 1

0, 004136 19,888 344, 69 9,5 1

2

n 



Giải phương trình trên theo phương pháp slover trong excel ta được: n1 = 1,3727

Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc:

O 4

H M

0 4

145 , 0

0279 , 0 512 , 0

- Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết 0

2 0 1

M M

512 , 0

5398 , 0

Hệ số biến đổi phân tử thực tế

r

r o

- Hệ số biến đổi phân tử z tại z

0 1 1,0543 1 0,85

z z

Do động cơ phun xăng  = 1 nên QH = 0

- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất m  C vz tại z

z vz vz

1, 0543 0,0514 0,5398 0,914 0,512 1 0,914

1, 0543

vz b

M

Q Q

.''

1

.1

M

) Q Q

(

r 1

H H

Vậy phương trình bậc hai: 0,0033T z222,384T z 69320, 47 0

Giải phương trình lấy nghiệm dương ta có:

Tz = 2332,37 [oK]

- Áp suất cực đại chu trình Pz [MN/m2]

z c

z c z

T

T p

- Kiểm nghiệm lại trị số n2:

Chọn trước n2 = 1,23, tính lặp n2 theo công thức:

0,93 0,85 (43900 0) 0,0032

21,37 2332,37 1389,7 0,512 1 0,0514 1,0516 2332,37 1389,7 2

b

T    [oK]

- Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb [MN/m2]

2 n

z b

pp

b

r b

P T T

T T T

] [MN/m

ε

1 1 1 n

1 ε

1 1 1 n

λ 1 ε

P

1 n1 1

1 n2 2

c i '

0, 44 43900.0,84.0.1

i k i

- Tổn thất cơ giới pm [MN/m2], với động cơ xăng số xilanh <6, d s >1

- Theo công thức kinh nghiệm:

p   = 1,28 - 0,32 = 0,96 [MN/m2] (3-34), [1]

- Hiệu suất cơ giới m:

e m

i e

g g



  = 248,33 [g/kw.h] (3-36), [1]

- Hiệu suất có ích e:

i m

e  

- Thể tích công tác của động cơ V h [dm3]

n i p

N V

e

e h

.

30 



3,14.0,958 = 0,8153 [dm] (3-39), [1] 3.2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ 1MZ-FE

3.2.1 Các số liệu chọn trước trong quá trình tính toán

- Tốc độ trung bình của piston:

=> Động cơ tốc độ cao hay còn gọi động cơ cao tốc

Với động cơ 4 kỳ không tăng áp, tốc độ cao, các thông số được chọn như sau:

- Chỉ số nén đa biến trung bình: n1 = (1,34÷1,39) Chọn n1 = 1,37

- Chỉ số giãn nở đa biến trung bình: n2 = (1,23÷1,27) Chọn n2 = 1,23

- Tỉ số giản nở sớm với động cơ xăng: ρ = 1

3.2.2 Xây dựng đường cong nén

Phương trình đường nén:

p.Vn1 = cosnt => pc.Vcn1 = pnx.Vnxn1 (3-41), [4] Rút ra ta có:

V

V p

c nx

i p

p 

(3-42), [4]Trong đó:

pnx và Vnx áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường nén

c p

p  0.09.9,51.37= 1,96 [MN/m2]

3.2.3 Xây dựng đường cong giãn nở

Phương trình đường giãn nở:

p.Vn2 = cosnt => pz.Vcn2 = pgnx.Vgnxn2 (3-43), [4]

Rút ra ta có:

2

n

gnx

z z gnx

V

V p p

i p

Trong đó:

pgnx và Vgnx - áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường giãn nở

Áp suất cuối quá trình giãn nở: 2 1.23

7,039,5

z

b n

P P



  = 0,44 [MN/m2]

3.2.4 Tính V a , V h , V c

a C h

V V V    dm

30,059[ ]

z c

V V  dm

Bảng 3.3: Số liệu chọn trong quá trình tính toán, [1]

Thông số chọn & tính toán Ký hiệu Giá trị Đơn vị

Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 1,23

Áp suất cuối quá trình giãn nở pb 0,44 [MN/m2]

Thể tích cuối quá trình cấp nhiệt Vz 0,059 [dm3]

Xác định các điểm đặc biệt :

Bảng 3.4 : Xác định tọa độ các điểm trung gian

Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ Nối các tọa

độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và đường cong giãn nở

Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song songvới trục hoành đi qua hai điểm Pa và Pr Ta có được đồ thị công lý thuyết

- Hiệu chỉnh đồ thị công:

+ Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị công Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng

 Mở sớm (r’) đóng muộn (a’) xupap hút

 Mở sớm (b’) đóng muộn (r’’) xupap thải

+ Xác định các điểm trung gian:

Trên đoạn cy lấy điểm c" với cc" =1/3 cy

 Trên đoạn yz lấy điểm z” với yz’’ = 1/2 yz

Trên đoạn ba lấy điểm b" sao cho bb"=1/2 ba

Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế

3.2.6 Xây dựng đồ thị chuyển vị piston bằng phương pháp đồ thị Brick

Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α ta làm như sau:

- Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB như hình 3.2

- Từ M kẻ MC vuông góc với AD Theo Brick đoạn AC = x

Thật vậy, ta có thể chứng minh điều này như sau:

Ta có: AC = AO - OC = AO - (CO’ - OO’) = R - MO’.Cos + R./2

Thay quan hệ trên vào công thức tính AC, ta có:

AC R  Cos   Cos  R  Cos.1  Cos2  x

4 1

1

2 1

Hình 3.1: Đồ thị Brick

3.2.7 Đồ thị biểu diễn tốc độ của piston v = f(α)α))

Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng

+ Từ các điểm 0;1;2…kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song với AB

kẻ từ các điểm 0’;1’;2’…tương ứng tạo thành các giao điểm Nối các giao điểm này lại ta cóđường cong giới hạn vận tốc của piston Khoảng cách từ đường cong này đến nửa đườngtròn biểu diễn trị số tốc độ của piston ứng với các góc

9 10 11

12 13

1415161718

Hình 3.3:Đồ thị vận tốc v  f 

Từ các điểm 00, 100, 200, ,1800 trên đồ thị Brick ta gióng xuống các đường cắt đường

Ox tại các diểm 0, 1, 2, ,18 Từ các điểm này ta đặt các đoạn tương ứng từ đồ thị vận tốc,nối các điểm của đầu còn lại của các đoạn ta có đường biểu diễn v = f(x)

3.2.8 Đồ thị biểu diễn gia tốc j  f x

Để vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston ta sử dụng phương pháp Tole

- Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện Jmax

Giá trị biểu diễn của Jmax là:

AC = max 19703338, 27249251,59

j

J

- Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện Jmin

Giá trị biểu diễn của Jmin là: