Thiết kế động cơ xylanh

- Số xy lanh và cách bố trí xy lanh: Động cơ được thiết kế là loại 4 kỳ có 4 xylanh, bố trí thẳng hàng .

+ Công suất danh nghĩa: Nen= 106,3 kW

+ Số vòng quay danh nghĩa: nn= 6000 (vòng/phút)

- Động cơ này được sử dụng trang bị trên phương tiện, ô tô loại Kia Caren

1.2 TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY

1.1.1 Loại nhiên liệu.

- Nhiên liệu dùng cho động cơ là xăng không chì

- Các thành phần có trong nhiên liệu:

1.1.2 Buồng đốt.

chọn loại buồng cháy

-Buồng cháy hình bán cầu

Loại này có đặc điểm là diện tích bề mặt buồng đốt nhỏ gọn Trong buồng đốt bố trí một xupap nạp và một xupap thải, hai xupap này bố trí về 2 phía khác nhau Trục

1.1.3 Hệ thống nhiên liệu.

Sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng, đời mới phun xăng trực tiếp GDI GDI là từ viết tắt của cụm từ Gasonline direct injection chỉ các loại động cơ phun xăng trục tiếp Trong loại động cơ này, xăng được phun thẳng vào buồng cháy các xi-lanh, khác hẳn nguyên lý phun xăng vào đường nạp của các động cơ phu xăng điẹn tử thông dụng “ GDI ” là mẫu động cơ ưu việt về sự cung cấp nhiên liệu và buồng cháy tối ưu, công suất động cơ mạnh nhất, tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất và ô nhiễm môi trường ít nhất( hơn cả động cơ MPI: Multi Point Injection ) Động cơ này kiểm soát được thời điểm phun nhiên liệu một cách chính xác

a Động cơ GDI có những đặc tính nổi bật sau đây:

•Điều khiển được lượng xăng cung cấp rất chính xác, hệ số nạp cao như động cơ diesel và thậm chí hơn hẳn động cơ diesel

•Động cơ có khả năng làm việc được với hổn hợp cực loãng( Air/Fuel) = (35 -55) (khi xe đạt được vận tốc trên 120 Km/h)

•Hệ số nạp rất cao, tỉ số nén e cao (e =12) Động cơ GDI vừa có khả năng tải rất cao, sự vận hành hoàn hảo, vừa có các chỉ tiêu khác hơn hẳn động cơ MPI

b Những đặc điểm chủ yếu của động cơ “ GDI”:

•Sự tiêu thụ nhiên liệu rất thấp Tiêu thụ nhiên liệu còn ít hơn động cơ diesel

•Công suất động cơ siêu cao, cao hơn nhiều so với các loại động cơ MPI đang sử dụng hiện nay

c Những đặc tính kỹ thuật của động cơ GDI :

•Đường ống nạp thẳng góc với piston, tạo được sự lưu thông của lưu lượng gió tối

•Tiêu hao nhiên liệu ít hơn 35% so với động cơ phun xăng “ MPI ” hiện nay.

d Những đặc tính riêng biệt của GDI:

•Tiêu thụ nhiên liệu ít hơn , tối ưu hơn và hiệu suất cao hơn Thời điểm phun được tính toán rất chính xác nhằm đáp ứng được sự thay đổi tải trọng của động cơ.Ở chế độ tải trọng trung bình và xe chạy trong thành phố thì nhiên liệu phun ra ở cuối thì nén, giống như động cơ diesel và như vậy hổn hợp loãng đi rất nhiều.Ở chế độ đầy tải, nhiên liệu được phun ra cuối thì nạp, điều này có khả năng cung cấp 1 hổn hợp đồng nhất giống như động cơ MPI nhằm mục đích đạt được hiệu suất cao

•Quá trình cháy với hổn hợp cực loãng : Ở tốc độ cao (trên 120 Km/h), động cơ

“GDI” sẽ đốt 1 hổn hợp nhiên liệu cực loãng, tiết kiệm được lượng nhiên liệu tiêu thụ

Ở chế độ này, nhiên liệu được phun ra cuối kỳ nén và kỳ nổ: tỉ lệ hổn hợp là cực loãng, (Air/Fuel) = 30 - 40 (35 - 55 bao gồm EGR)

•Ở chế độ công suất cực đại : Khi động cơ GDI hoạt động ở chế độ tải lớn, toàn tải, tốc độ cao thì nhiên liệu được phun vào xi lanh động cơ trong suốt kỳ nạp, sự cháy hoàn hảo hơn, nhiên liệu được cháy sạch, cháy kiệt, động cơ làm việc êm dịu, không có tiếng gỏ

Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của một loại động cơ GDI:

Động cơ GDI không dùng bướm ga để điều chỉnh lượng khí nạp như động cơ xăng dùng chế hoà khí nên đường nạp thông thoáng như đường nạp của động cơ Diezel Động cơ GDI thay đổi lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy tuỳ thuộc vào công suất cần thiết Nguyên lý điều chỉnh này cũng giống như nguyên lý làm việc của động cơ diezel: điều chỉnh chất để có các tỷ lệ hoà khí khác nhau, phù hợp với điều kiện vận hành Động cơ Volkswagen cũng là động cơ phun xăng trực tiếp thuộc dòng GDI nhưng quá trình phun xăng có đặc điểm là phun phân tầng, phân lớp nên được gọi là quá trình phun phân lớp FSI là viết tắt của cụm từ Fuel Stratified Injection

•Đặc điểm của quá trình phun xăng trực tiếp FSI là động cơ phun xăng với các tỷ

lệ hoà khí hết sức nhạt Tỷ lệ hoà khí lý tưởng tính theo trọng lượng là 14,7:1 (14,7 kg không khí hoà trộn để đốt cháy hoàn toàn 1kg xăng) nhưng quá trình FSI đốt cháy được nhiên liệu với tỷ lệ hoà khí cực nhạt 65:1 do đó có thể tiết kiệm nhiên liệu rất nhiều

•Quá trình phun FSI có đặc điểm như sau: Khi xe chạy với tốc độ thấp, tăng tốc rất nhẹ thì bộ ECU điều khiển quá trình phun xăng vào cuối thời kỳ nén của piston và lượng hoà khí nhạt này dễ dàng tiếp cận với bu-gi tạo quá trình cháy ngay trên phần đỉnh piston mà hầu như không tiếp xúc với vách xi-lanh Khi xe chạy với tốc độ lớn hoặc tải trọng lớn, nhiên liệu được phun suốt trong quá trình nạp, tỷ lệ hoà khí lý tưởng 14,7:1 Quá trình cháy triệt để, giảm lượng CO và NO2 Ưu điểm chính của nguyên lý phun xăng trực tiếp GDI và FSI là tăng được hiệu suất nhiệt của quá trình cháy, do đó giảm được lượng tiêu thụ nhiên liệu và giảm nồng độ độc hại của khí xả Động cơ phun xăng trực tiếp còn thường sử dụng đồng thời với các kỹ thuật khác như VVT, VVT-i, luân hồi khí xả EGR… để đạt hiệu quả kinh tế và môi trường cao

•Ngoài ra động cơ phun xăng trực tiếp ( Gasoline Direct Injection Engine) sử dụng phương pháp hình thành hỗn hợp phân lớp ( Stratified Mixture Formation) ở chế

độ tải nhỏ Xăng sẽ được phun vào cuối kỳ nén Bản chất của phương pháp này này là

bố trí một bougie đánh lửa trong buồng cháy của động cơ tại vị trí hỗn hợp có thành phần lambda nhỏ (hỗn hợp đậm lambda = 0,85-0,9) để đốt hỗn hợp bằng tia lửa điện Phần hỗn hợp này sau khi bốc cháy sẽ làm mồi để đốt phần hỗn hợp còn lại có thành phần lambda lớn (hỗn hợp nhạt) Như vậy hỗn hợp toàn bộ của động cơ là hỗn hợp nhạt

Để điều chỉnh tải ở chế độ này, người ta sử dụng phương pháp điều chỉnh chất, thay đổi

Ở chế độ tải lớn đến toàn tải, xăng được phun từ đầu quá trình nạp Khi đó xăng bay hơi hòa trộn với không khí trong cylinder tạo thành hòa khí trong suốt quá trình nạp và nén nên có thể coi là đồng nhất Để điều chỉnh tải ở chế độ này người ta dùng van tiết lưu để điều chỉnh lượng hỗn hợp giống động cơ phun xăng gián tiếp.

1.3 HỆ THỐNG NẠP - XẢ

Đối với động cơ 4 kỳ

1.3.1 Cơ cấu phân phối khí

Chọn cơ cấu phân phối khí kiểu xupáp treo Vì loại này có được nhiều ưu điểm

hơn như tỷ số nén cao hơn, số vòng quay động cơ cao, hiệu suất động cơ cao…

1.3.2 Phương pháp dẫn động.

Phương pháp dẫn động: bằng đai

1.3.3.1 Khe hở nhiệt xu páp là gì?

Khe hở nhiệt xu páp là khe hở được tạo ra bởi tất cả các chi tiết từ trục cam đến xupáp khi xupáp đóng Khe hở này được biểu thị bằng khoảng cách giữa đuôi xupáp và đầu cò mổ khi xupáp đóng Một số động cơ có trục cam đặt trên nắp máy tác động trực tiếp và xupáp thì khe hở nhiệt là khoảng cách giữa cam và đuôi xupáp ở những động cơ này, thường điều chỉnh khe hở nhiệt bằng cách thay các tấm đệm ở đuôi xupáp

1.3.3.2 Tầm quan trọng của việc điều chỉnh khe hở nhiệt xupáp

Như đã biết mọi vật đều bị giãn nở khi nhiệt độ tăng Khi động cơ làm việc xupáp

là chi tiết luôn luôn tiếp xúc với khí cháy có nhiệt độ cao vì vậy nó cũng bị giãn nở trong quá trình làm việc

Nếu không có khe hở nhiệt xupáp thì khi động cơ làm việc xupáp bị giãn nở làm cho nó đóng không kín vào ổ đỡ làm giảm áp suất cuối kỳ nén đồng thời xupáp còn bị cháy, rỗ bề mặt tiếp xúc với bệ đỡ Nếu khe hở nhiệt quá lớn thì sẽ làm thay đổi thời điểm đóng mở của các xupáp dẫn đến làm giảm công suất của động cơ, tăng mức tiêu hao nhiên liệu, giảm tuổi thọ của động cơ… Vì vậy trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa ta thường xuyên kiểm tra và điều chỉnh khe hở nhiệt xupáp

1.3.3.3 Điều kiện cần biết trước khi điều chỉnh:

 Thứ tự làm việc của động cơ

 Khe hở nhiệt xupáp tiêu chuẩn:

Mỗi loại động cơ đều có quy định trị số khe hở nhiệt tiêu chuẩn

Thường khe hở nhiệt xupáp hút từ 0,15 – 0,30mm, khe hở nhiệt xupáp xả từ 0,25 – 0,35mm

 Xác định vị trí các xupáp hút – xả

Có nhiều cách để xác định vị trí của các xupáp

- Căn cứ vào quy luật bố trí xupáp

XH – XH – XH – XH

XH – HX – XH - HX

- Căn cứ vào vị trí tương ứng giữa xupáp và các cổ hút-xả

Chú ý: chỉ điều chỉnh khe hở nhiệt xupap khi động cơ nguội và xupáp đã đóng kín vào ổ đỡ Khi đó khe hở nhiệt là lớn nhất

1.3.3.4 Trình tự điều chỉnh khe hở nhiệt xupáp theo từng máy

 Chuẩn bị dụng cụ điều chỉnh: Tay quay, căn lá, tuốc nơ vít, clê, khẩu

 Tháo các bộ phận liên quan trên nắp máy

 Tháo nắp che giàn cò mổ xupáp

 Quay trục khuỷu bằng tay quay để máy số 1 ở ĐCT vào cuối kỳ nén - đầu kỳ

nổ Khi đó máy song hành máy 1 ở thời điểm cuối xả - đầu hút (cặp xupáp của máy song hành máy 1 đều hé mở, còn cặp xupáp của máy 1 đóng kín)

Chú ý : Khi quay trục khuỷu thì quan sát cặp xupáp của máy song hành với máy 1 đang hé mở thì dừng lại (thời điểm xupáp hút của máy song hành bắt đầu đi xuống)

 Chia puly đầu trục khuỷu thành các phần theo góc lệch công tác

 Dùng clê nới đai ốc hãm vít điều chỉnh khe hở nhiệt Dùng tuốcnơvít nới vít điều chỉnh ra

 Đưa căn lá đã chọn vào giữa đuôi xupáp và đầu cò mổ Dùng tuốcnơvít văn vít điều chỉnh vào đồng thời vừa xê dịch căn lá đến khi nào dịch chuyển căn lá thấy hơi nặng tay thì dừng lại

Chú ý: Khi điều chỉnh nên vặn vít điều chỉnh từ từ, mỗi lần vặn khoảng 1/8 vòng hoặc ít hơn để tránh gây hư hỏng căn lá

 Đưa căn lá ra ngoài, dùng tuốcnơvít giữ cố định vít điều chỉnh, dùng clê vặn chặt đai ốc hãm lại

Chú ý: Khi hãm ốc, không được để vít điều chỉnh xoay đi làm khe hở nhiệt bị sai

 Sau khi điều chỉnh xong, ta phải kiểm tra lại khe hở nhiệt Nếu khe hở nhiệt chưa đúng cần phải điều chỉnh lại

 Tiến hành điều chỉnh cho xupáp còn lại theo trình tự như trên

 Quay trục khuỷu đi một góc bằng góc lệch công tác (dấu vạch trên puly trùng với dấu trên thân máy) để điều chỉnh khe hở nhiệt của máy tiếp theo

 Lần lượt tiến hành điều chỉnh khe hở nhiệt xupáp cho tất cả các máy

1.3.3.5 Điều chỉnh khe hở nhiệp xupáp theo phương pháp điều chỉnh hàng loạt

a Đặc điểm của phương pháp

 Tại cùng một thời điểm có thể điều chỉnh khe hở nhiệt của nhiều xupáp ở các máy khác nhau

 Trong toàn bộ quá trình điều chỉnh chỉ cần quay trục khuỷu một lần

 Quá trình điều chỉnh nhanh đặc biệt đối với động cơ nhiều xi lamh

Tuy vậy, phương pháp này đòi hỏi việc xác định các xupáp điều chỉnh ở mỗi thời điểm phải chính xác, nếu không khe hở nhiệt sẽ bị sai lệch nhiều

b Trình tự tiến hành

Lập bảng thứ tự làm việc của động cơ

 Xác định thứ tự làm việc của động cơ

Ví dụ: Động cơ 4 xi lanh: 1-3-4-2 Động cơ 6 xi lanh: 1-5-3-6-2-4 Động cơ 8 xi lanh: 1-5-4-2-6-3-7-8

 Xác định góc lệch công tác di = 1800.t/i

 Lập bảng trình tự làm việc của động cơ

 Xác định thời điểm điều chỉnh khe hở nhiệt và các xupáp điều chỉnh được ở các thời điểm đó

 Thao tác điều chỉnh: giống như phương pháp điều chỉnh theo từng máy

 Sau khi điều chỉnh xong các xupáp ở thời điểm thứ nhất, ta quay trục khuỷu đi một vòng (3600) để tiếp tục điều chỉnh cho các xupáp còn lại ở thời điểm thứ hai

1.4.1 Lý do phải làm mát cho động cơ :

Hệ thống làm mát giữ cho động cơ làm việc hiệu quả trong mọi điều kiện hoạt động cũng như ở mọi tốc độ Nó cũng cho động cơ đạt được nhiệt độ làm việc bình thường một cách nhanh nhất khi bắt đầu khởi động trong mùa đông giá rét Và nó cũng cung cấp nguồn nhiệt sưởi ấm vào trong khoang hành khách

- Chúng tôi chon hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức tuần hoàn một vòng kín vì loại này có nhiêu ưu điểm như áp suất nước cao , nhiệt độ bốc hơi cao, vì vậy lượng nước bốc hơi chậm, giảm hao nước từ 6 – 8 lần so với loại kín

1.4.2 Chọn loại nước làm mát ?

- Làm mát piston bằng ? làm mát vòi phun bằng ?

Hình : Hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức tuần hoàn một vòng kín.

1.Thân máy; 2.Nắp xilanh ; 3.Đường nước ra khỏi động cơ ; 4.ống dẫn bọt nước ; 5.Van hằng nhiệt ; 6.Nắp rót nước ; 7.Két làm mát ; 8 Quạt gió ; 9.Puly ; 10.Ống nước nối tắt vào bơm; 11.Đường nước vào động cơ ; 12.Bơm nước ; 13.Két làm mát dầu; 14.Ống phân phối nước

Hình trên giới thiệu hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng kín của động cơ máy kéo Ở đây nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm 12, qua ống phân phối nước

14 phân phối vào các khoang chứa của xi lanh Nước làm mát có nhiệt độ thấp được bơm 12 hút tù bình chứa phía dưới của két 7 qua đường ống 10 rồi qua ống 13 đế làm mát dầu sau đó vào động cơ Để phân phối nước làm mát đều cho mỗi xi lanh, nước sau khi bơm vào thân máy 1 chảy qua ống phân phối 14 đúc sẵn trong máy Sau khi làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy rồi theo đường ống 3 ra khỏi động cơ với nhiệt

độ cao đến van hằng nhiệt 5 khi van hằng nhiệt mở, nước qua van van vào bình chứa phía trên của két nước Tiếp theo nước từ bình chứa phía trên đi qua các ống mỏng có gắn cánh tản nhiệt Tại đây nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt 8 tạo ra Quạt được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu của động cơ Tại bình chứa phía

dưới của két làm mát, nước có nhiệt độ thấp lại được bơm hút vào động cơ thực hiện một chu trình làm mát tuần hoàn.

Hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín, nước sau khi qua két làm mát lại trở

về động cơ do đó đỡ phải bổ sung nước, tận dụng được trở lại nguồn nước để làm mát động cơ

1.5 HỆ THỐNG BÔI TRƠN

1.5.1 Lý do phải bôi trơn cho động cơ :

Khi động cơ hoạt động các chi tiết chuyển động tương đối với nhau gây ra lực

ma sát, làm cho bề mặt các chi tiết nóng lên, gây mài mòn, giảm tuổi thọ của động cơ

Vì vậy cần phải bôi trơn cho động cơ

1.5.2 Nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn:

 Cung cấp dầu bôi trơn đến các bề mặt làm việc, đảm bảo động cơ làm việc bình thường và tăng tuổi thọ

 Làm giảm ma sát

 Tẩy rửa các bề mặt ma sát

 Làm mát các bề mặt (lấy nhiệt)

 Bao kín

Chọn hệ thống bôi trơn bằng phương pháp cưỡng bức:

Hầu hết các động cơ đốt trong ngày nay đều sử dụng hệ thống bôi trơn cuwngx bức Dầu bôi trơn trong hệ thống bôi trơn được bơm dầu đẩy đến các bềmặt ma sát dưới một áp suất nhật định do đó hoàn toàn có thể đảm bảo yêu cầu bôi trơn, làm mát và tẩy rửa bề mặt ma sát của ổ trục Tùy theo vị trí chứa dầu nhờn, hệ thống bôi trơn chia làm

2 loại:

- Hệ thống bôi trơn cacte ướt: dầu bôi trơn chứa trong cacte

- Hệ thống bôi trơn cacte khô: dầu bôi trơn chứa trong thùng ngoài cacte

Hệ thống bôi trơn cưỡng bức cacte ướt:

Dầu nhờn trong cacte được bơm dầu 2 hút qua phao hút 1, đẩy qua lọc thô 3 Ở đây dầu được lọc các tạp chất cơ học có cỡ hạt lớn, sau đó dầu nhờn được đẩy vào đường dầu chính 6 để dẩy đến các ổ trục khuỷu, ổ trục cam Đường dầu 5 trong trục khuỷu đưa dầu lên bôi trơn ổ chốt (ổ đầu to thanh truyền) rồi theo đường dầu 8 lên bôi trơn chốt pittong Nếu trên thanh truyền không có đường dầu 8 thì trên đầu nhỏ thanh truyền phải có lỗ hứng dầu Trên đường dầu chính còn có các đườg dầu 13 đưa dầu đi bôi trơn cơ cấu phối khí Một phần dầu (khoảng 15 – 20% lượng dầu bôi trơn do bơm dầu cung cấp) đi qua lọc tinh 10 rồi trở về cacte Vị trí của lọc tinh có thể để xa lọc thô hay gần lọc thô nhưng bao giờ cũng lắp theo mạch rẽ.

Hệ thống bôi trơn cưỡng bức cacte khô

Sự khác nhau giữa hệ thống bôi trơn cacte khô so với hệ thống bôi trơn cacte ướt thể hiện ở chỗ hệ thống bôi trơn cacte khô dùng thêm 2 bơm dầu phụ 15 để hút hết dầu trong cacte về thùng dưới 14, sau đó bơm 2 hút dầu từ thùng chứa đi bôi trơn.

1.6 HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

1.6.1 Nhiệm vụ của hệ thống khởi động động cơ:

Động cơ phải dựa vào lực bên ngoài để khởi động Thường dùng là tay quay hoặc động cơ điện Đơn giản nhất là dùng tay quay, nhưng không thuận tiện, hiện nay không dùng nữa, dùng động cơ điện để khởi động động cơ vừa thuận tiện, nhanh chóng, lại có khả năng lập đi lập lại nhiều lần, vì vậy các loại xe hiện nay đều dùng động cơ điện khởi động Hệ thống khởi động đóng vai trò quan trọng nhất trong hệ thống điện ô tô.Hệ thống khởi động sử dụng năng lượng từ bình accu và chuyển năng lượng này thành cơ năng quay máy khởi động Máy khởi động truyền cơ năng này cho bánh đà trên trục khuỷu động cơ thông qua việc gài khớp nhau

1.6.2 Yêu cầu của hệ thống khởi động động cơ :

 Máy khởi động động cơ phải quay được trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà động cơ có thể nổ được

 Nhiệt độ làm việc không được quá giới hạn cho phép

 Phải đảm bảo khởi động lại được nhiều lần

 Tỉ số nén từ bánh răng của máy khởi động đến bánh răng của bánh đà nằm

 Chiều dài, điện trở của dây dẫn nối từ accu đến máy khởi động phải nằm trong giới hạn quy định.( <1m).

 Momen truyền động phải đủ để khởi động động cơ

Chọn hệ thống khởi động loại có motor khởi động giảm tốc Hệ thống này được dùng trên hầu hết các dòng xe hiện nay Một công tắc từ công suất lớn hay Solenoid sẽ đóng mở motor Nó là thành phần của cả hai mạch điều khiển và mạch motor

Sơ đồ cấu tạo máy khởi động trên ô tô :

Cuộn kéo được cuốn bằng dây có đường kính lớn hơn cuộn giữ và lực điện từ của nó tạo ra lớn hơn lực điện từ được tạo ra bởi cuộn giữ