Bài tập lớn thiết kế động cơ đốt trong hệ thống nhiên liệu xăng sử dụng bộ chế hòa khí. Hướng dẫn thực hiện chi tiết 6 bước thiết kế: Yêu cầu và điều kiện làm việc; Phân tích và chọn phương án; Thiết kế bố trí chung; Thiết kế kỹ thuật; Thiết kế công nghệ; Tính kinh tế thiết kế. Các quy trình thiết kế có thể áp dụng nhiều cho các lĩnh vực khác
1 Mục lục Lời nói đầu Điều kiện làm việc – yêu cầu 1.1 Điều kiện làm việc 1.2 Yêu cầu Trình bày phương án chọn phương án 2.1 Bộ chế hịa khí 2.2 Bộ lọc khơng khí: 2.3 Bơm xăng 2.4 Thùng xăng .8 Thiết kế bố trí chung .9 3.1 Sơ đồ bố trí chung 3.2 Tính tốn sơ .9 Thiết kế kỹ thuật 12 4.1 Tính tốn chế hịa khí .12 4.2 Bơm xăng 14 4.3 Thùng xăng 16 Thiết kế công nghệ 17 Tính kinh tế thiết kế 17 Tài liệu tham khảo 18 Lời nói đầu Điều kiện làm việc – yêu cầu 1.1 Điều kiện làm việc - Động hoạt động phạm vi rộng Hoạt động nhiều điều kiện môi trường (tạp chất, bẩn bụi) Rung lắc nhiều làm việc Có nguy chịu ứng suất nhiệt truyền qua từ động Chịu ăn mịn hóa học Nhiên liệu dễ bay 1.2 Yêu cầu - Lượng hòa khí đưa đến xy lanh đồng đều, xăng – khơng khí phải lọc nước tạp chất học, Nhiên liệu phải đạt tiêu chuẩn Euro hành, động phù hợp số octan, ăn mịn Sử dụng vật liệu tránh ăn mịn, biến tính tiếp xúc xăng (rị rỉ, cháy nổ) Lượng nhiên liệu phù hơp số A/F, đáp ứng toàn dãy hoạt động (chế độ tải số vòng quay) Kết cấu ống nạp (từ chế hịa khí đến buồng cháy) phù hợp Thùng nhiên liệu phải có cấu giảm áp hóa hơi, giảm chấn động mạnh Yêu cầu chung: độ bền, ổn định, tuổi thọ cao, dễ chế tạo, dễ bảo trì bảo dưỡng, sửa chữa, có phụ tùng thay thế, mẫu mã đẹp, giá thành rẻ Trình bày phương án chọn phương án 2.1 Bộ chế hịa khí 2.1.1 Khơng có buồng phao - Ưu điểm: Có kết cấu đơn giản, dễ gia cơng, chế tạo Nhược điểm: Kích thước lớn, cồng kềnh, không đảm bảo yêu cầu thành phần hỗn hợp hịa khí, khơng cịn sử dụng chế tạo tơ 2.1.2 Có buồng phao Hình : Hệ thống nhiên liệu với chế hịa khí có buồng phao - - Ưu điểm: Có kết cấu gọn nhẹ, độ xác chế độ làm việc cao hơn, dễ dàng điều chỉnh thành phần hỗn hợp hịa khí mà khơng phụ thuộc vào độ cao mức nhiên liệu Nhược điểm: Có cấu tạo phức tạp hơn, giá thành cao, chi tiết địi hỏi tính xác cao hơn, q trình bảo dưỡng, sửa chữa phức tạp Các phương pháp điều hịa hỗn hợp hịa khí chế hịa khí có buồng phao a Điều chỉnh tiết diện lưu thơng ziclơ phối hợp với hệ thống khơng tải Ưu điểm: - Đường xăng đơn giản, khơng cần nhiều mạch xăng Nhược điểm: Chỉ điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp theo vị trí bướm ga mà khơng thể điều chỉnh theo số vịng quay - Việc xác định hình dạng kim đặt kim vào vị trí xác ziclơ việc khó địi hỏi cơng nhân có kỹ thuật cao thực - Mối quan hệ thành phần khí hỗn hợp vị trí bướm ga phụ thuộc vào mức độ mài mịn kim lỗ zictơ nên khơng thể dùng biện pháp điều chỉnh để khắc phục biến đổi b Lắp thêm ziclơ bổ sung Ưu điểm: - Cung cấp đủ nguồn nhiên liệu bổ sung vào chế độ toàn tải Nhược điểm: - Lắp thêm ziclơ bổ sung tạo nguồn sai lệch phụ chế hịa khí - Việc hiệu chỉnh hệ thống phun có hai ziclơ thường gặp nhiều khó khăn - Có cấu tạo phức tạp phải có thêm đường ống khơng khí, đường ống xăng phụ vòi phun bổ sung c Điều chỉnh độ chân khơng họng Ưu điểm: - Có thêm đường thơng gió bổ sung cung cấp cho động Nhược điểm: - Rất khó điều chỉnh chi tiết đàn hồi mở đường thơng gió bổ sung - Chất lượng làm việc chi tiết đàn hồi, mở đường thơng gió bổ sung, khơng ổn định d Tạo bọt khí xăng Ưu điểm: - Tăng chất lượng khí hỗn hợp - Có cấu tạo đơn giản so với phương pháp Nhược điểm: - - Cấu tạo đường dẫn phức tạp, phải tích hợp nhiều mạch xăng tính tốn thơng số áp suất địi hỏi tính xác cao 2.1.3 Số họng a Một họng Ưu điểm: - Được áp dụng chế hịa khí kiểu đơn giản, có kết cấu đơn giản, dễ gia cơng, chế tạo, kích thước chế hịa khí nhỏ gọn, hệ số lưu lượng lớn so với loại chế hịa khí có nhiều họng với kích thước đường kính buồng hỗn hợp Nhược điểm: - Hệ số cản lớn, cản trở dịng hịa khí vào xy lanh b Hai ba họng: Hình : Bộ chế hịa khí loại nhiều họng - - Ưu điểm: Có thể làm tăng độ chân khơng từ họng hiệu suất hịa trộn nhiên liệu mà sức cản chế hòa khí giữ ngun khơng tăng Nhược điểm: Đường kính chiều dài họng tăng lên đáng kể, dẫn đến kích thước tổng thể chế hịa khí tăng, hệ số lưu lượng thấp so với loại chế hịa khí có họng 2.2 Bộ lọc khơng khí: 2.2.1 Lọc khơ - Ưu điểm: Lọc hạt bụi lớn Nhược điểm: Không thể lọc hạt bụi nhỏ - Chất lượng làm việc lọc qn tính khơ giảm giảm lưu lượng khơng khí qua bình lọc 2.2.2 Lọc ướt: - Ưu điểm: Lọc hạt bụi nhỏ Nhược điểm: Loại lưới tẩm dầu, dầu mặt lưới bốc chảy hết hệ số lọc giảm Chỉ làm việc vị trí thẳng đứng có góc nghiêng nhỏ 2.2.3 Lọc kết hợp: - Ưu điểm: Kết hợp hai loại lọc, lọc khơng khí chế độ làm việc Nhược điểm: Sức cản bình lọc lớn 2.3 Bơm xăng 2.3.1 Dẫn động khí - Bơm màng - Ưu điểm: Điều chỉnh lưu lượng tự động, áp suất xăng phía sau bơm khơng thay đổi Giá thành rẻ, dễ mua, dễ chế tạo Dễ bảo dưỡng, độ bền cao Nhược điểm: Dẫn động bơm khó khan Phải dùng tay chân đề bơm xăng để bơm xăng vào buồng phao trước khởi động Dễ gây hỏa hoạn Tốn xăng động hoạt động không ổn định 2.3.2 Dẫn động điện - a Bơm màng Ưu điểm: Dễ dẫn động bơm Giá thành rẻ Bơm xăng tự động vào buồng phao trước khởi động An toàn Nhược điểm: Lưu lượng xăng vào buồng phao không làm cho lượng xăng buồng phao lúc cao lúc thấp Các chi tiết phức tạp - b Bơm li tâm Ưu điểm Lưu lượng xăng Dễ dẫn động bơm An toàn, độ tin cậy cao Nhược điểm Khối lượng lớn, tổn hao điện lớn Giá thành cao Đặt thùng xăng, nguy hư hỏng ăn mịn Địi hỏi cơng nghệ cao Khó bảo dưỡng Khó thiết kế tính tốn 2.4 Thùng xăng Xăng có tính ăn mịn kim loại có mặt hợp chất lưu huỳnh, axít, keo nhựa chưa tinh chế hết q trình chế biến Cần thùng dày, có lỗ thơng 2.4.1 Tơn mạ kẽm - Ưu điểm: Nhẵn bóng, bền, giảm oxy hóa Rẻ, nhẹ, dễ tái sử dụng Chịu nhiệt tốt Nhược điểm: Mềm, mỏng (thường 2mm) Bề mặt mạ kẽm dễ bị bong tróc 2.4.2 Thép (dập) tráng thiếc Ưu: Cứng, dày, bền, giảm oxy hóa - Bề mặt sáng bóng Chịu nhiệt tốt Nhược: Ô nhiễm môi trường, độc hại Giá cao 2.4.3 Nhựa (thường dùng cho xe mơ hình, xe cỡ nhỏ) - Ưu: Nhẹ, rẻ, bóng, dễ tái sử dụng Chống ăn mịn Khơng dẫn điện Nhược: Giịn, chịu nhiệt va đập Chọn Phương án a chọn chế hòa khí - Loại họng - buồng hỗn hợp b Chọn bơm xăng - Bơm màng dẫn động khí c Chọn lọc gió - Lọc gió kết hợp d Chọn thùng xăng - Vị trí thùng xăng phía sau - Vật liệu thép tráng thiết Thiết kế bố trí chung 3.1 Sơ đồ bố trí chung Hình 1: Sơ đồ bố trí chung hệ thống động nhiên liệu xăng 3.2 Tính tốn sơ - Khối lượng riêng kk: 1.205kg/m2 Xăng: 700kg/m2 Thông số động 1977 BMW 320 E21: Loại động Công suất cực đại, kW (HP)/vg.ph Momen xoắn cực đại, Nm/vg.ph Tỉ số nén I6 89KW(120hp)/6000 rpm 160Nm/4000 rpm 9.2 Dung tích động cơ, cm3 1991cc 10 11 Hành trình/ đường kính, mm Trọng lượng toàn xe, kg Trọng lượng xe kể người lái, kg Suất khối lượng xe, kg/kW Tiêu hao nhiên liệu, lít/100km Loại nhiên liệu 66/80 (=0.826) 1115 kg 1180 kg 12.6 9.6 Xăng cao cấp không chì 10 12 13 Dung tích thùng xăng, lít Tốc độ tối đa, km/h 3.2.1 Bộ chế hịa khí Tính tốn đường kính buồng hỗn hợp 58 lít 181 km/h Trong đó: (dm3) Dãy số an4 Số xylanh Hệ số an 24,2 17,1 14,15 13 12,85 11,9 Với: h a Đường kính họng khuếch tán: - Loại họng: - Loại họng: - Loại họng: Chọn phương án chế hịa khí có họng khuếch tán: b Chiều dài buồng hỗn hợp: 11 c Ziclo: - Chọn tỷ số chiều dài đường kính ziclo , tốt nên chọn d Buồng phao: - Chọn đường kính van kim: - Chọn góc đỉnh van: - Chọn khoảng cách từ trục quay đến van kim: - Chọn khoảng cách từ trục quay đến trục thẳng đứng phao: 3.2.2.Tính tốn bơm xăng - Chọn hành trình trục bơm: Xác định Dt, D2, D1:’ Chọn D2 = Chọn D1 = D2 Tính Dt = D2 + 4r + 4δ, thơng thường Dt = Trong r: Bán kính góc lượn đĩa ép phía phía màng bơm (mm) - δ: Chiều dày màng bơm (mm), thông thường δ = 0.5 mm Thiết kế kỹ thuật 4.1 Tính tốn chế hịa khí 4.1.1.Tốc độ trung bình hịa khí qua hỗn hợp Trong đó: (cm3) Hệ số kỳ động cơ, tức số hành trình piston chu trình (cm) Để tính hệ số nạp , ta thực bước sau đây: - Áp suất khơng khí nạp po: Được chọn áp suất khí quyển: po = 0.1 MN/m2 - Nhiệt độ khơng khí nạp Tk: Phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình mơi trường Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình ngày chọn tkk = 29oC, đó: To = (tkk + 273)oK = 302oK 12 Áp suất khí nạp trước xú páp nạp pk: Đối với động xăng kì khơng tăng áp: pk = po = 0.1 MN/m2 - Nhiệt độ khơng khí nạp trước xú páp nạp Tk: Đối với động xăng kì khơng tăng áp: Tk = To = 302oK - Nhiệt độ cuối trình nạp pa: Đối với động xăng kì khơng tăng áp, pa chọn khoảng: (0.80 0.95)po Chọn pa = 0.9po = 0.09 MN/m2 - Hệ số nạp thêm λ1: Hệ số nạp thêm phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí, λ1 chọn giới hạn 1.021.07 Chọn λ1 = 1.05 - Nhiệt độ cuối trình nạp Động xăng chọn : Ta=340 400 Chọn Ta=360 Hệ số nạp: - Với: (*) (*) Do có xi lanh dùng chung buồng hỗn hợp nên tốc độ trung bình mơi chất qua buồng hỗn hợp cao 4.1.2.Xác định tiết diện lưu thông họng: Trong đó: : tiết diện lưu thơng họng (m2 ) : Hệ số lưu lượng họng phụ thuộc vào hình dáng, chất lượng họng số họng = 0,85÷ 0,99: với loại họng = 0,7÷ 0,85:với loại hai ba họng 13 : lưu lượng khối lượng khí hỗn hợp (kg/s) : khối lượng riêng khơng khí trước ống nạp (kg/m3 ) : độ chân khơng họng (N/m2 ) Độ chân khơng (3) Trong đó: S – Hành trình piston Khối lượng riêng khơng khí D – Đường kính piston − Đường kính họng khuếch tán Tốc độ quay trục khuỷu (vòng/phút) Số xy lanh động Hệ số lưu lượng, chọn khoảng từ 0.85 0.9 loại họng từ 0.7 0.85 loại hai ba họng Với: S = 66 (mm) D = 80 (mm) Lưu lượng khối lượng khí hỗn hợp: Trong đó: Vậy tiết diện họng là: 4.2 Bơm xăng 14 Lưu lượng thể tích hỗn hợp: Lưu lượng thể tích xăng: Lưu lượng xăng bơm cấp chu trình V,xmax Trong đó: It – tỷ số truyền trục khuỷu động dẫn động bơm chuyền xăng n- số vòng quay trục khuỷu động (vg/ph) Lưu lượng xăng với hct = 0.1hc tính theo cơng thức gần sau: r- bán kính góc lượng đĩa ép phía phía màng bơm - chiều dầy màng bơm (mm), Lượng xăng lý thuyết bơm cung cấp chu trình Lượng xăng lý thuyết bơm n- số chu trình làm việc bơm phút , n= 3000 vg/phút 15 4.3 Thùng xăng Dung tích thùng xăng tơ dựa vào cơng thức tính thực tế sau: S Vt � �V100 100 (lít) Trong đó: � = 1,06 ÷ 1,12: hệ số sử dụng dung tích Chọn � = 1,12 S: quãng đường xe chạy mà không cần đổ thêm xăng vào thùng Đối với ô tô tải: S = 300 km Đối với tơ du lịch: S = 400 ÷ 450 km Chọn S = 450 V100 : lượng nhiên liệu tiêu thụ chạy 100km (lít) 450 Vt 1,12 � �9, 48,384 100 (lít) Sai số so với thực tế Thùng xăng chế tạo lớn so với lý thuyết 16,58% vì: - Tạo lượng dư dự phòng sử dụng - Bù trừ cho chất lượng làm việc lọc khí sử dụng lâu ngày chưa vệ sinh 16 Thiết kế công nghệ Bước có nhiệm vụ phản hồi trực tiếp cho bước thiết kế kỹ thuật Quy trình chế tạo Nghiên cứu vẽ chi tiết Xác định dạng sản xuất Chọn nguyên vật liệu phương pháp chế tạo phôi Thứ tự gia công, sơ đồ thứ tự gá đặt nguyên công Xác định lượng dư gia công Thiết kế tính tốn chế độ cắt, gia cơng tạo hình, lắp ráp, hàn, mài đánh bóng Thiết kế, bố trí máy móc thiết bị nhân cơng cho nguyên công Thiết kế đồ gá, khuôn Bên cạnh đó, sử dụng máy móc, thiết bị đại quy chuẩn, phù hợp tính kinh tế kết hợp với thợ có tay nghề phù hợp nguyên cơng Quy trình kiểm tra Từng ngun cơng Tay nghề thợ Hoạt động máy móc, thiết bị Thiết bị, dụng cụ Độ xác, mài mịn Độ bền, chất lượng làm việc Trình độ chun mơn cao người kiểm tra cần độ chuẩn xác, kỹ lưỡng, khả xử lý tình Thành phẩm Phần tử vật liệu Chiều dày chi tiết áp lực (độ bền) Chất lượng bề mặt Độ ăn mòn Độ xác thơng số kích thước Kiểm tra vận hành Nếu bước kiểm tra phát lỗi ngồi mức độ cho phép quay lại quy trình chế tạo Tính kinh tế thiết kế Lương cơng - nhân viên Chi phí vật liệu, vật tư, phụ tùng đảm bảo nhu cầu sử dụng khách hàng Khấu hao nhà xưởng, máy móc, thiết bị, dụng cụ Chi phí quản lý dự án, dịch vụ quảng cáo, marketing, bán hàng, vận chuyển, phân phối Bảo hành, hậu mãi, … Chi phí điện, nước, mơi trường loại thuế 17 Tài liệu tham khảo [1] Hồ Tất Chuẩn – Nguyễn Đức Phú – Trần Văn Tế – Nguyễn Tất Tiến Kết cấu tính tốn động đốt trong, tập III, Nhà Xuất Bản giáo dục 1996 [2] Lý Hùng Anh – Bài giảng môn học Cơ học thủy khí [3] Văn Thị Bơng – Nguyễn Thanh Bình – Phạm Xuân Mai, Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh 2002 Tính toán nhiệt động lực học Động đốt [4] Văn Thị Bông – Huỳnh Thanh Công, Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh Lý thuyết động đốt trong, tái lần thứ hai, năm 2016 18 ... cơng Thiết kế tính tốn chế độ cắt, gia cơng tạo hình, lắp ráp, hàn, mài đánh bóng Thiết kế, bố trí máy móc thiết bị nhân cơng cho ngun cơng Thiết kế đồ gá, khn Bên cạnh đó, sử dụng máy móc, thiết. .. bơm xăng để bơm xăng vào buồng phao trước khởi động Dễ gây hỏa hoạn Tốn xăng động hoạt động không ổn định 2.3.2 Dẫn động điện - a Bơm màng Ưu điểm: Dễ dẫn động bơm Giá thành rẻ Bơm xăng tự động. .. chung Hình 1: Sơ đồ bố trí chung hệ thống động nhiên liệu xăng 3.2 Tính tốn sơ - Khối lượng riêng kk: 1.205kg/m2 Xăng: 700kg/m2 Thông số động 1977 BMW 320 E21: Loại động Công suất cực đại, kW (HP)/vg.ph