Đồ án động cơ đốt trong thiết kế động cơ 4 kì, 4 xy lanh được bố trí thẳng hàng

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, ô tô đã trở thành phương tiện thông dụng của các cơ quan, doanh nghiệp và cá nhân. Tuy vậy ô tô vẫn là tài sản lớn và viêc tìm hiểu và tính toán thiết kế động cơ ô tô là điều rất cần thiết đối với sinh viên cơ khí động lực, kỹ sư ô tô. Đồ án thiết kế hệ thống động cơ Ôtô: giúp ta tìm hiểu và thiết kế động cơ đốt trong, qua đó ta có thể củng cố lại các kiến thức đã học trong các môn học như Nguyên lý máy, Chi tiết máy, Vẽ kỹ thuật cơ khí ., và giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về việc thiết kế động cơ. Qua đó bản thiết kế “Đồ án động cơ đốt trong” đã giúp chúng ta phần nào có thể hình dung ra được cách tính toán, trình tự thiết kế ra một động cơ đốt trong.Và dưới đây là bản thiết kế đồ án động cơ đốt trong mà tôi đã áp dụng những kiến thức về tính toán động cơ, nguyên lý động cơ đốt trong, Kết cấu động cơ…để thiết kế. Thêm vào đó, trong quá trình thực hiện các sinh viên có thể bổ sung và hoàn thiện kỹ năng vẽ AutoCad, điều rất cần thiết với một sinh viên cơ khí động lực. Tôi chân thành cảm ơn Thầy Hoàng Ngọc Dương, các thầy cô và các bạn khoa cơ khí động lực đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án.Với kiến thức còn hạn hẹp, vì vậy thiếu sót là điều không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được ý kiến từ thầy cô và các bạn. SVTH: NHÓM 5 GVHD: HOÀNG NGỌC DƯƠNG Page 1 ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ A. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN: 1. Đặc điểm động cơ thiết kê: Động cơ thiết kế là động cơ 4 kì, 4 xy lanh được bố trí thẳng hàng (I4) +Công suất danh nghĩa: N en =47,1Kw +Tốc độ vòng quay danh nghĩa: n n =5500 (v/ph) Được sử dụng trên xe ôtô HONDA CR-V LATERE8. 2. Tổ chức quá trình cháy : a. Loại nhiên liệu : Nhiên liệu dùng cho động cơ là xăng. Các thành phần có trong nhiên liệu: C, H, O, S [1, tr.39] Nhiên liệu Thành phần khối lượng Khối lượng Phân tử (kg / kmol Nhiệt trị thấp Q H ( kJ / kg ) Xăng c h o 110 - 120 43960 0,855 0,145 - b. Buồng đốt: Chọn buồng đốt kiểu lốc xoáy, bởi vì trong phạm vi rộng của tốc độ động cơ, nhiên liệu và không khí vẫn được phối hợp hòa trộn với nhau tạo ra hòa khí tốt. Dòng xoáy lốc được tạo ra khi nén có cuồng độ lớn hơn so với dòng xoáy được tạo ra khi nạp, nên hòa khí được tạo ra nhanh hơn. Vì vậy kể cả khi phun nhiên liệu rất trễ, quá trình cháy vẫn kết thúc kịp thời và động cơ có thể chạy ở tốc độ cao. Mặt khác số màng lửa xuất hiện đầu tiên trong vòi phun một lỗ ít hơn nhiều so với vòi phun nhiều lỗ, nhờ đó giảm được tốc độ cháy, tốc độ tăng áp khí cháy và tiếng ồn của động cơ. SVTH: NHÓM 5 GVHD: HOÀNG NGỌC DƯƠNG Page 2 ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chọn buồng đốt xoáy lốc cần làm cho thời điểm cháy hơi muộn một chút (sát điểm chết trên), vì vậy trong thời gian cháy ở buồng cháy chính, pittông bắt đầu đi xuống, nhiệt độ môi chất sẽ giảm do giãn nở đã hạn chế sự hình thành NO x . c. Hệ thống nhiên liệu: Sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng phun xăng điều khiển điện tử , lý do áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một cách riêng lẽ, nhiên liệu áp suất cao được phân phối đến từng kim phun theo yêu cầu. Lợi ích của kim phun là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu được phun ra ở áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, kiểm soát lượng phun, thời điểm phun. Do đó làm hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn. Nhiên liệu được cung cấp theo hình thức đa điểm, thời điểm cung cấp và lượng nhiên liệu cung cấp phụ thuộc vào chế độ hoạt động của động cơ. ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến (Cảm biến nhiệt độ khí nạp, Cảm biến lưu lượng khí nạp, Cảm biến nhiệt độ động cơ, Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, Cảm biến áp suất , Cảm biến áp suất khí nạp, Cảm biến vị trí bàn đạp ga, Cảm biến vị trí bướm gió, Cảm biến vị trí trục cam v.v…) gửi về, sau đó phân tích chế độ hoạt động của động cơ và điều khiển thời điểm và thời lượng phun nhiên liệu. SVTH: NHÓM 5 GVHD: HOÀNG NGỌC DƯƠNG Page 3 ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Hình 1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu: Nguyên lý hoạt động: Nhiên liệu được bơm cung cấp từ thùng chứa lên đường ống thấp áp đến lọc để loại bỏ các chất cặn và nước nếu có rồi lên bơm cung cấp, tại đây nhiên liệu lại đi qua một lọc tinh để đảm bảo nhiên liệu hoàn toàn sạch. Một bơm tiếp vận khác tại bơm cung cấp nhiên liệu vào hai buồng nén tạo cao áp của bơm cung cấp nhiên liệu. Nhiên liệu trước khi vào buồng cao áp được điều khiển thông qua van với tín hiệu cung cấp từ ECU. Việc tao áp suất và phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ thống. Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ và lượng nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu được dự trữ với áp suất cao trong ắc quy thủy lực. Lượng phun ra được quyết định bởi bàn đạp chân ga, thời điểm phun cũng như áp sấp phun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ lưu trữ trên nó. Sau khi ECU điều khiển kim phun của các vòi phun tại mỗi xylanh động cơ để phun nhiên liệu nhờ thông tin từ các cảm biến với áp suất phun có thể lên dến 1500bar. Nhiên liệu còn thừa sẽ hồi về thùng chứa nhiên liệu thông qua mạch dầu hồi bố trí trên kim phun. Ưu điểm: + Tiêu hao nhiên liệu thấp. + Phát thải khí ô nhiễm thấp. + Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn. + Cải thiện tính năng động cơ. Nhược điểm: + Thiết kế và chế tạo phức tạp đòi hỏi ngành công nghệ cao 3. Hệ thống nạp – xả Chọn cơ cấu phân phối khí kiểu xupáp treo vì dung tích buồng cháy của động cơ xăng nhỏ, tỷ số nén rất cao, nên cơ cấu xupáp treo cho buồng cháy gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt. Giúp cho đường nạp thải thanh thoát hơn, khiến sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời do có thể bố trí xupáp hợp lí hơn nên có thể tăng tiết diện lưu thông của dòng khí. tuy nhiên cơ cấu xupáp treo tồn tại một số nhược điểm như: cơ cấu dẫn động xupáp khá phức tạp và làm tăng chiều cao động cơ, ngoài ra còn làm cho nắp xylanh trở nên hết sức phức tạp và khó đúc. SVTH: NHÓM 5 GVHD: HOÀNG NGỌC DƯƠNG Page 4 ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Sử dụng phương pháp dẫn động bằng cơ cấu cam - con đội - đũa đẩy - đòn gánh, vì phương pháp dẫn động này cho khả năng bố trí trục cam ở nhiều vị trí thích hợp hơn so với dẫn động trực tiếp. Hình 2: Sơ đồ cấu tạo hệ thống phân phối khí SVTH: NHÓM 5 GVHD: HOÀNG NGỌC DƯƠNG Page 5 ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Nguyên lý hoạt động: khi động cơ hoạt động kéo bánh răng 16 dẫn động bánh răng trục cam quay khiến các vấu cam bánh răng 13 quay theo. Vấu cam đẩy con đội 12, đũa đẩy 11 đi lên ép cần bẩy 6 quay quanh trục 7 tì ép đuôi xupáp, qua đĩa lò xo 5 ép lò xo 4 để đẩy xupáp 2 đi xuống mở cửa thông: khi đỉnh vấu cam trượt qua đáy con đội thì lò xo xupáp 4, thông qua đĩa lò xo 5 đẩy xupáp đi lên đóng cửa thông đồng thời qua cần bẩy 6 ép đũa đẩy 11 và con đội 12 đi xuống để đẩy con đội tiếp xúc với mặt cam. 4. Hệ thống làm mát: Động cơ chỉ có thể hoạt động bình thường khi các chi tiết tiếp xúc với buồng cháy có một chế độ nhiệt thích hợp vì: + Nếu nhiệt độ quá nóng thì điều kiện bôi trơn sẽ kém, làm cho các chi tiết chóng mòn, khe hở giữa pittông sẽ giảm do giãn nở nhiệt làm cho pittông dễ bị bó kẹt trong xylanh. + Nếu nhiệt độ mát quá mức làm cho nhiên liệu khó bay hơi và cháy không kiệt tạo muội than làm bó kẹt vòng găng gây giảm công suất và tăng tiêu hao nhiên liệu. Nhiệm vụ của hệ thống làm mát là lấy đi số nhiệt dư thừa của các chi tiết rồi tỏa số nhiệt này ra bên ngoài không khí. Ta chọn hệ thống làm mát kiểu kín: bởi vì hệ thống làm mát kiểu kín thiết lập và ổn định chế độ nhiệt có lợi nhất cho sự làm việc của động cơ ở chế độ tải định mức và các chế độ khác, giảm tổn thất nhiệt cho nước làm mát, tăng hiệu suất chỉ thị, giảm hao mòn lót xylanh-xécmăng, tăng độ bền nhiệt cho lót xylanh. SVTH: NHÓM 5 GVHD: HOÀNG NGỌC DƯƠNG Page 6 ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Hình 3: Hệ thống làm mát SVTH: NHÓM 5 GVHD: HOÀNG NGỌC DƯƠNG Page 7 ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1-thân máy ; 2-nắp xylanh ; 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-puli ; 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 Nguyên lý hoạt động: nước tuần hoàn nhờ bơm nước 12, qua ống phân phối nước 14 vào các khoang chứa các xylanh. Nước làm mát nhiệt độ thấp được bơm 12 hút từ bình chứa phía dưới của két 7 qua đường ống 10 rồi qua két 13 để làm mát dầu sau đó vào động cơ. Để phân phối nước làm mát đều cho mỗi xylanh, nước sau khi bơm vào thân máy 1 chảy qua ống phân phối 14 đúc sẵn trong thân máy. Sau khi làm mát xylanh, 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 vào bình chứa phía trên của két nước. Tiếp theo nước từ bình chứa phía trên đi qua các ống mỏng có gắn các 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 puli từ trục khuỷu 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. 5. Hệ thống bôi trơn: Lý do phải bôi trơn: trong quá trình làm việc, các chi tiết chuyển động tương đối với nhau luôn xảy ra ma sát giữa các bề mặt, gây mài mòn, đồng thời làm tăng nhiệt độ các chi tiết. Vì vậy động cơ chúng ta cần được bôi trơn các bề mặt ma sát. Nhiệm vụ: Đưa dầu đến các bề mặt ma sát để bôi trơn bề mặt, lọc sạch những tạp chất lẫn trong dầu nhờn tẩy rửa các bề mặt ma sát này và làm mát dầu nhờn để đảm bảo tính năng hóa lý của nó. Làm mát các bề mặt ma sát và bảo vệ các chi tiết không bị oxyt hóa bề mặt Bao kín khe hở giữa pittông và xylanh, giữa xécmăng và pittông. Dùng phương án bôi trơn cưỡng bức cacte ướt: dầu nhờn trong hệ thống bôi trơn được bơm dầu đẩy đến các bề mặt ma sát dưới một áp suất nhất định, do đó hoàn toàn có thể đảm bảo yêu cầu bôi trơn, làm mát và tẩy rửa các bề mặt ma sát. SVTH: NHÓM 5 GVHD: HOÀNG NGỌC DƯƠNG Page 8 ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Và xe hoạt động ở độ nghiêng không lớn lắm nên dùng phương án bôi trơn cưỡng bức cacte ướt. Sơ đồ cấu tạo: SVTH: NHÓM 5 GVHD: HOÀNG NGỌC DƯƠNG Page 9 ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Hình 4. Sơ đồ cấu tạo hệ thống bôi trơn cưỡng bức cacte ướt 1-cacte dầu; 2-bơm dầu; 3-van an toàn; 4-que thăm dò; 5-bánh răng trung gian; 6- bình lọc ly tâm; 7-van nhiệt; 8-két làm mát; 9-van ổn áp; 10-trục cam; 11-đồng hồ đo áp suất dầu; 12-trục giàn cần bẩy xupap; 13-đường dầu chính; 14-khoang chứa dầu trong chốt khuỷu; 15-trục khuỷu; 16-miệng phễu đổ dầu. Nguyên lý hoạt động: bơm dầu 2 hút dầu từ cacte 1 để đưa dầu có áp suất tới bình lọc 6, sau đó qua két làm mát 8 đến đường dầu chính 13. Từ đường dầu chính, dầu có áp suất đi vào lỗ khoan trên thân máy đến bôi trơn các cổ chính và các ổ đỡ trục cam. Từ các cổ chính dầu đi vào các lỗ xiên trên trục khuỷu đến không gian rỗng 14 trong chốt khuỷu rồi từ đó dầu sạch đi vào bôi trơn bạc đầu to thanh truyền và chốt khuỷu. Các cặn bẩn lẫn trong dầu được giữ lại mặt thành xa tâm quay của không gian 14 nhờ tác dụng ly tâm của dầu quay theo trục khuỷu. Từ đường dầu chính còn có một đường dầu dẫn tới trục rỗng 12 của giàn cần bẩy xupap, từ đó dầu đi bôi trơn các bạc của cần bẩy, mặt cầu của vít điều chỉnh khe hở xupap, sau đó tự chảy dọc theo đũa đẩy xuống bôi trơn con đội và vấu cam của trục cam. SVTH: NHÓM 5 GVHD: HOÀNG NGỌC DƯƠNG Page 10 . một động cơ đốt trong. Và dưới đây là bản thiết kế đồ án động cơ đốt trong mà tôi đã áp dụng những kiến thức về tính toán động cơ, nguyên lý động cơ đốt trong, . cơ thiết kế là động cơ 4 kì, 4 xy lanh được bố trí thẳng hàng (I4) +Công suất danh nghĩa: N en =47 ,1Kw +Tốc độ vòng quay danh nghĩa: n n =5500 (v/ph) Được