Thuyết minh hệ thống nạp thải đồ án thiết kế động cơ đốt trong

Đồ án môn học: Thiết kế động đốt LỜI NĨI ĐẦU Ơ tơ ngày sử dụng rộng rãi nước ta phương tiện lại cá nhân vận chuyển hành khách, hàng hố phổ biến Sự gia tăng nhanh chóng số lượng ô tô xã hội, đặc biệt loại ô tô đời kéo theo nhu cầu đào tạo lớn nguồn nhân lực phục vụ ngành công nghiệp ô tô lĩnh vực thiết kế Sau học xong giáo trình “ động đốt “ chúng em tổ mơn giao nhiệm vụ làm đồ án mơn học Vì bước đầu làm qn với cơng việc tính tốn, thiết kế ô tô nên không tránh khỏi bỡ ngỡ vướng mắc trình làm đồ án Nhưng quan tâm, nhiệt tình, động viên, hướng dẫn Thầy Trần Văn Nam với thầy cô giáo môn khoa nên chúng em cố gắng để hoàn thành đồ án thời gian giao Qua đồ án giúp sinh viên chúng em nắm lực tác dụng, công suất động cơ… điều kiện đảm bảo bền vài nhóm chi tiết… tơ, máy kéo Vì thiết thực sinh viên ngành công nghệ kĩ thuật tơ Tuy nhiên q trình thực dù cố gắng nhiều không tránh khỏi thiếu sót Vì chúng em mong nhận quan tâm đóng góp ý kiến thầy bạn để em hồn thiện đồ án tốt qua rút kinh nghiệm quý giá cho thân nhằm phục vụ tốt nhằm phục vụ tốt cho trình học tập làm việc sau Em xin chân thành cảm ơn ! Đà Nẵng, ngày 21 tháng 12 năm 2020 Sinh viên thực Dương Văn Hoà SVTH: Dương Văn Hoà Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam trang Đồ án môn học: Thiết kế động đốt PHẦN 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NẠP THẢI ĐỘNG CƠ DM6-0320 Hệ thống nạp thải có nhiệm vụ đưa hỗn hợp khơng khí- nhiên liệu vào buồng cháy để thực trình cháy động cơ, đồng thời đưa sản phẩm cháy từ buồng cháy ngồi Hệ thống nạp thải phải đảm bảo cung cấp đủ lượng hỗn hợp có thành phần hồ khí thích hợp với chế độ hoạt động động cơ, thải sản phẩm cháy trình thải, cho hiệu suất động lớn giảm ô nhiễm môi trường, giảm tiếng ồn Khảo sát hệ thống nạp – thải động DM6 Ngun lý : Khơng khí ngồi trời hút vào xylanh động qua lọc không khí hầu hết bụi bẩn giữ lại, sau qua cảm biến lưu lượng cảm biến nhiệt độ khí nạp, thơng tin nhiệt độ lưu lượng khí nạp truyền ECU động cơ, tiếp dịng khí đến cổ họng gió qua bướm ga đến góp nạp Khí nạp từ góp nạp phân phối đến xylanh động kỳ nạp Kết hợp thông tin từ cảm biến vị trí bướm ga ECU điều khiển lượng phun nhiên liệu tối ưu Sau hịa khí đốt cháy, khí thải dẫn vào đường ống thải tới góp thải vào xúc tác ba chức khí thải độc hại khử thành chất vơ hại theo ống dẫn khí thải qua giảm âm ngồi mơi trường Một phần khí thải trích dẫn quay trở lại đường nạp qua van hồi lưu khí thải, để làm lỗng hỗn hợp nhiên liệu - khơng khí nhằm hạn chế hình thành chất gây nhiễm q trình cháy 1.2 Đường ống nạp Đường ống nạp gồm cụm chi tiết sau : Bộ lọc khơng khí; Cổ họng gió ; góp nạp ; tua bin tăng áp cảm biến 1.2.1 Lọc khơng khí Lọc khơng khí nhằm mục đích lọc khơng khí trước khơng khí vào động Nó có vai trò quan trọng nhằm làm giảm mài mòn động Trên động DM06 dùng kiểu lọc thấm, lõi lọc giấy Loại có ưu điểm giá thành không cao, dễ chế tạo Tuy nhược điểm tuổi thọ thấp, chu kỳ thay ngắn 1.2.2 Cổ họng gió Các phận tạo thành gồm: bướm ga, môtơ điều khiển bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga phận khác Bướm ga dùng để thay đổi lượng khơng khí dùng q trình hoạt động động cơ, cảm biến vị trí bướm ga lắp trục bướm ga nhằm nhận biết độ mở bướm ga, môtơ bướm ga để mở đóng bướm ga, lị xo hồi để trả bướm ga vị trí cố định Mơtơ bướm ga ứng dụng mơtơ điện chiều có độ nhạy tốt tiêu thụ lượng SVTH: Dương Văn Hoà Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam trang Đồ án môn học: Thiết kế động đốt Nguyên lý làm việc: ECU động điều khiển độ lớn hướng dịng điện chạy đến mơtơ điều khiển bướm ga, làm quay hay giữ môtơ, mở đóng bướm ga qua cụm bánh giảm tốc Góc mở bướm ga thực tế phát cảm biến vị trí bướm ga, thơng số phản hồi ECU động Khi dịng điện khơng chạy qua mơtơ, lị xo hồi mở bướm ga đến vị trí cố định (khoảng 70) Tuy nhiên, chế độ không tải bướm ga đóng lại nhỏ so với vị trí cố định Khi ECU động phát thấy có hư hỏng, bật đèn báo hư hỏng đồng hồ táp lô đồng thời cắt nguồn đến môtơ, bướm ga giữ góc mở khoảng 0, xe chạy đến nơi an tồn 1.2.3 Bộ góp nạp Hình 3-1 Bộ góp nạp Bộ góp nạp chế tạo nhơm nhằm mục đích giảm trọng lượng, kết cải thiện hiệu nhiệt độ thể tích lượng khí nạp Các nhánh ống nạp thiết kế dài nhằm tối ưu hóa hình dáng đường nạp, dạng xoắn ốc đường nạp tạo hiệu ứng lưu động dịng khí nạp, làm tăng thêm lượng khí nạp chu trình, điều giúp cải thiện momen cơng suất phát động chạy tốc độ thấp trung bình Đường kính ống góp nạp (d = 65 mm) thiết kế lớn, điều làm giảm hệ số cản cho đường nạp 1.2.4 Đặc điểm kết cấu nguyên lý làm việc cảm biến đường nạp Cảm biến lưu lượng khí nạp SVTH: Dương Văn Hoà Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam trang Đồ án môn học: Thiết kế động đốt Hình 3.2 Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy – Nhiệt điện trở; – Dây sấy platin Nguyên lý hoạt động Dòng điện chạy vào dây sấy làm cho nóng lên Khi khơng khí chạy qua, dây sấy làm nguội tương ứng với khối lượng khơng khí nạp, cách điều chỉnh dịng điện chạy vào dây sấy để giữ cho nhiệt độ dây sấy khơng đổi, dịng điện tỉ lệ thuận với lượng khơng khí nạp cách phát dịng điện ta xác định lượng khơng khí nạp Trong trường hợp này, dịng điện chuyển thành điện áp gửi đến ECU động Mạch điện cảm biến đo lưu lượng khí Hình 3.3 Sơ đồ mạch điện điều khiển cảm biến đo lưu lượng khơng khí – Bộ khuyếch đại ; – Ra (nhiệt điện trở) ; – Ra (bộ sấy) Cảm biến lưu lượng khí nạp có dây sấy ghép vào mạch cầu Mạch cầu có đặc tính điện điểm A B tích điện trở theo đường chéo (Ra + R3)*R1=Rh*R2 Khi dây sấy (Rh) làm mát khơng khí nạp, điện trở tăng lên dẫn đến hình thành độ chênh điện điểm A B Một khuyếch đại xử lý phát SVTH: Dương Văn Hoà Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam trang Đồ án môn học: Thiết kế động đốt chênh lệch làm tăng điện áp đặt vào mạch (làm tăng dòng điện chạy qua dây sấy) Khi thực việc này, nhiệt độ dây sấy lại tăng lên dẫn đến việc tăng tương ứng điện trở điện điểm A B trở nên (các điện áp điểm A B trở nên cao hơn) Bằng cách sử dụng đặc tính loại mạch cầu này, cảm biến lưu lượng khí nạp đo khối lượng khí nạp cách phát điện áp điểm B Trong hệ thống nhiệt độ dây sấy (Rh) trì liên tục nhiệt độ không đổi cao nhiệt độ không khí nạp, cách sử dụng nhiệt điện trở (Ra) Do đo khối lượng khí nạp cách xác nhiệt độ khí nạp thay đổi, ECU động không cần phải hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu nhiệt độ không khí nạp Ngồi nhiệt độ khơng khí giảm độ cao lớn, khả làm ngưội khơng khí giảm xuống so với thể tích khí nạp mức nước biển Do mức làm nguội cho dây sấy giảm xuống Vì khối khí nạp phát giảm xuống, nên không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn Khi ECU phát thấy cảm biến lưu lượng bị hỏng mã đó, ECU chuyển vào chế độ dự phòng Khi chế độ dự phòng, thời điểm đánh lửa tính tốn ECU, dựa vào tốc độ động vị trí bướm ga Chế độ dự phòng tiếp tục hư hỏng sửa chữa 1.3 Đường ống thải Đường ống thải gồm cụm chi tiết sau: Bộ góp thải; xúc tác chức năng; giảm âm chính; cảm biến oxy 1.3.1 Bộ góp thải Hình 3.6 Bộ góp thải - Ống góp thải; – đường ống thải Đường ống thải có nhiệm vụ đưa khí thải khỏi buồng đốt động Bộ góp thải động DM6 chế tạo thép không rỉ để giảm trọng lượng, ống thải ống góp thải nối với khớp cầu, đường kính ống góp thải 50 mm Đoạn SVTH: Dương Văn Hồ Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam trang Đồ án môn học: Thiết kế động đốt cuối đường ống thải gắn cảm biến oxy thu nhận tín hiệu nồng độ oxy báo ECU sử lý, xác định tỷ lệ hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu có giàu hay nghèo tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng từ ECU điều chỉnh lượng nhiên liệu phun cho phù hợp 1.3.2 Bộ xúc tác chức kết hợp hệ thống điều khiển hồi tiếp nhiên liệu a, Bộ xúc tác chức Công dụng xúc tác: Khi tỷ lệ khơng khí - nhiên liệu nghèo, giàu hay lý tưởng có lượng khí HC , CO NOx sinh Để giảm đến mức thấp hàm lượng khí thải mơi trường, đường ống dẫn khí thải người ta có lắp thêm xúc tác ba chức (TWC) phận oxy hóa CO HC khí thải đồng thời khử oxy NOx để biến chúng thành CO2, H2O N2 khơng có hại cho môi trường Vùng làm việc xúc tác tỷ lệ khơng khí-nhiên liệu khoảng 14 ÷15 ( vạch đen) Cấu tạo Hình 3.7 Kết cấu xúc tác ba chức – Vỏ thép khơng rỉ; – Vỏ ngồi ; 3,5 – Bộ xúc tác; – Lưới thép; – Thanh ghi; – Lớp kim loại nền; – Chất xúc tác Bảng 3.1 Thơng số kỹ thuật Thể tích (cm3) 2166 Mật độ phần tử lọc (ceels/cm2) 93 SVTH: Dương Văn Hoà Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam trang Đồ án môn học: Thiết kế động đốt Độ dày vách ngăn (mm) 0,075 Bước phần tử (mm) 1,04 Bộ xúc tác chức động DM6 dùng chất xúc tác ( Platine+ Rhodium + Palladium ) loại nguyên khối có dạng tổ ong, với bề mặt phủ thành phần xúc tác Các chất đỡ lưới thép không rỉ bao bọc vỏ thép không rỉ Tất nằm vỏ thép Lớp than hoạt tính nơi diễn phản ứng xúc tác chế tạo kim loại quý mạ thành lớp mỏng vật liệu Vật liệu chủ yếu lớp nhôm gamma, bề dày khoảng 20-50 micron tráng bề mặt ghi Có kim loại quý dùng để tráng lên bề mặt vật liệu :Platine (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) Hai chất Pt Pd dùng cho phản ứng oxy hóa Rh cần thiết cho phản ứng xúc tác khử NOx thành N Ngồi cịn có số kim loại khác Ni, Fe, Si, Zr với hàm lượng nhỏ để tăng tính xúc tác tính ổn định chống lão hóa Nguyên lý làm việc b, Hệ thống điều khiển tỷ lệ khơng khí – nhiên liệu Hệ thống hoạt động theo ngun lý: thơng tin lượng oxy có khí thải xác định cảm biến oxy đặt đường ống thải truyền ECU, ECU có nhiệm vụ tiếp nhận xử lý thơng tin điều chỉnh lượng phun nhiên liệu để có thành phần hịa khí lý tưởng Cảm biến oxy Cảm biến oxy có phần tử làm zirconi ơxít ( ZnO2 ) loại gốm Bên bên phần tử bọc lớp platin mỏng Khơng khí chung quanh dẫn vào cảm biến phía ngồi cảm biến lộ phía khí thải.Ở nhiệt độ 4000 C (hoặc cao hơn) oxy mặt mặt phần tử ZrO2 có chênh lệch nồng độ phần tử ZrO2 sinh điện áp giá trị từ 0-1( V ) truyền ECU 1.3.3 Bộ giảm âm SVTH: Dương Văn Hồ Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam trang Đồ án môn học: Thiết kế động đốt Hình 3.8 Kết cấu giảm âm Trong giảm âm lắp đường ống thải động có van điều khiển nằm vị trí cân đóng nhánh rẽ tắt nhờ lị xo hồi vị Khi áp suất khí thải giảm âm thấp van đóng, dịng khí thải phải vịng qua buồng xốy đảo chiều vách ngăn làm giảm xung động áp suất khí thải từ làm giảm tiếng ồn Khi áp suất khí thải lớn lực hồi vị lò xo van mở tỷ lệ với áp suất khí thải, tạo điều kiện cho khí thải nhanh giảm phản lực đường ống thải Như nhờ có giảm âm cho phép động hoạt động êm dịu tốc độ thấp làm giảm phản lực tác dụng lên đường ống thải động hoạt động tốc độ trung bình cao 1.4 Kết cấu nắp máy phương án bố trí đường nạp – thải động DM6 Hình 3.9 Kết cấu nắp máy – Đường nạp ; – Đường thải Động DM6 động phun diezel điện tử, hịa khí hòa trộn nhờ kim phun 12 lỗ, để đảm bảo khơng ảnh hưởng tới hệ số nạp, góp nạp đúc nhựa đường nạp đường thải động DM6 bố trí hai phía điều giúp cho dịng khí nạp cách nhiệt tốt, khơng bị gia nhiệt từ nắp máy động nhiệt độ dịng khí thải 1.4 Các hệ thống phụ trợ cho q trình nạp thải động DM6 Động tô tạo công suất cách đốt cháy nhiên liệu diezel Và cháy hoàn toàn nhiên liệu khơng xảy ra, điều có nghĩa chất CO, HC , NO x , …được thải bầu khí Các chất làm nhiễm khơng khí, qui định pháp luật bắt buộc phải hạn chế khí thải từ động ô tô - Các chất ô nhiễm sản vật cháy SVTH: Dương Văn Hoà Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam trang Đồ án môn học: Thiết kế động đốt Q trình cháy lí tưởng hỗn hợp hydrocarbure với khơng khí sinh CO 2, H2O N2 Tuy nhiên, không đồng hỗn hợp cách lí tưởng tính chất phức tạp tượng lí hóa diễn q trình cháy nên khí xả động đốt ln có chứa hàm lượng đáng kể chất độc hại oxide nitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung NOx), monoxyde carbon (CO), hydro carbure chưa cháy (HC) hạt rắn, đặc biệt bồ hóng - Tác hại chất ô nhiễm khí xả động sức khoẻ người + CO : Monoxyde carbon sản phẩm khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, sinh xy hố khơng hồn tồn carbon nhiên liệu điều kiện thiếu oxy CO ngăn cản dịch chuyển hồng cầu máu làm cho phận thể bị thiếu oxy Nạn nhân bị tử vong tức thời nồng độ CO máu cao bị ảnh hưởng xấu đến hoạt động não tiếp xúc với CO thời gian dài + NOx: NOx họ oxyde nitơ, NO chiếm đại phận NOx hình thành N2 tác dụng với O2 điều kiện nhiệt độ cao (vượt 1100°C) NO2 chất khó hịa tan, theo đường hô hấp sâu vào phổi gây viêm làm hủy hoại tế bào quan hơ hấp Nạn nhân bị ngủ, ho, khó thở Protoxyde nitơ N2O chất sở tạo ozone hạ tầng khí + Hydocarbure: Hydrocarbure (HC) có mặt khí thải q trình cháy khơng hồn toàn hỗn hợp giàu, tượng cháy khơng bình thường Chúng gây tác hại đến sức khỏe người chủ yếu hydrocarbure thơm Từ lâu người ta xác định vai trò benzen bệnh ung thư máu nồng độ lớn 40ppm gây rối loạn hệ thần kinh nồng độ lớn 1g/m 3, nguyên nhân gây bệnh gan + SO2: Oxyde lưu huỳnh chất háo nước, dễ hịa tan vào nước mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 muối amonium theo đường hô hấp vào sâu phổi Mặt khác, SO2 làm giảm khả đề kháng thể làm tăng cường độ tác hại chất ô nhiễm khác nạn nhân Vậy hệ thống phụ trợ lắp động truyền thống nhằm mục đích tối ưu hố chu trình làm việc động cơ, làm cho tỷ lệ chất ô nhiễm khí thải nhỏ Đồng thời cịn đảm bảo cho động hoạt động tốt điều kiện làm việc SVTH: Dương Văn Hoà Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam trang Đồ án môn học: Thiết kế động đốt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Phú , Hồ Tấn Chuẩn , Trần Văn Tế , Nguyễn Tất Tiến - Kết cấu tính tốn động đốt tập I, II, III, [2] GS,TS, Nguyễn Tất Tiến – Nguyên lý động đốt – Nhà xuất giáo dục , năm 2000 , [3] Trần Thanh Hải Tùng – Kết cấu tính tốn động đốt – Trường đại học Bách khoa Đà nẵng [4] Nguyễn Văn Yến - Giáo trình chi tiết máy – Nhà xuất giao thơng vận tải, Ngồi cịn có tham khảo số tài liệu: Giáo trình giảng dạy thầy mơn động đốt - Khoa khí giao thông - ĐHBK – Đai Học Đà Nẵng số tài liệu lấy từ mạng internet, SVTH: Dương Văn Hoà Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam trang 10 Đồ án môn học: Thiết kế động đốt SVTH: Dương Văn Hoà Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam trang 11 Đồ án môn học: Thiết kế động đốt SVTH: Dương Văn Hoà Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam trang 12 .. .Đồ án môn học: Thiết kế động đốt PHẦN 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NẠP THẢI ĐỘNG CƠ DM6-0320 Hệ thống nạp thải có nhiệm vụ đưa hỗn hợp khơng khí- nhiên liệu vào buồng cháy để thực trình cháy động cơ, ... trang Đồ án môn học: Thiết kế động đốt Hình 3.8 Kết cấu giảm âm Trong giảm âm lắp đường ống thải động có van điều khiển nằm vị trí cân đóng nhánh rẽ tắt nhờ lị xo hồi vị Khi áp suất khí thải giảm... góp thải Hình 3.6 Bộ góp thải - Ống góp thải; – đường ống thải Đường ống thải có nhiệm vụ đưa khí thải khỏi buồng đốt động Bộ góp thải động DM6 chế tạo thép không rỉ để giảm trọng lượng, ống thải