2.1. Nhiệm vụ, yíu cầu của hệ thống bôi trơn vă công dụng của dầu bôi trơn:
- Hệ thống bôi trơn của động cơ đốt trong có nhiệm vụ cung cấp dầu nhờn đến câc mặt ma sât để lăm giảm ma sât đồng thời lăm mât vă tẩy rửa bề mặt ổ trục. Vì vậy chủng loại vă tính năng hoâ lý của dầu bôi trơn, lưu lượng vă âp suất của dầu bôi trơn trong hệ thống bôi trơn lă những vấn đề rất quan trọng ảnh hưởng rất lớn đến nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn.
- Nhiệm vụ cụ thể:
+ Bôi trơn bề mặt câc chi tiết, lăm giảm công ma sât: Khi bôi trơn bề mặt câc chi tiết (nhất lă câc bề mặt có ma sât lớn) dầu nhờn đóng vai trò như một chất đệm ngăn câch hai mặt ma sât không trực tiếp tiếp xúc với nhau. Vì vậy sẽ giảm được ma sât gđy hao mòn bề mặt câc chi tiết.
+ Lăm mât bề mặt câc chi tiết: Trong quâ trình lăm việc công ma sât chuyển thănh nhiệt lăm nóng câc bề mặt chi tiết, lăm giảm độ nhớt của dầu nhờn vă gđy bó, chây bề mặt câc chi tiết. Vì vậy lưu lượng dầu đi qua câc bề mặt sẽ đem nhiệt ở câc bề mặt chi tiết đi lăm mât câc bề mặt vă do đó đảm bảo nhiệt độ lăm việc của câc bề mặt chi tiết (nhất lă đối với câc ổ trục chịu tải trọng lớn).
+ Tẩy rửa câc bề mặt chi tiết: Trong quâ trình lăm việc, câc bề mặt chi tiết cọ xât với nhau, mạt kim loại rơi ra được dầu nhờn đưa ra khỏi bề mặt câc chi tiết
125 lăm cho câc bề mặt chi tiết sạch vă giảm ma sât do mạt kim loại gđy ra.
+ Bao kín: Đối với câc khe hở giữa piston với secmăng, giữa pistôn với xilanh lăm giảm khả năng lọt khí.
- Yíu cầu
+ Nhiệt độ vă âp suất dầu bôi trơn phải luôn luôn ổn định. + Đảm bảo cho câc bề mặt cần bôi trơn luôn có dầu bôi trơn.
+ Tốc độ dầu bôi trơn phải đảm bảo sao cho có thể lăm sạch câc bụi bẩn, mạt kim loại bâm trín bề mặt chi tiết.
+Đảm bảo lượng dầu bôi trơn luôn luôn đủ.
2.2- Câc phương phâp bôi trơn dùng trong động cơ đốt trong:
- Bôi trơn bằng phương phâp vung tóe dầu
Phương phâp năy dùng cho động cơ đơn giản ,kết hợp với lăm mât kiểu bốc hơi, dầu bị va đập → nhiệt độ lăm mât cao → tiíu hao dầu lớn ,tuổi thọ dầu giảm.
- Bôi trơn cưỡng bức cacte ướt ,cacte có chứa dầu
Một phần dầu 10 ÷15% qua lọc tinh quay về catte,tuỳ thuộc văo nhiệt độ của dầu mă có thể qua kĩt hoặc không qua kĩt để giải nhiệt cho dầu
Ưu điểm :
+ dầu được lưu động , được dẫn động đềuphđn phối đều bề mặt bôi trơn , + chất lượng dầu được đảm bảo vă nhiệt độ dầu được đảm bảo
Nhược điểm:
Nếu lắp trín động cơ bố trí trín địa hình phức tạp mây thuỷ .khi dầu chòng chănh thì dầu bị lọt văo buồng mây → ta dùng phương ân catte khô.
126 - Bôi trơn cưỡng bức catte khô:
Dầu rớt văo catte sẽ được bơm hút quay về thùng chứa. dầu từ thùng chúa qua bơm đi bôi trơn
Ưu điểm : catte luôn được giữ khô nhờ bơm dầu
Nhược điểm: phức tạp hơn vì tốn nhiều bơm dẫn động hơn - Bô trơn bằng pha dầu văo nhiín liệu :
Dùng ở động cơ xăng hai kỳ,thường lă động cơ cỡ nhỏ,quĩt khí bằng thục khuỷ động cơ hai kỳ lớn quĩt khí bằng bơm quĩt khí.
- Bôi trơn theo phương phâp hỗn hợp.
Vừa bôi trơn bằng phương phâp cưỡng bức vừa bôi trơn bằng phương phâp cưỡng bức ,vă vung toĩ
127 Hình 2. Sơ đồ hệ thống bôi trơn động cơ 2AZ-FE
1-Phao hút dầu . 2-Bơm dầu. 3-Van một chiều. 4-Bầu lọc dầu. 5-Van an toăn lọc dầu. 6-Kĩt lăm mât dầu. 7-Trục khuỷu. 8-Đường dẫn dầu trục khuỷu. 9- Đường dầu đi bôi trơn chính. 10-Thanh truyền. 11-Trục cam. M-Đồng hồ âp suất dầu. T-Đồng hồ nhiệt độ dầu
- Nguyín lí lăm việc
- Bơm dầu được dẫn động từ trục khuỷu, dầu trong câcte được hút văo bơm qua lưới lọc. Lưới lọc năy để lọc sơ bộ những tạp chất có kích thước lớn. Sau bơm, dầu có âp suất cao đi đến đường dầu chính khi đến bầu lọc thì van một chiều 3 của bầu lọc mở ra vă dầu được đưa văo trong bầu lọc. Khi văo bầu lọc dầu sẽ đi qua phần lọc thô vă tinh. Lượng dầu qua phần lọc tinh chiếm từ 20÷25%. Dầu sau khi qua bầu lọc đã được lọc sạch sẽ theo đường dầu chính 9 để đi bôi trơn. Từ đường dầu chính đầu bôi trơn sẽ đi bôi trơn cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, bôi trơn trục cam, trục bânh răng, dầu đi qua lỗ phun dầu trín đầu to thanh truyền để bôi trơn vâch xilanh vă piston. Dầu sau khi bôi trơn sẽ rớt trở về lại câcte.
- Trong quâ trình lăm việc của động cơ, nếu âp suất vượt quâ một giới hạn cho phĩp năo đó thì van an toăn của bơm dầu sẽ mở ra, để cho dầu trở về đường ống hút vă để giữ cho âp suất ổn định. Khi âp suất dầu bằng với âp suất phụ tải cần thiết thì van năy sẽ đóng.
- Khi bầu lọc bị tắc lăm cho âp suất dầu tăng lín. Lúc năy, âp suất dầu tăng lín vă thắng được lực lò xo của van an toăn 5 lăm cho van an toăn mở ra để cho dầu đi qua, khi đó bầu lọc không còn tâc dụng lọc dầu nữa.
Van một chiều 3 có tâc dụng cho dầu theo đường đi bôi trơn mă không cho đi theo chiều ngược lại, mặt khâc van còn tạo âp suất dư trín đường dầu chính.
128
2.4- Câc bộ phận chính của hệ thống bôi trơn động cơ 2AZ-FE 2.4.1. Bầu lọc toăn phần
- Trong qúa trình lăm việc của động cơ, dầu bị nhiễm bẩn bởi nhiều tạp chất cơ học cũng như hoâ học bao gồm: mạt kim loại do ma sât tạo ra, bụi bẩn của không khí, muội than vă câc thănh phần khí chây lọt xuống câcte lăm phđn huỷ dầu nhờn vă biến chất dầu nhờn thănh câc tạp chất hoâ học, nước của hệ thống lăm mât lẫn văo. Vì vậy cần có bầu lọc dùng để lọc sạch dầu, để đảm bảo chất lượng dầu bôi trơn vă giảm măi mòn câc bề mặt ma sât.
- Van một chiều có tâc dụng chỉ cho dầu theo một chiều vă không cho dầu theo chiều ngược lại. Mặt khâc khi động cơ không hoạt động nó tạo được âp suất dư trín đường dầu chính, van một chiều được lăm bằng cao su vă co giãn được.
- Vật liệu của lõi lọc lă giấy cât-tông, loại lọc thấm bằng giấy còn gọi lă lọc bề mặt. Đối với phần lọc thô để tăng diện tích bề mặt lọc, người ta dùng giấy dăy 0,6 mm gấp lại để đạt diện tích bề mặt 5 - 12 cm2/cm3 (so với dung tích bầu lọc). Đối với phần lọc tinh thì sức cản rất lớn nhưng dầu được lọc sạch hơn để giảm bớt sự măi mòn câc bề mặt ma sât.
129 Hình 3. Kết cấu bầu lọc toăn phần
1. Phần lọc tinh dầu nhờn; 2. Van lọc dầu; 3. Van an toăn; 4. Phần lọc thô dầu nhờn; 5. Van một chiều
2.4.2. Bơm dầu Sơ đồ nguyín lý
- Bânh răng chủ động được lắp trín trục vă được dẫn động bằng trục khuỷu. - Bânh răng chủ động ăn khớp với bânh bị động 3 hai bânh răng có cùng
số răng vă đều bằng chín.
- Hai bânh răng được đặt trong vỏ bơm có lỗ thông với đường ống hút vă đường ống đẩy.
1 2
3
4
130
Nguyín lý lăm việc
- Bơm dầu nhờn dùng để cung cấp liín tục dầu có âp suất thích hợp đến câc bề mặt ma sât nhằm đảm bảo bôi trơn câc bề mặt ma sât.
- Khi động cơ hoạt động thì trục khuỷu quay vă dẫn động bânh răng chủ - động quay theo chiều kim đồng hồ. Bânh răng chủ động ăn khớp với bânh
răng
bị động nín khi bânh bânh răng chủ động quay thì nó cũng lăm cho bânh răng bị động quay theo với chiều ngược lại. Khi hai bânh răng ăn khớp với nhau thì ở vùng A bânh răng ở vị trí ra khớp nín thể tích buồng A tăng lín lăm cho âp suất giảm xuống tạo ra âp suất chđn không nín hút dầu từ câcte qua lưới lọc, khi dầu qua lưới lọc thì những cặn bẫn có kích thước lớn hơn 1mm2 được giữ lại, dầu tiếp tục đến đường ống hút đi văo buồng A. Dầu trong buồng A điền đầy câc rãnh răng vă được câc rãnh răng đưa lín buồng B theo đường vòng của vỏ bơm. Tại buồng B câc răng ở vị trí văo khớp, thể tích buồng B giảm xuống nín dầu bị nĩn trong buồng B lăm cho âp suất tăng. Khi âp suất tăng cđn bằng với âp suất phụ tải thì dầu theo đường ống đẩy 5 để đi bôi trơn câc bề mặt ma sât.
Hình 4. Sơ đồ bơm dầu
1- Lưới lọc; 2- Ống hút; 3- Bânh răng bị động; 4- Thđn bơm; 5-Đường dầu ra; 6-Bânh răng chủ động; 7- Van ổn âp.
6 5 4 3 1 2 A B 7
131 - Quâ trình hút vă đẩy xảy ra liín tục tạo ra dòng chất lỏng tương đối điều
hoă trín đường ống đẩy.
- Để khống chế âp suất dầu lăm việc không vượt quâ giâ trị cho phĩp, người ta lắp một van ổn định âp suất khi ở âp suất lăm việc bình thường thì van năy vẫn đóng. Khi âp suất vượt quâ giâ trị cho phĩp thì van an toăn năy mở ra, cho dầu đi về đường ống hút lăm cho âp suất giảm xuống vă đến một lúc năo đó âp suất cđn bằng với âp suất lăm việc thì van sẽ đóng lại để giữ âp suất ổn định.
- Số vòng quay của bơm không vượt quâ 4000 - 5000vòng/phút vì khi số vòng quay cao quâ, hiệu suất bơm giảm do tổn thất vă hiệu ứng li tđm tại cửa nạp. Hiệu suất của bơm còn phụ thuộc văo khe hở giữ đỉnh răng vă vỏ bơm vă giữa mặt đầu bânh răng vă vỏ bơm.
- Ưu điểm : Kết cấu nhỏ gọn, cung cấp dầu liín tục vă đều đặn, quâ trình ăn khớp ím dịu
- Nhượt điểm: Số vòng quay của bơm không vượt quâ 4000÷5000vg/ph vì khi số vòng quay cao, hiệu suất bơm giảm do tổn thất vă do hiệu ứng li tđm của dầu ở vùng cửa nạp; tạo ra lực dọc trục lớn.
2.4.3. Van ổn âp
- Van có dạng hình trụ, chịu âp lực của lò xo đóng mạch. Khi dầu trong mạch chính từ bơm ra vượt quâ âp suất cho phĩp thì âp suất dầu thắng được âp lực lò xo của van lăm cho van mở ra vă cho dầu về đường ống hút của bơm.
132 Hình 3.4. Câc bộ phận của van ổn âp.
1 - Lò xo. 2 - Van hình trụ.
2.4.4. Thông gió hộp trục khuỷu
- Trong quâ trình lăm việc của động cơ, khí chây lọt qua kh hở secmăng vă xilanh xuống hộp trục khuỷu vă do sự truyền nhiệt từ động cơ lăm cho nhiệt độ dầu nhờn tăng. Khi khí chây lọt xuống hộp trục khuỷu sẽ đem theo hơi nước, khí sunfua vă hơi nhiín liệu… Hơi nước ngưng tụ trong câcte lăm dầu sủi bọt tạo thănh nhủ tương (quânh vă nhờn). Khí sunfua sẽ hỗn hợp với hơi nước tạo thănh axít sunfuaric (H2SO4) hoặc axit sunfuarơ (H2SO3). Những axít năy lẫn trong dầu sẽ lăm động cơ chóng mòn. Khi nhiệt độ dầu tăng sẽ lăm cho dầu bị phđn hủy hay biến chất, lăm độ nhớt dầu giảm vă tiíu hao nhiều. Vì vậy phải thông gió hộp trục khuỷu để giảm măi mòn cho động cơ, tăng công suất cho động cơ vă tăng thời gian sử dụng của dầu.
Trong động cơ đốt trong thường sử dụng hai loại thông gió đó lă: thông gió kín vă thông gió hở.
- Thông gió kín: thường dựa văo nguyín lý cđn bằng âp suất hay độ chđn không ở những khu vực khâc nhau của bình lọc khí, để xả hơi dầu ra khỏi câcte, bằng câch dùng hai ống cao su nối thông phần không gian của nắp che kín xupâp với
2 1
133 phần trín của bình lọc khí (độ chđn không nhỏ) vă nối thông phần dưới của bình lọc khí (độ chđn không lớn). Khi động cơ lăm việc với phụ tải nhỏ vă trung bình, thì hơi dầu xả ra ở ống phía dưới, còn khi động cơ lăm việc với phụ tải lớn, khí chây lọt xuống câcte nhiều hơn thì hơi dầu ở câcte xả ra cả hai ống trín vă dưới. Hơi dầu ra khỏi câcte lại đưa văo xilanh trong quâ trình nạp của động cơ. Loại thông gió kín cho phĩp cho phĩp thông gió triệt để ở hộp trục khuỷu nhưng có nhược điểm lớn lă hơi dầu vă khí chây văo xilanh sẽ tăng khả năng đóng muội trín xupâp, thănh xilanh.
- Thông gió hở: Thường dùng ống hoặc lỗ để nối thông câcte với khí trời. Khi động cơ lăm việc, hơi dầu ở câcte qua lỗ hoặc ống năy được xả ra ngoăi khí trời. Lỗ hoặc ống thông hơi có thể lăm chung với lỗ vă miệng rót dầu văo câcte hoặc lăm riíng vă có lưới lọc ngăn bụi bẩn rơi văo câcte. Nhược điểm của loại thông gió hở lă nó gđy ô nhiễm môi trường vă khí trời văo sẽ lăm bẩn dầu bôi trơn.
III- TÍNH TOÂN HỆ THỐNG BÔI TRƠN:
3.1. Tính toân lưu lượng dầu bôi trơn
- Lượng nhiệt dầu mang đi: Qd= (1,52)% Qt Trong đó:
Qd : Lượng nhiệt dầu mang đi
Qt : Lượng nhiệt sinh ra trong quâ trình chây Với:
Qt = 632.𝑁𝑒
(0,25÷0,35) ,theo tăi liệu [2], tập 3, trang 216 Qd =(0,015÷0,02)𝑁𝑒632
(0,25÷0,35)
Chọn : Qd =0,015.𝑁𝑒632
0,3 =0,015.124.632
0,3 = 5224.5 [Kcal/l] Lượng dầu cần thiết để bôi trơn câc bề mặt ma sât. Vd = 𝑄𝑑
134 = 5224.5
0,85.0,5.12=1024,4 [lit/h] Ở đđy:
t = (1015)0C : Khoảng chính nhiệt độ Cd = 0,5 kcal/kg0C : Tỷ nhiệt của dầu 0,85 Kg/lit : Khối lượng riíng của dầu Lưu lượng dầu cần thiết của bơm dầu :
V’b= (23,5)Vd ,TL [4] trang 9-7 Chọn V’b= 3Vd =3.1024,4 =3073 [lit/h] Lưu lượng lý thuyết của bơm :
Vb = 𝑉′𝑏
𝜂𝑏
Với b = (0,70,8) : Hiệu suất của bơm bânh răng Chọn b = 0,75
Vb =3073
0,75 = 4097,3 [lit/h] =11,38.10−4 [m3/s]
3.2. Tính toân bầu lọc thấm
Phần lọc tinh
- Tính toân loại bầu lọc năy rất khó vì thường không xâc định được tiết diện thông qua một câch chính xâc. Vì vậy khi thiết kế nín tham khảo kích thước của những loại lọc tinh của động cơ có công suất tương đương. Có thể căn cứ văo tổng dung tích công tâc của động cơ để lựa chọn sơ bộ kích thước lõi lọc theo số liệu thống kí trong bảng
Bảng 3.1: Kích thước lõi lọc (Bảng 9.3 TL [4])
Dung tích công tâc (l) Đường kính lõi lọc (mm) Chiều cao lõi lọc 4 trở lín 1,54 Dưới 1,5 116 116 88 204 126 135
Tính kiểm nghiệm khả năng lọc của bầu lọc thấm theo công thức : V1 = CF
P
135 V1 = 0,015. 37322,1 72 , 1 1 .10-2 = 3,25 (l/ph) Trong đó :
• V1 : Lưu lượng dầu qua lọc (l/ph)
• F : Diện tích thông qua lý thuyết tính theo công thức F = dh =3,14.88.135 = 37322,1 mm2
• P : Độ chính âp của bầu lọc
P = Pdv – Pdr (KG/cm2) thường có thể chọn ∆p= 1÷ 1,5 kG/cm2
• C : Hệ số lưu thông theo số liệu thực nghiệm: Đối với câc loại lõi lọc bằng giấy thấm
C = 0,015
- : Độ nhớt của dầu nhờn tính theo poazơ (p) = 1,72 (p)
Phần lọc thô
- Bầu lọc dùng lõi lọc bằng kim loại
- Hệ số tiết diện thông qua lõi lọc thấm thường văo khoảng (0.28 – 0.32) %
𝐹𝑡𝑝 = 𝑉𝑏
6𝑣𝑑. 102 = 37,93 cm2 Trong đó :
Vb- Lưu lượng của bơm dầu (l/phút)
Vd- Tóc độ trung bình của dầu nhờn qua lọc (cm2/s) - Diện tích qua lõi lọc
𝐹 = 𝐹𝑡𝑝
𝐾𝑡𝑝 = 37,93
0.3 = 126.45 (cm2) - Chọn kích thướt cơ bản