Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống

3.3.1. Tính toán thiết kế bơm dầu:

- Trong hệ thống bôi trơn động cơ XZ4-0621 lựa chọn sử dụng bơm bánh răng ăn khớp trong vì:

+ Động cơ này lắp trên xe du lịch nên yêu cầu các chi tiết nhỏ gọn và bơm dầu cũng vậy.

+ Mặc dù bơm bánh răng ăn khớp trong đắt hơn song lại làm việc tin cậy hơn. - Việc tính toán bơm dầu nhằm mục đích xác định các thông số cơ bản của bơm: + Lưu lượng bơm dầu Vb

+ Các thông số về bánh răng chủ động và bị động của bơm: mođun, số vòng quay,chiều dày bánh răng, đường kính vòng đỉnh, chân răng...

+ Áp suất đầu vào, đầu ra của bơm: Pv, Pr + Công suất bơm: Nb

Để xác định được các thông số, kích cơ bản trên của bơm dầu bôi trơn, ta phải xác định được lưu lượng dầu bôi trơn cần thiết để bôi trơn các bề mặt ma sát Vd, từ đó xác định được lưu lượng của bơm dầu cần cung cấp Vb

Từ lưu lượng của bơm ta sử dụng các công thức tính liên quan để xác định các kích thước chi tiết của bơm.

Trang 54 Hình 3.2: Kết cấu bơm bánh răng ăn khớp trong

1- Bánh răng chủ động; 2- Bánh răng bị động; 3- Đường dầu vào 4- Xẹc lip; 5- Van an toàn; 6- Đường dầu ra.

3.3.1.1. Lượng nhiệt dầu mang đi.

Lưu lượng dầu dùng để bôi trơn các bề mặt ma sát được xác định bằng phương pháp cân bằng nhiệt của động cơ theo tài liệu [2], vì nhiệt lượng do dầu nhờn tải đi phụ thuộc nhiều vào trạng thái nhiệt của ổ trục và tổng nhiệt lượng do nhiên liệu cháy trong xilanh sinh ra Qt

Theo số liệu thực nghiệm, đối với các loại động cơ đốt trong ngày nay, nhiệt lượng do dầu đem đi Qd thường chiếm khoảng 1,5÷2% tổng nhiệt lượng do nhiên liệu cháy trong xylanh sinh ra Qt. Vì vậy có thể xác định Qd theo công thức sau:

Qd = (0,0150,02). Qt [kcal/h] (3-1),[2] Chọn Qd = 0,016Qt

Qt : Lượng nhiệt do nhiên liệu cháy sinh ra trong quá trình cháy trong 1 giờ phụ thuộc vào công suất động cơ Ne và hiệu suất của động cơ ηe được xác định theo phương trình sau: Qt = e e N  . 632 [kcal/h] (3-2),[2]

Trang 55

Với ηe – Hiệu suất có ích của động cơ đốt trong: ηe = (0,25 ÷ 0,35), Chọn ηe = 0,32

Suy ra: Qd = , . .

. = 2212 [kcal/h]

3.3.1.2. Lượng dầu cần thiết để bôi trơn các bề mặt ma sát.

Lưu lượng dầu cần thiết để bôi trơn các bề mặt ma sát phụ thuộc vào nhiệt lượng do

dầu bôi trơn mang đi Qd, khối lượng riêng của dầu bôi trơn , và tỷ nhiệt của dầu Cd,

và được xác định thông qua công thức sau: Vd = t C Q d d  . .  [l/h] (3-3), [2] = , . , . = 346,98 [l/h]

Với: t = (1015) [oC] : Khoảng chênh nhiệt độ [2] Cd = 0,5 [kcal/kgoC] : Tỷ nhiệt của dầu [2]

 y 0,85 [kg/l] : Khối lượng riêng của dầu [2] 3.3.1.3. Xác định lưu lượng của bơm dầu.

Để đảm bảo cung cấp lượng dầu bôi trơn tới các bề mặt ma sát nói trên thì bơm dầu cần phải cung cấp một lưu lượng Vb’ dầu lớn gấp vài lần. Do đó lưu lượng Vb’ [lít/h] của bơm dầu được xác định theo công thức kinh nghiệm:

Vb’= (2÷3,5).Vd (3-4), [2] Đối với động cơ diezel: Vb’=( 20÷40)Ne [2] Đối với động cơ xăng: Vb’ =(14÷20)Ne [2] Vì động cơ thiết kế là động cơ xăng, nên ta chọn: Vb’=20.Ne [lít/h]

V’b = (14÷20)Ne = 20.70= 1400 [lít/h]

Lưu lượng dầu bôi trơn do bơm cung cấp Vb’ phụ thuộc vào lượng lý thuyết của bơm Vb và hiệu suất thủy lực của bơm theo công thức: Vb’= .Vb , vì vậy Vb được xác định :

Trang 56 Q b b V V  '  [lít/h] (3-5), [2]

Vì ta sử dụng bơm bánh răng nên bơm có hiệu suất thủy lực là: Q= 0,7÷0,8 [2]

Ta chọn Q = 0,7. Vậy lưu lượng lý thuyết của bơm là:

𝑉 = =

, = 2000 [𝑙/ℎ] (3-6) 3.3.1.4. Xác định kích thước bơm dầu.

Gồm các thông số: mođun bánh răng: m, số vòng quay bánh răng chủ động: n, chiều dày bánh răng: b, đường kính vòng tròn lăn: Do, đường kính vòng đỉnh răng: De, chiều cao răng:h, đường kính chân răng: Dc, áp suất đầu ra bơm: pr, áp suất đầu vào bơm: Pv, công suất bơm: Nb

Sau khi xác định được lưu lượng lý thuyết của bơm Vb và các thông số tính toán ở trên ta thiết kế sao cho kích thước bơm là nhỏ nhất mà đảm bảo lưu lượng dầu cần thiết cung cấp cho các bề mặt ma sát , Vb của bơm phụ thuộc vào các thông số chi tiết như: mođun, số vòng quay, chiều dày, và số răng của bánh răng chủ động, xác định theo công thức sau:

Vb = 2. . m z b n2. . . .60.106 [l/h] (3-7), [2]

Trong đó:

+ m: mođun của bánh răng

+ n: số vòng quay của bánh răng chủ động, n = 4728 [vg/ph]

+ b: chiều dày bánh răng: b= 𝑏.m.z, [8], vì áp suất bơm bánh răng trong nghành chế

tạo máy, ôtô vào khoảng: P= (10-30)at, nên theo tài liệu [8] ta chọn: 𝑏 = 0,65.

+ z: số răng của bánh răng chủ động z1=(8÷12). Chọn z1 = 10 răng, z2=11 răng Mặc khác công thức (4-7) ở trên có thể viết lại như sau:

Vb = 2. . m z b2. . . .m nz. .60.106 [l/h] (3-8)

Vb = 2..m3.z2.n.𝑏.60.10-6

=> m =

. , . . . , . . = 2,6 𝑚𝑚

Trang 57 3.3.1.4.1. Xác định kích thước bánh răng chủ động. Đường kính vòng tròn lăn: D1 = 3.z = 3.10 = 30 [mm] Đường kính vòng đỉnh răng: Da1 = D1 +2m = 30 + 2.3 = 36 [mm] Chiều cao răng: h1 = 2,5.m = 2,5.3 = 7,5 [mm] Đường kính chân răng:

Df1 = Da1 – 2,5.m = 36 – 2,5.3 = 28,5 [mm] 3.3.1.4.2. Xác định kích thước bánh răng bị động. Đường kính vòng tròn lăn: D2 = 3.z2 = 3.11 = 33 [mm] Đường kính vòng đỉnh răng: Da2 = D2 - 2m = 33 - 2.3 = 27 [mm] Đường kính chân răng:

Df2 = Da2 + 2,5.m = 33 + 2,5.3 = 40,5 [mm] 3.3.1.5. Xác định công suất dẫn động bơm dầu.

Lưu lượng của bơm phụ thuộc nhiều vào công suất bơm, nhưng công suất bơm dầu lại thay đổi theo các thông số: lưu lượng lý thuyết bơm Vb, áp suất đầu ra của

bơm: Pra, áp suất đầu vào: Pv, và hiệu suất cơ giới: m

công suất dẫn động bơm có thể được tính theo công thức sau:

𝑁𝑏 = . Vb(Pr − Pv). ( HP) (3-9), [2]

Trong đó:

m: hiệu suất cơ giới của bơm dầu dầu nhờn khi xét đến tổn thất ma sát và thủy động

có thể lấy: m = 0,85 0,9, chọn: m = 0,85 [2] Pr: áp suất đầu ra, chọn pr= 4 kg/cm2 [2] Pv: áp suất đầu vào, chọn pv=1,03 kg/cm2 [2] Vb= 2000 (l/h)

Trang 58

Nb =

, . . 2000(4 − 1,03) = 0,26 (HP) =0,193 (kw) 3.3.2. Tính lọc dầu.

3.3.2.1. Phân tích chọn loại bầu lọc

Thiết bị lọc dầu của các loại động cơ đốt trong ngày nay có thể chia ra làm 5 loại chính:

- Bầu lọc cơ khí: dùng các phần tử lọc cơ khí, loại này hiện nay ít dùng.

- Bầu lọc thấm: bầu lọc thấm hiện nay được dùng hết sức rộng rãi, nguyên lý làm việc của bầu lọc thấm cụ thể như sau: Dầu nhờn có áp suất cao thấm qua các khe hở

nhỏ( khe hở có thể nhỏ đến 0,1m) của phần tử lọc. Do đó các phần tử có đường kính

lớn hơn kích thước khe hở bị giữ lại vì vậy dầu nhờn được lọc sạch

Bầu lọc thấm hiện nay thường dùng các loại lõi lọc bằng: kim loại, giấy, len dạ, hàng dệt

Ưu điểm của bầu lọc thấm là khả năng lọc rất tốt, lọc sạch. Nhưng nhược điểm là kết cấu phức tạp và thời gian sử dụng ngắn

- Bầu lọc ly tâm: trong những năm gần đây, bầu lọc ly tâm được dùng rộng rãi vì chúng có những ưu điểm sau:

+ Do không dùng lõi lọc nên khi bảo dưỡng không cần thay thế phần tử lọc + Tính năng lọc ít phụ thuộc vào mức độ cặn bẩn lắng đọng trong bầu lọc + khả năng lọc tốt hơn nhiều so với loại lọc thấm dùng lõi lọc

- Lọc từ tính: lọc từ tính chủ yếu dùng để lọc mạt sắt trong dầu nhờn, loại lọc này thường dùng một thanh nam châm lắp trên nút dầu ở đáy cacte, do hiệu quả rất cao nên hiện nay được dùng rất rộng rãi

- Lọc hóa chất: loại này chủ yếu dùng hóa chất như cácbon hoạt tính, phèn chua để hấp thu tạp chất, hiện nay hầu như không dùng loại này nữa

Qua tham phân tích ưu nhược điểm các loại bầu lọc trên, ta chọn bầu lọc toàn phần loại lọc thấm dùng lõi kim làm nhiệm vụ lọc thô và lọc tinh vì có nhiều ưu điểm sử dụng mặc dù thời gian sử dụng ngắn, cần phải thay thế định kỳ. với nguyên lý làm việc như sau:

Trang 59 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Hình 3.3. Kết cấu bầu lọc toàn phần.

1-Vỏ bầu lọc. 2- Phần lọc tinh. 3- Thân van ổn áp. 4- Tấm đệm có lỗ. 5- Tấm đệm van ổn áp. 6- Lỗ dầu ra khỏi van. 7- Phần lọc thô. 8- Ống kim loại có lỗ. 9- Van một

chiều. 10- Tấm đệm có lỗ dầu vào và ra. 11- Nắp bầu lọc. 12- Đệm kín. 13- Lỗ dầu vào bầu lọc. 14- Lỗ dầu ra khỏi bầu lọc.

Dầu được bơm dầu hút từ cácte qua lưới lọc đi đến đường dầu chính. Dầu đi vào bầu lọc qua các lỗ 13 lúc này dầu có áp suất cao do bơm tạo ra sẽ tác dụng lên van 9 làm cho van mở ra và dầu được đưa vào bầu lọc sau đó dầu qua phần lọc thô 7 và phần lọc tinh 2, khi đi qua phần lọc thô và lọc tinh thì dầu được lọc sạch. Dầu lọc sạch này theo lỗ 14 ra khỏi bầu lọc đi đến đường dầu chính để đi bôi trơn các bề mặt ma sát.

Phần kích thước bầu lọc tinh nhỏ hơn phần lọc thô và sức cản cũng lớn hơn nên

lượng dầu qua lọc tinh chỉ chiếm từ 15  20 lượng dầu do bơm cung cấp nhưng dầu

qua lọc tinh được lọc sạch hơn phần lọc thô, khi làm việc ở áp suất cần thiết thì áp suất của dầu không thắng được lực của lò xo của van an toàn nên van vẫn đóng. Nhưng khi phần lọc thô và tinh đều bị tắc hoặc sức cản lớn thì làm cho áp suất dầu tăng cao, lúc này áp suất dầu thắng được lực lò xo của van an toàn làm cho van mở ra và cho dầu qua van để đảm bảo lượng dầu đi bôi trơn các bề mặt ma sát khi đó dầu

Trang 60

không qua phần lọc thô và tinh nên bầu lọc không còn tác dụng nữa vì vậy mà ta cần phải thay bầu lọc

3.3.2.2. Tính toán bầu lọc.

Tính toán khả năng lọc của loại bầu lọc dùng lõi kim loại chủ yếu là xác định khả năng thông qua của bầu lọc bằng hệ số tiết diện ktp:

ktp = 100. (1 ) 360 s      (3-10), [2] Trong đó: δ - Khe hở lọc, [mm]

s - Chiều dày của phiến lọc, [mm φ - Góc chiếm chỗ của phiến gạt, [độ]

Thông thường, hệ số tiết diện thông qua ktp = 0,28 ÷ 0,32. Chọn ktp = 0,3 Tiết diện lưu thông qua Ftp của lõi lọc xác định theo công thức sau:

Ftp = b 2

d

V .10

6v [cm2] (3-11),[2]

Trong đó:

Vb - Lưu lượng của bơm, [l/ph]

Vd - Vận tốc trung bình của dầu nhờn đi qua lọc [cm/s] Với Vd = (6 ÷ 12). Chọn Vd = 10 [cm/s]

Vậy, tiết diện lưu thông: 𝐹 =

. . . 10 = 55,55 [cm2] Diện tích lọc F của lọc: F = tp tp F k = 55,55/0,3 = 185,185 [cm2] (3-12), [2]

Chiều cao của lõi lọc: . F h d   (3-13), [2]

Trang 61

ℎ = ,

, . = 7,4 [𝑐𝑚]

Vậy các thông số cơ bản của bầu lọc toàn phần là: d = 80 [mm]

h = 74 [mm]

3.3.3 Lượng dầu chứa trong cacte.

Lưu lượng dầu trong các-te Vct có thể xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

Đối với động cơ xăng : Vct = (0,060,12)Ne (l) (3-14), [2]

Chọn Vct = 0,06.Ne = 0,06.70 = 5,6 (l) Vậy lượng dầu chứa trong các-te là 5,6 (l).

Trang 62

KẾT LUẬN

Qua hơn 3 tháng làm việc tích cực cộng với sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn, đến nay đồ án em đã hoàn thành.

Đồ án môn học " Thiết kế động cơ đốt trong”. Nhằm mục đích tìm hiểu mục đích ,ý nghĩa của các đồ thị công, động học và động lực học. ngoài ra còn tìm hiểu nguyên lý làm việc cũng như kết cấu các bộ phận của các hệ thống trên động cơ để có

phương án bảo dưỡng và sửa chữa những hư hỏng kịp thời.

Trong lĩnh vực đề tài, em đã trình bày được cách thực hiện để vẽ các đồ thị công động học và động lực học và các vấn đề như giới thiệu về tổng quan của hệ thống trong động cơ tham khảo và động cơ mà em đang thiết kế, nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu của các bộ phận, chi tiết sử dụng trong hệ thống. Đặc biệt ở nội dung trình bày hệ thống thiết kế em đã khảo sát tìm hiểu nguyên lý làm việc, tính toán và tìm hiểu kết cấu cũng như trình bày các kết cấu của hệ thống bôi trơn đi kèm theo nó là phần bản vẽ các chi tiết, bộ phận của hệ thống bôi trơn trong động cơ thiết kế.

Trong quá trình thực hiện đề tài này, kiến thức lý thuyết và thực tế của bản thân đã được học hỏi thêm nhiều. Nhưng do điều kiện tài liệu cũng như lượng kiến thức của bản thân có phần còn hạn chế và thiếu thốn nên đồ án này hoàn thành không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong thầy, cô trong bộ môn tham gia góp ý để đề tài của em được hoàn thiện hơn.

Một lần nữa em xin cảm ơn sự giúp đỡ rất nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Quang Trung cùng các thầy cô trong bộ môn cho em hoàn thành đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn!

Trang 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Tất Tiến, “Nguyên lý động cơ đốt trong”, Nhà xuất bản giáo dục, 2000 [2] Hồ Tấn Chuẩn - Nguyễn Đức Phú – Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến “Kết cấu tính toán động cơ đốt trong”, Nhà xuất bản giáo dục, 1996

[3] Trần Thanh Hải Tùng, “Kết cấu tính toán động cơ đốt trong”, Đà Nẵng

[4] Nguyễn Quang Trung, “Hướng dẫn đồ án thiết kế động cơ đốt trong”, Đà Nẵng [5] Đinh Ngọc Ái – Đặng Huy Chi – Nguyễn Phước Hoàng – Phạm Đức Nhuận, “Thủy lực và máy thủy lực”, Nhà xuất bản Đại học và Trung cấp chuyên nghiệp Hà Nội, 1972

[6] Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẫm, “Thiết kế chi tiết máy” [7] CATALOG 1NZ-FE ENGINE

[8] Tài liệu giảng dạy môn“Thủy khí và máy thủy khí”, Phạm Thị Kim Loan, Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng