- Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ xác định thời điểm và điều khiển quá trình đóng mở xupap để thực hiện việc nạp hỗn hợp cháy cũng như thải sản vật cháy ra khỏi xy lanh động cơ. Cơ cấu phối khí động cơ 1NZ-FE là cơ cấu phối khí sử dụng xupap treo, dẫn động gián tiếp thông qua cò mổ. Trục cam được bố trí trên thân máy và được dẫn động từ trục khuỷu qua bộ truyền đai.
Hình 2.5: Cơ cấu phân phối khí
1- Tay căng xích; 2- Thiết bị kéo căng; 3- Bộ điều khiển phối khí (VVT-i); 4- Xích dẫn động trục cam; 5- Trục cam nạp; 6-Trục cam thải; 7-Bộ phận dẫn hướng xích.
Trang 44
- Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí. Thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy khí hổn hợp hoặc không khí mới vào xilanh để động cơ làm việc liên tục. Để đảm bảo công suất cực đại của động cơ, cần phải hút càng nhiều hỗn hợp không khí - nhiên liệu vào xilanh và thải ra càng nhiều khí cháy càng tốt. Vì thế, hỗn hợp không khí - nhiên liệu và quán tính khí cháy được tính đến trong quá trình thiết kế tăng tối đa thời gian mở xupap.
- Cơ cấu bao gồm: trục cam, giàn cò mổ, xupap nạp, xupáp thải, lò xo xupap, chén chận, móng ngựa. Không có con đội, đũa đẩy.
- Cơ cấu phân phối khí kiểu DOHC nên sẽ có 16 xupap gồm 8 xupap nạp và 8 xupap thải chia làm hai dãy nằm thẳng hàng, được bố trí trên nắp máy.
- Trục cam được dẫn động bởi trục khuỷu thông qua bộ truyền xích. a. Trục cam:
-Trục cam được chế tạo bằng thép. Trên trục cam có 8 vấu cam được bố trí lệch nhau một góc 450 và có 5 ổ đỡ.
-Trên các ổ đỡ trục cam có gia công các lỗ dẫn dầu bôi trơn. Đầu trục cam có then bán nguyệt để lắp bánh răng dẫn động từ trục khuỷu.
Hình 2.6. Trục cam b. Dẫn động xupap:
- Xu páp nạp và xu páp xả được chế tạo từ thép chịu nhiệt. Bề mặt làm việc của xu páp xả được làm bằng vật liệu hợp kim có tính chống mòn cao. Xu páp dịch chuyển
Trang 45
trong ống đẫn hướng, trên ống dẫn hướng của xu páp nạp người ta đặt vòng làm kín để hạn chế dầu đi vào khe hở giữa thân xu páp và ống dẫn hướng.
- Để ép xu páp vào đế xu páp , phần cuối của thân xu páp có gia công một rãnh để cài móng hãm đuôi xupáp, lò xo tỳ ép vào đế.
Hình 2.7. Sơ đồ dẫn động xupap 1- Xupap ; 2- con đội ; 3- vấu cam 2.2.3. Hệ thống bôi trơn, làm mát.
Trang 46 Hình 2.8. Sơ đồ hệ thống bôi trơn
- Hệ thống bôi trơn của động cơ kiểu cưỡng bức dùng để đưa dầu bôi trơn và làm mát các bề mặt ma sát của các chi tiết chuyển động của động cơ.
- Hệ thống bôi trơn gồm: Bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đường ống... dầu sẽ từ cácte được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào các đường dầu dọc thân máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạc biên, theo các lỗ phun lên thành xylanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo các đường dẫn dầu tự chảy về cácte.
2.2.3.2. Hệ thống làm mát.
- Ở động cơ hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức được sử dụng. Khi động cơ nóng lên, hệ thống làm mát sẽ truyền nhiệt ra không khí chung quanh để làm mát động cơ. Ngược lại, khi động cơ còn lạnh, hệ thống làm mát giúp động cơ dễ
Trang 47
nóng lên. Bằng cách đó, hệ thống làm mát giúp cho duy trì nhiệt độ động cơ thích hợp.
- Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức, nhiệt độ van hằng nhiệt mở là 800C, dung tích bình 7,8lít. Van hằng nhiệt có van đi tắt được đặt ở phía đầu ra của két nước.
Hình 2.9. Hệ thống làm mát
1: Van hằng nhiệt ; 2: Bơm ; 3: Nắp máy; 4: Thân máy; 5: Giàn sưởi ; 6: Van tiết lưu; 7: Két nước
2.2.4. Hệ thống nhiên liệu.
- Hệ thống nhiên liệu động cơ 1NZ-FE đóng vai trò rất quang trọng nó không đơn thuần là một hệ thống phun nhiên liệu độc lập mà nó còn liên kết với các hệ thống đó là hệ thống điều khiển điện tử ( ECU) , hệ thống đánh lửa điện từ , điều khiển tốc độ cuả động cơ, tạo ra sự tối ưu hóa cho quá trình hoạt động của động cơ. Kim phun 12 lỗ được áp dụng để tang cường tính phun sương của nhiên liệu, điều khiển cắt nhiên
Trang 48
liệu khi túi khí hoạt động. Đường ống dẫn nhiên liệu với các giấc đấu nối nhanh để nâng cao khả năng sửa chữa. Bình xăng làm bằng chất dẻo 6 lớp với 4 loại vật liệu có bộ lọc than hoạt tính trong bình.
Hình 2.10. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu
1- tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp; 2- Tín hiệu từ cảm biến vị trí bớm ga; 3- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam; 4 – Tín hiệu từ cảm biến oxy; 5- Tín hiệu từ cảm
biến nhiệt độ nước làm mát; 6- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷa;7- Tín hiệu từ cảm biến vị trí túi khí; 8- Bình chứa nhiên liệu; 9-Bơm xăng; 10 –Bộ lọc xăng; 11 –
Trang 49
PHẦN 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ XZ4-0621 - Hệ thống bôi trơn cưỡng bức là loại hiện đại làm việc chắc chắn hơn nhưng phức tạp hơn. Nguyên nhân là do việc dẫn dầu cưỡng bức luôn đảm bảo có lớp dầu cần thiết và đảm bảo việc dẫn nhiệt ra từ các bề mặt làm việc được tốt hơn.
- Vì vậy loại hệ thống này thường được ứng dụng ở các động cơ xăng cũng như các động cơ có số vòng quay cao, trong đó lực quán tính của các bộ phận chuyển động qua lại và lực quán tính ly tâm có trị số cao.
- Khi bôi trơn cưỡng bức, dầu được dẫn đến các gối đỡ với số lượng dư sẽ rửa các cặn bẩn và mạt kim loại, tạo điều kiện thuận lợi cho sự làm việc của các gối đỡ. Do đó khi bôi trơn cưỡng bức, dầu ít tiếp xúc với các chi tiết máy và không khí nên dầu bị ôxy hoá chậm hơn, mức tiêu thụ dầu nhờn sẽ thấp hơn.
- Sau khi phân tích ưu nhược điểm của từng hệ thống bôi trơn, cùng với việc tham khảo một số động cơ tương tự trên thực tế em lựa chọn phương án thiết kế hệ thống bôi trơn cho động cơ XZ4-0621 là hệ thống bôi trơn cưỡng bức cácte ướt.
3.1. Nhiệm vụ, yêu cầu. 3.1.1. Nhiệm vụ. 3.1.1. Nhiệm vụ.
Nhiệm vụ quan trọng nhất hệ thống bôi trơn là cung cấp liên tục dầu nhờn cho các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết có chuyển động tương đối với nhau trong động cơ đồng thời làm mát và tẩy rửa bề mặt ổ trục. Vì vậy chủng loại và tính năng hóa lý của dầu bôi trơn, lưu lượng và áp suất của dầu bôi trơn trong hệ thống bôi trơn là những vấn đề rất quan trọng ảnh hưởng rất lớn đến nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn.
Dầu nhờn bôi trơn dùng cho động cơ đốt trong có bốn công dụng chính sau đây: Bôi trơn mặt ma sát, làm giảm công suất ma sát.
Khi bôi trơn bề mặt ma sát, dầu nhờn đóng vai trò như một chất đệm ngăn cách hai mặt ma sát không tiếp xúc trực tiếp với nhau, chính căn cứ vào tính chất vật lý này ta phân loại ma sát trượt của ổ trục thành các loại:
+ Ma sát khô ( xảy ra khi giữa hai bề mặt ma sát không có dầu nhờn, các mặt ma sát tiếp xúc trực tiếp với nhau).
Trang 50
+ Ma sát ướt (xảy ra khi giữa hai bề mặt ma sát có một lớp dầu bôi trơn, khiến trong quá trình chuyển động các mặt ma sát hoàn toàn không tiếp xúc trực tiếp với nhau). + Ma sát nửa khô hoặc nửa ướt (xảy ra khi màng dầu nhờn ngăn cách mặt ma sát bị phá hoại. Mặt ma sát tiếp xúc cục bộ ở những vùng màng dầu nhờn bị phá hoại ). + Ma sát tới hạn (Là trạng thái trung gian giữa ma sát khô và ma sát ướt. Khi xảy ra ma sát tới hạn, trên mặt ma sát tồn tại một màng dầu rất mỏng màng dầu này chịu tác dụng của lực phân tử của bề mặt kim loại nên bám chặt trên bề mặt kim loại và mất khả năng lưu động).
Hệ thống bôi trơn đảm bảo cung cấp dầu để các ổ trục làm việc ở trạng thái ma sát ướt. Hệ số ma sát thường nhỏ hơn hệ số ma sát khô từ hai đến năm lần. Ví dụ khi ở trạng thái ma sát ướt, hệ số ma sát ướt của thép với babít là 0,05 trong khi đó ở ma sát khô là 0,25. Hệ số ma sát của thép với đồng khi ma sát khô là 0,15 nhưng khi ma sát ướt đã giảm xuống 0,01.
- Làm mát ổ trục.
Sau một thời gian làm việc, công sinh ra từ quá trình cháy, do tổn thất ma sát sẽ chuyển thành nhiệt năng. Chính nhiệt năng này làm cho nhiệt độ của ổ trục tăng lên rất cao. Nếu không có dầu nhờn, các bề mặt ma sát nóng dần lên quá nhiệt độ giới hạn cho phép, sẽ làm nóng chảy các hợp kim chống mài mòn, bong tróc, cong vênh chi tiết... Dầu nhờn trong trường hợp này đóng vai trò làm mát ổ trục, tải nhiệt do ma sát sinh ra khỏi ổ trục, đảm bảo nhiệt độ làm việc bình thường của ổ trục.
- Tẩy rửa bề mặt ma sát.
Khi hai chi tiết kim loại ma sát với nhau, các mạt kim loại sẽ sinh ra trên các bề mặt ma sát, làm tăng mài mòn. Nhưng nhờ có lưu lượng dầu đi qua bề mặt ma sát đó, các mạt kim loại và cặn bẩn ở trên bề mặt được dầu mang đi, làm cho bề mặt sạch, giảm lượng mài mòn.
- Bao kín buồng cháy.
Do có lớp dầu giữa khe hở xylanh và piston, giữa xéc măng và rãnh xéc măng nên giảm được khả năng lọt khí xuống các-te. Ngoài bốn nhiệm vụ trên, dầu nhờn còn có tác dụng như lớp bảo vệ chống ăn mòn hoá học.
Trang 51
3.1.2. Yêu cầu.
- Để đảm bảo động cơ làm việc ổn định, tất cả các cụm chi tiết đều phải đảm bảo cần được bôi trơn đáp ứng yêu cầu nhất định về chế độ hoạt động, có các bề mặt ma sát cần được bôi trơn ở xa đường dầu chính vì vậy đòi hỏi hệ thống bôi trơn phải cung cấp đủ dầu đến các bề mặt làm việc của chi tiết động cơ.
- Dầu bôi trơn trong động cơ làm việc luôn ở trạng thái thay đổi về nhiệt, vì vậy để đáp ứng được yêu cầu của các bề mặt làm việc của các chi tiết, chất lượng dầu bôi trơn phải đảm bảo ở trạng thái tốt nhất. Nếu chất lượng dầu không tốt sẽ gây cản trở quá trình hình thành màng dầu giữa các bề mặt ma sát.
- Tổn thất dầu bôi trơn là nhỏ nhất. Để đáp ứng được yêu cầu này các cơ cấu, bộ phận như là: bơm dầu phải đáp ứng cung cấp đủ lượng dầu với áp suất cần thiết để đi bôi trơn các mặt ma sát, các bộ phận như két làm mát, lọc dầu đảm bảo gây trở lực cho dầu với mức thấp nhất, đường ống dẫn dầu không bị rò rỉ.
3.2. Sơ đồ và nguyên lý.
- Hệ thống bôi trơn các loại động cơ đốt trong ngày nay hầu hết dùng phương án bôi trơn cưỡng bức do dầu nhờn trong hệ thống bôi trơn được bơm dầu đẩy đến các bề mặt ma sát dưới một áp suất nhất định nên có thể đảm bảo yêu cầu bôi trơn, làm mát và tẩy rửa mặt ma sát của ổ trục. Hệ thống bôi trơn cácte ướt thường dùng trên động cơ ôtô làm việc trong địa hình tương đối bằng phẳng (vì ở loại này khi động cơ làm việc ở độ nghiêng lớn, dầu nhờn dồn về một phía khiến phao hút dầu bị hẫng). - Sơ đồ hệ thống bôi trơn cưỡng bức các te ướt:
Trang 52 Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống bôi trơn cácte ướt
1- Các-te dầu; 2- Đồng hồ đo nhiệt độ dầu; 3- Lưới lọc dầu; 4- Bơm dầu; 5- Trục khuỷu; 6- Xích truyền động trục cam; 7- Thanh truyền; 8- Vòi phun dầu; 9- Thiết bị
kéo căng xích; 10- Piston; 11- Xupap; 12- Van điều khiển đường dầu; 13- Bộ điều chỉnh VVT-i; 14- Trục cam; 15- Đồng hồ đo áp suất; 16- Đường dầu chính; 17- Van
điều chỉnh lưu lượng dầu; 18- Két làm mát; 19- Bộ lọc tinh.
- Nguyên lý làm việc: Bơm dầu (4) hút nhớt từ cacte (1) qua lưới lọc thô (3) để cung cấp cho hệ thống. Nhớt từ bơm sẻ đi đến lọc tinh (19). Sau khi lọc sạch, nhớt sẽ được cung cấp đến mạch dầu chính (16) ở thân máy. Nhớt từ mạch dầu chính sẽ được phân phối đến: cổ trục khuỷu, nắp quy lát. Từ cổ trục khuỷu, nhớt sẽ đến làm trơn các chốt khuỷu. Từ nắp quy lát, nhớt sẽ đến làm trơn các cổ trục cam; và đến van điều khiển nhớt (12) của bộ điều khiển VVT-i. Ngoài ra từ mạch dầu chính, nhớt còn được đưa
Trang 53
đến bôi trơn xích cam, bộ tăng xích (9). Sau khi bôi trơn xong, nhớt sẽ được đưa trở lại cacte.
Ngoài việc bôi trơn các bộ phận trên, để bôi trơn các bề mặt làm việc của xilanh, piston...người ta kết hợp tận dụng dầu vung ra khỏi ổ đầu to thanh truyền trong quá trình làm việc ở một số ít động cơ, trên đầu to thanh truyền khoan một lỗ nhỏ để phun dầu về phía trục cam tăng chất lượng bôi trơn cho trục cam và xilanh.
- Ưu điểm: Cung cấp khá đầy đủ dầu bôi trơn cả về số lượng và chất lượng, độ tin cậy làm việc của hệ thống bôi trơn tương đối cao.
- Nhược điểm: Do dùng cácte ướt (chứa dầu trong cácte ) nên khi động cơ làm việc ở độ nghiêng lớn, dầu nhờn dồn về một phía khiến phao hút dầu bị hẫng. Vì vậy lưu lượng dầu cung cấp sẽ không đảm bảo đúng yêu cầu.
3.3. Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống. 3.3.1. Tính toán thiết kế bơm dầu: 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