Đồ án Thiết kế động cơ đốt trong - Hui

NỘI DUNG GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ - Số xy lanh và cách bố trí xy lanh: Động cơ được thiết kế là loại 4 kỳ có 4 xylanh, bố trí thẳng hàng . + Công suất danh nghĩa: Nen= 106,3 kW + Số vòng quay danh nghĩa: nn= 6000 (vòng/phút) - Động cơ này được sử dụng trang bị trên phương tiện, ô tô loại Kia Caren. TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY Loại nhiên liệu. - Nhiên liệu dùng cho động cơ là xăng không chì. - Các thành phần có trong nhiên liệu: C = 0,885, H = 0,145, O = 0, S = 0 [2, Tr51] Buồng đốt. chọn loại buồng cháy -Buồng cháy hình bán cầu Loại này có đặc điểm là diện tích bề mặt buồng đốt nhỏ gọn. Trong buồng đốt bố trí một xupap nạp và một xupap thải, hai xupap này bố trí về 2 phía khác nhau. Trục cam bố trí ở giữa nắp máy và dùng cò mổ để điều khiển sự đóng mở của xupap. Sự bố trí này rất thuận lợi cho việc nạp hỗn hợp khí và thải khí cháy ra ngoài. Hệ thống nhiên liệu. Sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng, đời mới phun xăng trực tiếp GDI. GDI là từ viết tắt của cụm từ Gasonline direct injection chỉ các loại động cơ phun xăng trục tiếp. Trong loại động cơ này, xăng được phun thẳng vào buồng cháy các xi-lanh, khác hẳn nguyên lý phun xăng vào đường nạp của các động cơ phu xăng điẹn tử thông dụng. “ GDI ” là mẫu động cơ ưu việt về sự cung cấp nhiên liệu và buồng cháy tối ưu, công suất động cơ mạnh nhất, tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất và ô nhiễm môi trường ít nhất( hơn cả động cơ MPI: Multi Point Injection ). Động cơ này kiểm soát được thời điểm phun nhiên liệu một cách chính xác. Động cơ GDI có những đặc tính nổi bật sau đây: Điều khiển được lượng xăng cung cấp rất chính xác, hệ số nạp cao như động cơ diesel và thậm chí hơn hẳn động cơ diesel Động cơ có khả năng làm việc được với hổn hợp cực loãng( Air/Fuel) = (35 -55) (khi xe đạt được vận tốc trên 120 Km/h). Hệ số nạp rất cao, tỉ số nén e cao (e =12). Động cơ GDI vừa có khả năng tải rất cao, sự vận hành hoàn hảo, vừa có các chỉ tiêu khác hơn hẳn động cơ MPI . Những đặc điểm chủ yếu của động cơ “ GDI”: Sự tiêu thụ nhiên liệu rất thấp. Tiêu thụ nhiên liệu còn ít hơn động cơ diesel. Công suất động cơ siêu cao, cao hơn nhiều so với các loại động cơ MPI đang sử dụng hiện nay. Những đặc tính kỹ thuật của động cơ GDI : Đường ống nạp thẳng góc với piston, tạo được sự lưu thông của lưu lượng gió tối ưu nhất. Hình dạng đỉnh piston lồi, lõm như hình vẽ tạo thành buồng cháy tốt nhất, tạo được sự hòa trộn nhiên liệu + không khí tối ưu (hơn cả loại phun xăng MPI ). Bơm xăng cao áp cung cấp xăng có áp suất cao đến kim phun và phun trực tiếp vào xi lanh động cơ. Kim phun nhiên liệu có áp suất phun cao (50 KG/cm2), chuyển động xoáy lốc kết hợp với không khí tạo thành hổn hợp hòa khí ( xăng + gió) tốt nhất . Ở chế độ tải nhỏ nhiên liệu được phun ở cuối quá trình nén. Ở chế độ đầy tải nhiên liệu được phun ở quá trình nạp. Tiêu hao nhiên liệu ít hơn 35% so với động cơ phun xăng “ MPI ” hiện nay. Những đặc tính riêng biệt của GDI: Tiêu thụ nhiên liệu ít hơn , tối ưu hơn và hiệu suất cao hơn . Thời điểm phun được tính toán rất chính xác nhằm đáp ứng được sự thay đổi tải trọng của động cơ.Ở chế độ tải trọng trung bình và xe chạy trong thành phố thì nhiên liệu phun ra ở cuối thì nén, giống như động cơ diesel và như vậy hổn hợp loãng đi rất nhiều.Ở chế độ đầy tải, nhiên liệu được phun ra cuối thì nạp, điều này có khả năng cung cấp 1 hổn hợp đồng nhất giống như động cơ MPI nhằm mục đích đạt được hiệu suất cao. Quá trình cháy với hổn hợp cực loãng : Ở tốc độ cao (trên 120 Km/h), động cơ “GDI” sẽ đốt 1 hổn hợp nhiên liệu cực loãng, tiết kiệm được lượng nhiên liệu tiêu thụ. Ở chế độ này, nhiên liệu được phun ra cuối kỳ nén và kỳ nổ: tỉ lệ hổn hợp là cực loãng, (Air/Fuel) = 30 - 40 (35 - 55 bao gồm EGR). Ở chế độ công suất cực đại : Khi động cơ GDI hoạt động ở chế độ tải lớn, toàn tải, tốc độ cao thì nhiên liệu được phun vào xi lanh động cơ trong suốt kỳ nạp, sự cháy hoàn hảo hơn, nhiên liệu được cháy sạch, cháy kiệt, động cơ làm việc êm dịu, không có tiếng gỏ. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của một loại động cơ GDI: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của một loại động cơ GDISơ đồ hệ thống nhiên liệu của một loại động cơ GDI Nguyên lý hoạt động Động cơ GDI không dùng bướm ga để điều chỉnh lượng khí nạp như động cơ xăng dùng chế hoà khí nên đường nạp thông thoáng như đường nạp của động cơ Diezel. Động cơ GDI thay đổi lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy tuỳ thuộc vào công suất cần thiết. Nguyên lý điều chỉnh này cũng giống như nguyên lý làm việc của động cơ diezel: điều chỉnh chất để có các tỷ lệ hoà khí khác nhau, phù hợp với điều kiện vận hành. Động cơ Volkswagen cũng là động cơ phun xăng trực tiếp thuộc dòng GDI nhưng quá trình phun xăng có đặc điểm là phun phân tầng, phân lớp nên được gọi là quá trình phun phân lớp. FSI là viết tắt của cụm từ Fuel Stratified Injection. Đặc điểm của quá trình phun xăng trực tiếp FSI là động cơ phun xăng với các tỷ lệ hoà khí hết sức nhạt. Tỷ lệ hoà khí lý tưởng tính theo trọng lượng là 14,7:1 (14,7 kg không khí hoà trộn để đốt cháy hoàn toàn 1kg xăng) nhưng quá trình FSI đốt cháy được nhiên liệu với tỷ lệ hoà khí cực nhạt 65:1 do đó có thể tiết kiệm nhiên liệu rất nhiều. Quá trình phun FSI có đặc điểm như sau: Khi xe chạy với tốc độ thấp, tăng tốc rất nhẹ thì bộ ECU điều khiển quá trình phun xăng vào cuối thời kỳ nén của piston và lượng hoà khí nhạt này dễ dàng tiếp cận với bu-gi tạo quá trình cháy ngay trên phần đỉnh piston mà hầu như không tiếp xúc với vách xi-lanh. Khi xe chạy với tốc độ lớn hoặc tải trọng lớn, nhiên liệu được phun suốt trong quá trình nạp, tỷ lệ hoà khí lý tưởng 14,7:1. Quá trình cháy triệt để, giảm lượng CO và NO2 . Ưu điểm chính của nguyên lý phun xăng trực tiếp GDI và FSI là tăng được hiệu suất nhiệt của quá trình cháy, do đó giảm được lượng tiêu thụ nhiên liệu và giảm nồng độ độc hại của khí xả. Động cơ phun xăng trực tiếp còn thường sử dụng đồng thời với các kỹ thuật khác như VVT, VVT-i, luân hồi khí xả EGR… để đạt hiệu quả kinh tế và môi trường cao. Ngoài ra động cơ phun xăng trực tiếp ( Gasoline Direct Injection Engine) sử dụng phương pháp hình thành hỗn hợp phân lớp ( Stratified Mixture Formation) ở chế độ tải nhỏ. Xăng sẽ được phun vào cuối kỳ nén. Bản chất của phương pháp này này là bố trí một bougie đánh lửa trong buồng cháy của động cơ tại vị trí hỗn hợp có thành phần lambda nhỏ (hỗn hợp đậm lambda = 0,85-0,9) để đốt hỗn hợp bằng tia lửa điện. Phần hỗn hợp này sau khi bốc cháy sẽ làm mồi để đốt phần hỗn hợp còn lại có thành phần lambda lớn (hỗn hợp nhạt). Như vậy hỗn hợp toàn bộ của động cơ là hỗn hợp nhạt. Để điều chỉnh tải ở chế độ này, người ta sử dụng phương pháp điều chỉnh chất, thay đổi lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy còn lượng không khí không đổi.Ở chế độ tải lớn đến toàn tải, xăng được phun từ đầu quá trình nạp. Khi đó xăng bay hơi hòa trộn với không khí trong cylinder tạo thành hòa khí trong suốt quá trình nạp và nén nên có thể coi là đồng nhất. Để điều chỉnh tải ở chế độ này người ta dùng van tiết lưu để điều chỉnh lượng hỗn hợp giống động cơ phun xăng gián tiếp. HỆ THỐNG NẠP - XẢ Đối với động cơ 4 kỳ Cơ cấu phân phối khí Chọn cơ cấu phân phối khí kiểu xupáp treo . Vì loại này có được nhiều ưu điểm hơn như tỷ số nén cao hơn, số vòng quay động cơ cao, hiệu suất động cơ cao… Phương pháp dẫn động. Phương pháp dẫn động: bằng đai Phương pháp điều chỉnh khe hở nhiệt xupap Khe hở nhiệt xu páp là gì? Khe hở nhiệt xu páp là khe hở được tạo ra bởi tất cả các chi tiết từ trục cam đến xupáp khi xupáp đóng.  Khe hở này được biểu thị bằng khoảng cách giữa đuôi xupáp và đầu cò mổ khi xupáp đóng. Một số động cơ có trục cam đặt trên nắp máy tác động trực tiếp và xupáp thì khe hở nhiệt là khoảng cách giữa cam và đuôi xupáp. ở những động cơ này, thường điều chỉnh khe hở nhiệt bằng cách thay các tấm đệm ở đuôi xupáp Tầm quan trọng của việc điều chỉnh khe hở nhiệt xupáp Như đã biết mọi vật đều bị giãn nở khi nhiệt độ tăng. Khi động cơ làm việc xupáp là chi tiết luôn luôn tiếp xúc với khí cháy có nhiệt độ cao vì vậy nó cũng bị giãn nở trong quá trình làm việc. Nếu không có khe hở nhiệt xupáp thì khi động cơ làm việc xupáp bị giãn nở làm cho nó đóng không kín vào ổ đỡ làm giảm áp suất cuối kỳ nén đồng thời xupáp còn bị cháy, rỗ bề mặt tiếp xúc với bệ đỡ. Nếu khe hở nhiệt quá lớn thì sẽ làm thay đổi thời điểm đóng mở của các xupáp dẫn đến làm giảm công suất của động cơ, tăng mức tiêu hao nhiên liệu, giảm tuổi thọ của động cơ…. Vì vậy trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa ta thường xuyên kiểm tra và điều chỉnh khe hở nhiệt xupáp. Điều kiện cần biết trước khi điều chỉnh: Thứ tự làm việc của động cơ. Khe hở nhiệt xupáp tiêu chuẩn: Mỗi loại động cơ đều có quy định trị số khe hở nhiệt tiêu chuẩn. Thường khe hở nhiệt xupáp hút từ 0,15 – 0,30mm, khe hở nhiệt xupáp xả từ 0,25 – 0,35mm. Góc lệch công tác. di = 1800.t/i Trong đó : di là góc lệch công tác. t là số kỳ. i là số xilanh. Xác định máy song hành: Mỗi động cơ thường có các cặp máy song hành. Các máy được gọi là song hành là những máy có piston luôn chuyển động lên ĐCT hoặc xuống ĐCD cùng nhau nhưng thời điểm làm việc khác nhau. Các máy song hành làm việc cách nhau 3600 theo góc quay của trục khuỷu (một vòng quay trục khuỷu). Xác định vị trí các xupáp hút – xả Có nhiều cách để xác định vị trí của các xupáp - Căn cứ vào quy luật bố trí xupáp XH – XH – XH – XH XH – HX – XH - HX. - Căn cứ vào vị trí tương ứng giữa xupáp và các cổ hút-xả. Chú ý: chỉ điều chỉnh khe hở nhiệt xupap khi động cơ nguội và xupáp đã đóng kín vào ổ đỡ. Khi đó khe hở nhiệt là lớn nhất. Trình tự điều chỉnh khe hở nhiệt xupáp theo từng máy Chuẩn bị dụng cụ điều chỉnh: Tay quay, căn lá, tuốc nơ vít, clê, khẩu. Tháo các bộ phận liên quan trên nắp máy. Tháo nắp che giàn cò mổ xupáp Xác định vị trí của các xupáp hút - xả. Xác định góc lệch công tác giữa các máy Xác định các cặp máy song hành Chọn căn lá có chiều dày phù hợp vói khe hở nhiệt tiêu chuẩn của các xupáp hút và xả Quay trục khuỷu bằng tay quay để máy số 1 ở ĐCT vào cuối kỳ nén - đầu kỳ nổ. Khi đó máy song hành máy 1 ở thời điểm cuối xả - đầu hút (cặp xupáp của máy song hành máy 1 đều hé mở, còn cặp xupáp của máy 1 đóng kín) Chú ý : Khi quay trục khuỷu thì quan sát cặp xupáp của máy song hành với máy 1 đang hé mở thì dừng lại (thời điểm xupáp hút của máy song hành bắt đầu đi xuống) Chia puly đầu trục khuỷu thành các phần theo góc lệch công tác Dùng clê nới đai ốc hãm vít điều chỉnh khe hở nhiệt. Dùng tuốcnơvít nới vít điều chỉnh ra. Đưa căn lá đã chọn vào giữa đuôi xupáp và đầu cò mổ. Dùng tuốcnơvít văn vít điều chỉnh vào đồng thời vừa xê dịch căn lá đến khi nào dịch chuyển căn lá thấy hơi nặng tay thì dừng lại. Chú ý: Khi điều chỉnh nên vặn vít điều chỉnh từ từ, mỗi lần vặn khoảng 1/8 vòng hoặc ít hơn để tránh gây hư hỏng căn lá Đưa căn lá ra ngoài, dùng tuốcnơvít giữ cố định vít điều chỉnh, dùng clê vặn chặt đai ốc hãm lại Chú ý: Khi hãm ốc, không được để vít điều chỉnh xoay đi làm khe hở nhiệt bị sai Sau khi điều chỉnh xong, ta phải kiểm tra lại khe hở nhiệt. Nếu khe hở nhiệt chưa đúng cần phải điều chỉnh lại Tiến hành điều chỉnh cho xupáp còn lại theo trình tự như trên Quay trục khuỷu đi một góc bằng góc lệch công tác (dấu vạch trên puly trùng với dấu trên thân máy) để điều chỉnh khe hở nhiệt của máy tiếp theo Lần lượt tiến hành điều chỉnh khe hở nhiệt xupáp cho tất cả các máy Điều chỉnh khe hở nhiệp xupáp theo phương pháp điều chỉnh hàng loạt Đặc điểm của phương pháp Tại cùng một thời điểm có thể điều chỉnh khe hở nhiệt của nhiều xupáp ở các máy khác nhau. Trong toàn bộ quá trình điều chỉnh chỉ cần quay trục khuỷu một lần Quá trình điều chỉnh nhanh đặc biệt đối với động cơ nhiều xi lamh Tuy vậy, phương pháp này đòi hỏi việc xác định các xupáp điều chỉnh ở mỗi thời điểm phải chính xác, nếu không khe hở nhiệt sẽ bị sai lệch nhiều Trình tự tiến hành Lập bảng thứ tự làm việc của động cơ Xác định thứ tự làm việc của động cơ Ví dụ: Động cơ 4 xi lanh: 1-3-4-2 Động cơ 6 xi lanh: 1-5-3-6-2-4 Động cơ 8 xi lanh: 1-5-4-2-6-3-7-8 .... Xác định góc lệch công tác di = 1800.t/i Lập bảng trình tự làm việc của động cơ Xác định thời điểm điều chỉnh khe hở nhiệt và các xupáp điều chỉnh được ở các thời điểm đó Thao tác điều chỉnh: giống như phương pháp điều chỉnh theo từng máy Sau khi điều chỉnh xong các xupáp ở thời điểm thứ nhất, ta quay trục khuỷu đi một vòng (3600) để tiếp tục điều chỉnh cho các xupáp còn lại ở thời điểm thứ hai. Ví dụ: Điều chỉnh khe hở nhiệt xupáp của động cơ 4 xi lanh có thứ tự làm việc 1-3-4-2 * Góc lệch công tác: di = 1800.t/i = 1800.4/4 = 1800 * Bảng trình tự làm việc và xác định các xupáp điều chỉnh HỆ THỐNG LÀM MÁT Lý do phải làm mát cho động cơ : Hệ thống làm mát giữ cho động cơ làm việc hiệu quả trong mọi điều kiện hoạt động cũng như ở mọi tốc độ. Nó cũng cho động cơ đạt được nhiệt độ làm việc bình thường một cách nhanh nhất khi bắt đầu khởi động trong mùa đông giá rét. Và nó cũng cung cấp nguồn nhiệt sưởi ấm vào trong khoang hành khách . - Chúng tôi chon hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức tuần hoàn một vòng kín vì loại này có nhiêu ưu điểm như áp suất nước cao , nhiệt độ bốc hơi cao, vì vậy lượng nước bốc hơi chậm, giảm hao nước từ 6 – 8 lần so với loại kín. Chọn loại nước làm mát ? - Làm mát piston bằng ? làm mát vòi phun bằng ? Hình : Hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức tuần hoàn một vòng kín. 1.Thân máy; 2.Nắp xilanh ; 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.Puly ; 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. Hình trên giới thiệu hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng kín của động cơ máy kéo. Ở đây nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm 12, qua ống phân phối nước 14 phân phối vào các khoang chứa của xi lanh. Nước làm mát có nhiệt độ thấp được bơm 12 hút tù bình chứa phía dưới của két 7 qua đường ống 10 rồi qua ống 13 đế làm mát dầu sau đó vào động cơ. Để phân phối nước làm mát đều cho mỗi xi lanh, nước sau khi bơm vào thân máy 1 chảy qua ống phân phối 14 đúc sẵn trong máy. Sau khi làm mát xilanh, 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 van vào bình chứa phía trên của két nước. Tiếp theo nước từ bình chứa phía trên đi qua các ống mỏng có gắn 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 puly từ trục khuỷu của 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. Hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín, nước sau khi qua két làm mát lại trở về động cơ do đó đỡ phải bổ sung nước, tận dụng được trở lại nguồn nước để làm mát động cơ. HỆ THỐNG BÔI TRƠN Lý do phải bôi trơn cho động cơ : Khi động cơ hoạt động các chi tiết chuyển động tương đối với nhau gây ra lực ma sát, làm cho bề mặt các chi tiết nóng lên, gây mài mòn, giảm tuổi thọ của động cơ. Vì vậy cần phải bôi trơn cho động cơ. Nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn: Cung cấp dầu bôi trơn đến các bề mặt làm việc, đảm bảo động cơ làm việc bình thường và tăng tuổi thọ. Làm giảm ma sát Tẩy rửa các bề mặt ma sát Làm mát các bề mặt (lấy nhiệt) Bao kín Chọn hệ thống bôi trơn bằng phương pháp cưỡng bức: Hầu hết các động cơ đốt trong ngày nay đều sử dụng hệ thống bôi trơn cuwngx bức. Dầu bôi trơn trong hệ thống bôi trơn được bơm dầu đẩy đến các bềmặt ma sát dưới một áp suất nhật định do đó hoàn toàn có thể đảm bảo yêu cầu bôi trơn, làm mát và tẩy rửa bề mặt ma sát của ổ trục. Tùy theo vị trí chứa dầu nhờn, hệ thống bôi trơn chia làm 2 loại: - Hệ thống bôi trơn cacte ướt: dầu bôi trơn chứa trong cacte - Hệ thống bôi trơn cacte khô: dầu bôi trơn chứa trong thùng ngoài cacte. Hệ thống bôi trơn cưỡng bức cacte ướt: Dầu nhờn trong cacte được bơm dầu 2 hút qua phao hút 1, đẩy qua lọc thô 3. Ở đây dầu được lọc các tạp chất cơ học có cỡ hạt lớn, sau đó dầu nhờn được đẩy vào đường dầu chính 6 để dẩy đến các ổ trục khuỷu, ổ trục cam...Đường dầu 5 trong trục khuỷu đưa dầu lên bôi trơn ổ chốt (ổ đầu to thanh truyền) rồi theo đường dầu 8 lên bôi trơn chốt pittong. Nếu trên thanh truyền không có đường dầu 8 thì trên đầu nhỏ thanh truyền phải có lỗ hứng dầu. Trên đường dầu chính còn có các đườg dầu 13 đưa dầu đi bôi trơn cơ cấu phối khí...Một phần dầu (khoảng 15 – 20% lượng dầu bôi trơn do bơm dầu cung cấp) đi qua lọc tinh 10 rồi trở về cacte. Vị trí của lọc tinh có thể để xa lọc thô hay gần lọc thô nhưng bao giờ cũng lắp theo mạch rẽ. Hệ thống bôi trơn cưỡng bức cacte khô Sự khác nhau giữa hệ thống bôi trơn cacte khô so với hệ thống bôi trơn cacte ướt thể hiện ở chỗ hệ thống bôi trơn cacte khô dùng thêm 2 bơm dầu phụ 15 để hút hết dầu trong cacte về thùng dưới 14, sau đó bơm 2 hút dầu từ thùng chứa đi bôi trơn. HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG Nhiệm vụ của hệ thống khởi động động cơ: Động cơ phải dựa vào lực bên ngoài để khởi động. Thường dùng là tay quay hoặc động cơ điện. Đơn giản nhất là dùng tay quay, nhưng không thuận tiện, hiện nay không dùng nữa, dùng động cơ điện để khởi động động cơ vừa thuận tiện, nhanh chóng, lại có khả năng lập đi lập lại nhiều lần, vì vậy các loại xe hiện nay đều dùng động cơ điện khởi động. Hệ thống khởi động đóng vai trò quan trọng nhất trong hệ thống điện ô tô.Hệ thống khởi động sử dụng năng lượng từ bình accu và chuyển năng lượng này thành cơ năng quay máy khởi động. Máy khởi động truyền cơ năng này cho bánh đà trên trục khuỷu động cơ thông qua việc gài khớp nhau. Yêu cầu của hệ thống khởi động động cơ : Máy khởi động động cơ phải quay được trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà động cơ có thể nổ được. Nhiệt độ làm việc không được quá giới hạn cho phép. Phải đảm bảo khởi động lại được nhiều lần. Tỉ số nén từ bánh răng của máy khởi động đến bánh răng của bánh đà nằm trong giới hạn từ 9 – 18. Chiều dài, điện trở của dây dẫn nối từ accu đến máy khởi động phải nằm trong giới hạn quy định.( <1m). Momen truyền động phải đủ để khởi động động cơ. Chọn hệ thống khởi động loại có motor khởi động giảm tốc. Hệ thống này được dùng trên hầu hết các dòng xe hiện nay. Một công tắc từ công suất lớn hay Solenoid sẽ đóng mở motor. Nó là thành phần của cả hai mạch điều khiển và mạch motor. Sơ đồ cấu tạo máy khởi động trên ô tô : Các bộ phận và nguyên lý hoạt động. Máy khởi động loại giảm tốc gồm có các bộ phận sau đây. Công tắc từ : Công tắc từ hoạt động như là một công tắc chính của dòng điện chạy tới mô tơ và điều khiển bánh răng dẫn động khởi động bằng cách đẩy nó vào ăn khớp với vành răng khi bắt đầu khởi động và kéo nó ra sau khi khởi động. Cuộn kéo được cuốn bằng dây có đường kính lớn hơn cuộn giữ và lực điện từ của nó tạo ra lớn hơn lực điện từ được tạo ra bởi cuộn giữ. Phần ứng (lõi của mô tơ khởi động): Phần ứng tạo ra lực làm quay mô tơ và ổ bi cầu đỡ cho lõi (phần ứng) quay ở tốc độ cao. Vỏ máy khởi động: Vỏ máy khởi động này tạo ra từ trường cần thiết để cho mô tơ hoạt động. Nó cũng có chức năng như một vỏ bảo vệ các cuộn cảm, lõi cực và khép kín các đường sức từ. Cuộn cảm được mắc nối tiếp với phần ứng. Chổi than và giá đỡ chổi than: Chổi than được tỳ vào cổ góp của phần ứng bởi các lò xo để cho dòng điện đi từ cuộn dây tới phần ứng theo một chiều nhất định. Chổi than được làm từ hỗn hợp đồng - cácbon nên nó có tính dẫn điện tốt và khả năng chịu ăn mòn lớn. Các lò xo chổi than nén vào cổ góp phần ứng và làm cho phần ứng dừng lại ngay sau khi máy khởi động bị ngắt. Bộ truyền bánh răng giảm tốc: Bộ truyền giảm tốc truyền lực quay của mô tơ tới bánh răng dẫn động khởi động và làm tăng mô men xoắn bằng cách làm chậm tốc độ của mô tơ. Bộ truyền giảm tốc làm giảm tốc độ quay của mô tơ với tỷ số là 1/3 - 1/4 và nó có một li hợp khởi động ở bên trong. Li hợp khởi động: Li hợp khởi động truyền chuyển động quay của mô tơ tới động cơ thông qua bánh răng chủ động khởp động. Để bảo vệ máy khởi động khỏi bị hỏng hóc bởi số vòng quay cao được tạo ra khi động cơ đã được khởi động người ta bố trí li hợp khởi động này. Đó là li hợp khởi động loại một chiều có các con lăn. Bánh răng dẫn động khởi động và then xoắn: Bánh răng dẫn động khởi động và vành răng truyền lực quay từ máy khởi động tới động cơ nhờ sự ăn khớp an toàn giữa chúng. Bánh răng dẫn động khởi động được vát mép để ăn khớp được dễ dàng. Then xoắn chuyển lực quay vòng của mô tơ thành lực đẩy bánh răng dẫn động khởi động và trợ giúp cho việc ăn khớp và ngắt sự ăn khớp của bánh răng dẫn động khởi động với vành răng. ĐỘNG CƠ MẪU Bảng1-1: Đặc điểm kỹ thuật của động cơ mẫu (3 động cơ) TT Đặc điểm kĩ thuật Động cơ mẫu Ghi chú 1 Dung tích xilanh (cm3) 2400 1598 1998 2 Số xilanh (cái) 4 4 6 3 Công suất cực đại (mã lực/rpm) 185/4000 124/6600 126/3600 4 Mô men xoắn cực đại (Nm/rpm) 400/2000÷2750 157/5200 300/1800÷2400 5 Sử dụng nhiên liệu Diesel Xăng Diesel 6 Tốc độ tối đa (km/h) 225 190 200 7 Tiêu thụ nhiên liệu (city,L/100km) 8,3 9 7,2 8 Tiêu thụ nhiên liệu (highway,L/100km) 5,5 5,9 4,8 9 Tiêu thụ nhiên liệu (combined,L/100km) 6,3 7 5,7 KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ Thông số Đơn vị Trị số Tài liệu tham khảo Đường kính xylanh (D) mm 80,5 Hành trình piston (S) mm 78,5 Dung tích công tác của xylanh (Vs) mm3 = 399965,08 [1,tr.04] TỔNG HỢP THÔNG SỐ CƠ BẢN Bảng 1-2 . Tổng hợp các thông số cho trước và lựa chọn TT Tên thông số Ký hiệu Đơn vị Trị số Tài liệu tham khảo 1 Công suất danh nghĩa Nen kW 106,3 Đ/c mẫu 2 Tốc độ quay danh nghĩa nn rpm 6000 Đ/c mẫu 3 Hệ số kỳ Z 4 [1,tr.22] 4 Số xy lanh i Cái 4 Đ/c mẫu 5 Áp suất khí nạp pk N/m2 100000 [2,tr.17] 6 Áp suất khí quyển P0 bar 1 [2,tr.17] 7 Nhiệt độ khí quyển T0 0K 302 [1,tr.28] 8 Độ ẩm tương đối của không khí j0 % 70 [1,tr.28] 9 Hàm lượng C trong nhiên liệu C 0,855 [2,tr.51] 10 Hàm lượng H2 trong nhiên liệu H 0,145 [2,tr.51] 11 Hàm lượng S trong nhiên liệu S 0 [2,tr.51] 12 Hàm lượng O2 trong nhiên liệu O2 0 [2,tr.51] 13 Phân tử lượng của nhiên liệu mf Kg/kmol 115 [2,tr.51] 14 Nhiệt trị của nhiên liệu H KJ/kg 43960 [2,tr.51] 15 Hệ số dư lượng không khí l 0,9 [1,tr.34] 16 Hệ số khí sót gr 0,1 [1,tr.36] 17 Mức độ làm mát khí nạp DTm 0 18 Hệ số Kpa Kpa 0,8 [1,tr.106] 19 Tổn thất áp suất trong bình làm mát khí nạp bar 0 20 Hệ số Kpr Kpr 1,05 [1,tr.107] 21 Nhiệt độ khí sót Tr 950 [1,tr.30] 22 Mức độ sấy nóng khí mới DTk 20 [1,tr.32] 23 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt l1 1,15 [1,tr.32] 24 Hệ số nạp thêm l2 1,02 [1,tr.32] 25 Tỷ số nén e 10,2 Đ/c mẫu 26 Chỉ số nén đa biến trung bình n1 1,35 [2,tr.128] 27 Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2 1,26 [2,tr.188] 28 Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm z xz 0,87 [2,tr.180] 29 Hệ số điền đầy đồ thị Kpi 0,92 [2,tr.195] 30 Hiệu suất cơ học hm 0,9 [2,tr.91] 31 Tỷ số động học KD 0,7÷1,3 [6,tr.25] Bảng 1-3 . Tổng hợp kết quả tính. TT Tên thông số Ký hiệu Đơn vị Kết quả 1 Số kg KK lý thuyết cần thiết ... 1 kg nhiên liệu L0 kg/kg 14,956 2 Số kmol KK lý thuyết cần thiết ... 1 kg nhiên liệu M0 kmol/kg 0,511 3 Số kg KK thực tế cần thiết ... 1 kg nhiên liệu L kg/kg 13,460 4 Số kmol KK thực tế cần thiết ... 1 kg nhiên liệu M kmol/kg 0,460 5 Số kg HHC ứng với 1 kg nhiên liệu L1 kg/kg 14,460 6 Số kmol HHC ứng với 1 kg nhiên liệu M1 kmol/kg 0,460 7 Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén Ma kmol/kg 0,469 8 Số kmol MCCT tại thời điểm cuối qua trình nén Mc kmol/kg 0,469 9 Hàm lượng CO2 trong sản phẩm cháy MCO2 kmol/kg 0,056 10 Hàm lượng H2O trong sản phẩm cháy MH2O kmol/kg 0,06 11 Hàm lượng SO2 trong sản phẩm cháy MSO2 kmol/kg 0 12 Hàm lượng O2 trong sản phẩm cháy MO2 kmol/kg 0 13 Hàm lượng N2 trong sản phẩm cháy MN2 kmol/kg 0,363 14 Lượng sản phẩm cháy ứng với 1 kg nhiên liệu M2 kmol/kg 0,5 15 Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết - 1,082 16 Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z - 1,080 17 Nhiệt độ khí nạp Tk oK 293 18 Mật độ khí nạp kg/m3 1,191 19 Áp suất cuối quá trình nạp pa bar 0,8 20 Áp suất khí sót pr bar 1,05 21 Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta 0K 329,153 22 Hệ số nạp 0,790 23 Áp suất cuối quá trình nén pc bar 18,395 24 Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc 0K 741,966 25 Hệ số tăng áp suất ψ - 3,997 26 Nhiệt độ tại điểm z Tz 0K 2745,955 27 Áp suất cuối quá trình dãn nở pb bar 3,350 28 Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở Tb 0K 1501,265 29 Áp suất chỉ thị trung bình pi bar 9,878 30 Áp suất có ích trung bình pe bar 8,890 31 Hiệu suất chỉ thị - 0,345 32 Hiệu suất có ích - 0,310 33 Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị gi g/kW.h 237,370 34 Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích ge g/kW.h 264,170 35 Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ Ge kg/h 21,926 36 Đường kính của xylanh D mm 80,5 37 Hành trình của piston S mm 78,5 38 Dung tích công tác của xylanh VS cm3 399,9651 39 Tổng nhiệt đưa vào động cơ trong 1đơn vị thời gian QT kW 267,740 40 Phần nhiệt biến thành cơ năng có ích Qe kW 83 41 Tổn thất nhiệt do làm mát Qm kW 53,548 42 Tổn thất nhiệt theo khí xả Qx kW 120,310 43 Tổn thất còn lại Qcl kW 10,882 TÍNH CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG TÍNH MÔI CHẤT CÔNG TÁC. Lượng không khí. Số kg không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu (L0): [3, Tr.8] Số kmol không khí lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu (M0). [3, Tr.8] [3, Tr.8] Số kg không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (L). [3, Tr.8] Số kmol không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (M). Lượng hỗn hợp khí công tác. [3, Tr.8] Số kg hỗn hợp cháy ứng với 1 kg nhiên liệu (L1). Số kmol hỗn hợp cháy ứng với 1 kg hoặc 1 kmol nhiên liệu (M1) [3, Tr.8] [3, Tr.8] Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén (Ma) Số kmol MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén (Mc). Lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy không hoàn toàn. Ta có: Þ Chọn K = 0,45 Hàm lượng CO2 và CO trong sản phẩm cháy. [3, Tr.8] Hàm lượng H2O trong sản phẩm cháy. [3, Tr.8] Hàm lượng SO2 trong sản phẩm cháy. [3, Tr.9] [3, Tr.9] Hàm lượng N2 trong sản phẩm cháy. Lượng sản phẩm cháy ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu (M2). Khi nhiên liệu lỏng cháy không hoàn toàn (λ<1). [3, Tr.9] Tổng lượng ô xy cần thiết trong trường hợp cháy không hoàn toàn. Hàm lượng các chất khí có trong sản phẩm cháy trong trường hợp cháy không hoàn toàn. Hệ số biến đổi phân tử. sự thay đổi số kmol của MCCT trước và sau khi nhiên liệu cháy. Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết (b0). [3, Tr.9] Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z (b z ) : [3, Tr.9] QUÁ TRÌNH NẠP - XẢ Áp suất khí nạp (pk ). pk = 1 (bar) [3, Tr.10] Áp suất sau máy nén (ps ). Nhiệt độ khí nạp (Tk ). Mật độ khí nạp (rk ). [3, Tr.10] Trong đó : RK: Hằng số kmol khí. [3, Tr.10] Áp suất cuối quá trình nạp (pa ). [3, Tr.10] Áp suất khí sót (pr ). [3, Tr.10] Nhiệt độ cuối quá trình nạp (Ta ). [3, Tr.10] Hệ số nạp (hv ). QUÁ TRÌNH NÉN. Chọn tỉ số nén. Theo động cơ mẫu ta có tỉ số nén là: 10,2:1. Chỉ số nén đa biến trung bình. [3, Tr.10] Áp suất cuối quá trình nén (pc). [3, Tr.10] Nhiệt độ cuối quá trình nén (Tc). [4, Tr.21] Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí. Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót. [4, Tr.21] QUÁ TRÌNH CHÁY. [3, Tr.11] Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn (DH). Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy tại điểm z. [3, Tr.20] Nhiệt độ của môi chất công tác tại điểm z: [3, Tr.11] Hệ số tăng áp suất (y). [3, Tr.10] [3, Tr.10] Áp suất cháy cực đại (pz). QUÁ TRÌNH DÃN NỞ Áp suất cuối quá trình dãn nở (pb). [3, Tr.12] Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở (Tb ), [K]. [3, Tr.12] CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ Áp suất chỉ thị trung bình (pi) [3, Tr.12] [3, Tr.12] Áp suất có ích trung bình (pe). Hiệu suất chỉ thị (hi). [3, Tr.13] [3, Tr.13] Hiệu suất có ích (he). Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị (gi). [3, Tr.13] Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích (ge). [3, Tr.13] [3, Tr.13] Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ (Ge). CÂN BẰNG NHIỆT. Tổng lưu lượng nhiệt cấp cho động cơ . [4, Tr.23] [4, Tr.23] Nhiệt lượng biến thành công có ích (Qe). Nhiệt tổn thất theo khí thải. Tỷ nhiệt đẳng áp của sản phẩm cháy . [2, Tr.81] Nhiệt dung riêng đẳng áp của môi chất mới . [2, Tr.81] Nhiệt độ khí thải . [2, Tr.81] Tổn thất theo khí thải . [4, Tr.23] Tổn thất theo môi chất làm mát [4, Tr.23] Ta có: Trong đó: qm = 12 ÷ 27 ; ta chọn qm = 20% [4, Tr.23] Phần tổn thất còn lại . Thành phần % của các thành phần nhiệt lượng. TÀI LIỆU THAM KHẢO Văn Thị Bông - Vy Hữu Thành - Nguyễn Đình Tùng (2007), hướng đẫn đồ án môn học động cơ đốt trong,nhà xuất bản đại học quốc gia TP.HCM. GS.TS Nguyễn Tất Tiến (1994, 2000), Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo dục. Nguyễn Văn Nhận (2007), Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt trong, No-1. Nguyễn Văn Nhận (2007), Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt trong, No-2. MỤC LỤC