Đồ án Thiết kế động cơ đốt trong

Nội dung text: Đồ án Thiết kế động cơ đốt trong

1. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG DESCRIPTION 1.1D(D3FA) 1.5D(D4FA) DISPLACEMENT(cc) 1,120 1,493 BORE X STROKE(mm) 75X84.5 75X84.5 MAX. POWER (ps/rpm) 75/4,000 110/4,000 MAX. TORQUE (kg.m/rpm) 15.5/2,000 24/2,000 LENGTH 394 479 DIMENSION (mm) WIDTH 587 587 HEIGHT 644 634 WEIGHT IN DRY(kg) 140.4 157 CYCLE 4 4 NO. OF CYLINDER 3 4 CYLINDER ARRANGEMENT IN-LINE IN-LINE FIRING ORDER 1-3-4-2 1-3-4-2 COMPRESSION RATIO 17.8 17.8 ASPIRATION VGT VGT ALTERNATOR(V-A) 12-90 12-90 STARTER MOTOR(V-kw) 12-2.0 12-2.0 BSM(balance shaft module) IN OIL PAN Non ETC(electronic throttle control) ECU ECU TIMING TRAIN CHAIN CHAIN Trang 1
2. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG 2. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHON THAM KHẢO. Dựa vào thông số kỹ thuật của động cơ đề cho, qua thời gian tìm kiếm và tra cứu thông số kỹ thuật của nhiều động cơ, em tìm được động cơ HYUNDAI D4FA có thông số kỹ thuật gần giống với động cơ đề yêu cầu. Các thông số kỹ thuật của động cơ HYUNDAI D4FA được thể hiện trong bảng dưới đây. 2.1. THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ CHỌN TƯƠNG ĐƯƠNG. KÝ CHỌN THÔNG SỐ KỸ THUẬT HIỆU YÊU CẦU HYUNDAI D4FA Nhiên liệu Diesel Diesel Số xilanh/ Số kỳ/ Cách bố trí i/ τ / 4/ 4/ In-line 4/ 4/ In-line Thứ tự làm việc 1-3-4-2 1-3-4-2 Tỷ số nén 17.5 17.8 Đường kính x hành trình piston (mm x 75x 84.5 mm) D x S 84 x 89.5 Công suất cưc đại/ Số vòng quay 81/4000 (kW/vg/ph) Ne / n 80/ 4400 Mở sớm xupap nạp α1 12 6 Góc Đóng muộn xupap nạp α2 53 34 phối khí Mở sớm xupap thải α3 42 46 (độ) Đóng muộn xupap thải α4 10 4 Hệ thống nhiên liệu CRDI CRDI Cưỡng bức cácte Cưỡng bức cácte Hệ thống bôi trơn ướt ướt Cưỡng bức, sử Cưỡng bức, sử Hệ thống làm mát dụng môi chất dụng môi chất lỏng lỏng Turbo Charger Turbo Charger Hệ thống nạp Intercooler Intercooler Hệ thống phối khí 16valve -,DOHC 16valve -,DOHC Động cơ HYUNDAI D4FA lắp trên xe Hyundai Getz, Hyundai Accent, đây là các loại xe của Hyundai, một hãng sản xuất xe của Hàn Quốc. Động cơ HYUNDAI D4FA là động cơ 4 xi lanh được bố trí thẳng hàng, cơ cấu phân phối khí sử dụng trục cam kép đặt trên nắp máy (DOHC) với 16 xupap, gồm bốn xupap cho mỗi xylanh, hai xupap nạp và hai xupap thải. Đây là loại động cơ điesel tăng áp sử dụng hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp dùng ống dẫn chung Commonrail điều khiển bởi ECU. Động cơ có tổng dung tích xilanh 1.5l, công suất cực đại là 81kw ở vòng tua máy 4000v/ph. Trang 2
3. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Hình 2.1. Cấu tạo chung động cơ HYUNDAI D4FA 1-Vòi phun; 2-Giá kẹp vòi phun; 3-Nắp đậy; 4-Roan làm kín; 5-Máy phát điện; 6-Puly bơm nước; 7-Giá đở động cơ; 8-Căng đai; 9-Puly trục khuỷu ; 10-Then puly; 11-Cátte; 12-Lọc dầu bôi trơn; 13-Bơm nước làm mát; 14-Bơm cao áp; 15-Vỏ đậy xích cam 2.2. CÁC CƠ CẤU CỦA ĐỘNG CƠ HYUNDAI D4FA. 2.2.1. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ. Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí. Thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy khí hỗn 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 Trang 3
4. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG không khí - nhiên liệu vào xilanh và thải ra càng sạch 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. Động cơ D4FA sử dụng cơ cấu phân phối khi kiểu DOHC gồm có 2 trục cam nằm trên nắp máy và được dẫn động từ trục khuỷu thông qua xích và bánh răng để điều khiển việc đóng mở xu páp nạp và xu páp xả. Hình 2.2. Cơ cấu phân phối khí 1-Nắp cổ trục cam; 2-Truc cam; 3-Bánh răng trục cam; 4-Cò mổ; 5-Móng ngựa; 6-Chén chặn trên; 7-Lò xo xupap; 8- Chén chặn dưới; 9-Xupap; 10-Con đội; 11-Đường nạp; 12- Roan làm kín Trang 4
5. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG 2.2.2. PISTON - THANH TRUYỀN. 1 2 3 4 5 1 Hình 2.3. Piston thanh truyền HYUNDAI D4FA 1. Piston; 2.Thanh truyền; 3.Bạc lót đầu to thanh truyền; 4.Nắp đầu to; 5.Bu lông đầu to 2.2.2.1. NHÓM PISTON Piston là một chi tiết quan trọng của động cơ đốt trong. Trong quá trình làm việc, ngoài chức năng dẫn hướng, piston là chi tiết trực tiếp tiếp nhận lực khí thể sinh ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu, làm việc trong môi trường có nhiệt độ rất cao và ma sát mài mòn lớn, lực tác dụng và nhiệt độ cao do khí thể và lực quán tính sinh ra gây nên ứng suất cơ học và ứng suất nhiệt trong piston, do làm việc ở môi trường có nhiệt độ cao nên piston dễ bị mài mòn do không được bôi trơn đầy đủ. Piston có nhiệm vụ quan trọng như sau: Tiếp nhận lực khí thể và truyền cho thanh truyền (trong quá trình cháy và giản nở), để làm quay trục khuỷu nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải ra khỏi xilanh trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp. Trong động cơ Trang 5
6. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG hai kỳ, piston có tác dụng như một van trượt làm nhiệm vụ đóng mở lỗ lỗ quét và lỗ thải. Ngoài ra, piston còn có chức năng dẫn hướng chuyển động trong xylanh. Trên piston còn có các xéc măng, nhiệm vụ chính của các xéc măng này là đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ không cho khí cháy trong buồng cháy lọt xuống các te và ngăn không cho dầu nhờn từ các te sục lên buồng cháy. Khe hở cho phép của các secmăng cho dưới bảng: Secmăng Điều kiện tiêu chuẩn số 1 0,20 đến 0,35mm số 2 0,35 đến 0,50mm dầu 0,20 đến 0,40mm Dưới đây là cấu tạo piston của động cơ Hyundai D4FA 1 2 3 Hình 2. 4. Piston động cơ HYUNDAI D4FA 1. Xéc măng khí 2.Xéc măng dầu 3.Piston Piston được làm bằng hợp kim nhôm có kết cấu đặc biệt đỉnh piston lõm. Piston có 3 rãnh xéc măng gồm 2 xéc măng khí và 1 xéc măng dầu. Trên đỉnh piston có đánh đấu để khỏi nhầm lẫn trong quá trình lắp ráp. Trang 6
7. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG 2.2.2.2. THANH TRUYỀN. Thanh truyền là chi tiết nối piston với trục khuỷu, nó có tác dụng truyền lực tác dụng trên piston xuống trục khuỷu, để làm quay trục khuỷu. Khi động cơ làm việc thanh truyền chịu tác dụng của các lực sau: Lực khí thể trong xi lanh, lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm piston, lực quán tính của thanh truyền. ở trên là chức năng của một thanh truyền nói chung. Còn dưới đây là thanh truyền của động cơ Hyundai D4FA. Thanh truyền của động cơ D4FA được chế tạo bằng thép các bon và thép hợp kim thép các bon. Tiết diện của thanh truyền có dạng chữ I, trên đầu nhỏ thanh truyền có khoan lỗ dầu để bôi trơn xilanh và chốt piston, đầu to thanh truyền chế tạo hai nửa lắp ghép lại với nhau. Nắp đầu to thanh truyền lắp với thanh truyền nhờ hai bu lông. 1 2 3 4 Hình 2.5. Kết cấu thanh truyền. 1-Đầu nhỏ thanh truyền; 2-Thân thanh truyền; 3-Đầu to; 4-Bạc lót đầu to Trang 7
8. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG 2.2.3.TRỤC KHUỶU- BÁNH ĐÀ 1 5 2 6 4 3 Hình 2.6. Kết cấu trục khuỷu bánh đà 1-Chốt khuỷu; 2-Lỗ dầu; 3-Má khuỷu; 4-Cổ trục chính;5-Bánh đà; 6-Bạc lót cổ trục Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất, thường được gọi là cốt máy. Công dụng của trục khuỷu là tiếp nhận lực tác dụng trên piston truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu để đưa công suất ra ngoài .Trạng thái làm việc của trục khuỷu là rất nặng. Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính (quán tính chuyển động tịnh tiến và quán tính chuyển động quay) những lực này có trị số rất lớn thay đổi theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập rất mạnh. Việc cân bằng trục khuỷu cũng rất quan trọng. Ngoài ra các lực tác dụng nói trên còn gây ra hao mòn lớn trên các bề mặt ma sát của cổ trục và chốt khuỷu. Trục khuỷu động cơ D4FA là trục khuỷu được chế tạo liền truc, là dạng trục khuỷu đủ với 5 cổ trục chính, 4 cổ khuỷu, 8 má khuỷu. Kết cấu của một trục khuỷu gồm có : Cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu, đối trọng. Ngoài ra trên trục khuỷu còn có Trang 8
9. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG đường ống dẫn dầu bôi trơn, chốt định vị, các bánh răng dẫn động trục cam, bơm đầu bôi trơn và puly dẫn động quạt gió, máy nén khí. Đầu trục khuỷu được lắp bộ giảm dao động xoắn và các bánh răng dẫn động bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp và puly dẫn động các cơ cấu phụ như quạt gió, máy nén. Bộ giảm dao động xoắn có tác dụng thu năng lượng sinh ra do các mômen kích thích trong hệ trục khuỷu do đó dập tắt dao động gây ra bởi các mômen đó. Chốt khuỷu là bộ phận dùng để nối với đầu to thanh truyền. Để giảm độ mài mòn, tăng tuổi thọ cho chốt khuỷu người ta dùng bạc khi lắp chốt khuỷu với đầu to thanh truyền. Cổ trục khuỷu dùng để lắp trục khuỷu trên thân máy và cho phép trục khuỷu chuyển động quay. Khi lắp cổ trục vào hộp trục khuỷu người ta dùng bạc lót để giảm mài mòn. Má khuỷu là bộ phận nối liền cổ trục chính và chốt khuỷu. Trên má khuỷu người ta có gắn các đối trọng có tác dụng cân bằng mômen quán tính cho trục khuỷu. Đuôi trục khuỷu được lắp với bánh đà. Để tránh dầu bôi trơn trong cácte động cơ rò ra ngoài ở đầu và đuôi trục khuỷu người ta có lắp các phớt chặn dầu. Bạc trục khuỷu được doa tinh sẽ đạt được khe hở dầu tối ưu. Do đó cải thiện được trạng thái khởi động lạnh và giảm được rung động của động cơ. Nửa bạc trên có rãnh dầu dọc theo lòng chu vi. 2.3. CÁC HỆ THỐNG CỦA ĐỘNG CƠ D4FA 2.3.1. HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG. Hệ thống khởi động bằng điện với phương pháp điều khiển gián tiếp bằng rơle điện từ .Để tránh khả năng không kịp tách bánh răng ra khi động cơ đã nổ, người ta làm kiểu truyền động một chiều bằng khớp truyền động hành trình tự do loại cơ cấu cóc. Khi người lái đóng khóa điện, dòng điện sẽ đi vào cuộn đẩy mà lõi thép của nó được nối với cần gạt. Cuộn dây có điện trở thành nam châm hút lõi thép sang phải, đồng thời làm quay cần gạt dịch chuyển bánh răng truyền động vào ăn khớp với bánh đà. Khi bánh răng của khớp truyền động đã vào ăn khớp với bánh đà, thì vành tiếp điểm cũng nối các tiếp điểm, đưa dòng điện vào các cuộn dây của máy khởi động. Máy khởi động quay, kéo trục khuỷu của động cơ quay theo. Khi động cơ đã nổ thì người lái nhả khóa điện, các chi tiết trở về trạng thái ban đầu dưới tác dụng của lò xo hồi vị Trang 9
10. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG 1 2 Hình 2.7. Kết cấu máy khởi động 1-Moto khởi động; 2-Rơle khởi động 1 2 3 4 Hình 2.8. Kết cấu bên trong máy khởi động 1-cuộn solenoid ; 2-Bộ góp; 3-Lõi thép;4-Khớp li hợp. 2.3.2. HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ D4FA Động cơ D4FA có hệ thống làm mát bằng nước kiểu một vòng kín.Tuần hoàn cưỡng bức bao gồm: Áo nước xi lanh, nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió và các đường ống dẫn nước. Hệ thống làm mát sử dụng nước nguyên chất có pha chất phụ gia chống gỉ. Két làm mát lắp trên phía đầu xe, két làm mát có đường nước vào từ van hằng nhiệt và có đường nước ra đến bơm, trên két nước có các giàn ống dẫn nước gắn cánh tản nhiệt. Bơm nước kiểu ly tâm được dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu. Quạt gió được dẫn động bằng động cơ điên riêng. Trang 10
11. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG 10 11 Hình 2.9. Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ D4FA 1.Thùng chứa nước mát; 2.Lưới tản nhiệt; 3.Giá lắp lưới tản nhiệt; 4. Ống nước trên; 5. Ống nước dướ; 6.Ống đầu làm mát ;7.Quạt làm mát; 8.Giá gắng quạt; 9.Mô tơ quạt làm mát; 10-Bơm nước; 11-Puly bơm 2.3.3. HỆ THỐNG XẢ. Khí xả được thải ra ngoài môi trường qua ống xả. Hệ thống xả gồm: ống góp xả và ống xả nối với nhau bằng khớp cầu. Trên ống xả có các bộ trung hòa khí xả để làm cho các chất độc hại CO (cacbon oxit), HC (Hiđrô cacbon) và NOx (Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H2O, CO2, N2) khi luồng khí xả đi qua, với các chất xúc tác platin, pladini, iridi, rodi. Để khí xả ra ngoài môi trường không độc hại đối với sức khỏe con người. Trang 11
12. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Hình 2.10. Sơ đồ hệ thống xả động cơ D4FA 1-Đường dẫn khí xả ra ngoài ; 2-Bộ giảm âm; 3-Bộ chuyển đổi khí thải. 2.3.4. HỆ THỐNG BÔI TRƠN. Hệ thống bôi trơn cung cấp dầu bôi trơn đến các chi tiết chuyển động quay và trượt của động cơ sao cho chúng có thể làm việc êm dịu, tránh mài mòn. Nó cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc làm mát. Hệ thống bôi trơn gồm có: 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. Trang 12
13. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Hình 2.11. Hệ thống bôi trơn động cơ D4FA 1-Nắp lọc dầu; 2-Lưới lọc ;3-Thân bầu lọc; 4-Đường dầu bôi trơn; 5- Catte chứa dầu bôi trơn ; 6- Cụm ống dẫn dầu và lưới lọc thô 2.3.5. HỆ THỐNG NHIÊN LIÊU. Hệ thống nhiên liệu của động cơ DIESEL trong động cơ đốt trong có nhiệm vụ như sau: Cung cấp nhiên liệu vào xilanh động cơ đúng lúc theo một quy luật đã định. Phun tơi và phân bố đều hơi nhiên liệu trong thể tích buồng cháy. Đó là dùng chung cho động cơ đốt trong nói chung. Còn với hệ thống nhiên liệu của động cơ D4FA của xe HYUNDAI thì được trình bày như sau: Hệ thống nhiên liệu của động cơ D4FA chứa nhiên liệu dự trữ đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong khoảng thời gian quy định, lọc sạch nước và tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho mỗi chu trình ứng với chế độ làm việc qui định của động cơ, cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xy lanh theo trình tự làm việc của động cơ và cung cấp vào các xy lanh động cơ đúng lúc theo một quy luật đã định. Để đảm bảo được chức năng trên động cơ D4FA sử dụng hệ thống Trang 13
14. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG nhiên liệu hiện đại CRDI là hệ thống phun nhiên liêu trực tiếp dùng ống dẫn chung và được điều khiển bởi ECU. Hình 2.12. Hệ thống nhiên liệu. 1-Ống phân phối; 2-Đường dầu đến vòi phun; 3-Vòi phun; 4-Đường dầu hồi; 5-Đường dầu đến bơm; 6-Thùng dầu; 7-Lọc dầu thô; 8-Nắp thùng dầu; 9-Van kiểm tra; 10-Lọc tinh;11- Van 1 chiều; 12-Bơm cao áp. 3. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG BÔI TRƠN. 3.1. Yêu cầu, công dụng và phân loại: 3.1.1. Công dụng: Hệ thống bôi trơn của dộng cơ đốt trong có nhiệm vụ đưa dầu đến các bề mặt ổ trục ma sát, đồng thời lọc sạch các tạp chất lẫn trong dầu nhờn khi dầu nhờn tẩy rửa các bề mặt ma sát và làm mát dầu nhờn để bảo đảm tính năng lý hoá của nó. 3.1.2. Yêu cầu: -Phải cung cấp đủ lượng dầu bôi trơn tới các bề mặt làm việc với áp suất cao nhằm đảm bảo quá trình bôi trơn ma sát ướt các bề mặt làm việc cần thiết. -Phải có thiết bị lọc nhằm lọc sach dầu nhờn khỏi bụi bẩn và các hạt mài kim loại. Trang 14
15. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG -Phải có thiết bị làm mát dầu nhờn nhằm giữ nhiệt độ dầu nhờn ở nhiệt độ quy định. -Hệ thống bôi trơn làm việc an toàn, hiệu quả cao. -Công suất tiêu hao cho hệ thống bôi trơn nhỏ. -Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, có độ bền cao, dễ bảo dưỡng, sửa chữa. -Tính kinh tế cao. 3.1.3. Phân loại hệ thống: +Dựa vào phương pháp bôi trơn ta có các loại sau: -Bôi trơn bằng phương pháp vung té: phương pháp này thường dùng trong các động cơ một xi lanh nằm ngang hoặc thẳng đứng kết hợp bôi trơn bằng phương pháp bôi trơn cưỡng bức. Để có thể vung té dầu nhờn được thường trên má khuỷu người ta chế tạo đối trọng kiểu như một thìa múc dầu. Trong mỗi vòng quay của trục khuỷu thì múc dầu đồng thời nhờ lực li tâm của chuyển động quay vung té dầu nhờn tới các bề mặt làm việc. Các hạt dầu vung té bên trong không gian của các te và rơi tự do xuống các bề mặt ma sát của ổ trục. Để đảm bảo cho các ổ trục không bị thiếu dầu, trên các vách ngăn bên trên ổ trục thường có các gân hứng dầu. Phương pháp này có ưu điểm đơn giản nhưng không bảo đảm được lưu lượng dầu bôi trơn của các ổ trục nên rất ít dùng. -Phương pháp bôi trơn cưỡng bức: ngày nay được sử dụng ở hầu hết trên các loại động cơ. Dầu trong hệ thống bôi trơn được bơm dầu đẩy đến các bề mặt ma sát dưới một áp suất dầu nhất định, do đó hoàn toàn đảm bảo yêu cầu bôi trơn, làm mát và tẩy rửa các bề mặt ma sát của ổ trục. -Phương pháp bôi trơn bằng cách pha dầu nhờn vào nhiên liệu: phương pháp này chỉ được áp dụng ở động cơ xăng cỡ nhỏ loại động cơ xăng hai kì. Vì loại động cơ này sử dụng các te làm buồng quét khí. Hỗn hợp dầu và xăng sau khi qua bộ chế hoà khí được xé thành các hạt nhỏ cùng với không khí tạo thành hỗn hợp. Khí hỗn hợp này được nạp vào cácte của động cơ rồi theo lỗ quét đi vào xi lanh. Trong quá trình này các hạt dầu nhờn lẫn trong khí hỗn hợp ngưng đọng và bám lên bề mặt chi tiết máy để bôi trơn các bề mặt ma sát. + Dựa theo lượng dầu bôi trơn chứa trong cácte ta có các loại sau: -Hệ thống bôi trơn cácte ướt. -Hệ thống bôi trơn cácte khô. Trang 15
16. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Hệ thống bôi trơn cưỡng bức cácte ướt: Nguyên lý làm việc: Dầu nhờn chứa trong cácte 9 được bơm dầu 11 hút qua phao lọc 10 đến bầu lọc thô 13 rồi theo đường dầu chính 2 để đi bôi trơn các ổ trục khuỷu, trục cam Khi dầu qua bầu lọc thô 13 thì dầu được lọc sạch sơ bộ các chất cặn bẩn có kích thước hạt lớn. Một phần dầu (khoảng 15÷ 20%) lượng dầu bôi trơn do bơm cung cấp đi qua bầu lọc tinh 5 rồi trở về lại cácte. 1 2 3 4 5 14 6 13 12 11 10 9 8 7 Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống bôi trơn cưỡng bức cácte ướt. 1- Đồng hồ áp suất; 2- Đường dầu chính; 3- Đường dầu lên chốt khuỷu; 4- Trục khuỷu; 5- Bầu lọc tinh; 6- Két làm mát dầu nhờn; 7- Van hằng nhiệt; 8- Đồng hồ đo nhiệt độ dầu; 9- Cácte; 10- Phao hút dầu; 11- Bơm dầu; 12- Van an toàn của bơm; 13- Bầu lọc thô; 14- Van an toàn của hệ thống bôi trơn. 3.2. Công dụng của dầu nhờn: Trong hệ thống bôi trơn của động cơ đốt trong sử dụng dầu nhờn để giảm ma sát cho các ổ trục, tải nhiệt lượng do ma sát sinh ra khỏi ổ trục, bảo vệ các bề mặt chi tiết trong động cơ không bị gỉ, làm kín các bề mặt chi tiết nhất là bề mặt piston xi lanh, tẩy rửa các bề mặt khỏi các hạt mài kim loại. Trang 16
17. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG -Bôi trơn các bề mặt chi tiết, làm giảm tổn thất ma sát: dầu nhờn đóng vai trò chất liệu trung gian đệm giữa các bề mặt ma sát có chuyển động tương đối với nhau, làm cho các bề mặt ma sát không tiếp xúc trực tiếp với nhau. Trong động cơ đốt trong thường tồn tại bốn loại ma sát sau: -Ma sát khô: xảy ra giữa hai bề mặt ma sát hoàn toàn không có dầu nhờn, các bề mặt ma sát tiếp xúc trực tiếp với nhau như phần đỉnh piston với xi lanh. -Ma sát nửa khô: xảy ra khi dầu nhờn ngăn cách giữa các bề mặt ma sát bị phá hoại. Các bề mặt ma sát tiếp xúc trực tiếp cục bộ với nhau ở những vùng màng dầu bị phá hoại như phần dầu piston tiếp xúc với xi lanh. -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 bề mặt ma sát tồn tại một màng dầu rất mỏng, màng dầu này chịu lực tác dụng của các phần tử bề mặt kim loại nên bám chặt trên các bề mặt kim loại mất khả năng lưu động. -Trong quá trình thực tế ma sát ổ trục thường có thể tồn tại đồng thời ba loại ma sát: ma sát khô, ma sát ướt, ma sát nửa khô và ma sát tới hạn. -Làm mát ổ trục: trong quá trình làm việc công do tổn thất ma sát biến thành nhiệt năng làm cho nhiệt độ ổ trục tăng lên rất cao. Nếu không có dầu nhờn, các bề mặt ma sát bị nóng quá rồi xảy ra hư hỏng. Trong trường hợp này dầu nhờn đóng vai trò làm mát ổ trục, tải nhiệt lượng do ma sát sinh ra khỏi ổ trục, đảm bảo nhiệt độ làm việc bình thường của các ổ trục. -Tẩy rửa bề mặt ma sát: trong quá trình làm việc các bề mặt ma sát cọ sát vào nhau nên gây mài mòn mặt kim loại rơi ra bám trên bề mặt ma sát. Khi dầu nhờn chảy qua các bề mặt ma sát nó cuốn theo các tạp chất. Vì vậy đảm bảo bề mặt ma sát luôn luôn sạch tránh được hiện tượng mài mòn do các tạp chất cơ học. -Bao kín khe hở giữa piston xécmăng và xi lanh làm cho quá trình lọt khí qua khe hở gữa chúng giảm xuống. -Bảo vệ các bề mặt ma sát khỏi bị ô xi hoá: trong qúa trình làm việc dầu nhờn có tác dụng bao kín các bề mặt của chi tiết khỏi sự tiếp xúc trực tiếp với không khí và hơi nước, tránh được hiện tượng bị gỉ các bề mặt do ô xi hoá. 3.3. Bầu lọc dầu nhờn: 3.3.1. Bầu lọc thấm: 3.3.1.1. Kết cấu Trang 17
18. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Hình 3.2: Bầu lọc thấm 1- vỏ bầu lọc; 2- đường dầu ra; 3- phần tử lọc; 4- trục bầu lọc; 5- đệm làm kín; 6- lò xo ép; 7- nắp bầu lọc; 8- đường dầu ra; 9 – vít xả cặn. Vỏ bầu lọc 1 được lắp với thân máy bằng các bulon, nắp vỏ 7 được cố định trên vỏ 1 bằng bulon số 4. Bu lon số 4 đồng thời làm làm trục bầu lọc cố định lõi lọc số 3, để làm kín không gian phía trong lơi lọc, ngăn cách không gian phía trong và phía ngoài lơi lọc, người ta sử dụng các đệm làm kín số 5. Vít xã cặn số 9 có công dụng các cặn bẩn và nước đọng lại phía dưới trong quá tŕnh làm việc. Lò xo ép số 6 ép lưới lọc trên vỏ của nó, đồng thời tránh được sự rung xóc trong quá tŕnh làm việc. Phần tử lọc số 3 là một ống hình dạng gấp nếp được gia công lỗ lọc dầu kích thước lỗ không lớn lắm khoảng  0.05-0.06 (mm), vật liệu chế tạo bằng hợp kim đồng, có khả năng chống Trang 18
19. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG ăn mòn cao, ngày nay ngoài dạng kết cấu lưới lọc đã được giới thiệu như trên các người ta cũng chế tạo lưới lọc bằng các loại vật liệu khác như kim loại gốm hay lưới lọc bằng lưới thép được gia công hình trụ có tính chống ăn mòn cao. Một số lưới lọc kiểu cũ được chế tạo bằng các tấm hợp kim đồng được gia công lỗ sau đó ghép lại thành lưới lọc. Tuy nhiên ngày nay để tăng tính năng công nghệ của các lưới lọc, sản xuất theo dây chuyền có khả năng tự động hoá cao hơn các lưới lọc được chế tạo hình trụ chỉ có một phần tử lọc. Vì vậy mà giá thành hạ, đơn giản trong lắp ráp sửa chữa. 3.3.1.2. Nguyên lý làm việc: Dầu nhờn được dẫn vào bầu lọc thông qua đường số 2 và chứa đầy trong không gian phía ngoài bầu lọc, áp suất dầu do máy bơm cung cấp có tác dụng đẩy dầu qua phần tử lọc số 3 đi vào không gian phía trong lõi lọc. Trong quá trình này các hạt mài có kích thước lớn hơn 0.05 (mm) và nước được giữ lại phía ngoài lõi lọc, lắng cặn xuống phía dưới lõi lọc. Dầu nhờn sau khi đi vào không gian phía bên trong lõi lọc tiếp tục đi vào đường dầu chính bôi trơn cho các bề mặt làm việc. Sau một thời gian làm việc lõi lọc có hiện tượng bị bẩn và dẫn tới tắc đường dầu cung cấp cho các bề mặt làm việc dẫn tới quá tŕnh mài mòn bề mặt các chi tiết này nhanh chóng. Để khắc phục nhược điểm này trên vỏ bầu lọc có lắp van an toàn. Khi lõi lọc bị tắc, dầu lúc này mất khả năng thông qua. Trở lực của bầu lọc làm cho áp suất trong đường ống đẩy tăng lên, áp lực của dầu lớn hơn lực căng. Lò xo làm cho van bi mở ra, dầu nhờn được đi tắt qua van vào đường dầu chính cung cấp cho các bề mặt làm việc. Đối với các bầu lọc ngày nay tuy vỏ bầu lọc giống nhau nhưng phần tử lọc có thể khác nhau. Tuy nhiên về nguyên lý hoạt động cũng tương tự như bầu lọc thấm dùng phần tử lọc như trên. 3.3.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc của bầu lọc li tâm: 3.3.2.1. Kết cấu bầu lọc li tâm: Trang 19
20. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Hình 3.3: Bầu lọc li tâm 1- đường dầu ra; 2- đường dầu vào; 3- thân bầu lọc li tâm; 4- đệm làm kín; 5- thân rô to; 6- ống dẫn dầu;7- trục rô to; 8, 9- đai ốc lắp ghép; 10- đệm gập; 11- bạc lót; 12- chi tiết cố định ống dẫn dầu; 13- cốc dầu; 14- ổ bi tì; 15- nắp rô to; 16- nắp bầu lọc; 17- đường dầu ra; 18- vòi phun Thân 3 của bầu lọc li tâm được bắt vào thành bên của động cơ để các rãnh dẫn vào 1 và rãnh dẫn ra 17 trùng với các rãnh tương ứng của khối động cơ. Vỏ bầu lọc được làm kín với không gian bên ngoài bằng nắp bầu lọc 16. Thân rô to 5 được cố định với nắp số 15 bằng đai ốc 8. Bạc lót 11và ổ bi tì 14 có tác dụng giảm ma sát giữa các bề mặt làm việc của nắp rô to 15 và trục 7. Ống dẫn dầu số 6 dùng để dẫn dầu tới vòi phun làm quay rô to. 3.3.2.2. Nguyên lý làm việc: Dầu nhờn đi vào bầu lọc qua đường dầu số 2 khi đi vào bầu lọc nhờ có cốc 13 vận tốc của dòng dầu giảm xuống dầu sau khi đi vào thân rô to được các ống dẫn 6 dẫn dầu đi ra bầu lọc qua vòi phun số 18. Tia dầu phun qua lỗ sinh ra mô men quay làm quay rô Trang 20
21. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG to. Rô to quay tạo ra lực li tâm làm li tâm các hạt mài bám dính lên thành bên trong nắp rô to số 5. Dầu sạch phía bên trong gần trục ro to được lọc sạch tiếp tục theo ống dânc dầu 6 phun ra qua vòi phun 18 qua đường dẫn dầu ra 1 rơi xuống các te. Đối với loại bầu lọc li tâm hiện tượng tắc bầu lọc không xảy ra đồng thời trong quá trình phun tia dầu ra khỏi lỗ phun tạo mô men quay rô to với vận tốc n >4500 (vòng /phút) lực li tâm lớn có tác dụng lọc hiệu quả dầu nhờn hiệu quả hơn. Trở lực của bầu lọc li tâm không đáng kể. 3.3.2.3 Lọc dầu. Bộ lọc dầu sử dụng trên động cơ D4FA thuộc loại lọc bằng giấy, được lắp ở đáy thân của bộ làm mát dầu, làm nhiệm vụ lọc thô và lọc tinh với nguyên lý làm việc như sau: 12 13 14 11 10 1 9 2 8 3 7 6 4 5 Hình 3.3.1. 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. - Van một chiều có tác dụng chỉ cho dầu theo một chiều và không cho dầu theo chiều ngược lại. Mặt khác khi động cơ không hoạt động nó tạo được áp suất dư trên đường dầu chính, van một chiều được làm bằng cao su và co giãn được - Vật liệu của lõi lọc là giấy cát-tông, loại lọc thấm bằng giấy còn gọi là lọc bề mặt. Đối với phần lọc thô để tăng diện tích bề mặt lọc, người ta dùng giấy dày 0,6 mm Trang 21
22. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG gấy lại để đạt diện tích bề mặt 5  12 cm 2/cm (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 mài mòn các bề mặt ma sát. Nguyên lý làm việc: 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 không qua phần lọc thô và tinh nên bầu lọc không còn tác dụng nữa vì vậy mà ta cần phải thay bầu lọc. - Ưu điểm của bầu lọc này là lọc được các cận bẩn có kích thước từ 0.3  0.5 cm nên dầu được lọc rất sạch, đảm bảo được chất lượng của dầu bôi trơn vì vậy mà độ mòn của xilanh, ổ trục khuỷu, bạc lót, cổ chốt khuỷu đều giảm xuống rất nhiều dẫn đến tăng tuổi thọ của động cơ, tuy nhiên bầu lọc này có kích thước lớn, cồng kềnh. 3.4. Bơm dầu nhờn: 3.4.1. Công dụng, yêu cầu của bơm dầu nhờn. 3.4.1.1. Công dụng. Bơm dầu nhờn có nhiệm vụ cung cấp một lượng dầu nhờn liên tục dưới áp suất cao tới các bề mặt ma sát để bôi trơn, làm mát, và tẩy rửa các bề mặt ma sát. 3.4.1.2. Yêu cầu. -Phải cung cấp lưu lượng dầu thích hợp tới các bề mặt ma sát -Bơm phải cung cấp một lượng dầu nhờn đồng đều theo thời gian. -Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ bảo dưỡng sửa chữa, có độ bền cao, chịu được mài mòn rung xóc, tính kinh tế cao. Trang 22
23. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG 2 Hình 3.4. bánh răng dùng trên động cơ D4FA 1- Bánh răng chủ động; 2- Bánh răng bị động. Bơm dầu nhờn sử dụng trên động cơ D4FA là loại bơm bánh răng một cấp với nguyên lý làm việc như sau: Bơm bánh răng làm việc nhờ vào bánh răng dẫn động trên trục chủ động. Bánh răng chủ động được lắp cố định trên trục khuỷu nhờ mối ghép then. Khi trục khuỷu quay, bánh răng chủ động 1 được trục khuỷu dẫn động nên quay theo, bánh răng chủ động 1 quay nên bánh răng bị động 2 cũng quay theo. Dầu nhờn từ đường dầu áp suất thấp được hai bánh răng guồng sang tạo nên áp suất cao cho dòng dầu. Trên mặt đầu của bơm có rãnh triệt áp để tránh chèn dầu khi các bánh răng ăn khớp với nhau. Áp suất dầu đi bôi trơn phải đảm bảo tính ổn định. Do đó, trong bơm dầu có thêm van an toàn. Nếu áp suất trên đường dầu vượt quá giới hạn cho phép, van an toàn sẽ được mở ra nhờ áp suất dầu. Dầu sẽ chảy một phần về đường dầu áp suất thấp. 3.5. Két làm mát dầu. 3.5.1. Công dụng, yêu cầu. 3.5.1.1. Công dụng. Trong quá trình làm việc của động cơ nhiệt độ của dầu nhờn tăng lên không ngừng do dầu nhờn phải làm mát ổ trục, tải nhiệt lượng sinh ra do quá trình ma sát của ổ trục ra ngoài. Dầu nhờn tiếp xúc với các chi tiết máy có nhiệt độ cao, nhất là lượng dầu nhờn phun ra để làm mát đỉnh piston. Để đảm bảo nhiệt độ làm việc của dầu nhờn ổn định, giữ cho độ nhớt của dầu không đổi, đảm bảo khả năng bôi trơn, người ta dùng két làm mát dầu nhờn để làm mát dầu nhờn. 3.5.1.2. Yêu cầu. -Làm mát dầu nhờn hiệu quả. -Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ bảo dưỡng sửa chữa, độ bền cao, tính kinh tế cao. Trang 23
24. Đồ án môn học: Thiết kế ĐCĐT GVHD: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG 3.5.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc Hình 3.5: Két làm mát dầu nhờn Dầu nhờn đi vào két làm mát thông qua ống dẫn sau đó chảy vào trong các ống đồng cắm vào các phiến tản nhiệt. Két làm mát được đặt phía trước két làm mát nước và được quạt gió hút gió qua phiến tản nhiệt đưa nhiệt lượng của dầu nhờn ra ngoài môi trường. Trang 24