MỞ ĐẦU Trong quá trình thiết kế ô tô, việc thiết kế động cơ đóng vai trò không thể phủ nhận trong việc định hình và nâng cao chất lượng của phương tiện. Động cơ, như trái tim của chiếc ô tô, đóng góp quyết định đến hiệu suất, hiệu quả năng lượng và khả năng vận hành của xe. Việc chọn lựa và tối ưu hóa các chi tiết động cơ không chỉ ảnh hưởng đến khả năng tăng tốc và tốc độ tối đa mà còn đảm bảo sự tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải độc hại. Thiết kế chi tiết động cơ cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ an toàn và độ bền của ô tô.
Các chi tiết phải được thiết kế sao cho có khả năng chịu tải, chống mài mòn, và duy trì hiệu suất ổn định trong thời gian dài sử dụng. Đồng thời, quá trình thiết kế còn phải đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về tiêu thụ nhiên liệu, tiếng ồn, và khí thải để đồng bộ với các quy định và yêu cầu về bảo vệ môi trường. Trong học phần này “ Thiết kế các hệ thống trong động cơ ”chúng em được tổ bộ môn giao nhiệm vụ làm đồ án môn học. Vì bước đầu làm quen với công việc tính toán , thiết kế ôtô nên không tránh khỏi những bỡ ngỡ và vướng mắc.
Nhưng với sự quan tâm , động viên , giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn , cùng giáo viên giảng dạy và các thầy giáo trong khoa nên chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đồ án trong thời gian được giao. Qua đồ án này giúp sinh viên chúng em nắm được các nguyên lý, kết cấu cơ bản của động cơ đốt trong. Vì thế nó rất thiết thực với sinh viên ngành Cơ khí – chuyên ngành cơ khí Động lực. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng rất nhiều không tránh khỏi những thiếu sót.
Vì vậy chúng em rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của các thầy để chúng em có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn và cũng qua đó rút ra được những kinh nghiệm quý giá cho bản thân nhằm phục vụ tốt cho quá trình học tập và công tác sau này. Chúng em xin chân thành cảm ơn PHẦN 1: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 1. Thông số kỹ thuật động cơ tham khảo Bảng PHẦN 1: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THAM KHẢO-1: Thông số kỹ thuật động cơ tham khảo và động cơ thiết kế TT Thông số kỹ thuật Đơn vị Động cơ tham Động cơ khảo thiết kế 1 Công suất động cơ kW 330 227 2 Tốc độ động cơ Vòng/phút 5500 4900 3 Tỷ số nén 10 9.8 4 Đường kính piston 89 98 5 Hành trình piston 88,3 92 1. Các cơ cấu trong động cơ N63 1.Nhóm piston a) Piston: - Piston được làm bằng hợp kim nhôm.
Đầu piston có dạng lóc côn để thực hiện hiệu quả việc đốt cháy nhiên liệu - Piston được làm bóng để giảm ma sát khi làm việc và tăng khả năng truyền nhiệt, tăng tuổi thọ của động cơ. - Các rảnh của các vòng trên cùng được phủ một lớp oxit anot để cải thiện khả năng chịu mài mòn và chống ăn mòn của piston - Công dụng: Cùng với các chi tiết khác như xy lanh, nắp xy lanh bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền lực khí thể cho thanh truyền cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén khí. b) Xec măng: - Xéc măng được chế tạo từ gang hợp kim, trên bề mặt có mạ crom để tăng khả năng chịu mài mòn. Mỗi xi lanh có hai xéc măng khí và một xéc măng dầu.
c) Chốt piston: - Chốt piston được làm bằng thép C được thấm than, nitơ hóa và sử dụng các biện pháp nhiệt luyện để tăng độ cứng và được lắp kiểu bơi. - Hai đầu chốt có khóa hãm để hạn chế dịch chuyển dọc trục của chốt, khi lắp cần nung nóng piston trong dầu ở 80-90 độ C. Nhóm thanh truyền - Thanh truyền được chế tạo bằng thép cường độ cao và gọn nhẹ, chiều rộng thanh truyền giảm để giảm ma sát, bỏ đai ốc dùng bulông siết chặt Hình 1.2: Thanh truyền động cơ N63 1. Nhóm trục khuỷu - Trục khuỷu được làm bằng thép, có khả năng chịu lực tốt, có bốn cổ trục và năm đối trọng được giữ bởi các bulong, bốn bulong chính và hai bulong bên nhằm tăng tối đa độ cứng vững.
- Gia công góc lượn cổ trục, chốt khuỷu, má khuỷu để giảm tập trung ứng suất giúp tăng sức bền trục khuỷu.3: Trục khuỷ động cơ N63 1. Cơ cấu phân phối khí - Cơ cấu cam nạp xả với hai trục cam phía trên xi lanh-DOHC - Sử dụng hệ thống DV VT-I –Dual Variable Valve Timing with Intelligence: Hệ thống điều khiển xu-páp kép với góc mở biến thiên thông minh. - Các trục cam được chế tạo bằng hợp kim gang - Các trục cam được điều khiển thông qua trục khuỷu thông qua truyền động xích chính. Trục cam cửa nạp của hàng xilanh tương ứng kép theo trục cam thải thông qua truyền động xích thứ hai.
Các xu páp được điều khiển trực tiếp bởi 4 trục cam. Bộ điều khiển VVT-I được cài đặt trên cả trục nạp và xả. - Khoảng thời gian thay đổi là -40 độ đối với lượng và 35 độ đối với khí thải. Ống dẫn dầu được chế tạo trong trục cam để cung cấp dầu động cơ tới hệ thống DVVT-i.
Một rô to điều chỉnh thời gian được chế tạo phía trước của bộ điều khiển DVVT-I để phát hiện các vị trí thực tế của trục cam nạp.4: cơ cấu phân phối khí động cơ N63 1. Các hệ thống trong động cơ N63 1.1 Hệ thống nhiên liệu Hình 1.1: Tổng quan hệ thống nhiên liệu động cơ N63 - Động cơ N63 hệ thống phun xăng trực tiếp , gồm các chi tiết: Bơm cao áp, ống rail, kim phun và cảm biến áp suất ống rail. Bơm cao áp thực hiện nhiệm vụ nén nhiên liệu có áp suất thấp từ bơm xăng lên thành nhiên liệu áp suất cao, tích trữ tại ống rail. Cảm biến áp suất ống rail đảm nhận vai trò cung cấp thông tin cho ECU.
- Khi vận hành, bộ vi xử lý trong ECU sẽ tính toán và nhận biết áp suất thực tế trong ống rail và điều chỉnh van FPRV - van điều áp trên bơm cao áp. Tới thời điểm áp suất cao vào buồng đốt động cơ, kim phun nhiên liệu sẽ được điều khiển bởi ECU. Hệ thống bôi trơn Hình 1.: Sơ đồ hệ thống bôi trơn - Hệ thống bôi trơn trong động cơ N63 là hệ thống bôi trơn cưỡng bức cacte ướt , với dung tích dầu bôi trơn khoảng 8 lít đến 10 lít.Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu đến bôi trơn các mặt ma sát, làm giảm tổn thất ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát và bao kín khe hở giữa piston với xylanh, giữa xecmăng với piston, ngoài ra trong động cơ N63 dầu bôi trơn còn tham gia điều khiển thời điểm trục cam. Loại dầu bôi trơn sử dụng trên động cơ là API SM, SL, hay ILSAC.
Dầu bôi trơn từ cac-te được lưu thông qua vỉ lọc, bơm dầu, bầu lọc dầu rồi đến đường ống dầu chính, sau đó bôi trơn các bộ phận công tác như sơ đồ 1. Hệ thống làm mát Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ N63 Đặc điểm của hệ thống làm mát: - Hệ thống làm mát chất lỏng: Động cơ N63 sử dụng hệ thống làm mát bằng chất lỏng, thường là dung dịch gốc ethylene glycol, để kiểm soát nhiệt độ hoạt động của động cơ. - Tản nhiệt bằng nước: Nước được sử dụng để tản nhiệt động cơ và động cơ sẽ sử dụng bơm nước để tuần hoàn lưu chất làm mát qua các phần khác nhau của động cơ. - Tản nhiệt bằng dầu: Động cơ N63 cũng có hệ thống tản nhiệt bằng dầu, giúp làm mát các bộ phận như bộ tăng áp và hộp số.
- Quạt tản nhiệt và tản nhiệt gió: Hệ thống này sử dụng quạt tản nhiệt và cấp dưỡng khí để điều chỉnh nhiệt độ của động cơ trong các tình huống khác nhau. - Cảm biến nhiệt độ: Để đảm bảo rằng động cơ hoạt động trong ngưỡng nhiệt độ an toàn, hệ thống này sử dụng các cảm biến nhiệt độ để kiểm tra và điều chỉnh quá trình làm mát. Hệ thống nạp thải 1. Bộ lọc sơ cấp; 2.
Bầu lọc không khí chính; 3. Bộ turbo tăng áp; 4. Bộ làm mát khí nạp; 6. Bộ giảm âm Hình 1.4: Hệ thống nạp- thải cưỡng bức Động cơ N63 sử dụng hệ thống nạp thải cưỡng bức, Hệ thống tăng áp này tận dụng sức mạnh của dòng khí thải.
Nhờ bố trí một tuốcbin nằm trên ông thoát khí thải, khi khí thải đi qua sẽ làm cho tuốcbin này quay. Và nhờ thế nó làm quay máy nén khí vào xylanh của động cơ.1: Cấu tạo của turbo tăng áp Turbocharger bao gồm 2 phần chính là turbin và bộ nén, đó là 2 cánh quạt gắn trên một trục. Mỗi quạt một đầu trục. Khí xả của động cơ được dẫn tới một quạt, được gọi là turbine.
Mục đích để quay trục và xoay quạt thứ 2 theo hiệu ứng ngược lại, được gọi là bộ nén. Bộ nén này sẽ có nhiệm vụ nén khí vào khoang nạp khí của động cơ. Phần 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 2. Nhiệm vụ, yêu cầu hệ thống nhiên liệu động cơ thiết kế: 2.1: Nhiệm vụ: - Chuẩn bị và cung cấp hỗn hợp hơi xăng và không khí cho động cơ, đảm bảo về chất và lượng phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ 2.2: Yêu cầu: - Cung cấp hỗn hợp liên tục đúng với từng chế độ làm việc của động cơ.
(hệ số dư lượng không khí (α = 0. - Đảm bảo thành phần hỗn hợp sao cho hỗn hợp cháy tốt, hiệu suất cao, suất tiêu hao nhiên liệu thấp. - Thiết bị đảm bảo kín, tránh rò rỉ, bay hơi. - Dễ dàng điều chỉnh, bảo dưỡng.3: Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hỗn hợp.
- Thời gian hỗn hợp: Thời gian dài tạo hỗn hợp đều. - Nhiệt độ môi trường và động cơ: Nhiệt độ cao, bay hơi và hoà trộn với cường độ mạnh, chất lượng hỗn hợp tốt. Vì thế động cơ xăng phải có biện pháp sấy nóng, tuy nhiên chỉ sấy nóng đủ để nhiên liệu bay hơi, nếu sấy nóng quá, lượng nạp sẽ giảm và công suất động cơ sẽ giảm. - Kết cấu đường ống nạp, buồng cháy.
ảnh hưởng tới chất lượng hỗn hợp về sự đồng nhất trong một xilanh và sự đồng đều giữa các xilanh.