Đồ án: Tính toán và Thiết kế Hệ Thống Bôi Trơn trên Xe Ô tô (Toyota Prius 2012)

Đồ án hệ thống bôi trơn ô tô: Tính toán, thiết kế chi tiết. Tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên ngành kỹ thuật ô tô. Tải ngay!

• Người hướng dẫn: Phan Quốc Minh
• Trường học: Trường Đại học Công nghệ Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Động Cơ Đốt Trong
• Đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống bôi trơn trên xe ô tô Toyota Prius 2012
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp.HCM

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: Giới thiệu đề tài
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.3. Nội dung đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Giới Thiệu Về Các Hệ Thống Chính Trong Động Cơ ô tô
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG BÔI TRƠN TRÊN XE Ô TÔ TOYOTA
• 2.1. Công dụng chung
• 2.1.1. Công dụng
• 2.2. Các đặc tính cơ bản của dầu bôi trơn
• 2.3. Cấu tạo chung
• 2.3.1. Bơm dầu
• 2.3.2. Lọc dầu
• 2.3.3. Bộ làm mát dầu
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÔI TRƠN TRÊN XE Ô TÔ
• 3.1. Thông số kỹ thuật hệ thống bôi trơn cacte ướt trên xe ô tô Toyota
• 4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG MÔ HÌNH/MÔ PHỎNG
• 5. CHƯƠNG 5: SỬA CHỮA CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG BÔI TRƠN
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỄN
• 6.1. Hướng phát triển
• 7. CHƯƠNG 7: TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Toàn cảnh đồ án thiết kế hệ thống bôi trơn xe ô tô

Đồ án thiết kế hệ thống bôi trơn xe ô tô là một tài liệu nghiên cứu chuyên sâu, đóng vai trò nền tảng trong ngành công nghệ kỹ thuật ô tô. Hệ thống bôi trơn là trái tim của động cơ đốt trong, quyết định trực tiếp đến tuổi thọ, hiệu suất và độ tin cậy của toàn bộ cỗ máy. Nhiệm vụ chính của hệ thống không chỉ dừng lại ở việc giảm ma sát. Nó còn đảm nhận vai trò làm mát các chi tiết chịu nhiệt độ cao như piston, xi lanh; làm sạch bề mặt ma sát bằng cách cuốn trôi mạt kim loại và cặn bẩn; bao kín khe hở giữa các chi tiết như piston và xéc măng; đồng thời chống lại quá trình oxy hóa, bảo vệ các bộ phận kim loại. Đề tài này tập trung vào việc phân tích, tính toán và thiết kế một hệ thống bôi trơn hoàn chỉnh, cụ thể là hệ thống bôi trơn cacte ướt trên mẫu xe Toyota Prius 2012. Quá trình thực hiện đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức lý thuyết vững chắc về cơ sở lý thuyết, các phương pháp tính toán chu trình động cơ, và kỹ năng ứng dụng công nghệ mô phỏng hiện đại như bản vẽ CAD hệ thống bôi trơn. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một bản thuyết minh đồ án chi tiết, không chỉ đáp ứng yêu cầu học thuật mà còn có giá trị tham khảo thực tiễn, cung cấp một hệ thống lý thuyết đầy đủ và sâu sắc cho các kỹ sư và sinh viên chuyên ngành. Việc hiểu rõ nguyên lý hệ thống bôi trơn và các thành phần cấu tạo như bơm dầu động cơ, lọc dầu ô tô, và két làm mát dầu là điều kiện tiên quyết để đảm bảo động cơ vận hành ổn định và bền bỉ, góp phần vào sự phát triển chung của ngành công nghiệp ô tô.

1.1. Vai trò và nhiệm vụ cốt lõi của hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn thực hiện năm nhiệm vụ cốt lõi để duy trì hoạt động của động cơ. Thứ nhất, nó làm trơn các bề mặt chuyển động tương đối, giảm thiểu ma sát và mài mòn, từ đó tăng hiệu suất và tuổi thọ. Dầu nhớt động cơ tạo ra một màng dầu ngăn cách các bề mặt kim loại tiếp xúc trực tiếp. Thứ hai, hệ thống có chức năng làm mát. Dầu có nhiệt độ thấp hơn được luân chuyển đến các vùng có nhiệt độ cao, hấp thụ nhiệt và mang đi, đặc biệt quan trọng với piston và bạc lót. Thứ ba, nó có tác dụng rửa sạch. Dầu cuốn trôi các hạt mài mòn, cặn carbon và các tạp chất khác, giữ chúng lại trong lọc dầu ô tô. Thứ tư, hệ thống giúp bao kín, ngăn chặn khí cháy từ buồng đốt lọt xuống cacte dầu bằng cách lấp đầy khe hở giữa xéc-măng, piston và thành xi lanh. Cuối cùng, các chất phụ gia trong dầu có khả năng chống oxy hóa, bảo vệ bề mặt kim loại khỏi ăn mòn. Các nhiệm vụ này phối hợp nhịp nhàng để đảm bảo động cơ hoạt động trơn tru và hiệu quả.

1.2. Phân loại các phương pháp bôi trơn động cơ phổ biến

Có nhiều phương pháp bôi trơn được áp dụng cho động cơ đốt trong, tùy thuộc vào quy mô và yêu cầu vận hành. Phương pháp đơn giản nhất là bôi trơn vung té, thường thấy ở các động cơ nhỏ, một xi lanh. Trong hệ thống này, một chiếc gàu gắn ở đầu to thanh truyền sẽ múc dầu từ cacte và hắt lên các chi tiết. Tuy nhiên, phương pháp này không đảm bảo bôi trơn ổn định. Phổ biến và hiệu quả hơn là phương pháp bôi trơn cưỡng bức. Dầu được một bơm dầu động cơ đẩy đi dưới áp suất nhất định đến mọi bề mặt ma sát. Hệ thống này lại được chia thành hai loại chính. Hệ thống bôi trơn cacte ướt chứa toàn bộ dầu trong cacte động cơ, có cấu trúc đơn giản và được sử dụng rộng rãi trên xe du lịch. Ngược lại, hệ thống bôi trơn cacte khô sử dụng một bình chứa dầu riêng bên ngoài, phù hợp cho xe đua hoặc xe vận hành ở điều kiện khắc nghiệt, giúp hạ thấp trọng tâm động cơ và tránh tình trạng thiếu dầu khi xe nghiêng.

II. Phân tích các hư hỏng thường gặp của hệ thống bôi trơn

Một thiết kế hệ thống bôi trơn hiệu quả phải dự đoán và khắc phục được các hư hỏng tiềm tàng. Các sự cố trong hệ thống này có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng, từ mài mòn nhanh chóng đến phá hủy hoàn toàn động cơ. Việc nghiên cứu các dạng hư hỏng là bước quan trọng trong quá trình thiết kế. Một trong những vấn đề phổ biến nhất là sự suy giảm chất lượng dầu bôi trơn. Dầu nhớt động cơ có thể bị nhiễm bẩn bởi nhiên liệu, muội than, hoặc các hạt kim loại, làm thay đổi độ nhớt của dầu và mất đi các đặc tính bảo vệ. Hư hỏng cũng thường xảy ra ở các bộ phận cơ khí. Bơm dầu động cơ có thể bị mòn, làm giảm áp suất dầu bôi trơn và lưu lượng cung cấp. Các đường ống dẫn dầu có thể bị tắc nghẽn hoặc rò rỉ, làm gián đoạn quá trình bôi trơn. Các van điều khiển, như van an toàn bơm dầu hay van hằng nhiệt, có thể bị kẹt, dẫn đến áp suất không ổn định hoặc nhiệt độ dầu quá cao. Ngay cả lọc dầu ô tô và két làm mát dầu cũng không tránh khỏi các vấn đề như tắc nghẽn hoặc rò rỉ. Việc hiểu rõ các nguyên nhân và biểu hiện của những hư hỏng này giúp kỹ sư đưa ra các giải pháp thiết kế tối ưu, lựa chọn vật liệu phù hợp và xây dựng quy trình bảo dưỡng hợp lý để đảm bảo hệ thống vận hành bền bỉ.

2.1. Nguyên nhân suy giảm chất lượng và áp suất dầu bôi trơn

Chất lượng dầu suy giảm là điều không thể tránh khỏi trong quá trình vận hành. Nguyên nhân chính bao gồm oxy hóa do nhiệt độ cao, nhiễm tạp chất cơ học như mạt kim loại, bụi bẩn, và nhiễm tạp chất hóa học như nhiên liệu chưa cháy hết hoặc nước. Những yếu tố này làm thay đổi độ nhớt của dầu, giảm khả năng bôi trơn và hình thành cặn bùn. Bên cạnh đó, áp suất dầu bôi trơn thấp là một dấu hiệu nguy hiểm. Nguyên nhân có thể do mức dầu trong cacte dầu quá thấp, bơm dầu bị mòn, khe hở giữa các chi tiết (như trục khuỷu và bạc lót) quá lớn, hoặc van an toàn bơm dầu bị kẹt ở vị trí mở. Ngược lại, áp suất quá cao cũng gây hại, thường do van an toàn bị kẹt đóng hoặc dầu quá đặc khi trời lạnh. Việc kiểm tra và duy trì áp suất dầu trong giới hạn cho phép là tối quan trọng.

2.2. Sự cố thường gặp ở bơm dầu động cơ và các loại van

Bơm dầu động cơ, thường là loại bánh răng, có thể bị mài mòn ở các bề mặt răng hoặc thân vỏ. Khi các khe hở này tăng lên, hiệu suất bơm giảm mạnh, không đủ khả năng cung cấp dầu. Các van điều khiển cũng là điểm yếu tiềm tàng. Van an toàn bơm dầu được thiết kế để xả bớt dầu về cacte khi áp suất vượt ngưỡng. Nếu lò xo của van yếu đi hoặc van bị kẹt, nó sẽ không thực hiện đúng chức năng. Tương tự, van hằng nhiệt dầu điều tiết dòng dầu qua két làm mát dầu. Nếu van này hỏng, dầu có thể không được làm mát khi cần thiết (gây quá nhiệt) hoặc bị làm mát liên tục (lâu đạt nhiệt độ làm việc), ảnh hưởng đến hiệu quả bôi trơn.

III. Hướng dẫn tính toán thiết kế hệ thống bôi trơn cacte ướt

Quá trình tính toán là xương sống của mọi đồ án thiết kế kỹ thuật. Đối với hệ thống bôi trơn cacte ướt, việc tính toán chính xác đảm bảo mọi chi tiết hoạt động hài hòa và đáp ứng yêu cầu vận hành của động cơ. Quá trình này bắt đầu từ việc thu thập các thông số kỹ thuật của động cơ tham chiếu, bao gồm công suất, số vòng quay, kích thước xi lanh, và tỷ số nén. Dựa trên các dữ liệu đầu vào này, bước tiếp theo là thực hiện tính toán chu trình nhiệt động học. Việc này giúp xác định các thông số quan trọng như áp suất và nhiệt độ tại các điểm cuối của mỗi quá trình nạp, nén, nổ, và xả. Kết quả từ tính toán chu trình là cơ sở để xác định lượng nhiệt mà hệ thống bôi trơn cần phải giải tỏa. Từ đó, có thể tính toán được lưu lượng dầu cần thiết để bôi trơn và làm mát cho các ổ trục và bề mặt ma sát. Bước cuối cùng và quan trọng nhất trong chuỗi tính toán này là tính toán bơm dầu. Dựa trên lưu lượng yêu cầu, các thông số thiết kế của bơm như kích thước bánh răng, mô-đun, và tỷ số truyền sẽ được xác định để đảm bảo bơm cung cấp đủ dầu ở mọi chế độ hoạt động của động cơ. Toàn bộ quy trình này được trình bày chi tiết trong thuyết minh đồ án, thể hiện sự vận dụng khoa học kỹ thuật vào giải quyết một bài toán thực tế.

3.1. Các thông số kỹ thuật đầu vào và thông số lựa chọn

Mọi bài toán thiết kế đều bắt đầu từ các dữ kiện cho trước. Trong đồ án này, các thông số kỹ thuật của động cơ đốt trong trên xe Toyota Prius được sử dụng làm cơ sở. Các thông số cho trước bao gồm công suất có ích (250,1 kW), số vòng quay (2200 vòng/phút), đường kính xi lanh (130 mm), hành trình piston (140 mm), và tỷ số nén (15,5). Bên cạnh đó, các thông số lựa chọn mang tính giả định dựa trên kinh nghiệm và tài liệu tham khảo cũng được xác định, ví dụ như áp suất khí nạp (0,17 MN/m2), nhiệt độ khí nạp (300 K), và hệ số dư lượng không khí (α = 1,3). Những con số này tạo thành bộ dữ liệu đầu vào, là nền tảng không thể thiếu cho các bước tính toán chu trình và thiết kế các bộ phận của hệ thống.

3.2. Quy trình tính toán chu trình nhiệt động học của động cơ

Tính toán chu trình làm việc giúp mô phỏng các quá trình vật lý diễn ra bên trong xi lanh. Quy trình này bao gồm việc tính toán chi tiết cho bốn quá trình chính. Quá trình nạp xác định lượng không khí mới được nạp vào. Quá trình nén tính toán nhiệt độ và áp suất cuối kỳ nén (Tc, pc). Quá trình cháy và giãn nở là phức tạp nhất, xác định nhiệt độ và áp suất cực đại của chu trình (Tz, pz), đây là những yếu tố quyết định công suất động cơ. Cuối cùng, quá trình thải xác định các thông số của khí thải. Các kết quả tính toán này, ví dụ như áp suất chỉ thị trung bình (pi) và hiệu suất có ích (ηe), không chỉ phản ánh hiệu suất của động cơ mà còn cung cấp dữ liệu quan trọng để tính toán tải trọng nhiệt và cơ học lên các chi tiết, từ đó làm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống bôi trơn.

3.3. Phương pháp tính toán bơm dầu và lưu lượng dầu cần thiết

Lưu lượng dầu cần thiết được xác định dựa trên lượng nhiệt do ma sát sinh ra và lượng nhiệt mà dầu cần mang đi. Theo kinh nghiệm, nhiệt lượng do dầu mang đi (Qd) chiếm khoảng 1,5-2% tổng nhiệt lượng do nhiên liệu cháy sinh ra (Qt). Sau khi xác định được Qd, lưu lượng dầu cần thiết (Vd) được tính toán. Tuy nhiên, để đảm bảo cung cấp đủ dầu và bù trừ cho các tổn thất, lưu lượng thực tế của bơm (Vb) phải lớn hơn Vd từ 2 đến 3,5 lần. Bước tiếp theo là tính toán bơm dầu. Dựa vào lưu lượng lý thuyết, các thông số hình học của bơm bánh răng như đường kính vòng chia, chiều cao răng, và chiều dày răng được xác định. Mục tiêu là chọn một thiết kế bơm nhỏ gọn nhất nhưng vẫn đảm bảo cung cấp đủ áp suất dầu bôi trơn và lưu lượng ở mọi tốc độ động cơ.

IV. Phương pháp thiết kế các bộ phận chính hệ thống bôi trơn

Sau khi hoàn tất các bước tính toán lý thuyết, giai đoạn tiếp theo là chuyển các con số thành các thiết kế cơ khí cụ thể. Việc thiết kế các bộ phận chính trong hệ thống bôi trơn đòi hỏi sự am hiểu sâu sắc về cả nguyên lý hệ thống bôi trơn và công nghệ chế tạo. Mỗi thành phần, từ bơm dầu động cơ đến cacte dầu, đều có vai trò riêng và phải được thiết kế để hoạt động đồng bộ. Bơm dầu động cơ, thường là loại bơm bánh răng ăn khớp ngoài, được thiết kế với tiêu chí đơn giản, bền bỉ và hiệu suất cao. Các khe hở lắp ghép phải được kiểm soát chặt chẽ để giảm thiểu tổn thất lưu lượng. Lọc dầu ô tô được thiết kế để loại bỏ hiệu quả các tạp chất mà không gây cản trở lớn cho dòng chảy. Vị trí và kết cấu của cacte dầu cũng rất quan trọng, đảm bảo phao hút dầu luôn ngập trong dầu ngay cả khi xe di chuyển trên địa hình dốc hoặc vào cua. Két làm mát dầu được tính toán để có diện tích tản nhiệt phù hợp, duy trì nhiệt độ dầu trong khoảng tối ưu. Cuối cùng, các van điều khiển như van an toàn bơm dầu và van hằng nhiệt dầu được thiết kế và hiệu chỉnh để phản ứng chính xác với sự thay đổi của áp suất và nhiệt độ. Một sơ đồ hệ thống bôi trơn hoàn chỉnh sẽ thể hiện rõ sự liên kết và tương tác giữa các bộ phận này.

4.1. Cấu tạo và nguyên lý của bơm dầu động cơ lọc dầu ô tô

Bơm bánh răng là loại bơm dầu động cơ phổ biến nhất nhờ cấu tạo đơn giản gồm hai bánh răng ăn khớp trong một vỏ kín. Khi trục bơm quay, dầu được hút vào khoang chứa tạo bởi các răng và vỏ bơm, sau đó được vận chuyển và đẩy vào đường dầu chính dưới áp suất cao. Hiệu suất của bơm phụ thuộc rất nhiều vào các khe hở hướng kính và hướng trục. Trong khi đó, lọc dầu ô tô có nhiệm vụ giữ lại các tạp chất. Hệ thống thường bao gồm lọc thô (lưới lọc ở phao hút) và lọc tinh (bầu lọc giấy hoặc ly tâm). Lọc tinh có khả năng loại bỏ các hạt rất nhỏ, đảm bảo dầu luôn sạch trước khi đến các bề mặt ma sát quan trọng. Hầu hết các bộ lọc đều có van đi tắt (bypass valve) để đảm bảo động cơ vẫn được bôi trơn ngay cả khi lõi lọc bị tắc.

4.2. Thiết kế cacte dầu và vai trò của két làm mát dầu

Cacte dầu (còn gọi là te dầu) không chỉ là nơi chứa dầu mà còn có chức năng tản nhiệt. Dung tích của cacte được tính toán dựa trên công suất động cơ, thường theo công thức thực nghiệm Vct = (0,1÷0,15)Ne. Thiết kế bên trong cacte phải có các vách ngăn để hạn chế dầu bị xô lắc mạnh khi xe vận hành. Trong khi đó, két làm mát dầu là bộ phận không thể thiếu trên các động cơ hiệu suất cao hoặc làm việc trong điều kiện khắc nghiệt. Nó hoạt động tương tự két làm mát nước, cho dầu chảy qua các ống nhỏ có cánh tản nhiệt. Két có thể được làm mát bằng không khí hoặc bằng nước làm mát của động cơ. Vai trò của nó là giữ cho độ nhớt của dầu ổn định, tránh tình trạng dầu quá loãng do nhiệt độ cao, đảm bảo màng dầu bôi trơn luôn bền vững.

V. Mô phỏng và kiểm nghiệm thiết kế hệ thống bôi trơn xe ô tô

Thiết kế trên lý thuyết và tính toán chỉ là bước đầu. Để đảm bảo hệ thống bôi trơn hoạt động hiệu quả trong thực tế, quá trình mô phỏng và kiểm nghiệm là cực kỳ quan trọng. Giai đoạn này giúp xác nhận lại các tính toán, phát hiện các sai sót tiềm ẩn và tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạo. Công cụ chính được sử dụng là phần mềm thiết kế có sự trợ giúp của máy tính (CAD). Việc xây dựng một mô hình 3D hoàn chỉnh của hệ thống cho phép các kỹ sư hình dung một cách trực quan sự lắp ghép của các chi tiết như bơm dầu động cơ, các đường dẫn dầu, cacte dầu và lọc dầu ô tô. Từ mô hình này, các bản vẽ kỹ thuật chi tiết, hay bản vẽ CAD hệ thống bôi trơn, được xuất ra để phục vụ cho việc gia công. Quan trọng hơn, các phần mềm mô phỏng kỹ thuật (CAE) cho phép phân tích các yếu tố động lực học phức tạp. Ví dụ, có thể mô phỏng và phân tích điều kiện hình thành màng dầu thủy động trong các ổ trượt, kiểm tra sự phân bố áp suất dầu bôi trơn trong toàn hệ thống, và dự đoán nhiệt độ làm việc của dầu tại các vị trí trọng yếu. Kết quả kiểm nghiệm ảo này cung cấp những bằng chứng xác thực về hiệu quả của thiết kế, tăng cường độ tin cậy và rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm.

5.1. Xây dựng bản vẽ CAD hệ thống bôi trơn và các chi tiết

Việc xây dựng bản vẽ CAD hệ thống bôi trơn là một bước không thể thiếu. Quá trình này bắt đầu bằng việc mô hình hóa 3D từng chi tiết riêng lẻ: bơm dầu, các bánh răng, vỏ bơm, cacte, lọc dầu, các đường ống, và các van. Sau đó, các chi tiết này được lắp ráp lại trong một môi trường ảo để tạo thành một cụm hệ thống hoàn chỉnh. Mô hình 3D tổng thể này không chỉ giúp kiểm tra sự phù hợp về kích thước và tránh va chạm giữa các bộ phận, mà còn là cơ sở để tạo ra các bản vẽ 2D (hình chiếu, mặt cắt) với đầy đủ kích thước, dung sai và yêu cầu kỹ thuật. Những bản vẽ này chính là ngôn ngữ giao tiếp giữa nhà thiết kế và người thợ chế tạo, đảm bảo sản phẩm cuối cùng được sản xuất đúng với ý đồ thiết kế ban đầu.

5.2. Phân tích điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn chịu tải

Một trong những bài toán kiểm nghiệm quan trọng nhất là xác định khả năng hình thành màng dầu bôi trơn thủy động. Đây là trạng thái lý tưởng khi hai bề mặt kim loại được ngăn cách hoàn toàn bởi một lớp dầu chịu áp lực. Để đạt được điều này, ba điều kiện phải được thỏa mãn: phải có khe hở hình chêm giữa hai bề mặt, dầu nhớt động cơ phải có độ nhớt của dầu phù hợp và được cung cấp liên tục, và phải có vận tốc tương đối đủ lớn giữa hai bề mặt. Các phân tích lý thuyết và mô phỏng giúp kiểm tra xem với tải trọng và tốc độ quay của động cơ, chiều dày màng dầu nhỏ nhất (h_min) có đủ lớn để ngăn ngừa tiếp xúc kim loại hay không. Kết quả phân tích này quyết định độ bền của các chi tiết quan trọng như bạc trục khuỷu và bạc thanh truyền.

5.3. Kiểm nghiệm áp suất dầu bôi trơn và nhiệt độ làm việc

Sau khi thiết kế, hệ thống cần được kiểm nghiệm để đảm bảo các thông số vận hành nằm trong giới hạn an toàn. Áp suất dầu bôi trơn phải được duy trì ổn định ở các chế độ tốc độ khác nhau. Áp suất quá thấp sẽ gây thiếu dầu, trong khi áp suất quá cao có thể làm hỏng các phớt chặn hoặc bộ lọc. Việc mô phỏng dòng chảy giúp dự đoán sự sụt áp trên các đường ống và đảm bảo áp suất tại các điểm xa nhất vẫn đủ. Tương tự, nhiệt độ dầu là một yếu tố sống còn. Nhiệt độ quá cao (trên 130°C) sẽ làm dầu bị phân hủy và mất độ nhớt. Các tính toán cân bằng nhiệt và mô phỏng giúp xác định liệu két làm mát dầu có đủ khả năng tản nhiệt hay không, đảm bảo dầu luôn hoạt động trong dải nhiệt độ tối ưu, duy trì hiệu quả bôi trơn và bảo vệ động cơ.

VI. Kết luận đồ án và hướng phát triển hệ thống bôi trơn xe ô tô

Đồ án tính toán thiết kế hệ thống bôi trơn trên xe ô tô đã hoàn thành các mục tiêu đề ra, từ việc hệ thống hóa cơ sở lý thuyết đến việc thực hiện các tính toán chi tiết và đề xuất một thiết kế khả thi. Kết quả của đồ án là một bản thuyết minh đồ án toàn diện, cùng với bộ bản vẽ CAD hệ thống bôi trơn, cung cấp một cái nhìn sâu sắc và cụ thể về hệ thống bôi trơn cacte ướt. Nghiên cứu đã phân tích thành công nguyên lý hệ thống bôi trơn, xác định các thông số vận hành quan trọng, và thiết kế các bộ phận chính như bơm dầu động cơ và lọc dầu ô tô. Quá trình kiểm nghiệm lý thuyết đã chứng minh rằng thiết kế có khả năng duy trì áp suất dầu bôi trơn và nhiệt độ ổn định, đảm bảo điều kiện bôi trơn lý tưởng cho động cơ đốt trong. Tuy nhiên, công nghệ ô tô không ngừng phát triển. Hướng đi trong tương lai sẽ tập trung vào việc nâng cao hiệu quả và giảm tác động môi trường. Các hệ thống bôi trơn thông minh hơn, sử dụng các loại dầu có độ nhớt thấp để tiết kiệm nhiên liệu, và các công nghệ lọc tiên tiến hơn sẽ là những lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn, mở ra một chương mới cho công nghệ bôi trơn động cơ.

6.1. Tổng hợp kết quả và ý nghĩa của thuyết minh đồ án

Đồ án đã đạt được những kết quả quan trọng. Thứ nhất, đã tổng hợp và phân tích thành công cơ sở lý thuyết về các hệ thống bôi trơn. Thứ hai, đã thực hiện một quy trình tính toán nhiệt động học và thiết kế cơ khí hoàn chỉnh cho một hệ thống bôi trơn cacte ướt. Thứ ba, đã xây dựng được bộ bản vẽ thiết kế chi tiết cho các thành phần chính. Bản thuyết minh đồ án không chỉ là một bài tập học thuật mà còn là một tài liệu tham khảo có giá trị. Nó hệ thống hóa kiến thức, cung cấp một phương pháp luận rõ ràng cho việc thiết kế, và có thể được sử dụng làm tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn hoặc các dự án cải tiến trong thực tế. Ý nghĩa lớn nhất của đồ án là việc kết nối thành công giữa lý thuyết và ứng dụng, một kỹ năng cốt lõi của người kỹ sư.

6.2. Triển vọng và xu hướng công nghệ bôi trơn động cơ tương lai

Ngành công nghiệp ô tô đang đối mặt với những yêu cầu ngày càng khắt khe về hiệu suất nhiên liệu và khí thải. Điều này thúc đẩy sự phát triển không ngừng của công nghệ bôi trơn. Các xu hướng chính trong tương lai bao gồm: việc sử dụng các loại dầu nhớt động cơ có độ nhớt của dầu thấp hơn để giảm tổn thất ma sát; phát triển các loại bơm dầu có lưu lượng thay đổi (variable displacement oil pumps) để chỉ cung cấp lượng dầu cần thiết, giúp tiết kiệm năng lượng; tích hợp các cảm biến thông minh để theo dõi chất lượng và mức dầu theo thời gian thực; và ứng dụng các vật liệu mới, lớp phủ bề mặt tiên tiến để giảm mài mòn. Những cải tiến này không chỉ giúp động cơ hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn mà còn góp phần tạo ra những chiếc xe thân thiện hơn với môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Trong những năm gần đây với sự phát triển không ngừng về khoa học kỹ thuật của nhân loại đã bước lên một tầm cao mới, rất nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật, các phát minh sang chế mang đậm bản chất hiện đại và có tính ứng dụng cao. Là một quốc gia có nền kinh tế đang phát triển, nước ta đã và đang có cải cách mới để thúc đảy kinh tế. Việc tiếp nhận, áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến của thế giới được nhà nước quan tâm nhằm cải tạo, đẩy mạnh sự phát triển của các ngành công nghiệp mới, với mục đích đưa nước ta từ một nước công ngiệp kém phát triển thành một nước công nghiệp phát triển. Trong các ngành công nghiệp mới đang được nhà nước chú trọng, đầu tư phát triển thì công nghiệp ô tô là một trong số những tiềm năng đang được quan tâm.

Nhu cầu về sự phát triển của các loại ôtô ngày càng cao, các yêu cầu kỹ thuật ngày càng đa dạng. Các loại ôtô chủ yếu sử dụng trong công nghiệp, giao thông vận tải. Khoảng 20 năm gần đây ôtô đã có những bước tiến rõ rệt. Ngày nay ôtô được sử dụng rộng rãi như một phương tiện đi lại thông dụng cho nên các trang thiết bị, các bộ phận trên ôtô ngày càng hoàn thiện và hiện đại hơn nhằm đảm bảo độ tin cậy, an toàn và tiện dụng cho người sử dụng.Hệ thống bôi trơn là một trong những hệ thống rất quan trọng trên động cơ ô tô,nó ảnh hưởng trược tiếp đến tính năng sử dụng và tính kinh tế.

Đề tài giúp sinh viên có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức ngoài thực tế, xã hội, để các sinh viên trong trường đặc biệt là khoa Cơ khí động lực tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho các học sinh, sinh viên khoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu và học tập. Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là sẽ giúp em có thể hiểu sâu hơn về hệ thống bôi trơn.2 Mục tiêu đề tài Hiểu kết cấu, mô tả nguyên lý làm việc của cơ cấu, hệ thống trên ôtô, nắm được cấu tạo, mối tương quan lắp ghép của các chi tiết, cụm chi tiết. Thực hiện tính toán thiết kế hệ thống bôi trơn trên dòng xe Toyota Prius 2012.3 Nội dung đề tài Tuần 1: Giao đề tài. Tuần 2: Phân tích và lấy số liệu chi tiết thiết kế.

Tuần 3: Lên kế hoạch, quy trình thiết kế chi tiết. Tuần 4: Tính toán và thiết kế sơ bộ hệ thống. Tuần 5, 6: Thiết kế chi tiết theo quy trình đã vạch ra. Tuần 7, 8: Hoàn chỉnh bản vẽ thiết kế 3D gồm 3 hình chiếu và mặt cắt.

Tuần 9: Chỉnh sửa bản vẽ thiết kế 3D (nếu cần). Tuần 10: Hoàn chỉnh đồ án. Đóng thành cuốn cho giảng viên ký duyệt để tiến hành bảo vệ đồ án.4 Phương pháp nghiên cứu Các tài liệu tham khảo học thuật được cung cấp bởi giảng viên, mô hình Toyota Prius 2012 được lấy như một sản phẩm tham khảo để điều tra động lực học, logic điều khiển; để kiểm tra mô hình, cũng để mô hình hóa hiệu suất gần đúng và cùng với các thông tin được internet cung cấp, các quá trình thực nghiệm đã hỗ trợ phần nào cho việc nghiên cứu. a) Các bước thực hiện Bước 1: Quan sát,tìm hiểu các thông số kết cấu của hệ thống bôi trơn Bước 2: Lập phương án tính toán và thiết kê hệ thống bôi trơn b) Các bước thực hiện  Bước 1: Thu thập, tìm tòi các tài liệu về hệ thống bôi trơn.

 Bước 2: Sắp xếp các tài liệu khoa học thành một hệ thống chặt chẽ theo từng bước, từng đơn vị kiến thức, tưng vấn đề khoa học có cơ sở và bản chất nhất định.  Bước 3: Đọc, nghiên cứu và phân tích các tài liệu nói về “hệ thống bôi trơn”, phân tích kết cấu, nguyên lý làm việc một cách khoa học. 2  Bước 4: Tổng hợp kết quả đã phân tích được, hệ thống hoá các kiến thức liên quan(liên kết từng mặt, từng bộ phận thông tin đã phân tích) tạo ra một hệ thống lý thuyết đầy đủ và sâu sắc.  Bước 5: Bắt đầu thực hiện tính toán và vẽ bảng vẽ hệ thống bôi trơn.5 Giới Thiệu Về Các Hệ Thống Chính Trong Động Cơ ô tô Từ những hiểu biết và nghiêm cứu trong quá trình học tập ở trong động cơ đốt trong.

Bao gồm các hệ thống chính: hệ thống làm mát, hệ thống đánh lửa, hệ thống bôi trơn. Nhóm em đã quyết định cùng nghiêm cứu tính toán thiết kế đề tài về hệ thống bôi trơn trên xe ô tô Toyota. 3 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG BÔI TRƠN TRÊN XE Ô TÔ TOYOTA 2. Công dụng chung 2.1 công dụng Khi động cơ làm việc, có rất nhiều chi tiết trong động cơ có sự tiếp xúc và chuyển động tương đối với nhau.

Khi đó, nhiệt độ sẽ tạo ra giữa các bề mặt ma sát và lượng nhiệt này càng lớn đối với những chi tiết trong buồng đốt, làm cho các chi tiết bị mài mòn nhanh chóng, giảm tuổi thọ của động cơ. Hệ thống bôi trơn trên động cơ đốt trong có nhiệm vụ cung cấp một lượng dầu bôi trơn với áp suất và lưu lượng thích hợp đến các bề mặt của những chi tiết máy có chuyển động tương đối, như: Mặt gương xylanh, piston, xecmang, và đôi khi cả trục cam và các bánh răng được bôi trơn bằng nhớt phun ra từ các khe hở hoặc các lỗ đặc biệt ở ổ đỡ chính và ổ đỡ biên. Chốt piston có thể được bôi trơn bằng nhớt đi lên từ ổ đỡ biên qua các lỗ hoặc ống dọc thân thanh truyền hoặc được bôi trơn bằng hơi dầu.2 Hệ thống bôi trơn trên động cơ Một số chi tiết của động cơ có thể được bôi trơn bằng cách khác, ngoài các phương pháp giới thiệu ở trên. Ví dụ: trục đòn gánh có thể được bôi trơn bằng các bấc thấm dầu theo định kỳ; mặt gương xylanh của một số động cơ kích thước lớn được bôi trơn bằng nhớt dưới áp suất lớn (tới 50 bar) do các bơm kiểu piston cung cấp qua các lỗ bố trí tại các vị trí thích hợp trên xylanh.

4 Dầu bôi trơn được sử dụng trong động cơ đốt trong có tác dụng: - Làm trơn các bề mặt có chuyển động tương đối nhằm giảm ma sát, mài mòn là tăng hiệu suất cơ giới và tuổi thọ của động cơ. - Rửa sạch bề mặt ma sát, trong quá trình làm việc có các vảy kim loại bị tróc ra khỏi bề mặt ma sát. Những thành phần này được dầu bôi trơn cuốn trôi và giữ lại trong các bầu lọc. - Làm mát các chi tiết, đặt biệt là các chi tiết chịu nhiệt độ cao trong quá trình làm việc (piston, xi lanh,.

Dầu từ hệ thống bôi trơn có nhiệt độ thấp được đưa đến tiếp xúc và giải nhiệt cho các bề mặt có nhiệt độ cao hơn. - Bao kín khe hở giữa các chi tiết quan trọng như piston, xi lanh, xéc măng ,. - Chống ôxi hoá, bảo vệ được các chi tiết do trong dầu bôi trơn có các chất phụ gia có khả năng chống ôxy hoá bề mặt kim loại 2.2 Các đặc tính cơ bản của dầu bôi trơn a. Độ nhớt và sức bám dầu bôi trơn - Độ nhớt: Là phẩm chất quan trọng của dầu.

+ Dầu có độ nhớt lớn thì đặc, chảy khó. + Dầu có độ nhớt loãng, chảy dễ. - Sức bám là khả năng dính bám của dầu vào các mặt chi tiết máy. + Dầu có độ nhờn lớn, độ bám cao cản trở sự chuyển động của các chi tiết máy.

+ Dầu có độ nhờn bé, độ bám thấp không bảo đảm việc bôi trơn tốt. Bởi vậy, việc lựa chọn loại dầu bôi trơn thích hợp cho từng bộ phận máy là quan trọng để tăng tuổi thọ của máy, đảm bảo động cơ làm việc bình thường. - Độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ, nhiệt độ càng cao độ nhớt càng giảm. Tính ổn định của dầu nhờn Dầu nhờn có tính ổn định tốt có nghĩa là chịu sự thay đổi của nhiệt độ, không khí và nước.

Tính ăn mòn Dầu nhờn không được lẫn tạp chất cơ học hoặc axít, bazơ hay nước lã. Các tạp chất này tăng sẽ làm kém phẩm chất của dầu nhờn và làm mòn nhanh các bề mặt tiếp xúc. Yêu cầu Hệ thống bôi trơn đạt chuẩn gồm có cái tiêu chí sau: 5 Đảm bảo dầu bôi trơn phù hợp Không quá nóng khi hoạt động Lọc các cận bẩn lẫn trong dầu bôi trơn và làm sạch các bề mặt ma sát Phải đưa dầu bôi trơn đầy đủ tới các bề mặt ma sát để bôi trơn 2.3 Cấu tạo chung 2.1 Bơm dầu Bơm dầu có nhiệm vụ cung cấp liên tục dầu nhờn có áp suất cao đến các bề mặt ma sát để bôi trơn, làm mát và tẩy rửa mặt ma sát. Hiện nay, người ta thường dùng bơm: Bơm bánh răng, bơm cánh gạt.

Bơm bánh răng - Bơm bánh răng ăn khớp ngoài: Kết cấu của bơm bánh răng rất đơn giản, nó gồm có hai bánh răng (số răng thường ít hơn 17) được dẫn động theo chiều nhất định. Đối với bơm bánh răng, lưu lượng và hiệu suất bơm của nó phụ thuộc rất nhiều vào khe hở hướng kính giữa đỉnh răng với mặt lỗ khoang lắp bánh răng và khe hở dọc trục giữa mặt đầu bánh răng với mặt đầu nắp bơm dầu. Thông thường các khe hở này không vượt quá 0,1mm. Bơm cánh gạt Bơm gồm một trục bơm trên có phay rãnh hướng kính để lắp các cánh gạt (số lượng cánh gạt từ 2÷20 tuỳ theo kích thước của bơm).

Trục bơm lắp lệch tâm với vỏ bơm tạo nên các khoang chứa dầu áp suất thấp và áp suất cao. Bơm cánh gạt cũng dùng van an toàn như các loại bơm bánh răng.2 Lọc dầu Để đảm bảo phẩm chất dầu bôi trơn cần có thiết bị lọc. Bởi lẽ trong quá trình sử dụng các tạp chất thường có lẫn trong dầu: Mạt sắt do mài mòn sinh ra, bụi, cát, muội than cháy rớt vào dầu hoặc tạp chất hoá học, v.v… Nếu phân theo chất lượng lọc thì có hai loại: Lọc thô: Lọc được các tạp chất lớn hơn 0,03 mm và 100% số dầu bôi trơn đều phải qua bình lọc này. 6 Lọc tinh: Lọc được các tạp chất có đường kính hạt 0,1µm.

Lọc các tạp chất keo, nước lã, thậm chí cả axít lẫn trong dầu nữa. Lượng dầu qua bình lọc tinh không quá 20%. Dầu sau khi qua bình lọc tinh được trả về Cacte.