MỤC LỤC
MỤC LỤC..........................................................................................................................................................................i
LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ S58 TRÊN XE BMW M4................................................................................2
1.1. Giới thiệu chung xe BMW M4....................................................................................................................................2
1.2. Các thông số của động cơ S58.................................................................................................................................3
1.3. Các cơ cấu cơ khí của động cơ.................................................................................................................................5
1.3.1. Nhóm các chi tiết cố định........................................................................................................................................5
1.3.2. Nhóm chi tiết chuyển động......................................................................................................................................8
1.4. Một số hệ thống chính trên động cơ.........................................................................................................................11
1.4.1. Hệ thống phân phối khí..........................................................................................................................................11
1.4.2. Hệ thống bôi trơn...................................................................................................................................................16
1.4.3. Hệ thống làm mát..................................................................................................................................................21
1.4.4. Hệ thống nhiên liệu................................................................................................................................................25
1.4.5. Hệ thống đánh lửa.................................................................................................................................................33
1.4.6. Hệ thống điều khiển...............................................................................................................................................34
1.5. Kết luận chương 1....................................................................................................................................................37
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NHIỆT, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CHO ĐỘNG CƠ S58........................................38
2.1. Tính toán chu trình công tác động cơ.......................................................................................................................38
2.1.1. Mục đích tính toán.................................................................................................................................................38
2.1.2. Chọn các số liệu ban đầu......................................................................................................................................39
2.2. Tính toán các quá trình của chu trình công tác........................................................................................................43
2.2.1. Tính toán quá trình trao đổi khí.............................................................................................................................43
2.2.2. Tính toán quá trình nén.........................................................................................................................................44
2.2.3. Tính toán quá trình cháy........................................................................................................................................44
2.2.4. Tính toán quá trình dãn nở....................................................................................................................................46
2.2.5. Kiểm tra kết quả tính toán.....................................................................................................................................47
2.2.6. Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ.................................................47
2.3. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác.......................................................................................................49
2.3.1. Khái quát...............................................................................................................................................................49
2.3.2. Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết..........................................................................................................................49
2.4. Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ..........................................................................................................54
2.4.1. Khái quát...............................................................................................................................................................54
2.4.2. Thứ tự dựng các đường đặc tính..........................................................................................................................55
2.5. Tính toán động học và động lực học........................................................................................................................57
2.5.1. Mục đích và nội dung.............................................................................................................................................57
2.5.2. Triển khai đồ thị công chỉ thị p - V thành đồ thị lực khí thể Pk tác dụng lên pít tông theo góc quay α...................58
2.5.3. Quy dẫn khối lượng chuyển động.........................................................................................................................59
2.5.4. Lực quán tính, tổng lực, lực tiếp tuyến và pháp tuyến.........................................................................................60
2.5.5. Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu..............................................................................................65
2.5.6. Đồ thị mài mòn cổ khuỷu.......................................................................................................................................68
2.6. Kết luận chương 2....................................................................................................................................................69
CHƯƠNG 3: KHAI THÁC BẢO DƯỠNG ĐỘNG CƠ S58............................................................................................70
3.1. Chu trình bảo dưỡng hệ thống theo nhà sản xuất....................................................................................................70
3.2. Chuẩn bị dụng cụ trong quy trình bảo dưỡng hệ thống............................................................................................71
3.3. Thực hiện bảo dưỡng, kiểm tra hệ thống.................................................................................................................72
3.3.1. Xả nước mát..........................................................................................................................................................72
3.3.2. Châm nước mát dùng dụng cụ hút chân không.....................................................................................................75
3.3.3. Châm nước mát không có dụng bộ hút chân không..............................................................................................78
3.3.3. Kiểm tra áp suất hệ thống......................................................................................................................................78
3.3.4. Kiểm tra áp suất của nắp két nước........................................................................................................................79
3.3.5. Kiểm tra quạt làm mát............................................................................................................................................80
3.3.6. Kiểm tra van hằng nhiệt..........................................................................................................................................82
3.4. Chẩn đoán hư hỏng và phương hướng sửa chữa....................................................................................................83
3.4.1. Hao hụt nước mát...................................................................................................................................................84
3.4.2. Quá nhiệt động cơ..................................................................................................................................................85
3.4.3. Động cơ không đạt được nhiệt độ thông thường...................................................................................................85
3.4.4. Nhớt có màu bất bình thường................................................................................................................................86
3.5. Kết luận chương 3.....................................................................................................................................................86
KẾT LUẬN........................................................................................................................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................................................................88
LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta trải qua hàng thập kỷ chìm đắm trong khói lửa chiến tranh, những huyền thoại về tiểu đội xe không kính vẫn in sâu trong tâm trí mỗi người con dân tộc Việt Nam. Có thể khẳng định rằng dù thời bình hay thời chiến thì phương tiện vận tải đặc biệt là ô tô luôn đóng vai trò hết sức quan trọng.
Những năm gần đây, ngành công nghệ ôtô ở nước ta có những bước phát triển lớn, cùng với đó là những kỹ thuật tiên tiến hàng đầu thế giới được áp dụng trên ôtô cũng đã có mặt, có thể kể đến như Vinaxuki hay mới nhất là Vinfast. Vì vậy việc tìm hiểu khai thác, lập các quy trình chuẩn đoán, sửa chữa, bảo dưỡng là nhiệm vụ rất quan trọng.
Đồ án khai thác động cơ là đồ án đòi hỏi người thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức của các môn học cơ sở. Trong quá trình hoàn thành đồ án không những đã giúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học và còn giúp em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên ngành của mình cũng như các kiến thức tổng hợp khác.
Nội dung đồ án gồm 3 phần chính sau:
Chương 1: Khái quát về động cơ S58 trên xe BMW M4
Chương 2: Tính toán chu trình nhiệt, xây dựng đồ thị động học, động lực học động cơ S58
Chương 3: Hướng dẫn sử dụng, bảo dưỡng động cơ S58
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo:: ThS……………., cũng như toàn thể các thầy giáo trong Khoa ô tô đã tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành đồ án./.
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ S58 TRÊN XE BMW M4
1.1. Giới thiệu chung xe BMW M4
BMW là hãng xe đến từ nước Đức, nhắc đến BMW người ta nhớ ngay đến hình tượng những chiếc xe sang trọng, với mức giá không hề rẻ và khả năng vận hành cực kỳ ổn định, bền.
M - The Most Powerful Letter in the World” (M - Chữ cái uy lực nhất thế giới) là một slogan quen thuộc BMW M – phân nhánh chuyên sản xuất các dòng sản phẩm đậm chất thể thao của hãng BMW vốn đã rất cá tính và thể thao. Đây vừa là một câu slogan dạng “chơi chữ” vừa là một lời cam kết của M Divison dành cho những tín đồ xe thể thao, rằng họ chỉ tạo ra những mẫu xe mạnh mẽ nhất, thể thao nhất.
BMW M4 là một mẫu xe hạng sang thuộc dòng M Series của thương hiệu xe sang xuất xứ từ Đức. Nếu bạn là một đại gia đam mê tốc độ thì không thể bỏ qua xe BMW M4 khi nhắc đến các mẫu xe thể thao.
1.2. Các thông số của động cơ S58
Thông số kỹ thuật của động cơ như bảng 1.a.
1.3. Các cơ cấu cơ khí của động cơ
1.3.1. Nhóm các chi tiết cố định
1.3.1.1. Thân máy
Động cơ S58 do BMW sản suất với thiết kế thân xy lanh. Sử dụng phương pháp đúc liền với thân máy và hộp trục khuỷu thành một khối duy không có sự xuất hiện của ống lót. Vật liệu được sử dụng là AlSi7Cu0.5Mg. Các tấm lót mỏng bằng gang có thành mỏng được kết nối hợp nhất thành một khối hợp kim với thân máy. Bề mặt kết nối của lớp lót và thân máy được làm theo kiểu khớp gài nhằm đảm bảo độ kết nối đồng nhất đồng thời tăng khả năng trao đổi nhiệt cho xylanh.
1.3.1.2. Nắp máy
Nắp máy được chế tạo bằng hợp kim nhôm, được chế tạo bằng phương pháp đúc nên dễ dàng trong việc bố trí các đường nạp, đường thải, đường nước làm mát, vòi phun.. Giữa thân máy và nắp máy có đệm nắp máy được làm bằng ba bít đồng, đệm này đảm bảo độ kín khít của buồng cháy chống lọt khí có áp suất cao, khí cháy, nước làm mát và dầu động cơ.
1.3.2. Nhóm chi tiết chuyển động
1.3.2.1. Pít tông và xéc măng
Để đảm bảo các yêu cầu chế tạo, pít tông động cơ S58 được chế tạo từ hợp kim nhôm AlSi12Cu3Ni2Mg , pít tông chế tạo từ hợp kim nhôm cho ta các ưu điểm sau:
Hợp kim nhôm nhẹ, trọng lượng riêng bé hơn gang rất nhiều (trọng lượng riêng của hợp kim nhôm bằng 18,2- 29,7 N/dm3). Do trọng lượng riêng nhỏ nên lực quán tính sinh ra bé. Dùng hợp kim nhôm để đúc pít tông thì trọng lượng có thể giảm 50% so với pít tông gang cùng độ bền.
Tuy vậy hợp kim nhôm cũng có những nhược điểm:
- Ở nhiệt độ cao sức bền của vật liệu hợp kim nhôm giảm sút khá nhiều.
- Hợp kim nhôm chịu mòn kém hơn hợp kim gang và thép.
- Hợp kim nhôm đắt tiền hơn nên tính kinh tế thấp hơn.
1.3.2.3. Thanh truyền
Kết cấu của thanh truyền động cơ S58 gồm ba phần:
- Đầu nhỏ thanh truyền
- Thân thanh truyền
- Đầu to thanh truyền
Kết cấu của bu lông thanh truyền có dạng đặc biệt, ở đoạn tương ứng với mặt phân chia đầu to bu lông thanh truyền có đường kính lớn, được gia công chính xác và lắp khít với lỗ để định vị.
1.4. Một số hệ thống chính trên động cơ
1.4.1. Hệ thống phân phối khí.
Hệ thống phân phối khí được thiết kế kiểu DOHC với 2 trục cam và 16 van nạp xả được dẫn động bằng xích con lăn (bước xích 8mm) có bộ điều chỉnh độ căng xích tự động bằng thủy lực. Van điều khiển VANOS cho phép điều chỉnh thông minh chính xác bằng điện.
Các xupap được gia công phủ tia lazer nên thành mỏng xupap mỏng hơn nhưng độ cứng vẫn đảm bảo, điều này làm tăng khả năng truyền nhiệt cho xupap giúp làm mát tốt hơn.
Trong ống xả có bộ phận giảm thanh có cấu tạo gồm các ngăn nhằm tạo quãng đường dài hơn để khiến khí thải tiêu tốn nhiều động năng.
Do đó khi qua bầu giảm thanh, khí thải đi qua ống xả sẽ hầu như không tạo ra tiếng gầm gừ nào hoặc rất ít.
1.4.2. Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn kiểu cưỡng bức với bơm dầu Trochoidal có nhiều chế độ hoạt động thông minh khác nhau được điều khiển bởi ECM bằng van điều khiển áp suất dầu tùy vào nhiệt độ, tốc độ động cơ và các thông số khác.
Van điều khiển mức dầu dựa vào solenoid giúp chuyển mạch nhanh, an toàn, công suất điều khiển thấp giúp việc điều chỉnh mức dầu đạt hiệu quả cao.
Việc thay đổi vị trí giữa vỏ bơm và roto điều chỉnh được mức áp suất dầu tùy theo chế độ làm việc của động cơ giúp tăng lượng dầu làm mát và bôi trơn tốt hơn cho những vị trí khó bôi trơn, từ đó giúp động cơ bền bỉ, hiệu quả hơn tuổi thọ của động cơ lâu hơn.
1.4.3. Hệ thống làm mát.
Hệ thống làm mát cơ bản kiểu mới với bơm điện, bộ điều chỉnh nhiệt điện và van ngắt.
Hệ thống sử dụng bơm điện có ECM điều khiển giúp điều chỉnh lưu lượng nước làm mát theo ý muốn. Ngoài ra, hệ thống làm mát này cũng cho phép làm nóng nhanh (khởi động nhanh) bằng cách đóng 2 dòng đi qua bộ sưởi và bộ làm mát dầu hộp số khỏi tuần hoàn bằng cách đóng van (10), (12).
Khi có dòng điện chạy vào, van được giữ ở vị trí đóng. Nếu không cấp dòng điện và máy bơm đang chạy, van sẽ mở dưới tác dụng của dòng chất làm mát và vẫn mở cho đến khi dòng nước dừng lại.
Nhiệt độ danh nghĩa của lỗ mở bộ điều nhiệt là 80-84°C - vì vậy, động cơ mới theo truyền thống tốt nhất của BMW vẫn "lạnh", giữ được lợi thế lớn này so với động cơ "nóng" của các nhà sản xuất Châu Âu.
1.4.4. Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử mã D-4S có 2 dạng vòi phun, 1 loại áp suất cao phun trực tiếp và 1 loại áp suất thấp phun đa điểm. Từ đây giúp hệ thống nhiên liệu làm việc được ở nhiều chế độ tùy theo tải.
Phun nhiên liệu - kết hợp: phun trực tiếp vào buồng đốt và đa điểm ở các cổng nạp. Ở mức tải thấp đến trung bình - áp dụng phun kết hợp - hỗn hợp đồng nhất làm tăng tính ổn định của quá trình đốt cháy và giảm lượng khí thải, thời gian ngắn và không gian tối ưu được hiệu suất khi vòng tua cao.
- Chế độ đốt phân tầng. Nhiên liệu được cung cấp tại các cửa nạp ở kỳ xả. Ở hành trình nạp sau khi mở các van trong xi lanh sẽ nhận được hòa khí đồng nhất. Khi kết thúc hành trình nén, nhiên liệu bổ sung được phun trực tiếp vào xi lanh, cho phép làm giàu hỗn hợp gần bugi. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đánh lửa ban đầu, sau đó được phân bổ vào toàn bộ điện tích của hỗn hợp nghèo trong thể tích còn lại của buồng đốt. Chế độ này được áp dụng sau khi khởi động nguội để làm chậm thời điểm đánh lửa và tăng nhiệt độ khí thải.
- Chế độ trộn đồng nhất. Nhiên liệu được cung cấp tại các cổng nạp ở các kỳ giãn nở, xả và nạp.
Khi bắt đầu hành trình nạp, nhiên liệu bổ sung được phun trực tiếp vào xi lanh và trộn đều với nhiên liệu nạp vào. Hỗn hợp không khí-nhiên liệu đồng nhất được nén và sau đó đốt cháy.
Kim phun (áp suất cao) - với đầu phun 6 điểm, phun nhiên liệu vào xi lanh dưới dạng mỏ hàn có hình dạng phức tạp giúp xăng phun ra tối đa. Vòng đệm tanh (PTFE) làm giảm độ rung hơn nữa.
Vòi phun (áp suất thấp) - với vòi phun dài 10 điểm đưa nhiên liệu vào luồng không khí và giảm thiểu tác động của nhiên liệu lên thành cửa nạp.
1.4.6. Hệ thống điều khiển.
Bộ linh kiện điện tử của A25A không có nhiều khác biệt so với các động cơ trước đây. Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF) – loại “dây nóng”, kết hợp với cảm biến nhiệt độ khí nạp. Van tiết lưu - điều khiển điện tử hoàn toàn (ETCS): Động cơ DC, cảm biến vị trí không tiếp xúc hai kênh (Hiệu ứng Hall). Cảm biến vị trí bàn đạp ga - kênh đôi không tiếp xúc (Hiệu ứng Hall). Cảm biến gõ - áp điện băng rộng "phẳng". Cảm biến áp suất dầu - thực sự là "cảm biến", không phải là công tắc hai vị trí đơn giản. Cảm biến áp suất nhiên liệu - cho mạch áp suất cao và thấp. Cảm biến chân không.
1.5. Kết luận chương 1
Chương 1 đã giới thiệu chung về động cơ S58 trang bị trên xe BMW M4, nhấn mạnh các đặc điểm kỹ thuật và cải tiến công nghệ so với các động cơ tiền nhiệm. Động cơ S58 trên BMW M4 nhận được nhiều đánh giá tích cực, khẳng định vị thế của nó trong phân khúc xe thể thao hiệu suất cao và cho thấy sự linh hoạt, hiệu quả khi ứng dụng trên các dòng xe khác của BMW.
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NHIỆT, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CHO ĐỘNG CƠ S58
2.1. Tính toán chu trình công tác động cơ
Các thông số cơ bản như bảng 2.a.
2.1.1. Mục đích tính toán .
Mục đích của việc tính toán chu trình công tác là xác định các chỉ tiêu về kinh tế, hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc của động cơ.
Kết quả tính toán cho phép xây dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình để làm cơ sở cho việc tính toán đông lực học, tính toán sức bền và sự mài mòn các chi tiết của động cơ.
Phương pháp chung của việc tính toán chu trình công tác có thể áp dụng để kiểm nghiệm động cơ sẵn có, đông cơ được cải tiến hoặc thiết kế mới.
Việc tính toán chu trình công tác còn được áp dụng khi cường hóa động cơ và xây dựng đặc tính tốc độ bằng phương pháp phân tích lý thuyết nếu chế độ tốc độ khác nhau được khảo sát.
2.1.2. Chọn các số liệu ban đầu.
- Công suất có ích lớn nhất Nemax.
Nemax = 353 kW
- Mô men xoắn có ích lớn nhất Memax.
Thay số được: Memax.= 601,9 (N.m).
- Số quay trong một phút của trục khuỷu.
n = 5600 vg/ph
- Tốc độ trung bình của pít tông CTB.
Thay số được: CTB.= 16,8 (m/s).
- Số xy lanh của động cơ.
i = 6
- Tỷ số nén là tỷ số giữa thể tích toàn phần trong xy lanh Va (khi pít tông ở ĐCD) và thể tích buồng cháy Vc (thể tích trong xy lanh khi pít tông ở ĐCT). Đối với động cơ S58: 9,3
- Nhiệt độ của môi trường cũng có ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình trao đổi khí. T0 càng cao thì không khí càng loãng nên khối lượng riêng giảm. Giá trị của T0 thay đổi theo mùa và theo vùng khí hậu. Để tiện tính toán người ta lấy giá trị trung bình T0 cho cả năm. Giá trị trung bình T0 ở nước ta theo thống kê của nha khí tượng là T0 = 2970K
- Áp suất của môi trường po : Giá trị của p0 phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển. Càng lên cao thì p0 càng giảm nên không khí càng loãng. Để tiện sử dụng trong tính toán người ta thường lấy giá trị của p0 ở độ cao của mức nước biển là : P0 = 0,103 [MN/m2]
- Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr: Khi tính toán, người ta lấy giá trị Tr ở cuối quá trình thải cưỡng bức.
- Chỉ số nén đa biến trung bình n1: Chỉ số nén đa biến của quá trình nén thực tế n’1 thay đổi trong khoảng rộng từ điểm chết dưới đến điểm chết trên. Để thuận tiện trong tính toán mà vẫn đảm bảo một độ chính xác nhất định, người ta dùng giá trị trung bình n1 của nó với điều kiện là công nén đối với n’1 và n1 bằng nhau.
Giá trị của n1 được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau như dùng công thức kinh nghiệm hoặc chọn bằng số liệu thực nghiệm. n1= 1,34 - 1,37
- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QT: Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QT là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng hoặc thể tích nhiên liệu không kể đến nhiệt ẩm hóa hơi của nước chứa trong sản vật cháy. Với nhiên liệu thể lỏng, QT thường được tính với 1kg nhiên liệu. Giá trị QT có thể chọn theo số liệu thực nghiệm hoặc công thức gần đúng.
2.2. Tính toán các quá trình của chu trình công tác
2.2.1. Tính toán quá trình trao đổi khí.
- Mục đích: Xác định các thông số chủ yếu cuối quá trình nạp chính như áp suất cuối quá trình nạp pa và nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta.
- Thứ tự tính toán:
Thay số được: Yr = 0463 (MPa)
Áp suất cuối quá trình nạp pa:
Thay số được:pa = 0,463 (MPa)
2.2.2. Tính toán quá trình nén.
- Mục đích: Xác định các thông số như áp suất pc và nhiệt độ Tc ở cuối quá trình nén.
- Thứ tự tính toán.
Áp suất cuối quá trình nén:
Thay số được:pc = 1,74 (MPa)
Nhiệt độ cuối quá trình nén:
Thay số được:Tc = 7710K.
2.2.3. Tính toán quá trình cháy.
- Mục đích: Xác định các thông số của quá trình cháy như áp suất pz và nhiệt độ Tz.
- Thứ tự tính toán.
gC, gH, gO: là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng của cácbon, hyđrô và ôxy tương ứng chứa trong 1kg nhiên liệu.
Thay số vào ta có: M0 = 0,519 (Kmol/kgnl)
Lượng hỗn hợp cháy M1 tương ứng với lượng không khí thực tế Mt đối với động cơ xăng:
Thay số vào ta có: M1 = 0,5207 (Kmol/kgnl)
Số mol của sản vật cháy M2:
Thay số vào ta có: M2 = 0,5482 (Kmol/kgnl)
Tính toán tương quan nhiệt động.
Thay số vào ta có: ucvc = 215661 (Kj/Kmol0)
2.2.4. Tính toán quá trình dãn nở.
- Mục đích: Xác định các giá trị áp suất pb và nhiệt độ Tb ở cuối quá trình dãn nở.
- Thứ tự tính toán:
Áp suất cuối quá trình dãn nở:
Thay số vào ta có: pb = 0,4342 (MPa)
Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở:
Thay số vào ta có: Tb = 1658,68 (0K)
2.2.6. Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ.
- Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết pi':
Đối với động cơ 4 kỳ: pi = p'i .jđ [MPa]
Trong đó: jđ là hệ số điền đầy đồ thị công. Hệ số này chỉ rõ sự khác nhau giữa đồ thị công chỉ thị lý thuyết và đồ thị công chỉ thị thực tế. Giá trị của jđ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm nhiên liệu, thành phần hỗn hợp, tốc độ quay, góc mở sớm xupáp xả v.v... Giá trị của jđ đối với động cơ xăng 4 kỳ là: jđ = 0,90 - 0,96.
Ta chọn jđ = 0,9.
Thay số vào ta có: pi = 10715 [MPa]
- Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ: Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ được xác định bằng các công thức kinh nghiệm theo vận tốc trung bình của pít tông CTB [m/s] và các thông số khác của động cơ.
Thay số vào ta có: pc = 0,3104 [MPa]
- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích :
Thay số vào ta có: gc = 0,2776 [Kg/Kw.h]
- Sai số giữa công suất có ích tính toán với công suất có ích lớn nhất cho trước là:
Thay số vào ta có: DNe = 2,4962%
Kết luận: Sai số đảm bảo
2.3. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác
2.3.1. Khái quát.
Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn các quá trình của chu trình công tác xảy ra trong xy lanh động cơ trên hệ toạ độ p - V. Việc dựng đồ thị được chia làm hai bước: dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết và hiệu chỉnh đồ thị đó để được đồ thị công chỉ thị thực tế.
Đồ thị công chỉ thị lý thuyết được dựng theo kết quả tính toán chu trình công tác khi chưa xét các yếu tố ảnh hưởng của một số quá trình làm việc thực tế trong động cơ.
2.3.2. Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết.
Ở đồ thị công chỉ thị lý thuyết, ta thay chu trình chu trình thực tế bằng chu trình kín a-c-z-b-a. Trong đó quá trình cháy nhiên liệu được thay bằng quá trình cấp nhiệt đẳng tích cz, quá trình trao đổi khí được thay bằng quá trình rút nhiệt đẳng tích b-a.
Thứ tự tiến hành dựng đồ thị như sau:
Tính toán các thể tích công tác, thể tích buồng cháy và thể tích toàn phần:
+ Thể tích công tác: Vh = 1,615 (dm3)
+ Thể tích buồng cháy: Vc = 1,926 (dm3)
+ Thể tích toàn phần: Va = 1,8096 (dm3)
Thống kê giá trị của các thông số đã tính ở các quá trình như áp suất khí thể ở các điểm đặc trưng pa, pc, pb, pz, chỉ số nén đa biến trung bình n1, chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2, tỷ số nén e, thể tích công tác Vh, thể tích buồng cháy Vc. Ta xác định được tọa độ của các điểm đặc trưng như bảng 2.b.
- Dựng hệ tọa độ p –V với gốc tọa độ trên giấy kẻ ly theo tỷ lệ xích đã chọn, ta xác định các điểm a, c, z và b trên hệ tọa độ đó.
- Nối các điểm c và z, b và a bằng các đoạn thẳng, ta được các đường biểu diễn quá trình cấp nhiệt và nhả nhiệt.
- Dựng các đường nén đa biến ac và dãn nở đa biến zb. Để dựng các đường ấy, ta có thể dùng phương pháp lập bảng.
Nếu chọn trước các giá trị của e1 (biến thiên trong giới hạn 1¸e) và e2 (biến thiên trong giới hạn 1¸e), ta có thể xác định các cặp giá trị (pn, Vn) và (pd, Vd) tương ứng. Mỗi cặp giá trị ấy cho một điểm tương ứng trên đồ thị p - V. Kết quả tính toán được thống kê trong bảng. Đưa kết quả tính toán được lên đồ thị và nối các điểm của cùng quá trình bằng một đường liền nét, ta có đồ thị cần dựng.
Để được đồ thị công chỉ thị thực tế a' - c' - c" - z' - z" - b' - b" – b"' - a', ta gạch bỏ các diện tích I, II, III, IV trong đồ thị lý thuyết.
Diện tích I xuất hiện do đánh lửa sớm gây ra. Khi đó một phần hỗn hợp bị cháy trước trên đường nén nên áp suất cuối quá trình nén thực tế (ứng với điểm c’’) cao hơn áp suất cuối quá trình nén thuần tuý pc (ứng với điểm c).
Điểm c' nằm trên đường nén thuần tuý. Vị trí của nó được xác định bởi góc đánh lửa sớm và được dựng theo vòng tròn Brích.
Các góc hiệu chỉnh cơ bản của đường đồ thị công p – V :
Góc đánh lửa sớm: 150
Quá trình thải:
+ Góc mở sớm xu páp thải 580
+ Góc đóng muộn xu páp thải 300.
Quá trình nạp:
+ Góc mở sớm xu páp nạp 300;
+ Góc đóng muộn xu páp nạp 420.
2.4. Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ
2.4.1. Khái quát.
Đặc tính ngoài là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của các chỉ tiêu như công suất có ích Ne, mô men xoắn có ích Me, lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Gnl và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge vào số vòng quay của trục khuỷu n [v/ph] khi bướm ga mở hoàn toàn.
Đồ thị này được dùng để đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chính của động cơ khi số vòng quay thay đổi và chọn số vòng quay sử dụng một cách hợp lý khi khai thác.
Đặc tính ngoài được dựng bằng các phương pháp như thực nghiệm, công thức kinh nghiệm hoặc bằng việc phân tích lý thuyết. Ở đây giới thiệu phương pháp dựng bằng các công thức kinh nghiệm của Khơ-lư-stốp Lây-đéc-man.
Chọn nmin = 600 [vòng/phút] và nmax = 5600 [vòng/phút].
Kết quả tính toán được thống kê thành bảng như bảng 2.d.
2.5. Tính toán động học và động lực học
2.5.1. Mục đích và nội dung.
Phần tính toán động lực học của đồ án nhằm xác định quy luật biến thiên lực khí thể, lực quán tính và hợp lực tác dụng lên pittong cũng như các lực tiếp tuyến và pháp tuyến tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu. Trên cơ sở đó sẽ xây dựng vectơ lực tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu, cổ trục và bạc đầu to thanh truyền cũng như đồ thị mài mòn bề mặt. Từ các đồ thị véc tơ phụ tải ta biết được một cách định tính tình trạng chịu lực của bề mặt và mức độ đột biến của tải thông qua hệ số va đập.
2.5.2. Triển khai đồ thị công chỉ thị p – V thành đồ thị lực khí thể Pk tác dụng lên pít tông theo góc quay α.
Đồ thị công chỉ thị thể hiện sự biến thiên áp suất tuyệt đối bên trong xilanh theo sự thay đổi của thể tích xy lanh trong suốt một chu trình công tác .
p : Áp suất khí thể trong xy lanh, [MPa];
po : Áp suất phía dưới đỉnh pít tông, chọn là áp suất môi trường để đơn giản cho việc tính toán, [MPa].
D : Đường kính danh nghĩa của pít tông, [m].
Lực Pk được coi như tập trung thành một véc tơ tác dụng dọc theo phương đường tâm xy lanh và cắt đường tâm chốt pít tông (bỏ qua hệ số lệch tâm k để đơn giản hoá việc tính toán).
- Từ 0' dựng tia tạo góc a với 0'A, tia này cắt vòng tròn Brích tại một điểm. Từ điểm đó dựng đường song song với trục áp suất, cắt đồ thị công tại điểm tương ứng (với quá trình nạp, nén, giãn nở, thải). Từ giao điểm đó gióng ngang sang đồ thị lực khí thể và cắt đường thẳng đứng tương ứng gióng từ trục a lên. Giao điểm đó chính là độ lớn của lực khí thể tại góc a tương ứng trên đồ thị lực khí thể Pk-a.
2.5.3. Quy dẫn khối lượng chuyển động.
- Khối lượng chuyển động tịnh tiến mj được xác định theo biểu thức:
mj = mp + mc + mg + m1 + mx [kg]
Trong đó:
mp: Khối lượng toàn bộ pít tông, [kg];
mx: Khối lượng các xéc măng, [kg];
mc: Khối lượng chốt pít tông và khoá hãm, [kg];
mg: Khối lượng guốc trượt (nếu có), [kg];
m1: Khối lượng thanh truyền quy dẫn về đường tâm chốt pít tông, [kg]
Ta có khối lượng toàn bộ của nhóm pít tông là mpt = 0,77 [kg].
Và khối lượng thanh truyền quy dẫn về đường tâm chất pít tông là m1 = 0,24 [kg].
- Khối lượng thanh truyền:
Toàn bộ khối lượng thanh truyền được quy dẫn về đường tâm đầu nhỏ (tham gia chuyển động tịnh tiến) và về đường tâm đầu to (tham gia chuyển động quay) theo nguyên lý sau:
mth = m1 + m2
m1.l1 = m2 .l2
Phần khối lượng quy dẫn m2 coi như tập trung tại tâm cổ khuỷu, quay xung quanh trục khuỷu với vận tốc w, bán kính R gây nên lực Pr2.
2.5.5. Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu.
Đồ thị véc tơ phụ tải (đtvtpt) tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu gọi tắt là đtvtpt cổ khuỷu. Đồ thị này phản ánh sự tác dụng của lực T, Z, và Pr2 lên bề mặt cổ khuỷu thông qua bạc trong một chu trình công tác của xy lanh.
Chọn mT = mZ = mPr2 = 0,00017(MN/mm)
Dựng hệ trục vuông góc TOZ; OT là trục hoành hướng sang phải, OZ là trục tung hướng xuống phía dưới. Dựa theo kết quả tính ở bảng biến thiên xác định các giao điểm ứng với véc tơ . Nối các giao điểm đó bằng một đường cong, ta được đồ thị lực thanh truyền Pth trong hệ toạ độ mà trục khuỷu đứng yên, còn thanh truyền quay tương đối góc a + b so với trục khuỷu về phía trái.
* Đồ thị vtpt triển khai:
Chọn lại tỉ lệ xích mQck = 0,00017 (MN/mm)
Trục hoành thể hiện góc quay a được tịnh tiến từ trục hoành của hai đồ thị trên xuống phía dưới.
Như vậy trục tung thể hiện Qck phải bố trí trùng phương với các trục tung của hai đồ thị ở phía trên. Ứng với trị số góc a cụ thể trên trục hoành, ta xác định trị số tương ứng của véc tơ , trên đtvtpt cổ khuỷu và thông qua tỷ lệ xích mQck ta xác định được một điểm nhất định trên đồ thị . Lần lượt tiến hành tương tự đối với các trị số tiếp theo của góc a, ta được tập hợp các giao điểm.
Nối chúng lại bằng một đường cong liên tục ta được đồ thị Qck- a.
Dựa vào bảng biến thiên ta tính được:
Qckmin = 0,0091 [MN] ; Qckmax = 0,0289 [MN]
Hệ số va đập X =3,1733
- Trên đồ thị véc tơ phụ tải (đtvtpt) cổ khuỷu, vẽ vòng tròn tượng trưng cho bề mặt và chia thành 24 phần bằng nhau, đánh dấu cùng chiều kim đồng hồ từ điểm 0 đến điểm 23.
- Từ các điểm 0, 1, 2, ..., 23, vẽ các tia O0, O1, O2, ..., O23 cắt đồ thị vectơ phụ tải lần lượt tại các điểm 0', 1', 2', ..., 23'. Độ dài O0', O1', ...,O23' là giá trị biểu diễn của lực tác dụng Qi lên các điểm 0, 1, ..., 23 trên bề mặt cổ khuỷu
- Nối các điểm cuối của các đoạn thẳng ấy bằng một đường cong liên tục rồi gạch nghiêng phần diện tích nằm giữa vòng tròn và đường cong liên tục khép kín vừa nhận được, ta được đồ thị mà phần gạch nghiêng được coi như tỷ lệ thuận với mức độ mòn của bề mặt sau một chu trình tác dụng của lực.
Từ đồ thị này, ta chọn vị trí mòn ít nhất để khoan lỗ dầu bôi trơn.
2.6. Kết luận chương 2
Việc tính toán kiểm nghiệm động cơ sẵn có cho ta các thông số để kiểm tra tính kinh tế và hiệu quả của động cơ khi môi trường sử dụng hoặc chủng loại nhiên liệu thay đổi. Đối vối trường hợp này ta phải dựa vào kết cấu cụ thể của động cơ và môi trường sử dụng thực tế để chọn các số liệu ban đầu. Việc tính toán chu trình công tác còn được áp dụng khi cường hóa động cơ và xây dựng đặc tính tốc độ bằng phương pháp phân tích lý thuyết nếu chế độ tốc độ khác nhau được khảo sát.
Phần tính toán động lực học của đồ án nhằm xác định quy luật biến thiên lực khí thể, lực quán tính và hợp lực tác dụng lên pittong cũng như các lực tiếp tuyến và pháp tuyến tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu. Trên cơ sở đó sẽ xây dựng vectơ lực tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu, cổ trục và bạc đầu to thanh truyền cũng như đồ thị mài mòn bề mặt. Từ các đồ thị véc tơ phụ tải ta biết được một cách định tính tình trạng chịu lực của bề mặt và mức độ đột biến của tải thông qua hệ số va đập.
CHƯƠNG 3: KHAI THÁC BẢO DƯỠNG ĐỘNG CƠ S58
3.1. Chu trình bảo dưỡng hệ thống theo nhà sản xuất
- Mục dịch vụ số 1:
+ Thay nhớt máy và thay lọc nhớt.
+ Kiểm tra đa điểm.
+ Kiểm tra bộ lọc gió.
- Mục dịch vụ số 2:
+ Thay nhớt máy và thay lọc nhớt.
+ Kiểm tra toàn bộ hệ thống động cơ.
+ Kiểm tra bộ lọc gió.
+ Kiểm tra độ mòn của lốp thường xuyên mỗi 10.000 dặm.
- Mục dịch vụ số 3:
+ Thay nhớt máy và thay lọc nhớt.
+ Kiểm tra toàn bộ hệ thống động cơ.
+ Kiểm tra bộ lọc gió
+ Thay lọc nhiên liệu
- Mục dịch vụ số 4:
+ Thay nhớt máy và thay lọc nhớt.
+ Kiểm tra toàn bộ hệ thống động cơ.
+ Kiểm tra bộ lọc gió
+ Thay bộ lọc nhiên liệu
+ Kiểm tra độ mòn của lốp thường xuyên và xoay sau mỗi 10.000 dặm.
3.2. Chuẩn bị dụng cụ trong quy trình bảo dưỡng hệ thống
Dụng cụ để thực hiện như bảng 3.b.
3.3. Thực hiện bảo dưỡng, kiểm tra hệ thống
3.3.1. Xả nước mát
Để xả nước mát, ta cần làm theo các bước sau :
- Bước 1: Vặn nắp bình nước phụ ra theo ngược chiều kim đồng hồ.
- Bước 3: Vặn Bu lông và tháo tấm che chắn. Lực xiết 30Nm.
- Bước 4: Gắn một ống vào van xả nước mát, sau đó xả nước mát ra nơi có bề mặt sạch sẽ, phù hợp.
3.3.2. Châm nước mát dùng dụng cụ hút chân không
Để châm nước mát ta cần cẩn thận làm theo từng bước.
- Bước 1: Chuẩn bị nước mát.
Ta có thể pha nước mát theo tỉ lệ 48/52 hoặc 50/50 dung dịch nước mát với nước cất phụ thuốc vào điều kiện đóng băng của khí hậu.
Khi khí hậu quá lạnh thì nước mát có thể cho pha với tỉ lệ trên 50% nhưng không quá 60% vì thành phần chống đống băng của nước mát sẽ xuống tới - 50oC gây ảnh hưởng tới khả năng vận hành của động cơ.
- Bước 3: Xiết bu lông và lắp tấm che chắn khoang động cơ lại.
- Bước 5: Châm nước mát tới khi bình nước phụ đạt tới kí hiệu Max sau đó đóng nắp bình nước phụ lại.
- Bước 9: Tăng tốc động cơ trong 3,500 rpm và giữ trong 30 giây. Sau đó để chế độ không tải trong 30 giây và tắt động cơ trong 1 phút. Làm lại quy trình như vậy 10 lần để loại bỏ hoàn toàn không khí còn sót lại trong hệ thống.
- Bước 10: Để động cơ nguội hoàn toàn và sau đó kiểm tra và châm thêm nước mát tới vạch “MAX” nếu cần thiết và vặn nắp bình nước phụ lại.
3.3.3. Kiểm tra áp suất hệ thống
- Bước 1: Tháo nắp két nước.
- Lưu ý: Không tạo áp suất của hệ thống quá 138kPa ( 20Psi ).
- Bước 2: Châm đầy nước làm mát.
- Bước 3: Lắp máy vào lỗ nắp két nước.
- Bước 5: Quan sát xem áp suất có giảm trong thời gian này chứng tỏ hệ thống đã bỉ rò rỉ cần phải kiểm tra và sửa chữa.
3.3.5. Kiểm tra quạt làm mát
- Bước 1: Tắt động cơ và phải để cho động cơ hoàn toàn dừng lại.
- Bước 2: Dùng tay lắc nhẹ quạt. Quạt còn tốt khi có một khoảng rơ nhẹ. Nếu quạt lỏng hoặc quá xiết chặt thì phải nên kiểm tra.
3.3.6. Kiểm tra van hằng nhiệt
- Bước 1: Kết nối hệ thống với thiết bị độc thông tin của Ford (DLC– Data link connector).
- Bước 2: Sử dụng chức năng ghi dữ liệu và chọn các cảm biến sau.
+ Cảm biến nhiệt độ không khí nạp IAT
+ Cảm biến nước mát động cơ ECT
- Bước 6: Thực hiện lại kiểm tra từ bước 1.
- Bước 7: Xoá dữ liệu cũ để dữ liệu mới được sao lưu.
3.4. Chẩn đoán hư hỏng và phương hướng sửa chữa
Dưới đây là bảng kiểm tra trực quan các chi tiết hệ thống để có thể đưa ra vấn đề xử lí khi hệ thống có vấn đề như bảng 3.c
3.4.1. Hao hụt nước mát
3.5.1.1. Nguyên nhân
- Áp suất của nắp không còn chịu lực được.
- Nước bị rỉ bên trong hệ thống.
3.5.1.2. Phương pháp sửa chữa
- Kiểm tra nắp két nước, nếu nắp không còn chịu được áp suất thì nên thay thế.
- Kiểm tra ron của các chi tiết.
- Kiểm tra áp suất của két nước, bình nước phụ.
3.4.2. Quá nhiệt động cơ
3.5.2.1. Nguyên nhân
- Lượng nước hao hụt.
- Đứt dây truyền động.
- Nắp két nước bị hỏng.
3.5.2.2. Phương pháp sửa chữa
- Châm thêm nước mát nếu hao hụt
- Điều chỉnh, kiểm tra và xoá lỗi trên hệ thống.
- Kiểm tra thời gian đánh lửa, các chi tiết làm việc trong động cơ.
3.4.4. Nhớt có màu bất bình thường
3.5.4.1. Nguyên nhân
- Nước mát bị vào khoang động cơ.
- Dầu chảy vào dòng chảy nước mát.
3.5.4.2. Phương pháp sửa chữa
- Xác định nguyên nhân gây ra hiện tượng trên & phụ tùng bị hư két giải nhiệt
- Xả bỏ nước làm mát cũ.
3.5. Kết luận chương 3
Việc bảo dưỡng và hướng dẫn khai thác sử dụng động cơ S58 trên xe BMW M4 không chỉ đảm bảo hiệu suất và độ bền của động cơ mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường và đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Bằng cách thực hiện các biện pháp bảo dưỡng định kỳ và tuân thủ hướng dẫn khai thác sử dụng, chúng ta có thể tận dụng tối đa tiềm năng của động cơ và đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả trong thời gian dài.
KẾT LUẬN
Qua quá trình làm đồ án tốt nghiệp, sau một thời gian dài nghiên cứu thực tế, các giáo trình, tài liệu chuyên ngành, cùng với sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy giáo: ThS……………., các thầy giáo trong Khoa Ô tô và các đồng chí trong lớp, đồ án tốt nghiệp “Khai thác động cơ S58 trên xe BMW M4” đã được hoàn thành đúng thời gian và đảm bảo chất lượng. Thông qua quá trình tìm tòi, nghiên cứu về động cơ, tôi đã:
1. Hiểu đặc điểm kết cấu động cơ S58
2. Hiểu biết thêm về đặc tính ngoài của động cơ S58
3. Nắm được quy trình khai thác, bảo dưỡng và sửa chữa động cơ S58
Do điều kiện thời gian, điều kiện thực tế cũng như khả năng có hạn của bản thân nên đồ án không tránh khỏi những sai sót, vì vậy kính mong được sự đóng góp của các thầy. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo: ThS……………., cùng các thầy giáo trong Khoa Ô tô đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi hoàn thành nhiệm vụ trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
..., ngày ... tháng ... năm 20...
Học viên thực hiện
....................
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Lại Văn Định - Vy Hữu Thành. Kết cấu tính toán động cơ đốt trong tập I, II. Nhà xuất bản Học viện KTQS. Xuất bản năm 2003;
[2]. Vy Hữu Thành - Vũ Anh Tuấn. Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt trong. Nhà xuất bản Học viện KTQS. Xuất bản năm 1999;
[3]. Nguyễn Văn Toàn. Công nghệ bảo dưỡng và sửa chữa ô tô. Nhà xuất bản: Trường ĐHSPKT. Xuất bản năm 2010:
[4]. Nguyễn Tấn Lộc. Thực tập động cơ 1, 2. Nhà xuất bản Trường Đại Học SPKT. Xuất bản năm 2007.
[5]. Workshop Repair Manual BMW M4 - Ranger file PDF.
[6]. BMW M4 Owner’s Workshop manual Maintenance file PDF.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"