Bản thuyết minh Đồ án động cơ đốt trong 2AD-FTV

LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, với hoạt động phát triển xã hội, ngành công nghiệp ô tô lĩnh vực quan trọng kinh tế quốc dân Ơ tơ sử dụng rộng rãi hoạt động vận tải, chuyên chở, du lịch đặc biệt lĩnh vực quốc phòng Với tiến khoa học kỹ thuật công nghệ, nhiều hãng sản xuất ô tô áp dụng tiến vào việc thiết kế chế tạo ô tô nhằm giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái tăng tính tiện nghi, tăng hiệu suất cho động làm giảm nhiễm mơi trường, nâng cao tính thơng qua xe, phục vụ tốt cho q trình khai thác sử dụng Nền kinh tế nước ta đà phát triển, nhiều loại xe nhiều hãng xe giới nhập nước ta nhằm đáp ứng yêu cầu người sử dụng Vì vậy, việc tìm hiểu, đánh giá, kiểm nghiệm cụm hệ thống, cấu xe việc cần thiết nhằm có biện pháp khai thác sử dụng, bảo dưỡng xe cách hợp lý hiệu phù hợp với điều kiện địa hình thời tiết nước ta Nhiệm vụ đồ án giao “Tính tốn kiểm nhiệm động TOYOTA 2ADFTV chế độ Me max , Nemax ” với mục đích tìm hiểu kết cấu động cơ, khả hoạt động động chế độ tính tốn Đây sở cho việc xem xét so sánh thực tế khai thác sử dụng động để nâng cao chất lượng động PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ A GIỚI THIỆU CHUNG Động TOYOTA 2AD – FTV động phát triển, sử dụng nhiều dòng xe đời hãng Toyota Đây loại động diesel kỳ, xy lanh với dung tích làm việc 2,2 lít, bố trí thẳng hàng với 16 xu páp trục cam kép bố trí nắp động Động sử dụng hệ thống làm mát trung gian khơng khí kiểu tăng áp, hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp Động làm việc với mật độ công suất lớn, hạn chế tiếng ồn độ rung, giảm thiểu tính độc hại khí thải thông qua việc sử dụng hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp hệ thống dự trữ nhiên liệu Hình 1.1 Mặt cắt dọc động Hình 1.2 Xe Toyota RAV4 đời 2007 TOYOTA 2AD – FTV Các thông số kỹ thuật động sau: Thông số kỹ thuật Đơn vị Đặc điểm Số xy lanh xếp xy lanh, thẳng hàng Cơ chế xu páp 16 xu páp treo đỉnh trục cam kép, truyền động xích Buồng cháy Buồng cháy khơng phân chia Hệ thống nhiên liệu Kiểu ắc quy Thể tích cơng tác cm3 2231 (136,1) Tỷ số D/S mm 86,0/96,0 (3,39 x 3,78) Tỷ số nén 16,8 : Công suất cực đại 100 kw với 3600 v/ph Mô men xoắn lớn 310 Nm với 2000 ÷ 2800 v/ph 6,7 Cơng suất hệ thống bơi trơn lít 5,9 5,5 Loại dầu bôi trơn ACEA B1, API CF-4 CF Thứ tự xylanh công tác 1–3–4–2 Hệ thống làm mát TOYOTA tuổi thọ cao tương đương Chỉ số Xê tan nhiên liệu Ít 48 Tiêu chuẩn khí thải EURO IV Khối lượng động kg 165 B CÁC CƠ CẤU VÀ HỆ THỐNG CỦA ĐỘNG CƠ I Cơ cấu trục khuỷu truyền Cơ cấu khuỷu trục – truyền động làm nhiệm vụ tiếp nhận lực khí cháy sinh xi lanh biến chuyển động tịnh tiến lên xuống pit tông thành chuyển động quay trục khuỷu Cơ cấu khuỷu trục – truyền động gồm hai nhóm chi tiết : Nhóm chi tiết chuyển động nhóm chi tiết cố định Nhóm chi tiết cố định gồm thân xi lanh, nắp xi lanh, ống lót xi lanh máng dầu Nhóm chi tiết chuyển động gồm nhóm pít tơng, truyền, trục khuỷu bánh đà Nắp máy Nắp máy nhẹ bền đúc hợp kim nhôm Nắp máy dùng để đậy kín phía xi lanh kết hợp với xi lanh tạo nên buồng cháy Nắp máy nơi gá lắp chi tiết khác như: xu páp, giàn cò mổ, tạo rãnh để đưa hỗn hợp vào xi lanh đường thải để thải sản phẩm cháy bên Nắp máy khối thân xi lanh cố định với bu lơng, chúng có đệm làm kín cao su chịu nhiệt, độ bền cao Thân xy lanh Là chi tiết có khối lượng lớn chi tiết động Nhiệm vụ khối thân xi lanh tạo vị trí gá lắp cho chi tiết khác trục khuỷu, trục cam, xy lanh, nắp máy, Ngoài ra, khối thân xi lanh với cácte tạo thành khoang Hình 2.1 Nắp máy chứa dầu bôi trơn, với nắp máy, lót xi lanh tạo thành khoang chứa nước làm mát cho động Thân xy lanh làm hợp kim nhơm Các vịi phun nằm trục đối xứng xi-lanh, làm tăng chất lượng quy trình làm việc, giảm số lượng sản phẩm cháy độc hại Nó sử dụng chốt cắm nhiệt để tạo thuận lợi cho khởi động động cơ, nằm đầu vào rãnh Để nâng cao hiệu làm mát gần rãnh đầu vào đầu có áo nước để cung cấp chất lỏng làm mát Hình 2.2 Đầu thân xy lanh Giữa xy lanh bố trí áo nước làm mát Do thực tế nước làm mát chảy xy lanh nên làm mát đồng thành xy lanh Ống lót xy lanh có bề mặt gân cải thiện độ tản nhiệt, làm giảm nhiệt độ tổng thể giảm biến dạng nhiệt ống lót xy lanh Tồn nắp vòng bi làm tăng độ cứng thân xy lanh giảm tiếng ồn Hình 2.3 Thân xy lanh Pít tơng Pít tơng làm hợp kim nhơm, pít tơng buồng đốt Hình dạng buồng đốt tối ưu hóa để tận dụng ưu mức độ nén thấp Để giảm tổn thất ma sát bề mặt pít tơng tráng lớp polymer Cải thiện tính xác ống xy lanh giảm thiểu co piston có dạng đỉnh lõm, tạo xốy lốc nhẹ tạo thuận lợi cho q trình hình thành khí hỗn hợp cháy Trên phần đầu piston có xẻ rãnh để lắp xéc măng khí xéc măng dầu Để giảm khối lượng pit tông, đúc người ta tạo lỗ hổng phần đáy đỉnh pit tông gần với chốt pit tơng Hình 2.4 Pít tơng Thanh truyền Thanh truyền phận trung gian liên kết pit tông với trục khuỷu cho phép biến chuyển động tính tiến pit tơng thành chuyển động quay trục khuỷu Thanh truyền động 2AD - FTV làm từ thép tốt, chế tạo phương pháp rèn vừa có độ bền cao lại giảm tải trọng Thanh truyền có cấu tạo gồm phần: đầu nhỏ, thân đầu to Đầu nhỏ, thân nửa đầu to truyền rèn liền thành chi tiết Nửa đầu to liên kết với nửa bulông Để hạn chế dịch chuyển bạc biên lắp vào đầu to truyền, người ta dùng chốt định vị bề mặt ăn khớp bạc biên truyền Bu lơng truyền có đầu bọc nhựa dùng để ghép nửa đầu to truyền Bạc lót truyền làm từ nhôm phủ lớp nhựa đặc biệt lên bề mặt, chiều rộng bạc lót giảm để hạn chế ma sát Hình 2.5 Thanh truyền 5.Trục khuỷu Hình 2.6 Trục khuỷu Trục khuỷu có cơng dụng nhận lực từ pit tông để tạo momen quay sinh công đưa phận công tác nhận lượng từ bánh đà truyền lại cho pit tơng để thực q trình sinh cơng Trong trình làm việc, trục khuỷu chịu tác động lực khí thể, lực quán tính lực ly tâm Trục khuỷu động 2AD - FTV chế tạo từ thép phương pháp rèn để tăng độ cứng vững khả chống mài mòn cho trục khuỷu Trục khuỷu động có cổ trục chính, cổ biên, đối trọng bánh cân trục Bánh đà trục khuỷu Bánh đà động kết cấu dạng đĩa sau: Hình 2.7 Bánh đà Trục cân Tổng quan: - Có trục cân để giảm bớt độ rung động Cân trực tiếp trục khuỷu trục cân Để giảm tiếng ồn, trục cân gia công cắt gọt theo quy trình tỉ mỉ Cân trục trục cân II Cơ cấu phối khí Cơ cấu phân phối khí có nhiệm vụ điều khiển q trình đóng mở xupáp nạp thải trình động làm việc Cơ cấu phân phối khí phải chịu tải trọng học cao, nhiệt độ cao, tải trọng va đập lớn trình làm việc Các yêu cầu cấu phân phối khí: đóng mở quy luật thời điểm; độ mở lớn; đóng kín, xupáp thải khơng tự mở q trình nạp; mịn, tiếng ồn nhỏ, dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp 2.1 Tổng quan cấu phối khí động 2AD – FTV 10 Hình 3-2 Đồ thị lực pháp tuyến tiếp tuyến d) 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 chốt khuỷu (nếu chế tạo rời) gọi tắt đtvtpt cổ khuỷu Đồ thị phản ánh tác dụng lực T, Z Pr2 lên bề mặt cổ khuỷu thông qua bạc chu trình cơng tác xi lanh Ta có: Qck  T  Z  Pr [MN] Cần phải chọn tỉ lệ xích lực cho phù hợp, bắt buộc T  Z   Pr Dựng hệ trục vng góc TOZ; OT trục tung hướng sang phải, OZ trục hồnh hướng xuống phía Dựa theo kết tính bảng biến thiên xác định giao điểm ứng với véc tơ T  Z Nối giao điểm đường cong, ta đồ thị lực truyền Pth hệ toạ độ mà trục khuỷu đứng yên, truyền quay tương đối goc    so với trục khuỷu phía trái Từ O, phía chiều dương OZ, xác định điểm O1 cho: O1O  Pr 86 Vẽ vịng trịn bán kính tượng trưng cho bề mặt cổ khuỷu, vẽ kéo dài má khuỷu tượng trưng phía chiều dương trục OZ Đồ thị nhận ứng với góc O đtvtpt cổ khuỷu với tỉ lệ xích Qck  T Ta thấy phần đuôi đồ thị (ứng với vùng 360  380 GQTK) chế độ mô men dài so với chế độ công suất hai lý do: - Lực quán tính nhỏ - Áp suất cực đại xi lanh lớn Ứng với trị số góc  cụ thể trục hoành ta xác định trị số tương ứng véc tơ Qck đtvtpt cổ khuỷu thông qua tỉ lệ xích Q (chọn thích hợp cho đồ thi Qck- ) ta xác định điểm định đồ thị Q ck Lần lượt tiến hành tương tự trị số góc  ta tập hợp giao điểm Nối chúng lại đường cong liên tục ta đồ thị Qck -  87 88 Hình 3-3 Đồ thị véc tơ phụ tải cổ khuỷu * Xác định trị số tải trung bình tác dung lên bề mặt cổ khuỷu: i QckTB   Qcki i i  0,0136 MN [MN] Để tăng độ xác người ta dùng phương pháp tích phân đường cong để tìm diện tích Sau lấy diện tích chia cho chiều dài chiều cao hình chữ nhật tương ứng Chiều cao đó, thơng qua tỷ lệ xích Q, trị số véc tơ tải trọng trung bình QckTB, ta kẻ đường song song với trục hoành thể QckTB (tỷ lệ xích Q) lên đồ thị Qck -  * Hệ số va đập : Tìm đồ thị Qckmax Qck max 0.0499   3.66 Q 0.0 136 tính  = ckTB * Xác định tải trọng riêng: Qck qc = lC dC [MN/m2] Trong đó: lC – chiều dài tiếp xúc dC đường kính cổ khuỷu [m] * Vị trí khoan lỗ dầu bơi trơn Vị trí khoan lỗ dầu bơi trơn tối ưu cho chế độ tính tốn vẽ đtvtpt cổ khuỷu xác định sở đồ thị mài mịn tượng trưng xác định trực tiếp đtvtpt cổ khuỷu Cách tiến hành sau: - Từ tâm O1 vẽ vòng tròn đồng tâm tượng trưng cho bề mặt cổ khuỷu rỗng Nếu cổ khuỷu đặc cần vịng trịn - Vẽ tượng trưng má khuỷu phía chiều dương OZ - Trường hợp đtvtpt cổ khuỷu qua phía bên trái điểm O xác định điểm B nằm đoạn đồ thị qua phía bên trái điểm O cho khoảng cách O1B 89 nhỏ Nối BO1 kéo dài tới cắt vòng tròn tượng trưng cho bề mặt cổ khuỷu, vị trí khoan lỗ dầu bơi trơn hợp lý cho chế độ ta tính tốn * Ngồi phương pháp xây dựng đồ thị véc tơ phụ tải trình bày, ta tính lập bảng biến thiên lực tác dụng dọc theo truyền: P Pth = cos  Sau dùng phương pháp hai vòng tròn lệch tâm (vòng tròn lớn tâm O có bán kính chiều dài l truyền, vịng trịn nhỏ tâm O’ có bán kính bất kỳ, có tâm O’ cách tâm O vòng tròn lớn khoảng OO’ = R, ý tỷ lệ xích R l nhau) Hình 3-4 Đồ thị véc tơ cổ khuỷu triển khai e) Đồ thị mài mòn cổ khuỷu: Đồ thị mài mòn thể cách tượng trưng mức độ mài mịn bề mặt cổ khuỷu sau chu trình tác dụng lực Để xây dựng đồ thị mài mịn, phải có đtvtpt cổ khuỷu Phương pháp gồm bước sau: - Trên đtvtpt cổ khuỷu, vẽ vòng tròn tượng trưng cho bề mặt chia vịng trịn thành 2n phần nhau, ví dụ chia thành 24 phần đánh số: 0, 1, 2, , 2n - Tính hợp lực Q’ tất lực tác dụng lên điểm 0, 1, ' ' ' ký hiệu tương ứng Q o , Q , Q , ghi trị số lực phạm vi tác dụng lên 90 bảng sau với giả thiết lực Q’ tác dụng lên tất điểm phạ vi 120, tức phía điểm chia 60 - Xác định tổng lực tương đương Qi tất hợp lực Q’ tác dụng lên điểm thứ i ghi vào ô hàng - Trên đồ thị, vẽ vòng tròn tượng trưng má khuỷu, chia thành 2n phần tương ứng, đánh số từ đến 2n-1 Chọn tỷ lệ xích lực thích hợp, đặt đoạn thẳng tương ứng với Qi từ vịng trịn theo hướng kính vào phía tâm - Nối điểm cuối đoạn thẳng đường cong liên tục gạch nghiêng phần diện tích nằm vịng trịn đường cong liên tục khép kín vừa nhận được, ta đồ thị mà phần gạch nghiêng coi tỷ lệ thuận với mức độ mòn bề mặt sau chu trình tác dụng lực 91 Q0' Q1' Q2' Q3' Q4' Q5' Q6' Q7' Q8' Q9' Q10 101, 94,7 19,2 12,1 12,8 101, 94,7 19,2 12,1 12,8 14,4 101, 94,7 19,2 12,1 12,8 14,4 17,2 101, 94,7 19,2 12,1 12,8 14,4 17,2 21,6 101, 94,7 19,2 12,1 12,8 14,4 17,2 21,6 28,6 94,7 19,2 12,1 12,8 14,4 17,2 21,6 28,6 37 19,2 12,1 12,8 14,4 17,2 21,6 28,6 37 43,8 ' Q11' Q12 ' Q13 ' Q14 ' Q15 ' 10 11 16 17 18 19 20 21 22 101,5 101,5 94,7 101,5 94,7 19,2 23 101, 94,7 19,2 12,1 17,2 21,6 28,6 37 21,6 28,6 37 28,6 37 37 43,8 50 43,8 50 43,8 50 43,8 50 43,8 50 43,8 50 43,8 50 43,8 50 50 60,6 60,6 60,6 60,6 60,6 60,6 60,6 60,6 60,6 99,3 99,3 99,3 99,3 99,3 99,3 99,3 99,3 99,3 91,7 91,7 91,7 91,7 91,7 91,7 91,7 91,7 91,7 82,4 82,4 82,4 82,4 82,4 82,4 82,4 82,4 82,4 68,8 68,8 68,8 68,8 68,8 68,8 68,8 68,8 68,8 47 47 47 47 47 47 47 47 47 37,3 37,3 37,3 37,3 37,3 37,3 37,3 37,3 37,3 33,1 33,1 33,1 33,1 33,1 33,1 33,1 33,1 33,1 31,5 31,5 31 31,5 31 31,5 31 31,5 31 31,5 31 31,5 31 31,5 31 ' Q18 ' Q19 ' 31,5 31 15 14,4 17,2 21,6 28,6 37 Q17 Q21 14 12,8 14,4 17,2 21,6 28,6 37 ' ' 13 12,1 12,8 14,4 17,2 21,6 28,6 37 Q16 Q20 12 31 92 ' Q22 ' 31,3 102, 31,3 102, 31,3 102, 102, Q Q0 Q1 Q2' Q3' ' Q23 Q4' Thực 436,7 419,6 405,8 396,1 322,1 Tỉ lệ 21,84 20,98 20,29 19,81 16,11 31,3 31,3 31,3 31,3 31,3 102,6 Q20 102,6 Q21 102,6 Q22 31,3 102, Q23 Q12 Q13 Q14 Q15 Q16 Q17 Q18 102,6 Q19 ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' 515 562,2 580,6 580,9 570,2 551,7 522,1 454,1 465 484,1 510 482,2 457 25,75 28,11 29,03 29,05 28,51 27,59 26,11 22,71 23,25 24,21 25,50 24,11 22,85 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 ' ' ' ' ' ' Q11' 257, 12,8 206, 10,3 237, 11,8 286 14,3 372, 18,6 449,8 22,49 93 Từ đồ thị này, ta chọn vị trí mịn để khoan lỗ dầu bôi trơn Vị trí lỗ khoan dầu Hình 3-5 Đồ thị mài mịn cổ khuỷu f) Đồ thị tổng lực tiếp tuyến mô men tổng Ta biết lực tiếp tuyến gây nên mô men làm quay khuỷu trục khuỷu truyền ngồi mà ta quen gọi mơ men xoắn Me, ta có: Me = Mi co = T.R co Đối với động nhiều xi lanh phải xác định chu trình biến thiên lực T  dựa thứ tự công tác sơ đồ cấu khuỷu trục truyền 180. Nếu động có trị số góc lệch pha cơng tác, tức là: = i Thì chu trình biến thiên lực T  94 Động 2AD-FTV động kỳ có xi lanh nên ta có: 180. 180.4  180 = i = Cịn với động có từ hai trị số góc lệch pha cơng tác trở lên việc xác định chu trình biến thiên lực T phức tạp Như giả thiết ta có T xi lanh gây nên ta tính T Trục hoành đồ thị T -  kéo dài từ 0 tới  (Từ 0 đến 180), trục tung phải dùng tỷ lệ xích T phù hợp để thể T Ta tiến hành theo phương pháp lập bảng tính T  cho chu kỳ biến thiên nó, chọn T phù hợp để vẽ Việc lập bảng tiến hành dựa bảng biến thiên lực tiếp tuyến T xi lanh mà ta lập thứ tự công tác động Bảng biến thiên lực tiếp tuyến sau: α1 T1 α2 T2 α3 T3 α4 T4 T (độ) (MN) (độ) (độ) 360 375 390 405 420 435 450 465 480 495 510 525 540 (MN) -0,0029 -0,0045 -0,0043 -0,0025 0,0001 0,0024 0,0038 0,0040 0,0035 0,0025 0,0012 (MN) 540 555 570 585 600 615 630 645 660 675 690 705 720 (MN) 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 (độ) 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360 (MN) 0,0077 0,0142 0,0226 0,0116 0,0082 0,0091 0,0111 0,0103 0,0049 -0,0017 -0,0029 0 -0,0013 -0,0025 -0,0037 -0,0045 -0,0048 -0,0045 -0,0039 -0,0052 -0,0097 -0,0131 -0,0090 Từ đó, ta có đồ thị sau: 95 -0,0016 -0,0027 -0,0033 -0,0037 -0,0034 -0,0019 0,0004 0,0029 0,0047 0,0047 0,0029 0 0,0135 0,0239 0,0339 0,0223 0,0163 0,0131 0,0108 0,0086 0,0064 0,0042 0,0020 Hình 3-6 Đồ thị tổng lực tiếp tuyến Dựa vào bảng biến thiên lực tiếp tuyến ta tính được: T TB   6,5.10-3 (MN) Xác định mơ men xoắn có ích Metb: M etb  T TB R co 106  6,5103.0, 048.0,86.106  281.45 (MNm)  Sai số Metb so với Me phần tính nhiệt: M e  M etb 310  281,45 100%  100%  9.2% < 10% Me 310 (Thỏa mãn yêu cầu) KẾT LUẬN 96 Trong trình thực đồ án áp dụng chủ yếu phần mềm Microsoft Exel để tính tốn trợ giúp Autocad để vẽ đồ thị, trình chuyển đổi bảng vẽ đối tượng làm sinh sai số, lượng cơng thức tương đối phức tạp Tuy nhiên với hướng dẫn giáo viên, hồn thành đồ án mơn học Những việc làm  Trong đồ án em kiểm nghiệm động 2AD-FTV, tìm hiểu kết cấu tính tốn chu trình cơng tác, tính tốn đại lượng động lực học động  Thiết lập vẽ A0 đồ thị động lực học mặt cắt động  Ứng dụng giải tích để xây dựng đồ thị cơng thị thành đồ thị lực khí thể tác dụng lên pit tơng theo góc quay α mà khơng cần dùng vòng tròn Bric Những việc chưa làm  Do trình độ thân yếu tố khách quan khác nên vẽ mặt cắt động 2AD-FTV, đồ thị vectơ phụ tải tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu đồ thị mài mòn chưa thực xác Với giúp đỡ tận tình thầy giáo môn thầy Phạm Xuân Phương, người trực tiếp hướng dẫn đồ án cho em Em xin chân thành cảm ơn điều mà thầy giáo dạy, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm q hồn thành đồ án mơn học 97 Tài liệu tham khảo PGS-TS Hà Quang Minh, “Lý thuyết động đốt trong” – Nhà xuất Quân đội Nhân dân, 2002 PGS-TS Lại Văn Định, PGS-TS Vy Hữu Thành, “Kết cấu tính tốn động đốt trong”, Học viện Kỹ thuật Quân sự, 1996 PGS-TS Vy Hữu Thành - Vũ Anh Tuấn, “Hướng dẫn đồ án môn học động đốt trong”, Học viện Kỹ thuật Quân sự, 2003 Nguyễn Trường Sinh, “Sổ tay Vẽ kỹ thuật khí”, Nhà xuất Quân đội Nhân dân, 2001 98 ... -0.00026 -0.89 Từ bảng minh triển khai đồ thị cơng p-V thành đồ thị lực khí thể Pk -  ta vẽ đồ thị sau: 45 Đồ thị lực khí thể Pk -  b) Quy dẫn khối lượng chuyển động - Khối lượng chuyển động tịnh tiến... TRÌNH CƠNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ( Chế độ Memax) Mục đích Mục đích việc tính tốn chu trình cơng tác xác định tiêu kinh tế, hiệu chu trình cơng tác làm việc động Kết tính tốn cho phép xây dựng đồ thị cơng... lý thuyết 35 + Hiệu chỉnh đồ thị lý thuyết để đồ thị công thị thực tế Đồ thị công thị lý thuyết dựng theo kết tính tốn chu trình cơng tác chưa xét đến yếu tố ảnh hưởng trình làm việc thực tế động