Thiết kế chế tạo mô hình cắt bổ động cơ phục vụ giảng dạy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH CẮT BỔ ĐỘNG CƠ PHỤC VỤ GIẢNG DẠY NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GVHD: TS NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Tạ Thuận Thúc 1811251376 18DOTC2 Lê Xuân Thìn 1811252172 18DOTC2 Nguyễn Cảnh Thiên 1811252194 18DOTC2 TP Hồ Chí Minh, tháng 08, năm 2022 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH xii LỜI NÓI ĐẦU xv CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1 Tổng quan hệ thống động đốt .1 1.1 Mục đích, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí 1.1.1 Mục đích 1.1.2 Yêu cầu .1 1.1.3 Phân loại 1.2 Hệ thống phân phối khí dùng động hai kỳ .2 1.3 Hệ thống phân phối khí động bốn kỳ 1.3.1 Các phương án bố trí xupáp dẫn động xupáp 1.3.2 Phương án bố trí trục cam dẫn động trục cam 10 1.4 Các chi tiết, cụm chi tiết cấu phân phối khí .11 1.4.1 Trục cam 11 1.4.2 Con đội 13 1.4.3 Đũa đẩy 15 1.4.4 Đòn bẩy 16 1.4.5 Xupáp 17 1.4.6 Đế xupáp 19 1.4.7 Ống dẫn hướng 19 1.4.8 Lò xo xupáp .20 1.5 Một số cấu phân phối khí đại 21 1.5.1 Sự khác cấu phân phối khí đại cổ điển 21 CHƯƠNG II 23 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 23 2.1 Tổng quan 23 2.2 Ý nghĩa đề tài .23 ix 2.3 Mục tiêu đề tài .23 2.4 Đối tượng khách thể nghiên cứu 24 2.4.1 Đối tượng nghiên cứu .24 2.4.2 Khách thể nghiên cứu 24 2.5 Nhiệm vụ nghiên cứu 24 CHƯƠNG III 25 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT .25 3.1 Lựa chọn phương pháp thiết kế mơ hình 25 3.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 25 3.3 Phương pháp nghiên cứu tài liệu 26 3.4 Phương pháp nghiên cứu phân tích hệ thống thống kê mô tả 26 3.5 Cấu trúc đồ án môn học .25 CHƯƠNG IV 28 QUI TRÌNH THIẾT KẾ 28 4.1 Khảo sát tính tốn động TOYOTA 3A-U 28 4.2 Giới thiệu động TOYOTA 3A-U 28 4.2.1 Khối xy lanh đúc hợp kim nhôm 30 4.2.2 Hệ thống nạp, thải động TOYOTA 3A-U 31 4.2.3 Đặc điểm hệ thống nạp động TOYOTA 3A-U .31 4.2.4 Đặc điểm hệ thống thải động TOYOTA 3A-U 36 4.3 hệ thống điều khiển phân phối khí thơng minh CVVT (ContinuouslyVarible Valve timing) động TOYOTA 3A-U 38 4.3.1 Sơ đồ bố trí xupáp nguyên lý làm việc cấu phân phối khí 39 4.3.2 Kết cấu xupáp 41 4.3.3 Đế xupáp 44 4.3.4 Ống dẫn hướng xupáp .45 4.3.5 Lò xo xupáp 46 4.3.6 Kết cấu đội .47 4.3.7 Kết cấu trục cam 49 4.4 Tính tốn thơng số cấu phân phối khí 52 4.4.1 Xác định kích thướt tiết diện lưu thơng 52 x 4.5 Phân tích chọn dạng cam 56 4.5.1 Yêu cầu 56 4.5.2 Phương pháp thiết kế cam .56 4.5.3 Dựng hình cam lồi 57 4.6 Tính kiểm nghiệm chi tiết cấu phân phối khí động TOYOTA 3A-U 63 4.6.1 Quy dẫn khối lượng chi tiết máy cấu phối khí 63 4.6.2 Tính tốn lị xo xupáp .64 4.6.3 Tính tốn kiểm nghiệm trục cam 69 4.6.4 Tính tốn sức bền đội .73 4.6.5 Tính tốn sức bền xupáp 74 CHƯƠNG V .75 THI CƠNG MƠ HÌNH VÀ MƠ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM SOLIDWORKS 75 5.1 Nguyên lý hoạt động mơ hình động .75 5.2 Mua thiết bị để hổ trợ cho việc cắt bổ động 75 5.3 Thiết kế khung đỡ động .79 5.4 Thiết kế hệ thống dẩn động cho động 80 5.5 Thiết kế hệ thống điện cho mơ hình động .83 5.6 Tiến hành cắt bổ động 85 5.6.1 Cắt bổ đường nạp động 85 5.6.2 Cắt bổ nắp máy 86 5.6.3 Cắt bổ thân động 87 5.6.4 Cắt bổ cacte nhớt 89 5.6.5 Cắt bổ chia điện 89 5.6.6 Bánh đà 91 5.6.7 Cơng tắc nhận biết vị trí điểm chết để đánh lửa 91 5.7 Thiết kế mơ hình động solidwworks 92 CHƯƠNG VI 93 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 xi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Cơ cấu dùng hộp cacte để quét khí 03 Hình 1-2 Cơ cấu quét thẳng qua xupap thải 05 Hình 1-3 Một số phương án quét thải động kỳ 06 Hình 1-4 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt 07 Hình 1-5 Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo 08 Hình 1-6 Các phương án dẩn động xupap 09 Hình 1-7 Các phương án dẩn động trục cam 11 Hình 1-8 Kết cấu trục cam 11 Hình 1-9 Kết cấu đầu trục cam 13 Hình 1-10 Kết cấu đội hình trụ hình nấm 14 Hình 1-11 Kết cấu đội lăn 15 Hình 1-12 Các dạng đủa đẩy 16 Hình 1-13 Kết cấu địn bẩy 17 Hình 1-14 Kết cấu xupap 18 Hình 4-1 Mặt cắt động TOYOTA 3A-U 27 Hình 4-2 Sơ đồ hệ thống nạp khơng khí động TOYOTA 3A-U 31 Hình 4-3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tốc độ động nhỏ 33 Hình 4-4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tốc độ động cao 34 Hình 4-5 Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống xốy lốc khí nạp 34 Hình 4-6 Hệ thống thải động TOYOTA 3A-U 36 Hình 4-7 Sơ đồ bố trí xupap 38 Hình 4-8 Kết cấu xupap nạp thải 40 Hình 4-9 Kết cấu phần đuôi xupap 42 Hình 4-10 Kết cấu đế xupap 43 Hình 4-11 Kết cấu ống dẩn hướng 44 Hình 4-12 Kết cấu lị xo xupap 45 xii Hình 4-13 Kết cấu đội 47 Hình 4-14 Kết cấu trục cam 49 Hình 4-15 Tiết diện lưu thông qua xupap 52 Hình 4-16 Dựng hình cam lồi cam nạp 56 Hình 4-17 Xác định bán kinh p cam nạp 57 Hình 4-18 Dựng hình cam lồi cam thải 59 Hình 4-19 Xác định bán kính p cam thải 60 Hình 4-20 Đồ thị đặc tính lị xo 67 Hình 4-21 Sơ đồ tính bền trục cam 68 Hình 5-1 Mơ hình cắt bổ động Toyota 3A-U 76 Hình 5-2 Khung đỡ động 79 Hình 5-3 Bánh xe .80 Hình 5-4 Motor dẩn động 81 Hình 5-5 Sử dụng motor để dẩn động trục khuỷu 82 Hình 5-6 Sử dụng dây curoa để thay cho sên cam 83 Hình 5-7 Ổ điện cầu dao 83 Hình 5-8 Mạch điện nguồn động hệ thống đèn led 84 Hình 5-9 Đèn led 85 Hình 5-10 Cắt bổ đường nạp động 86 Hình 5-11 Cắt bổ nắp máy 87 Hình 5-12 Cắt bổ thân động 88 Hình 5-13 Cắt bổ cacte nhớt 89 Hình 5-14 Cắt bổ chia điện 90 Hình 5-15 Bánh đà 91 Hình 5-16 Cơng tắc nhận biết vị trí điểm chết để đánh lửa 92 Hình 5-17 Mơ động TOYOTA 3A-U phần mềm Solidworks 92 xiii LỜI NÓI ĐẦU Động đốt ngày phát triển mạnh mẽ số lượng lẫn chất lượng, đóng vai trị quan trọng nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội, khoa học công nghệ Là nguồn động lực cho phương tiện vận tải ôtô, máy kéo, tàu thuỷ, máy bay máy động cở nhỏ v.v Đối với sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp đóng vai trò quan trọng Đề tài tốt nghiệp thầy giao cho em thiết kế động TOYOTA 3A-U Tuy đề tài quen thuộc sinh viên mục đích đề tài thiết thực, khơng giúp cho em có điều kiện để chuẩn lại kiến thức học trường mà cịn hiểu biết kiến thức nhiều tiếp xúc với thực tế Được giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy , thầy khoa với việc tìm hiểu, tham khảo tài liệu liên quan vận dụng kiến thức học, em cố gắng hoàn thành đề tài Mặc dù vậy, kiến thức em có hạn lại thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong thầy góp ý, bảo thêm để kiến thức em ngày hoàn thiện Cuối em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn thầy cô khoa bạn nhiệt tình giúp đỡ để em hoàn thành đồ án xv CHƯƠNG I GIỚI THIỆU Tổng quan hệ thống động đốt 1.1 Mục đích, phân loại, yêu cầu hệ thống phân phối khí 1.1.1 Mục đích Thực q trình thay đổi khí buồng cháy động cơ:Thải khí thải khỏi xilanh nạp đầy khí hỗn hợp khơng khí vào xilanh động để động làm việc liên tục 1.1.2 Yêu cầu Cơ cấu phối phải đảm bảo yêu cầu sau: Q trình thay đổi khí nạp đầy thải Đóng mở xupáp quy luật thời gian quy định Độ mở lớn để dịng khí dễ dàng lưu thơng Đóng xupáp phải kín nhằm đảm bảo áp suất nén, khơng bị cháy lọt khí Xupáp thải khơng tự mở q trình nạp Ít va đập, tránh gây mòn Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp 1.1.3 Phân loại Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp: Là loại cấu sử dụng rộng rãi động kỳ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh làm việc xác hiệu quả, mang lại hiệu suất cao Cơ cấu phối khí dùng van trượt: Là loại cấu có nhiều ưu điểm tiết diện lưu thơng lớn, dễ làm mát, tiếng ồn Trong số động hai kỳ nạp thải khí lỗ (qt vịng), piston chúng làm nhiệm vụ van trượt, đóng mở lỗ thải lỗ nạp Loại dùng động khơng có cấu dẫn động van trượt riêng nên dùng cấu khuỷu trục – truyền dẫn động piston Cơ cấu phân phối khí hỗn hợp thường dùng lỗ để nạp xupáp để thải khí 1.2 Hệ thống phân phối khí dùng động hai kỳ Trong động hai kỳ, q trình nạp đầy mơi chất vào xilanh động chiếm khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu Q trình thải động hai kỳ chủ yếu dùng khơng khí qt có áp suất lớn áp suất khí trời để đẩy sản vật cháy ngồi Ở q trình xảy hịa trộn khơng khí qt với sản vật cháy, đồng thời có khu vực chết xilanh khơng có khí qt tới Chất lượng trình thải sản vật cháy nạp đầy môi chất động hai kỳ chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm hệ thống quét thải Hiện động hai kỳ thường sử dụng hệ thống quét thải sau: + Hệ thống qt vịng đặt ngang theo hướng song song: Hình 1- 1: Cơ cấu dùng hộp cácte để quét khí – Piston; – Thanh truyền; - Trục khuỷu Được sử dụng chủ yếu động hai kỳ cỡ nhỏ Đặc điểm: Dùng cácte làm máy nén khí để tạo khơng khí qt Cửa qt thường đặt xiên lên đỉnh piston có kết cấu đặc biệt để dẫn hướng dịng khơng khí qt xilanh + Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm: Thường dùng động hai kỳ có công suất lớn Đặc điểm: Cửa quét đặt theo hướng lệch tâm, xiên lên hợp với đường tâm xilanh góc 300, dịng khơng khí qt vào xilanh theo hướng lên tới nắp xilanh vịng xuống cửa thải Hình 5-11 Cắt bổ nắp máy Cắt nắp máy vị trí giúp sinh viên thấy rõ trình hoạt động cấu phân phối khí dùng xupap treo Quá trình mở xupap: Khi mơ tơ quay kéo theo trục khuỷu quay làm cho đĩa xích đầu trục cam quay, gối cam tiếp xúc với đội ép lò xo nén lại đồng thời xupap di chuyển xuống mở cửa nạp cho mô chất từ đường nạp vào buồng đốt Q trình đóng xupap: Khi đỉnh gối cam di chuyển qua đường tâm đội lò xo giãn dần với móng hãm kéo xupap vị trí ban đầu làm kín buồng đốt để tiếp tục chu kì Từ giúp sinh viên dễ hình dung cấu hoạt động động cơ, nâng cao hiệu giảng dạy giảng viên 5.6.3 Cắt bổ thân động Cắt bổ thân động cơ, thể rõ vị trí trục khuỷu truyền xi lanh động cơ, thứ tự hoạt động xi lanh động 1-3 2-4, hai cặp xi lanh liên tục sen kẻ thực chu kì nạp nén nổ xả, động hoạt động mơ hình thể rõ quy trình làm việc hai xi lanh 4, trục khuỷu quay liên tục đổi chiều xi lanh lên xuống thông qua truyền 87 nối với cổ trục truyền trục khuỷu Đồng thời kì nổ động thấy đèn led vị trí bugi sáng, đèn led vị trí bugi thay cho q trình phóng tia lửa điện bugi để đốt cháy khí nạp nén Hình 5-12 Cắt bổ thân động Cắt bổ vị trí giúp giảng viên truyền đạt dễ dàng kiến thức trình dạy học, sinh viên thấy rõ trình hoạt động trục khuỷu, xi lanh, truyền, … Khi trục khuỷu quay thấy rõ trình hoạt động lên xuống buồng đốt, thấy rõ trình đảo chiều chuyển động xi lanh, vai trò truyền q trình hoạt động động Từ nâng cao hiệu giảng dạy, nâng cai kiến thức sinh viên 88 5.6.4 Cắt bổ cacte nhớt Cắt bổ cacte nhớt, thể rõ vị trí lọc nhớt, que thăm nhớt trình bơm nhớt lên để bôi trơn chi tiết động Đồng thời thấy rõ trình hoạt động trục khuỷu, trình quay cổ trục khuỷu để đổi chiều chuyển động truyền trình quay đối trọng nối đuôi trục khuỷu nhằm cân qn tính trục khuỷu Hình 5-13 Cắt bổ cacte nhớt Cắt cacte nhớt vị trí giúp sinh viên thấy hệ thống lọc nhớt động lọc thô, sau dầu qua lọc thô theo ống dẫn hướng sau bơm lên để bơi trơn chi tết động giúp giảm ma sát, tăng độ êm áu độ bền động trình sử dụng 5.6.5 Cắt bổ chia điện Cảm biến biến trục cam động cơ, bo mạch sử dụng tín hiệu để xác định điểm chết máy số máy, đồng thời xác định vị trí trục cam để xác định thời điểm đánh lửa kì nổ, bo mạch cấp nguồn làm sáng đèn led thay cho bugi đánh lửa buồn đốt mơ hình 89 Hình 5-14 Cắt bổ chia điện Bộ chia điện động TOYOTA 3A U chia điện sử dụng má vít, có hai phần, phần chia cao áp vừa nêu, cịn phía phận để ngắt dịng điện sơ cấp bơbin Đầu tiếp đất tăng điện nối với má vít chia điện Một trục cam trung tâm chia điện làm cho phần động má vít tách khỏi phần tĩnh thời điểm đánh lửa Dòng điện từ nguồn điện chạy qua cuộn sơ cấp bơbin, dịng điện bị ngắt thời điểm đánh lửa má vít (đang đóng kín mạch điện đột ngột mở ra) Khi dịng điện cuộn sơ cấp bị ngắt đi, từ trường điện cuộn sơ cấp sinh giảm đột ngột Theo nguyên tắc cảm ứng điện từ, cuộn thứ cấp sinh dòng điện để chống lại thay đổi từ trường Do sốvịng cuộn thứ cấp lớn gấp nhiều lần số vòng dây cuộn sơ cấp nên dịng điện cuộn thứ cấp có điện áp lớn (có thể đến 100.000 vơn) Dịng điện cao áp bộchia điện đưa đến nến bugi qua dây cao áp.Điều lý giải dòng điện cuộn dây sơ cấp lại bị đột ngột sinh xung cao áp Cấu tạo chia điện sửa dụng má vít gồm: trục chia điện quay gắn đầu Cuộn thứ cấp kết nối với quay, nắp chia điện có đầu nối với dây cao áp đến xi lanh Khi quay quay vịng trịn chia nguồn điện cao áp cho xi lanh theo tứ tự định 90 5.6.6 Bánh đà Bánh đà động cơ, bánh đà kết nối trực tiếp với trục đầu động Bánh đà giúp động hoạt động trơn tru nhờ vào lượng quay tích trữ Chúng cịn cung cấp động cho hệ thống truyền động, trường hợp xe ô tô thiết bị máy khí bị đà chạy chậm Bánh đà hoạt động cách tích trữ lượng q trình động xe khởi động tăng tốc Nếu pin học dự trữ lượng dạng hóa học bánh đà bảo toàn lượng dạng động Một bánh đà dự trữ lượng hay nhiều phụ thuộc vào trọng lượng, kích thước vận tốc quay Khi xe chuyển động tốc độ cao, bánh đà ngừng quay có lực tác động mạnh Hình 5-15 Bánh đà 5.6.7 Cơng tắc nhận biết vị trí điểm chết để đánh lửa Để mơ q trình đánh lửa động gắn thêm cơng tắc truyền tín hiệu để nhận biết điểm chết từ đèn thay bugi sáng đến chu kì đánh lửa 91 Hình 5-16 Cơng tắc nhận biết vị trí điểm chết để đánh lửa 5.7 Thiết kế mơ hình động solidworks Hình 5-4 Mơ động TOYOTA 3A-U phần mềm Solidworks 92 CHƯƠNG VI ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN Qua việc thực đề tài, chúng em nắm bắt khối lượng lớn kiến thức chuyên ngành Sự kết hợp nghiên cứu lý thuyết lắp đặt mơ hình giúp chúng em hiểu sâu kiến thức lý thuyết mà chúng em nghiên cứu qua sách Thơng qua mơ hình, kiến thức lý thuyết hệ thống khẳng định thể cách trực quan Do mơ hình chúng em sử dụng cho việc giảng dạy học tập tốt Tạo điều kiện cho sinh viên khóa sau tiếp cận thực tế mơ hình Về bản, mơ hình hồn thành có hạn chế tài thời gian nên mơ hình khơng thể tránh khỏi thiếu xót Hy vọng đề tài chúng em phần giúp ích cho Thầy việc giảng dạy cho sinh viên khóa sau Chúng em mong đề tài chúng em Thầy bạn sinh viên khóa sau quan tâm giúp đỡ để đề tài chúng em hoàn thiện 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến “Kết Cấu Và Tính Tốn Động Cơ Đốt Trong” Hà Nội: NXB Đại học trung học chuyên nghiệp; 1979 [2] Trần Thanh Hải Tùng “Giáo Trình Động Cơ Đốt Trong ” Đà Nẵng: Đại học bách khoa Đà Nẵng [3] Nguyễn Tất Tiến “Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong ” Hà Nội: NXB Giáo dục; 2000 [4] “CVVT system (Continuously variable valve timing)” 2007 [5] TS Dương Việt Dũng “Giáo trình kết cấu động đốt trong” Đà Nẵng: Đại học bách khoa Đà Nẵng; 2007 [6] TS Nguyễn Văn Bản “Giáo trình động đốt trong” Đại học Cơng Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh; 2017 [7] Tài liệu chuyên hang Toyota Việt Nam Link: https://www.toyota.com.vn [8] “Nguyên lý hoạt động động đốt trong” Link: https://www.youtube.com/watch?v=5A4-m_T17Sw 94 PHỤ LỤC Các vẻ chi tiết động TOYOTA 3A-U: 95 96 97 98 99 100 101 ... kế cắt bổ nắp thân động Thiết kế hệ thống điện cho mơ hình Thiết kế mơ hình cắt bổ hệ thống phân phối khí Thiết kế mơ hình cắt bổ hệ thống truyền động Thiết kế cấu truyền động cho động Chế tạo. .. nghiên cứu tổng quan động đốt nghiên cứu tính thực tế mơ hình cắt bổ động phục vụ giảng dạy Đưa ý tưởng thiết kế khả thi để chế tạo mơ hình cắt bổ động phục vụ giảng dạy thiết lập cách đồng nhất,... nhất, hiệu 23 Thống việc thiết kế, chế tạo mơ hình cắt bổ động Toyota 3A-U theo phương án thiết kế mà nhóm chọn Hồn thành mơ hình cắt bổ động Toyota 3A-U phục vụ giảng dạy theo phương án khoa