Đồ án Động cơ đốt trong HUTECH

Toàn bộ file báo cáo Đồ án ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG HUTECH , bảo vệ được 9 ĐIỂM. Chỉ có file PDF, Không có file word hay file bản vẽ. MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 6 1.1. Đặt vấn đề 6 1.2. Mục tiêu đặt ra 6 1.3. Nội dung đề tài 7 1.4. Phương pháp nghiên cứu 7 1.5. Kết cấu đồ án 7 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ 1NZFE 8 2.1. Giới thiệu chung về động cơ đốt trong 8 2.2. Động cơ đốt trong 1NZFE 17 2.3. Nguyên lý hoạt động của động cơ 1NZFE 19 2.4. Ưu – nhược điểm của động cơ 1NZFE 19 2.5. Bảo dưỡng và sửa chữa 20 2.6. Phương pháp tháolắp động cơ 1NZFE 21 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, XÂY DỰNG BẢN VẼ 37 3.1. Lí thuyết của việc tính toán thiết kế 37 3.2. Các thông số cho việc tính toán 38 3.3. Tính toán các thông số 39 3.4. Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ. 42 3.5. Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ. 44 3.6. Tính toán động học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 45 3.7. Đồ thị 47 CHƯƠNG 4 : THI CÔNG MÔ HÌNHBẢN VẼ 48 4.1. Đo kiểm chi tiết 48 4.2. Thiết kế bằng phần mềm Solidworks 52 CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN CỦA ĐỒ ÁN 58 5.1.Kết luận 58 5.2. Hướng phát triển 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 60

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Đặt vấn đề

- Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt, khi hoạt động sẽ sinh nhiệt lớn để tạo ra công cơ học trong quá trình sử dụng và đốt cháy nhiên liệu, nên được đặt tên theo đặc điểm lớn này Nơi mà động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu và đốt cháy sinh nhiệt tạo ra công cơ học, chính là nhờ hệ thống xi lanh trong buồng công tác của động cơ

- Động cơ đốt trong là nguồn động lực được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp, giao thông vận tải, quân sự,… Động cơ đốt trong dùng làm nguồn động lực cho các phương tiện, thiết bị khi cần di chuyển linh hoạt trong một phạm vi rộng và với khoảng cách khá lớn trong quá trình làm việc như máy bay, tàu thuỷ, ô tô,… Tổng công suất động cơ đốt trong tạo ra chiếm tỉ trọng lớn về công suất thiết bị động lực do mọi nguồn năng lượng tạo ra, ngành công nghiệp chế tạo động cơ đốt trong phát triển rất mạnh Là bộ phận quan trọng ngành cơ khí và nền kinh tế ở nhiều nước Các nước đều rất coi trọng công tác đào tạo đội ngũ chuyên gia, cán bộ kĩ thuật, công nhân lành nghề về động cơ đốt trong nhằm đáp ứng yêu cầu về thiết kế, chế tạo, sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa chúng

- Những năm gần đây nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ Trong đó phải nói đến nghành động lực Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, mỗi sinh viên chúng ta phải tự nghiên cứu, đó là điều cấp thiết Sau khi được học môn nguyên lý động cơ đốt trong cùng với các môn cơ sở khác (sức bền vật liệu, cơ lý thuyết, vật liệu học ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học kết cấu và tính toán động cơ đốt trong Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của chuyên nghành Bởi vì môn động cơ đốt trong là bước tiến cái đà phát triển sau này bởi vậy nó rất cần thiết cho sinh viên nó chuẩn bị một hành tranh mới, cho sinh viên tìm hiểu kĩ về động cơ ô tô để đào tạo đội ngũ kỹ sư, công nhân ô tô lành nghề góp phần xây dựng một nền công nghiệp đủ mạnh để tạo tiền đề phát triển đất nước.

Mục tiêu đặt ra

- Mục đích của đề tài này là giúp cho sinh viên có thêm một số kinh nghiệm về kết cấu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong ô tô, nắm vững được những kiến thức cơ bản của nguyên lí của động cơ 1NZ-FE, giúp cho ta cũng cố lại kiến thức đã được học trong suốt chương trình học qua đó có thể xử lý một cách tốt nhất khi gặp vấn đề đối với động cơ và tiếp tục thực hiện những công trình lớn hơn như đề tài nghiên cứu khoa học, đồ án tốt nghiệp, v.v…Đồng thời tếp cận với công nghệ mới nhất đã được ứng dụng trong ô tô ngày nay

- Bên cạnh đó mục tiêu của đề tài còn giúp cho sinh viên làm quen với việc nghiên cứu, khả năng đo lường, tính toán, thiết kế các thông số của động cơ đốt trong 1NZ-FE, tự mình đọc và xử lý tài liệu

- Sử dụng thành thạo kỹ năng mềm như SolidWork, CAD,… xây dựng được bản vẽ và mô phỏng được hoạt động của động cơ 1NZ-FE, sắp xếp các ý tưởng thành một văn bản để chứng minh một vấn đề được đặt ra, qua đó nâng cao kiến thức và tinh thần tự học của mình

- Thi công mô hình thực tế.

Nội dung đề tài

- Nắm vững cấu tạo nguyên lý hoạt động của động cơ 1NZ-FE

- Đo kiểm tính toán thiết kế các thông số của động cơ 1NZ-FE

- Thi công mô hình của động cơ 1NZ-FE

- Tập bản vẽ, thuyết minh.

Phương pháp nghiên cứu

- Tra cứu tài liệu chuyên ngành

- Sử dụng phần mềm thiết kế chuyên dung, mô phỏng ( CAD, Solidwork )

Kết cấu đồ án

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về động cơ 1NZ-FE

Chương 3: Tính toán thiết kế, xây dựng bản vẽ

Chương 4: Thi công mô hình-bản vẽ

Chương 5: Kết luận của đồ án.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ 1NZ-FE

Giới thiệu chung về động cơ đốt trong

2.1.1 Động cơ đốt trong là gì ? Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt, khi hoạt động sẽ sinh nhiệt lớn để tạo ra công cơ học trong quá trình sử dụng và đốt cháy nhiên liệu, nên được đặt tên theo đặc điểm lớn này

Nơi mà động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu và đốt cháy sinh nhiệt tạo ra công cơ học, chính là nhờ hệ thống xi lanh trong buồng công tác của động cơ

Hình 2.1 Động cơ đốt trong

Ngoài ra, động cơ có ứng dụng cơ chế của sự giãn nở của khí và áp suất ở nhiệt độ cao sinh ra khi động cơ đốt trong đốt cháy nhiên liệu, sẽ sinh ra lực tác động trực tiếp lên các thành phần khác của động cơ như: piston, cánh quạt, cánh tuabin, vòi phun,…giúp sản sinh ra công cơ học lớn để thiết bị, phương tiện, có thể hoạt động hay di chuyển trên quãng đường dài nhất

2.1.2 Lịch sử hình thành động cơ đốt trong

Sau khi bạn đã hiểu động cơ đốt trong là gì, bạn nên tìm hiểu một chút về lịch sử ra đời của loại động cơ mạnh mẽ này

Hình 2.2 Mô hình động cơ đốt trong đầu tiên Động cơ đốt trong được phát minh cách đây hơn 2 thế kỷ Cho đến nay, sau nhiều sự cải tiến, nâng cao thiết kế, tính năng bởi có áp dụng khoa học công nghệ hiện đại mới có những động cơ mạnh mẽ, có nhiều ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống như hiện nay

Bảng 2.1 Lịch sử hình thành của động cơ đốt trong

Năm 1860 Động cơ đốt trong chạy bằng khí gas lần đầu tiên được ra mắt, là sản phẩm nghiên cứu của kỹ sư tài giỏi người Bỉ

Tuy nhiên động cơ khi mới ra đời chỉ có 2 kỳ với công suất nhỏ chỉ 2HP, dùng nhiên liệu khí thiên nhiên

Năm 1872 Kỹ sư người Mỹ George Bailey

Brayton phát minh ra được động cơ động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu lỏng đầu tiên

Năm 1876 Thời điểm này đã có sự cải tiến, động cơ đốt trong hiện đại ( động cơ Otto) đầu tiên được tạo ra bởi nhà phát minh người Đức Nicolaus August Otto Động cơ đốt trong 4 kỳ lần này sử dụng nhiên liệu than và có nhiều cải tiến kỹ thuật so với phiên bản động cơ

Năm 1885 Động cơ đốt trong 4 kỳ lại có nhiều sự cải tiến, nâng cấp, đặc biệt là công suất đã được tăng lên 8HP, do kỹ sư người Đức Golip Đemlo cải tiến, sáng chế ra Động cơ này hoạt động tương đối mạnh mẽ, tốc độ quay có thể đạt tới

Năm 1897 Động cơ diezen 4 kỳ lần đầu tiên được nghiên cứu, sáng chế và ra mắt bởi một Kỹ sư người Đức tên Rudonpho Saclo Sredieng Diezen Động cơ có công suất 20HP, tốc độ vòng quay có thể đạt tới hàng nghìn vòng/ phút

2.1.3 Cấu tạo của động cơ đốt trong

Là bộ phận nằm trong trục khuỷu thanh truyền, đây cũng là bộ phận chính tạo nên không gian làm việc cho hệ thống xilanh trong động cơ

Nhiệm vụ chính của Piston là nhận công sinh ra từ nhiên liệu đốt cháy để truyền lực đến trục khuỷu sinh công ứng dụng

Khi nhận lực từ trục khuỷu, piston sẽ có các hoạt động như: nén, nạp, cháy và làm giãn nở khí thải

Còn được gọi là tay biên chi tiết

Bộ phận này luôn dùng chất liệu cao cấp, có thiết kế chắc chắn, độ bền cao, không han gỉ, bởi đây là bộ phận chính để truyền lực từ piston đến trục khuỷu

• Trục khuỷu Đây là bộ phận chính để kéo máy công tác tạo ra momen quay sau khi nhận lực truyền tới từ thanh truyền

Khi nhận lực từ bánh đà, nó sẽ truyền lực ngược lại cho Piston để thực hiện các hoạt động là hút, nén và xả khí

• Cơ cấu phân phối khí Đây là bộ phận có nhiệm vụ chính là đóng hệ thống cửa nạp - cửa thải để động cơ chủ động nạp khí và thải khí từ xi lanh

Bộ phận hoạt động là nhờ các cơ quan phân phối

Hình 2.6 Hệ thống phân phối khí trên động cơ đốt trong

Dầu bôi trơn được bôi đều trên các chi tiết động cơ để giảm tính ma sát, giúp động cơ hoạt động bình thường, ổn định, ít xảy ra cháy nổ và tăng tuổi thọ động cơ

Hình 2.7 Hệ thống bôi trơn

• Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí

Cấu tạo gồm: kim phun, các cơ cấu lọc, chế hòa khí, và các chi tiết khoác

Nhiệm vụ chính là hòa trộn không khí sạch với nhiên liệu để phun chúng vào bên trong buồng đốt cho mỗi chu kỳ động cơ khi bắt đầu

Hình 2.8 Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí

• Hệ thống làm mát Động cơ đốt trong hoạt động theo cơ chế chính là đốt nhiên liệu để sinh công năng, nê sẽ tỏa nhiệt lớn, cần bộ phận làm mát giúp ổn định nhiệt độ động cơ, tăng tuổi thọ và sự vận hành cho động cơ

Là hệ thống giúp khởi động để bắt đầu cho một phiên làm việc mới Cấu tạo bộ phận này sẽ gồm: hệ thống đánh lửa

Hình 2.10 Hệ thống khởi động

Hình 2.11 Cấu tạo tổng của động cơ đốt trong

2.1.4 Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong Động cơ đốt trong là loại động cơ có nguyên lý hoạt động chính là đốt cháy nguyên liệu đầu vào trong buồng đốt, sản sinh nhiệt lượng, áp suất lớn, từ đó có lực để đẩy pistons di chuyển tịnh tiến để tạo ra công năng, động năng để trục khuỷu, thanh truyền, và bánh răng nhân lực sẽ chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động quay

Hình 2.12 Nguyên lý hoạt động

Hiện nay đa số động cơ đốt trong dùng trong các loại phương tiện là loại động cơ 4 kì, với 4 chu kỳ làm việc theo chu kì tuần hoàn 4 bước là: Kì nạp, kì nén, kì nổ (cháy giãn nở và sinh công) và xả

Mỗi một chu kì làm việc sẽ được bắt đầu tính khi nhiên liệu được nạp vào buồng đốt, sau đó được đốt cháy để sản sinh áp suất cao để truyền động năng cho động cơ, sau đó xả khí thải ra ngoài để bắt đầu 1 chu kỳ làm việc mới

2.1.5 Phân loại động cơ đốt trong

+ Phân loại theo loại nhiên liệu sử dụng, thì động cơ đốt trong được chia thành 8 loại:

● Động cơ đốt trong dùng xăng

● Động cơ đốt trong dùng dầu diesel

● Động cơ đốt trong dùng than

● Động cơ đốt trong dùng khí hidro

● Động cơ đốt dùng nhiên liệu tổng hợp

● Động cơ sử dụng khí hóa lỏng (LPG)

● Động cơ sử dụng cồn (metanol, etanal)

+ Phân loại theo chu kỳ làm việc :

Động cơ đốt trong 1NZ-FE

Động cơ 1NZ-FE được lắp trên xe Toyota Vios Xe Toyota Vios là loại xe du lịch 5 chỗ ngồi với ba loại Vios Limo, Vios 1.5E (sử dụng hộp số thường C50) và Vios 1.5G (sử dụng hộp số tự động U340E) Khả năng giảm xóc, chống rung tốt, hệ thống điều khiển phanh điện tử ABS, hệ thống lái trợ lực điện tạo cảm giác thoải mái và êm dịu cho mọi hành khách trong xe trên mọi nẻo đường

Hình 2.13 Động cơ 1NZ-FE trên xe TOYOTA VIOS

2.2.1 Đặc điểm kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ 1NZ-FE

2.2.1.1 Cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền-piston

Trục khuỷu của động cơ 1NZ-FE được chế tạo gồm một khối liền, vật liệu chế tạo bằng thép cacbon, các bề mặt gia công đạt độ bóng cao, có 5 cổ trục và 4 cổ biên, má có dạng hình ôvan

Tiết diện thanh truyền của động cơ 1NZ-FE có dạng chữ I Đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng và được lắp tự do với chốt piston Đầu to thanh truyền được cắt thành hai nửa phần trên nối liền với thân phần dưới là nắp đầu to thanh truyền và lắp với nhau bằng bulông thanh truyền, mặt phẳng lắp ghép vuông góc với đường tâm trục thân thanh truyền

2.2.1.2 Cơ cấu phân phối khí

Thông thường thời điểm phối khí được cố định nhưng ở động cơ 1NZ-FE sử dụng hệ thống thay đổi thời điểm phối khí thông minh (VVT-i), hệ thống này sử dụng áp suất dầu thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí Điều này làm tăng công suất động cơ, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và làm giảm khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường

Hệ thống làm mát được thiết kế để giữ các chi tiết trong động cơ ở nhiệt độ ổn định, thích hợp mọi điều kiện làm việc của động cơ Động cơ 1NZ-FE có hệ thống làm mát bằng nước kiểu kín, tuần hoàn theo áp suất cưỡng bức trong đó bơm nước tạo áp lực đẩy nước lưu thông vòng quanh động cơ

▶Hệ thống đánh lửa Động cơ 1NZ-FE trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện tử

Hệ thống đánh lửa trực tiếp không sử dụng bộ chia điện giúp cho thời điểm đánh lửa được chính xác, giảm sự sụt thế điện áp và có độ tin cậy cao Ở mỗi xylanh được trang bị một bôbin đơn Khi ngắt dòng điện sơ cấp chạy qua bên sơ cấp của cuộn dây đánh lửa sẽ tạo ra điện áp cao ở bên thứ cấp

Hệ thống khởi động sử dụng trên động cơ là hệ thống khởi động điện được điều khiển bằng ECU Ngay khi công tắc điện xoay sang vị trí Start, chức năng điều khiển máy khởi động sẽ điều khiển mô tơ khởi động mà không cần giữ tay ở vị trí Start Khi ECU nhận được tín hiệu khởi động từ chìa khoá điện…

Nguyên lý hoạt động của động cơ 1NZ-FE

Chu kỳ làm việc của động cơ đốt trong hiện nay thường hoạt động với nguyên lý chu kỳ tuần hoàn với 4 bước làm việc là: Nạp, nén, nổ và xả

Quá trình nạp và xả là quá trình dùng để thêm khí mới, còn quá trình nén và nổ sẽ sẽ sinh ra công bằng cách đốt cháy khí và nhiên liệu Động cơ đốt trong hoạt động bằng nguyên lý đốt cháy hỗn hợp không khí, nhiên liệu trong xilanh để sinh ra nhiệt, khi xi lanh đã đến nhiệt độ cao nhất định sẽ cho khí đốt giãn nở từ đó tạo ra áp suất tác động lên phần piston, hỗ trợ lực đẩy piston di chuyển.

Ưu – nhược điểm của động cơ 1NZ-FE

• Ưu điểm Động cơ 1NZ-FE là động cơ xăng không chì thế hệ Z có 4 xylanh thẳng hàng, dung tích xylanh 1.5 l, trục cam kép DOHC 16 xupáp dẫn động bằng xích, hệ thống van nạp thông minh VVT-i, hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS được sử dụng trong động cơ này để đạt được hiệu suất cao, êm, tiết kiệm nhiên liệu và thải sạch hơn

Trong số những thiếu sót đối với đất nước chúng ta, chúng ta có thể yên tâm gọi thực tế là việc sửa chữa 1NZ-FE được thực hiện ở mức độ lớn hơn bằng cách thay thế toàn bộ bộ phận hoặc cụm lắp ráp Một động cơ đã hết tài nguyên không thể sửa chữa để nó lặp lại thành tích đi được 300-400 nghìn km

Ngoài ra, trên thực tế, các tài xế đã có những phàn nàn như vậy:

+ Một ống nạp bằng nhựa khiến việc kết nối HBO trở nên nguy hiểm;

+ Xăng kém chất lượng nhanh chóng vô hiệu hóa hệ thống VVT-i, sau đó là sửa chữa tốn kém;

+ Sau một trăm nghìn km đầu tiên, động cơ trở nên ồn ào, đôi khi van bị gõ

Không có vấn đề gì không thể khắc phục được với thiết bị và trong trường hợp xấu nhất, bạn có thể mang động cơ hợp đồng 1NZ-FE từ Nhật Bản.

Bảo dưỡng và sửa chữa

2.5.1 Những chú ý khi thực hiện công việc bảo dưỡng, sửa chữa

1 Cần tìm hiểu kỹ công việc đang làm và tiến hành từng công việc một cách chính xác Thảo luận với chuyên gia nếu như không hiểu một vấn đề nào đó

2 Trước khi tiến hành công việc phải phủ sườn, phủ ghế, phủ sàn để không làm bẩn và xước xe của khách

3 Kéo phanh tay khi tiến hành công việc Hoặc dùng tấn chặn bánh xe, đặt trước hay sau của bánh trước hoặc bánh sau

4 Khi tiến hành đóng mở cửa cần chú ý đến sự va đập vào các vật xung quanh

5 Sử dụng các dụng cụ chuyên dùng cho công việc cụ thế để tăng tính an toàn cũng như là năng suất làm việc

6 Có nhiều loại dầu, mỡ bôi trơn được sử dụng trong bảo dưỡng, sửa chữa Tuỳ theo vị trí chúng được sử dụng Dầu lái, dầu phanh, dầu hộp số …

7 Sau khi tháo dây ắcquy phải đặt lại giờ đồng hồ, nội dung ban đầu của bộ nhớ

Quy trình bảo dưỡng, sửa chữa ở các trạm bảo dưỡng của các hãng xe, garage sửa chữa có thể khác nhau Phụ thuộc vào trình độ quản lý và cách phân chia công việc của các cấp bảo dưỡng, sửa chữa

1 Kiểm tra nước làm mát

3 Kiểm tra các đai dẫn động

4 Kiểm tra áp suất khí nén

1 Kiểm tra chất lượng dầu:

3 Kiểm tra các đường ống két làm mát dầu

Phương pháp tháo/lắp động cơ 1NZ-FE

2 THÁO CẢM BIẾN TIẾNG GÕ

3 THÁO CỤM CÔNG TẮC ÁP SUẤT DẦU ĐỘNG CƠ

4 THÁO CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT

7 THÁO NẮP LỖ ĐỔ DẦU

8 THÁO VÒNG ĐỆM NẮP LỖ ĐỔ DẦU

9 THÁO CẢM BIẾN VỊ TRÍ TRỤC KHUỶU

10 THÁO CỤM VAN THÔNG HƠI

11 THÁO NẮP ĐẬY NẮP QUY LÁT

12 THÁO GIOĂNG NẮP ĐẬY NẮP QUY LÁT

13 THÁO CỤM VAN ĐIỀU KHIỂN DẦU PHỐI KHÍ TRỤC CAM

14 THÁO ỐNG DẪN HƯỚNG QUE THĂM DẦU

16 THÁO GIẢM CHẤN TRỤC KHUỶU

17 THÁO GIÁ BẮT CHÂN MÁY NẰM NGANG

20 THÁO PHỚT CỦA BƠM DẦU

21 THÁO BỘ CĂNG XÍCH SỐ 1

22 THÁO RAY TRƯỢT CỦA BỘ CĂNG XÍCH

23 THÁO BỘ GIẢM RUNG XÍCH SỐ 1

25 THÁO ỐNG PHÂN PHỐI NHIÊN LIỆU

26 THÁO BẠC CÁCH CỦA ỐNG PHÂN PHỐI SỐ 1

27 THÁO CAO SU GIẢM CHẤN VÒI PHUN

29 THÁO CẢM BIẾN VỊ TRÍ TRỤC CAM

31 THÁO ĐĨA XÍCH PHỐI KHÍ TRỤC CAM

33 THÁO CỤM BÁNH RĂNG PHỐI KHÍ TRỤC CAM

35 THÁO GIOĂNG NẮP QUY LÁT

37 THÁO CÚT NỐI CỦA LỌC DẦU

38 THÁO PHỚT DẦU PHÍA SAU ĐỘNG CƠ

5 LẮP CÚT NỐI CỦA LỌC DẦU

7 LẮP GIOĂNG NẮP QUY LÁT

9 LẮP PHỚT DẦU PHÍA SAU ĐỘNG CƠ

10 LẮP CỤM BÁNH RĂNG PHỐI KHÍ TRỤC CAM

12 LẮP ĐĨA XÍCH PHỐI KHÍ TRỤC CAM

14 LẮP CẢM BIẾN VỊ TRÍ TRỤC CAM

16 LẮP RAY TRƯỢT CỦA BỘ CĂNG XÍCH

17 LẮP BỘ CĂNG XÍCH SỐ 1

18 LẮP PHỚT CỦA BƠM DẦU

21 LẮP GIÁ BẮT CHÂN MÁY NẰM NGANG

22 LẮP GIẢM CHẤN TRỤC KHUỶU

24 KIỂM TRA KHE HỞ XUPÁP

25 ĐIỀU CHỈNH KHE HỞ XUPÁP

26 LẮP CỤM VAN ĐIỀU KHIỂN DẦU PHỐI KHÍ TRỤC CAM

27 LẮP CỤM VÒI PHUN NHIÊN LIỆU

28 LẮP CAO SU GIẢM RUNG VÒI PHUN

29 LẮP BẠC CÁCH ỐNG PHÂN PHỐI SỐ 1

30 LẮP CỤM ỐNG PHÂN PHỐI

31 LẮP NẮP ĐẬY NẮP QUY LÁT

32 LẮP CỤM VAN THÔNG HƠI

33 LẮP ỐNG DẪN HƯỚNG QUE THĂM DẦU

34 LẮP CẢM BIẾN VỊ TRÍ TRỤC KHUỶU

35 LẮP ĐỆM CỦA NẮP LỖ ĐỔ DẦU

39 LẮP CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT

40 LẮP CỤM CÔNG TẮC ÁP SUẤT DẦU ĐỘNG CƠ

41 LẮP CẢM BIẾN TIẾNG GÕ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, XÂY DỰNG BẢN VẼ

Lí thuyết của việc tính toán thiết kế

3.1.1 Mục đích của việc 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 động 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, động cơ được cải tiến hoặc thiết kế mới

Chế độ làm việc của động cơ được đặc trưng bằng các thông số cơ bản như công suất có ích, mô men xoắn có ích, tốc độ quay và nhiều thông khác Các thông số ấy có thể ổn định hoặc thay đổi trong một phạm vi rộng tùy theo công dụng của động cơ

Mỗi chế độ làm việc của động cơ có ảnh hưởng nhất định đến tính kinh tế, hiệu quả, tuổi thọ, sức bền của các chi tiết và các chỉ tiêu khác

Chế độ được chọn để tính toán gọi là chế độ tính toán Chế độ tính toán phải là những chế độ có ảnh hưởng nhiều đến sức bền và tuổi thọ của các chi tiết đối với từng loại động cơ cụ thế và chế độ phụ tải Do đó việc chọn chế độ tính toán phải được cân nhắc kỹ

3.1.3 Các dự kiến ban đầu

Các dự kiẽn ban đầu đối với động cơ được dùng làm cơ sở để chọn các số liệu ban đầu đối với động cơ được cải tiến hoặc thiết kế mới Đối với động cơ kiểm nghiệm thì những dự kiến ấy đã được biết trước

• Các dự kiến ban đầu quan trọng nhất đối với động cơ như sau:

- Kiểu, công dụng, số kỳ và cách bố trí các xilanh

- Kiểu làm mát, hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí

- Kiểu buồng cháy và phương pháp tạo hỗn hợp

- Cấu tạo và cách bố trí các đường ống nạp và thải

- Sơ đồ tăng áp (đối với động cơ tăng áp), sơ đồ quét khí (đối với động cơ hai kỳ)

- Loại nhiên liệu sử dụng.

Các thông số cho việc tính toán

3.2.1 Các thông số ban đầu

Bảng 3.1 Các thông số cho trước

Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

Công suất có ích Ne 80 kW

Số vòng quay n 4200 Vòng/ phút Đường kính xilanh D 75 mm

3.2.2 Các thông số cần chọn:

- Áp suất môi trường p0: pk = p0 = 0,103(MPa)

- Nhiệt độ môi trường T0: Nhiệt độ của môi trường cũng có ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình trao đổi khí: T0= 24 0 C= 297 0 K

- Áp suất cuối quá trình nạp pa:là tỷ số giữa lượng khí thực tế được nạp vào xilanh động cơ và lượng khí có thể nạp vào xilanh trong 1 hành trình của piston pa= 0,9p0= 0,9 0,1= 0,0927 (MPa)

- Áp suất khí thải pr: pr = 0.11(Mpa)

- Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr: Tr = 1000 0 K

- Độ sấy nòng khí nạp T: Trên đường vào xilanh động cơ, khí nạp tiếp xúc với các chi tiết có nhiệt độ cao của động cơ nên nhiệt độ của nó tăng Độ tăng nhiệt độ đó được gọi là độ sấy nòng khí nạp: T = 20 0 K

- Hệ số sử dụng nhiệt z: Hệ số sử dụng nhiệt là tỷ số giữa lượng nhiệt biến thành công chỉ thị và tổng lượng nhiệt cung cấp từ đầu quá trình cháy do đốt cháy nhiên liệu: z = 0.85

- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QT: Nhiệt trị thấp của nhiên liệu là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 đơn vị khối lượng hoặc thể tích nhiên liệu không kể đến nhiệt ẩm hóa hơi của nước chứa trong sản vật cháy: QT = 44.10 3 (KJ/kgnl)

3.2.3 Các thông số cần tính toán :

- Tốc độ trung bình của piston:

CTB = Trong đó: S (m): Hành trình di chuyển của piston trong lòng xilanh n (vòng/ phút): Số vòng quay của động cơ

- Tỷ số giữa hành trình piston và đường kính xilanh: a Trong đó: S (m): Hành trình di chuyển của piston trong lòng xilanh

Tính toán các thông số

3.3.1 Tính toán quá trình trao đổi khí:

- Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:

- Áp suất cuối khì nạp Pa: pa = 3.3.2 Tính toán quá trình nén:

3.3.2.1 Mục đích của việc tính toán:

- Xác định các thông số như áp suất pc và nhiệt độ Tc ở cuối quá trình nén

- Áp suất cuối quá trình nén: pc = pa = 0,0927.9 1,34 = 1,624 Mpa

- Nhiệt độ cuối quá trình nén: Tc= Ta = 351,29.9 1,34-1 = 741 0 K

3.3.3 Tính toán quá trình cháy:

3.3.3.1 Mục đích của việc tính toán quá trình cháy :

- Mục đích của việc tính toán quá trình cháy là xác định các thông số cuối quá trình cháy

- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu thể lỏng :

Trong đó: gC, gH và gO là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng cacbon, hydro và oxy tương ứng chứa trong 1kg nhiên liệu Trị số các thành phần ấy đối với xăng có thể lấy gần đúng theo các giá trị sau : gC = 0,855; gH= 0,145; gO= 0,01

- Lượng không khí thực tế nạp vào lòng xilanh động cơ ứng với 1kg nhiên liệu Mt:

- Lượng hỗn hợp cháy Ml tương ứng với lượng không khí thực tế Mt đối với động cơ xăng: Ml = M0 + = + (Kmol/kgnl)

Trong đó: nl là trọng lượng phân tử của nhiên liệu

- Số mol của sản vật cháy M2:

- Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết 0: 0 = = 1,08

- Hệ số thay đổi phân tử thực tế: = = 1,07

- Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác cuối quá trình nén

cvc : cvc = 20,223 + 1,742.10 -3 Tz (KJ/Kmol.độ)

- Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại thời điểm z:

cvz = 20,098 + + (1,55+ ) 10 -3 Tz (KJ/Kmol.độ)

- Nhiệt dung mol đẳng áp trung bình tại thời điểm z:

Khi 0.7    1 thì giá trị của cvz được xác định theo công thức gần đúng sau:

cvz = 18,423 + 2,596 + (1,55+1,38)10 -3 Tz (KJ/Kmol.độ) Ở trường hợp này ta cần tính tổn thất nhiệt do cháy nhiên liệu không hoàn toàn theo biểu thức: QT = 120.10 3 (1-)M0 (KJ/kgnl)

- Nhiệt độ cuối quá trình cháy được xác định theo phương trình nhiệt độ sau:

cvcTc=cvzTz (1) Trong đó: QT = 44.10 3 (KJ/kgnl); QT = 120.10 3 (1-)M0 (KJ/kgnl);

cvc = 20,098 + + (1,55+ ) 10 -3 Tz (KJ/Kmol.độ)

Thay vào biểu thức (1) giải phương trình ta có:

Tz = 2601,625 0 K thỏa điều kiện của động cơ xăng

- Tỷ số tăng áp suất: p =  = 1,07 = 4,1

- Áp suất cuối quá trình cháy: Pz = p pc = 4,1.1,624 = 6,67 MPa

3.3.4 Tính toán quá trình giãn nở:

3.3.4.1 Mục đích của việc tính toán:

Mục đích của việc tính toán quá trình giãn nở là xác định các giá trị áp suất pb và nhiệt độ Tb ở cuối quá trình giãn nở

- Áp suất cuối quá trình giãn nở: pb = = = 0,41 MPa

- Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở:Tb = = 1437,47 0 K

3.3.5 Kiểm tra quá trình tính toán:

- Sau khi kết thúc việc tính toán các quá trình của chu trình công tác, ta có thể dùng công thức kinh nghiệm sau đây để kiểm tra kết quả việc chọn và tính các thông số

3.4 Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ

3.4.1 Các thông số chỉ thị

- Đó là những thông số đặc trưng cho chu trình công tác của động cơ Khi xác định các thông số chỉ thị, ta chưa kể đến các dạng tổn thất về công mà chỉ xét các tổn thất về nhiệt

3.4.1.1 Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết ký hiệu là p ’ i:

- Đối với động cơ xăng: p ’ i p ’ i = MPa

3.4.1.2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế

- Đối với động cơ 4 kỳ: pi = p ’ iđ = 1,06.0,9 = 0,96 MPa

Trong đó: đ 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 đ 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 của xupap xả v.v… Giá trị của đ đối với động cơ xăng bốn kỳ: đ = 0,900,96

3.4.1.3 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

Suất tiêu hao nhiên chỉ thị ký hiệu là gi

- Đối với động cơ bốn kỳ: gi = = (g/KWh)

Hiệu suất chỉ thị được ký hiệu là i: i 3.4.2 Các thông số có ích

Các thông số có ích là những thông số đặc trưng cho sự làm việc của động cơ Để xác định các thông số đó, ta sử dụng kết quả tính toán các thông số chỉ thị ở mục trên và xác định giá trị của áp suất tổn hao cơ khí trung bình pck Áp suất tổn hao cơ khí trung bình là áp suất giả định, không đổi, tác động lên piston trong 1 hành trình và gây ra công tổn hao bằng công tổn hao của trao đổi khí, dẫn động các cơ cấu phụ, tổn hao do ma sát ở các bề mặt công tác

3.4.2.1 Thứ tự tính toán các thông số có ích như sau: Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ được xác định bằng công thức kinh nghiệm theo vận tốc trung bình của piston CTB và các thông số khác của động cơ pcơ = 0,05+0,0155CTB = 0,05+0,0155.11,86 = 0,23

- Áp suất có ích trung bình: pe = pi - pcơ = 0,96 - 0,23 = 0,73 MPa

- Hiệu suất cơ khí: cơ = pe / pi = 0,73/0,96 = 0,75

Thỏa điều kiện với cơ đối với động cơ bốn kỳ nằm trong khoảng 0,700,82

- Áp suất có ích trung bình pe còn được xác định theo biểu thức:

- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích: Ge = (g/KWh)

- Hiệu suất có ích: e = I cơ = 0,33.0,75 = 0,25

- Công suất có ích của động cơ ở số vòng tính toán:

- Mô men xoắn có ích của động cơ ở số vòng tính toán:

Trong đó: Ne (KW); n (v/ph)

3.4.3 Xác định các kích thước cơ bản của động cơ

Khi thiết kế động cơ mới, ta có thể dựa vào kết quả tính toán chu trình công tác để xác định kích thước cơ bản của động cơ như đường kính xilanh D và hành trình của piston S

- Thể tích công tác của xilanh: Vh = = 0,374 (dm 3 )

Trong đó thứ nguyên của pe: (MN/m 2 ); Ne (KW); n(v/ph)

Nếu đã chọn trước tốc độ trung bình của piston CTB (m/s) thì D và S được xác định theo biểu thức: D = (mm)

3.4.4 Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác

3.4.4.1 Khái quát: Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn các quá trình của chu trình công tác xảy ra trong xilanh động cơ trên hệ tọa độ p-V Việc dựng đồ thị được chia làm 2 bước: dựng đồ thị công chỉ 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 Đồ thị công chỉ thị thực tế là đồ thị đã kể đến các yếu tố ảnh hưởng khác như góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm nhiên liệu, góc mở sớm và đóng muộn các xupap cũng như sự thay đổi thể tích khi cháy

3.5 Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

3.5.1 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 G và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge vào số vòng quay của trục khuỷu n (v/ph) khi thanh răng bơm cao áp chạm vào vít hạn chế (đối với động cơ diesel) hoặc bướm ga mở hoàn toàn (đối với động cơ xăng) 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-stop Laaydec-man Dạng đường đặc tính phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như kiểu động cơ, phương pháp tạo hỗn hợp, v.v…nên ta xét riêng đối với từng trường hợp cụ thể

3.5.2 Thứ tự dựng các đường đặc tính

3.5.2.1 Đối với động cơ xăng Để dựng đường đặc tính, ta chọn trước một số giá trị trung gian của số vòng quay n trong giới hạn giữa nmin và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của Ne,

Me, Gnl, ge theo các biểu thức sau:

Ge = (g/KWh) | Gnl = ge Ne (kg/h)

Bảng 3.2 Các thông số tính toán khi xây dựng đường đặc tính ngoài

3.6 Tính toán động học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

3.6.1 Phân tích động học của cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền

Trong động cơ kiểu piston cụm chi tiết Piston- trục khuỷu- thanh truyền làm việc trên nguyên tắc sau đây:

N (v/ph) Ne (kW) Me (Nm) Ge (g/KWh) Gnl (Kg/h)

- Nhóm Piston chuyển động tịnh tiến qua lại truyền lực khí thể cho thanh truyền;

- Nhóm thanh truyền chuyển động trung gian, có chuyển động phức tạp để biến chuyển động tịnh tiến của nhóm Piston thành chuyển động quay của trục khuỷu

- Trục khuỷu là chi tiết máy quan trọng có chuyển động quay và truyền công suất của động cơ ra ngoài để dẫn động các máy công tác khác

Kết cấu trục khuỷu thanh truyền có 3 loại: a Trục khuỷu thanh truyền giao tâm; b Trục khuỷu thanh truyền lệch tâm; c Trục khuỷu thanh truyền của động cơ chữ V: gồm hệ thống trục khuỷu thanh truyền song song (hay còn gọi là thanh truyền kép) và hệ thống thanh truyền chính và thanh truyền phụ

3.6.2 Động học của piston (phân tích theo phương pháp giải tích)

Với giả thiết trục khuỷu quay đều với vận tốc không đổi = const, thì góc quay của trục khuỷu  tỷ lệ với thời gian, còn tất cả các đại lượng còn lại là hàm phụ thuộc vào biến 

Tuy nhiên, giả thiết này đối với động cơ cao tốc hiện đại cho sai số không đáng kể vì trj số dao động của vận tốc  do dộ không đều của mô men động cơ gây ra khi động cơ làm việc ở chế độ ổn định là rất nhỏ

Khi trục khuỷu quay một góc  thì piston dịch chuyển được một khoảng Sp so với vị trí ban đầu (ĐCT), chuyển vị của piston có thể tích bằng công thức:

S(p) = AB’ = l + R – (Rcos+ lcos ) Với: sin = sin thay vào công thức trên và qua quá trình biến đổi ta có công thức:

Với  - Góc quay trục khuỷu; R - Bán kính trục khuỷu,

 = R/l - thông số kết cấu; l - chiều dài thanh truyền

Hình 3.2 Đồ thị đường đặc tính ngoài

Đồ thị

Hình 3.2 Đồ thị đường đặc tính ngoài

THI CÔNG MÔ HÌNH-BẢN VẼ

Đo kiểm chi tiết

Trục khuỷu 464 x 102 x 142 mm Đường kính Piston 75mm

Hình 4.4 Độ dài từ 2 tâm của thanh truyền

Hình 4.5 Chiều rộng nắp thanh truyền

Hình 4.6 Đường kính chốt piston Độ dài từ 2 tâm thanh truyền 140mm

Chiều rộng nắp thanh truyền 76mm Đường kính chốt Piston 18mm

Hình 4.7 Đường kính ổ trục khuỷu

Hình 4.8 Đường kính lỗ to thanh truyền

Hình 4.9 Độ dày bánh răng to trục khuỷu Đường kính ổ trục khuỷu 40mm Đường kính lỗ to thanh truyền 50mm Độ dày bánh răng to trục khuỷu 2mm

Hình 4.10 Đường kính bánh răng nhỏ trục khuỷu

Hình 4.11 Đường kính bánh răng to trục khuỷu

Hình 4.12 Độ dày thanh truyền Đường kính bánh răng nhỏ trục khuỷu 46mm Đường kính bánh răng to trục khuỷu 83mm Độ dày thanh truyền 20mm

Thiết kế bằng phần mềm Solidworks

Hình 4.13 Solidwors Nắp thanh truyền

- Thuyết minh cách vẽ : Tạo Sketch → Line → Circle → Extruded Boss →

Extruded Cut để đục lỗ

- Thuyết minh cách vẽ : Tạo Sketch → Lệnh Line → Circle → Extruced Boss để tạo khối → Extruced Cut để đục lỗ

- Thuyết minh cách vẽ : Tạo Sketch → Chọn Circle → Tạo khối bằng lệnh Extruced Boss → Extruced Cut để đục lỗ → Fillet để bo cạnh

Hình 4.16 Solidworks Thanh truyền -Thuyết minh cách vẽ : Tạo Sketch → Lệnh Line → Circle → Extruced Boss để tạo khối → Extruced Cut để đục lỗ → Dùng lệnh Thread để tạo lỗ ren

- Thuyết minh cách vẽ : Tạo Sktech → Line → Revolved Boss → Extrucded Cut để đục lỗ → Revolved Cut → Circula Sktech Pattern để tạo răng

- Thuyết minh cách vẽ : Tạo Sktech → Line → Revolved Boss để tạo khối →

Extrucded Cut để đục lỗ → Revolved Cut

Hình 4.19 Solidworks Bulong Thanh truyền

- Thuyết minh cách vẽ : Tạo Sketch → Chọn Circle → Tạo khối bằng lệnh Extruced Boss → Chọn lệnh Thread để tạo răng

Hình 4.20 Solidworks Bulong Bánh đà

- Thuyết minh cách vẽ : Tạo Sketch → Chọn Circle → Tạo khối bằng lệnh Extruced Boss → Chọn lệnh Thread để tạo răng

- Thuyết minh cách vẽ : Tạo Sketch → Line → Revolved Boss để tạo khối →

Extrucded Cut để đục lỗ

Hình 4.22 Solidworks Xéc măng khí

- Thuyết minh cách vẽ : Tạo Sktech → Line → Revolved Boss để tạo khối →

Extrucded Cut để đục lỗ

Hình 4.23 Solidworks Xéc măng dầu

- Thuyết minh cách vẽ : Tạo Sketch → Line → Revolved Boss để tạo khối →

Extrucded Cut để đục lỗ

Hình 4.24 Solidworks Bản vẽ lắp