Đang tải... (xem toàn văn)
Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp, em cũng không tránh khỏi những lúc khó khăn khi viết nội dung cũng như tìm hiểu về quy trình sửa chữa thân vỏ, quy tình sơn và quy trình bảo dưỡng bề mặt sơn. Với sự góp sức lớn của các anh kỹ thuật viên tại xưởng đồng sơn, đã cặn kẽ hướng dẫn cho em hiểu hơn về những quy trình này và đã cho phép em được chụp lại những bức ảnh quý giá về các quy trình tại xưởng đồng sơn để bài luận văn tốt nghiệp của em được rành mạch và sinh động hơn. Luận Văn Tốt Nghiệp. Cuối cùng em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến bản lãnh đạo của nhà trường và các Khoa Phòng ban chức năng đã tạo điều kiện cho em được học tập và trải nghiệm những điều tốt đẹp trong suốt 4 năm đại học. Dù đã hoàn thành bài luận văn tốt nghiệp nhưng bản thân em còn hạn chế một số về mặt kiến thức nên bài luận văn tốt nghiệp này em khó có thể tránh những sai sót không mong muốn. Kính mong nhận được sự ưu ái và ý kiến đóng góp từ các thầy và từ đó em đút kết được những kinh nghiệm sâu sắc cho quá trình đi làm sau này.
Trang 1VIỆN CƠ KHÍ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
TÍNH TOÁN CƠ CẤU PISTON - TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN CỦA ĐỘNG CƠ B6 TRÊN XE MAZDA 323 PHÂN TÍCH MÔ PHỎNG ĐỘ BIẾN DẠNG CỦA CHI TIẾT BẰNG PHẦN MỀM CATIA
Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Chuyên ngành: CƠ KHÍ Ô TÔ
Giảng viên hướng dẫn: ThS CAO ĐÀO NAM Sinh viên thực hiện : TẠ PHAN CẢNH TIÊN MSSV: 1951080350 Lớp: CO19D
Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2023
Trang 5Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến ban giám hiệu, phòng đào tạo, ban lãnh đạo viện cơ khí và bộ môn cơ khí ô tô Trường đại học giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho em được tham gia làm luận văn tốt nghiệp Luận văn tốt nghiệp được xem là một quá trình nghiên cứu về những đề tài mang tính cấp thiết và không trùng lặp Giúp chúng ta có cái nhìn tổng quan hơn trong quá trình học hỏi và tiếp thu thêm kiến thức
Trong hành trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn “Tính toán cơ cấu piston -
trục khuỷu - thanh truyền của động cơ B6 trên xe Mazda 323 Phân tích mô phỏng độ biến dạng của chi tiết bằng phần mềm CATIA” này là thành quả của quá trình
nghiên cứu, nỗ lực không ngừng của em trong suốt thời gian qua bên cạnh đó là sự giúp đỡ tận tình của quý thầy Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh, các bạn bè và đồng nghiệp trong ngành kỹ thuật cơ khí
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS Cao Đào Nam đã đồng hành, hỗ trợ và góp phần quan trọng vào sự thành công của luận văn tốt nghiệp này
Sau cùng, em xin cảm ơn gia đình đã luôn bên cạnh, động viên và giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện luận văn
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Tạ Phan Cảnh Tiên
Trang 6đại ngày nay đã kéo theo sự phát triển của các ngành nghề khác có liên quan Sự tiến bộ trong lĩnh vực công nghệ thông tin đã mang lại nhiều lợi ích cho quá trình tự động hóa sản xuất của con người giúp nó ngày càng hoàn thiện và hiệu quả hơn
Áp dụng công nghệ thông tin trong ngành cơ khí đã hỗ trợ rất nhiều trong quá trình sản xuất để nhằm rút ngắn thời gian và nâng cao chất lượng sản phẩm Hiện nay, việc tạo các bản vẽ thiết kế không còn tốn nhiều thời gian của người thiết kế như trước, nhờ vào sự hỗ trợ mạnh mẽ từ các công cụ công nghệ thông tin Trong đó các phầm
mềm hỗ trợ thiết kế đã luôn được dùng để tiến hành thiết kế chi tiết máy
Nhận thấy được tầm quan trọng đó em đã được thầy giao đề tài Tính toán tối ưu
cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền của động cơ B6 trên xe Mazda 323 bằng phần mềm CATIA Đây là một đề tài mới đối với sinh viên ngành động lực, việc này không chỉ
giúp em cập nhật và củng cố kiến thức đã học ở trường mà còn cho phép em hiểu sâu
hơn về kiến thức thông qua việc thực tế trong thiết kế Đề tài “Tính toán cơ cấu piston
- trục khuỷu - thanh truyền của động cơ B6 trên xe Mazda 323 Phân tích mô phỏng độ biến dạng của chi tiết bằng phần mềm CATIA” là kết quả đúc kết, học tập trong
suốt quá trình làm luận văn và sẽ được trình bày với các nội dung như sau:
➢ Chương 1: Tổng quan về cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền của động cơ ➢ Chương 2: Khảo sát cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền động cơ B6 ➢ Chương 3: Tính toán cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền động cơ B6 ➢ Chương 4: Thiết kế mô hình 3D cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền
➢ Chương 5: Phân tích mô phỏng độ biến dạng của chi tiết bằng phần mềm CATIA ➢ Kết luận
Bởi vì kiến thức của em còn hạn chế và đề tài mới, phần mềm mới chưa phổ biến ở Việt Nam, việc tìm kiếm tài liệu gặp nhiều khó khăn Do đó, em hiểu rằng đồ án của em có thể chưa hoàn hảo và có thể có những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý và hướng dẫn từ các thầy cô để kiến thức của em được phát triển và hoàn thiện hơn
Trang 71.1.2 Điều kiện làm việc 1
1.2 Đặc điểm kết cấu của cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền 2
1.2.1 Kết cấu nhóm piston 2
1.2.2 Kết cấu nhóm thanh truyền 4
1.2.3 Kết cấu nhóm trục khuỷu nguyên 11
1.4 Cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền động cơ xilanh bố trí chữ V 16
1.5 Cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền động cơ xilanh bố trí hình sao 16CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN – PISTON CỦA ĐỘNG CƠ B6 18
2.1 Giới thiệu động cơ B6 18
2.1.1 Cơ cấu phân phối khí 20
2.1.2 Hệ thống làm mát 22
2.1.3 Hệ thống bôi trơn 23
Trang 83.2.1 Các giá trị lực của trường hợp chịu lực pháp tuyến lớn nhất Zmax 60
3.2.2 Các giá trị của trường hợp lực tiếp tuyến lớn nhất Tmax 61
3.2.3 Các giá trị của trường hợp lực ∑Tmax 62
3.2.4 Các giá trị của trường hợp lực của trường hợp Pttmax 63
3.3 Tính toán kiểm nghiệm cơ cấu trục khuỷu 63
3.3.1 Điều kiện làm việc 63
3.3.2 Thu nhập thông số đầu vào 64
3.3.3 Trường hợp chịu lực Ptt max khi làm việc 66
Trang 93.3.5 Trường hợp chịu lực Tmax khi làm việc 72
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG MÔ HÌNH 3D CHO CƠ CẤU PISTON - TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN CỦA ĐỘNG CƠ B6 79
4.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế 3D CATIA V5R21 79
4.1.1 Một số chức năng trong phần mềm CATIA V5R21 79
4.1.2 Mô phỏng vật thể 3D trong môi trường thiết kế (Modul Part Design) 86
4.1.3 Trình bày ứng dụng của môi trường lắp ráp (Assembly Design) 88
4.2 Quy trình mô phỏng mô hình 3D cho cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền của động cơ B6 91
4.2.1 Mô phỏng 3D của chi tiết piston 91
4.2.2 Mô phỏng 3D của chi tiết trục khuỷu 95
4.2.3 Thiết kế 3D nhóm thanh truyền động cơ B6 100
4.2.4 Lắp ráp 3D cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - piston động cơ B6 104
CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH MÔ PHỎNG ĐỘ BIẾN DẠNG CỦA CHI TIẾT BẰNG PHẦN MỀM CATIA 112
5.1 Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn 112
5.1.1 Giới thiệu chung 112
5.1.2 Xấp xỉ bằng phương pháp phần tử hữu hạn 112
5.1.3 Định nghĩa các phần tử hữu hạn 112
5.1.4 Các phần tử hữu hạn 113
5.1.5 Lực, chuyển vị, biến dạng và ứng suất 114
5.1.6 Nguyên lý cực tiểu hóa thế năng toàn phần 115
5.1.7 Sơ đồ tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn 116
5.2 Xây dựng lưới phần tử 118
Trang 105.2.3 Ràng buộc khoảng cách giữa 2 đối tượng (Offset Constraint) 119
5.2.4 Ràng buộc góc giữa 2 đối tượng song song hoặc vuông góc với nhau (Angle Constraint) 120
5.3 Áp đặt điều kiện biên 121
5.3.1 Tạo ngàm giữ (Creating Clamps) 121
5.3.2 Tạo áp lực (Creating Pressures) 122
5.3.3 Tạo gia tốc chuyển động của nhóm piston (Acceleration) 122
5.4 Tính toán kết quả 123
5.4.1 Các giá trị của trường hợp chịu lực pháp tuyến lớn nhất Zmax 123
5.4.2 Các giá trị của trường hợp chịu lực tiếp tuyến lớn nhất Tmax 129
5.4.3 Các giá trị của trường hợp chịu lực ∑Tmax 130
5.4.4 Các giá trị của trường hợp chịu lực Pttmax 131
5.5 Đối chiếu với kết quả tính toán kiểm nghiệm 132
5.5.1 Các giá trị của trường hợp chịu lực tiếp tuyến lớn nhất Zmax 132
5.5.2 Các giá trị của trường hợp chịu lực lớn nhất Tmax 132
5.5.3 Các giá trị của trường hợp chịu lực Pttmax 132
5.6 Nhận xét: 133
5.6.1 Nhận xét riêng: 133
5.6.2 Nhận xét chung: 134
Trang 11Hình 1.1 Kết cấu piston động cơ Diesel 4 kỳ 2
Hình 1.2 Trạng thái biến dạng của Piston 4
Hình 1.3 Đầu nhỏ của thanh truyền khi chốt piston được lắp ghép tự do 5
Hình 1.4 Đầu nhỏ của thanh truyền được lắp cố định với chốt piston 5
Hình 1.5 Cố định chốt Piston trên đầu nhỏ thanh truyền 6
Hình 1.6 Tiết diện thân thanh truyền 6
Hình 1.7 Đầu to thanh truyền của động cơ ô tô máy kéo (a) và động cơ tĩnh tại (b) 8
Hình 1.8 Thanh truyền trung tâm 9
Hình 1.9 Thanh truyền chính và thanh truyền phụ 9
Hình 1.10 Thanh truyền chính và thanh truyền phụ của động cơ hình sao 10
Hình 1.18 Cơ cấu piston, trục khuỷu và thanh truyền động cơ xilanh thẳng hàng 15
Hình 1.19 Bản vẽ lắp cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ chữ V 16
Hình 1.20 Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ bố trí hình sao 17
Hình 2.1 Mặt cắt động cơ B6 19
Hình 2.2 Một số chi tiết của cơ cấu phân phối khí 20
Hình 2.3 Xupap động cơ B6 21
Hình 2.4 Lò xo xupap động cơ B6 21
Trang 12Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống bôi trơn của động cơ B6 23
Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ B6 24
Hình 2.8 Các chi tiết của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền động cơ B6 25
Hình 2.9 Kết cấu nhóm piston động cơ B6 26
Hình 2.10 Thanh truyền động cơ B6 27
Hình 2.11 Đầu nhỏ thanh truyền khi chốt piston lắp ghép tự do 27
Hình 2.12 Cố định chốt Piston trên đầu nhỏ thanh truyền 28
Hình 2.13 Tiết diện thân thanh truyền 28
Hình 2.14 Đầu to thanh truyền 29
Hình 2.15 Trục khuỷu động cơ B6 29
Hình 2.16 Kết cấu tổng thể đầu trục khuỷu 30
Hình 2.17 Kết cấu trục khuỷu 31
Hình 2.18 Kết cấu tổng thể trục khuỷu nguyên 31
Hình 3.1 Ảnh biểu biểu diễn sơ khảo đồ thị công P - V 37
Hình 3.2 Đồ thị công P – V của động cơ xăng 4 kỳ không tăng áp 41
Trang 13Hình 3.12 Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 50
Hình 3.13 Đồ thị T , Z , N - 55
Hình 3.14 Đồ thị T− 58
Hình 3.15 Sơ đồ các lực tác dụng lên cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền 58
Hình 3.16 Sơ đồ các lực tác dụng lên trục khuỷu 65
Hình 3.17 Chịu lực PZmax khi làm việc 66
Hình 3.18 Sơ đồ tính toán trục khuỷu trong trường hợp Zmax 69
Hình 3.19 Sơ đồ tính toán trục khuỷu trong trường hợp Tmax 72
Hình 3.20 Sơ đồ mặt cắt má khuỷu 75
Hình 3.21 Các hệ số g1 và g2 76
Hình 4.1 Biểu tượng của phần mềm CATIA 79
Hình 4.2 Mô phỏng sản phẩm 3D trên phần mềm Catia V5R21 80
Hình 4.3 Giao diện làm việc trong môi trường thiết kế kỹ thuật 80
Hình 4.4 Sản phẩm mô phỏng trong môi trường thiết kế hình dáng và kiểu dáng 81
Hình 4.5 Mô phỏng mô hình hóa 3D của vật thể 82
Hình 4.6 Mô phỏng mô hình hóa 3D động học của sản phẩm 82
Hình 4.7 Mô phỏng kết quả tính toán của mô hình 83
Hình 4.8 Mô phỏng việc tính toán cho quá trình CNC trong Catia 83
Hình 4.9 Mô phỏng việc tính toán cho quá trình phay trong Catia 84
Hình 4.10 Mô phỏng quá trình nguyên lý làm việc của sản phẩm trong Catia 85
Hình 4.11 Mô phỏng mô hình 3D thiết kế đường ống 85
Hình 4.12 Mô phỏng mô hình sản phẩm tạo bằng Structural design and Stellwak 86
Hình 4.13 Giao diện làm việc sau khi chọn mặt phẳng 2D 86 ix
Trang 14Hình 4.16 Môi trường lắp ghép trong Catia 88
Hình 4.17 Ảnh minh họa biểu diễn ràng buộc kiểu đồng trục 89
Hình 4.18 Ảnh minh họa biểu diễn ràng buộc của hai đối tượng tiếp xúc 89
Hình 4.19 Ảnh minh họa biểu diễn ràng buộc khoảng cách của hai đối tượng 90
Hình 4.20 Biểu diễn trạng thái cơ chế lắp dạng rời 90
Hình 4.21 Sơ đồ quy trình thiết kế 91
Hình 4.22 Hình vẽ mô phỏng 3D chi tiết piston hoàn chỉnh 94
Hình 4.23 Hình vẽ mô phỏng 3D chi tiết trục khuỷu hoàn chỉnh 100
Hình 4.24 Hình vẽ mô phỏng 3D chi tiết thanh truyền hoàn chỉnh 103
Hình 4.25 Lắp ráp 3D hoàn chỉnh cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - piston 111
Hình 5.1 Các dạng biên chung giữa các phần tử 113
Hình 5.2 Sơ đồ khối của chương trình PTHH 117
Hình 5.3 Kết quả ứng suất hiệu dụng trong trường hợp Zmax 128
Hình 5.4 Mặt cắt trục khuỷu trong trường hợp Zmax 128
Hình 5.5 Kết quả chuyển vị trong trường hợp Zmax 128
Hình 5.6 Kết quả ứng suất hiệu dụng trong trường hợp Tmax 129
Hình 5.7 Mặt cắt trục khuỷu trong trường hợp Tmax 129
Hình 5.8 Kết quả chuyển vị trong trường hợp Tmax 129
x
Trang 15Bảng 3.5 Trị số T ở các góc quay α trường hợp chịu Zmax 60
Bảng 3.6 Trị số ∑Ti-1 tác dụng lên khuỷu của động cơ khi các khuỷu chịu lực Zmax 60
Bảng 3.7 Trị số α, Pkt và J ở các xilanh trong trường hợp chịu Zmax 61
Bảng 3.8 Trị số T ở các góc quay α trường hợp chịu Tmax 61
Bảng 3.9 Trị số ∑Ti-1 tác dụng lên khuỷu của động cơ khi các khuỷu chịu lực Tmax 61
Bảng 3.10 Trị số α, Pkt và J ở các xilanh trường hợp chịu Tmax 62
Bảng 3.11 Trị số T ở các góc quay α trường hợp chịu ∑Tmax 62
Bảng 3.12 Trị số ∑Ti-1 tác dụng lên khuỷu khi các khuỷu chịu lực ∑Tmax 62
Bảng 3.13 Trị số α, Pkt và J ở các xilanh trường hợp chịu ∑Tmax 63
Bảng 3.14 Trị số T ở các góc quay α trường hợp chịu Pttmax 63
Bảng 3.15 Trị số α, Pkt và J ở các xilanh trường hợp chịu Pttmax 63
Bảng 3.16 Bảng dữ liệu thông số đầu vào 64
Bảng 3.17 Xét dấu ứng suất tác dụng trên má khuỷu: (nén + ; kéo - ) 76
xi
Trang 16CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PISTON - TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1 Nhiệm vụ và điều kiện làm việc của động cơ ở cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền
1.1.1 Nhiệm vụ
Chuyển đổi chuyển động thẳng của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu để truyền công suất ra ngoài
1.1.2 Điều kiện làm việc
Trong cơ cấu này, mỗi chi tiết có điều kiện làm việc khác nhau: - Khi trục khuỷu hoạt động trạng thái làm việc rất phức tạp:
+ Trục khuỷu phải chịu tác dụng của lực khí thể và lực quán tính Các lực này có giá trị cực kì lớn và biến đổi theo các chu kỳ cụ thể tạo nên sự va đập mạnh
+ Các lực tác dụng đã tạo ra ứng suất uốn và xoắn trên trục đồng thời gây ra hiện tượng dao động theo chiều dọc và xoắn dẫn đến sự mất cân bằng động cơ làm động cơ rung động
+ Các lực này cũng có thể gây ra sự mòn trên các bề mặt tiếp xúc giữa cổ trục và trục khuỷu
- Đối với bộ phận thanh truyền: Trong quá trình hoạt động, bộ phận thanh truyền phải chịu lực tổng hợp của lực khí thể và lực quán tính Ngoài ra, vì bộ phận thanh truyền di chuyển theo chuyển động song phẳng nên nó cũng phải chịu lực quán tính tác động lên trọng tâm của bản thân nó Các lực này thường gây nên uốn cong và xoắn cho thanh truyền
- Đối với Piston: Điều kiện làm việc của Piston đầy khắc nghiệt, phải chịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt đồng thời Bên cạnh đó, Piston còn phải đối mặt với hiện tượng ma sát và ăn mòn
+ Tải trọng cơ học trong quá trình đốt cháy, khí hỗn hợp tạo ra áp suất vô cùng cao trong buồng đốt Trong chu kỳ làm việc áp suất của khí thể thay đổi lớn, do đó lực từ khí thể có tính chất va đập
Trang 17+ Tải trọng nhiệt trong quá trình cháy đốt trong động cơ đưa Piston vào tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy, có nhiệt độ rất cao Điều này dẫn đến việc nhiệt độ của Piston đặc biệt là phần đỉnh của nó sẽ trở nên rất cao
+ Ma sát và ăn mòn trong quá trình hoạt động, piston phải đối mặt với sự ma sát đáng kể do thiếu dầu bôi trơn và áp lực ngang khi ép piston vào xilanh Ma sát này trở nên càng nghiêm trọng khi piston bị biến dạng do áp lực lúc làm việc Ngoài ra, đỉnh của piston tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm đốt, dẫn đến hiện tượng ăn mòn từ phía sản
+ Đầu Piston bao gồm đỉnh Piston và vùng đai lắp xéc măng dầu và xéc măng khí
có nhiệm vụ chính là bao kín buồng đốt
+ Thân Piston phía dưới rãnh xéc măng dầu cuối cùng ở đầu Piston, nhiệm vụ chính của nó là dẫn hướng cho Piston
- Đặc điểm kết cấu của piston được mô tả như hình 1.1 thể hiện biên dạng và kết cấu bên trong của chi tiết
Hình 1.1 Kết cấu piston động cơ Diesel 4 kỳ
Trang 18❖ Kết cấu đỉnh Piston
+ Kết cấu của đỉnh Piston có sự đa dạng:
▪ Đỉnh bằng đây là loại phổ biến nhất có diện tích chịu nhiệt bé nhất và có
kết cấu đơn giản dễ sản xuất chế tạo
▪ Đỉnh lồi loại đỉnh này có độ cứng vững cao Nó không cần bố trí các đường
gân phía dưới đỉnh điều đó giúp giảm trọng lượng Piston Tuy nhiên, loại đỉnh này ít kết muội than nhưng do bề mặt chịu nhiệt lớn nên làm ảnh hưởng xấu đến quá trình làm việc của Piston
▪ Đỉnh lõm có diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng nhưng có ưu điểm là
tạo ra xoáy lốc trong quá trình nén và trong quá trình cháy
+ Kết cấu đầu Piston bao gồm việc đặt các rãnh xéc măng, với số lượng rãnh xéc măng khí từ 35 và số lượng rãnh xéc măng dầu từ 1 3
Để giảm nhiệt độ cho xéc măng khí thứ nhất, ta cần bố trí xéc măng khí thứ nhất gần khu vực nước làm mát càng tốt điều này giúp tăng hiệu suất hoạt động đối với động cơ Sự lựa chọn về số lượng rãnh xéc măng khí thường dựa trên các yếu tố như áp suất của khí thể (cao hay thấp), tốc độ làm việc (cao hay thấp), và đường kính của xilanh (lớn hay nhỏ)
+ Kết cấu thân Piston: Thân Piston có vai trò là dẫn hướng chuyển động cho Piston trong xilanh và chịu lực ngang N Để đảm bảo sự dẫn hướng tốt và giảm sự va đập cũng như khe hở ngày càng nhỏ càng tốt
Chiều dài của thân Piston càng lớn, khả năng dẫn hướng áp suất tác động lên Piston càng nhỏ từ đó làm gia tăng tuổi thọ của chi tiết này Tuy nhiên, việc làm thân Piston càng dài đồng nghĩa với việc tăng trọng lượng của Piston càng lớn và tạo ra sự ma sát càng lớn hơn giữa các chi tiết với nhau
Vị trí của lỗ bệ chốt: Nếu chốt Piston được đặt ở chính giữa thân piston trong trạng thái tĩnh áp lực sẽ phân bố đều khi đó lực ngang chính là tác nhân chính sẽ tác dụng lên Piston Tuy nhiên, khi Piston chuyển động bởi vì lực ma sát tác động có thể làm cho Piston có xu hướng quay quanh chốt làm cho áp suất của Piston nén trên xilanh phân phối không đều
Trang 19Hình dạng của thân Piston thường không phải là hình trụ Thay vào đó, tiết diện ngang thường có hình dạng ô van hoặc vát ở hai đầu bệ chốt Piston Điều này được thực hiện để đảm bảo rằng khi Piston bị biến dạng do tác động của lực khí thể, lực ngang và nhiệt độ, Piston không bị kẹt trong xilanh khi làm việc
Để giải quyết vấn đề bó kẹt của piston, người ta thường thiết kế thân Piston có hình dạng giống một ô van trục ngắn nằm trùng với đường tâm của chốt Hoặc họ có thể tiện vát bớt mặt thân Piston ở hai đầu của chốt
Hình 1.2 Trạng thái biến dạng của Piston khi chịu nhiệt, lực khí thể Pz và lực ngang N
1.2.2 Kết cấu nhóm thanh truyền
Trong động cơ đốt trong thông thường, thường có một hoặc nhiều hàng xilanh Dựa vào số xilanh mà kết cấu, số lượng thanh truyền không giống nhau
Động cơ nhiều hàng xilanh thường bao gồm hai loại là động cơ chữ V và động cơ hình sao Thanh truyền của hai loại động cơ này có những điểm đặc biệt và khác biệt so với thanh truyền của động cơ một hàng xilanh
1.2.2.1 Kết cấu thanh truyền một hàng xilanh
Ở động cơ một hàng xilanh số lượng thanh truyền sẽ bằng số lượng xilanh và trên một cổ khuỷu chỉ lắp một thanh truyền Kết cấu của thanh truyền trong một hàng xilanh bao gồm ba phần:
- Đầu nhỏ thanh truyền: Kết cấu đầu nhỏ phụ thuộc vào kích thước chốt piston và
phương pháp lắp ghép chốt piston với đầu nhỏ thanh truyền
Khi chốt được lắp tự do, đầu nhỏ thanh truyền thường có dạng giống một trụ rỗng Thanh truyền khi mà lớn thường sử dụng đầu nhỏ có hình dạng cung tròn đồng tâm hoặc có thể sử dụng đầu nhỏ kiểu ô van nhằm tăng độ cứng vững và tuổi thọ của chi tiết
Trang 20Trong động cơ máy bay, động cơ dùng trên ôtô, đầu nhỏ thanh truyền có dạng trụ mỏng (hình 1.3)
Khi lắp chốt piston tự do, có sự chuyển động tương đối giữa chốt piston và đầu nhỏ, do đó cần chú ý đến việc bôi trơn mặt ma sát để đảm bảo rằng sự làm việc của chi tiết trở nên mượt và êm dịu của hệ thống Thông thường, dầu nhờn được đưa lên bề mặt chốt piston và bạc lót đầu nhỏ thông qua một đường dẫn dầu khoan dọc theo thân thanh truyền
Hình 1.3 Đầu nhỏ của thanh truyền khi chốt piston được lắp ghép tự do
Phía trên đầu nhỏ thanh truyền trong động cơ tốc độ cao, đôi khi có một bề mặt lồi nhỏ được sử dụng để điều chỉnh trọng lượng và trọng tâm của thanh truyền
Đầu nhỏ thanh truyền của các động cơ dùng kiểu lắp chốt piston cố định trên đầu nhỏ thanh truyền có dạng như hình 1.4 và hình 1.5
Hình 1.4 Đầu nhỏ của thanh truyền được lắp cố định với chốt piston
Kết cấu của đầu nhỏ thanh truyền trong trường hợp loại này phụ thuộc vào phương pháp cố định chốt piston trên đầu nhỏ của nó
Trang 21Cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền theo kiểu giới thiệu trên hình 1.5a,c tương đối khó khăn
Hình 1.5 Cố định chốt Piston trên đầu nhỏ thanh truyền
- Thân thanh truyền:
Chiều dài l sẽ phụ thuộc dựa trên tham số kết cấu của chi tiết thanh truyền Tiết diện ngang của thân thanh truyền giới thiệu trên hình 1.6
Hình 1.6 Tiết diện thân thanh truyền
Loại thân thanh truyền có tiết diện tròn ( hình 1.6c,d) thường dùng trong động cơ tĩnh tại và động cơ tàu thuỷ tốc độ thấp Loại này có là dễ dàng sản xuất bằng cách rèn tự do và gia công Tuy nhiên, điểm yếu của loại này thường liên hoan đến việc sử dụng vật liệu không phù hợp Bởi vì, trong mặt phẳng lắc của thanh truyền chịu lực tác động lớn nhất vì vậy thanh truyền phải có mô đun chống uốn lớn hơn so với mặt phẳng khác Vì vậy, khi sử dụng thân thanh truyền có tiết diện là hình tròn và đảm bảo độ cứng vững trong mặt phẳng lắc đủ, thì độ cứng vững trong mặt phẳng khác có thể trở nên dư thừa dẫn đến tăng khối lượng và tốn kém vật liệu
Ở vài động cơ nhiều hàng xilanh, đôi khi dùng thân thanh truyền có tiết diện chữ H (hình 1.6e) để tăng độ cứng và vững chắc của thanh truyền
Trang 22Thanh truyền có tiết diện chữ nhật hoặc hình ô van (như hình 1.6g và h) thường được sử dụng trong các động cơ như mô tô, xuồng máy và động cơ cỡ nhỏ khác Đây là loại thanh truyền đơn giản và dễ dàng sản xuất
Đôi khi, để tăng thêm độ cứng vững và làm cho quá trình khoan đường dầu bôi trơn dễ dàng hơn, thân thanh truyền được gia cố bằng việc thêm các gân gia cố trên toàn bộ chiều dài của nó Tiết diện của loại thân này giới thiệu trên hình 1.6i Các lỗ dầu khoan dọc trên thân thanh truyền được sử dụng như một cách cung cấp đưa dầu bôi trơn cho chốt piston
- Đầu to thanh truyền:
Kích thước đầu to phụ thuộc vào đường kính và chiều dài của chốt khuỷu Để đảm bảo hiệu suất, đầu to thanh truyền phải đáp ứng các yêu cầu sau:
+ Phải có độ cứng lớn và vững chắc lớn để bạc lót không bị biến dạng, đặc biệt là với bạc lót mỏng
+ Phải có kích thước nhỏ gọn để giảm lực quán tính trong quá trình chuyển động quay, ngoài ra sẽ giảm tải trọng lên chốt khuỷu và kích thước hộp trục khuỷu Đồng thời tạo điều kiện thuận lợi để đặt trục cam gần trục khuỷu từ đó làm cho buồng đốt của động cơ sử dụng xu páp đặt có kích thước nhỏ gọn hơn
+ Chỗ chuyển tiếp giữa thân và đầu to phải có góc nghiêng (góc lượng) lớn để giảm ứng suất tập trung
+ Phải dễ dàng trong việc lắp ghép cụm piston và thanh truyền với trục khuỷu Trong trường hợp này bạc lót đầu to cũng làm thành hai nửa, nửa trên làm liền với thân thanh truyền, nửa dưới cắt rời ra làm thành nắp đầu to thanh truyền
Để điều chỉnh khe hở giữa bạc lót đầu to và chốt khuỷu trong quá trình sửa chữa sau này, đôi khi người ta sử dụng các miếng đệm mỏng làm từ thép và đặt chúng vào mặt phân chia của hai nửa đầu to Khi khe hở bắt đầu tăng lên do mòn, người ta có thể lấy ra từng miếng đệm để điều chỉnh khe hở
Nhưng khuyết điểm của việc dùng những miếng đệm này là giảm độ cứng vững của đầu to, do đó tải trọng tác dụng lên bulông sẽ tăng lên Nếu cần điều chỉnh khe hở
Trang 23bằng cách loại bỏ các miếng đệm, lỗ lắp chốt khuỷu không còn tròn nữa và phải được cạo sạch để lắp đặt bạc lót mới
Hình 1.7 Đầu to thanh truyền của động cơ ô tô máy kéo (a) và động cơ tĩnh tại (b)
1.2.2.2 Kết cấu thanh truyền của động cơ chữ V
Tùy thuộc vào cách mà thanh truyền của hai xilanh chung trục khuỷu được lắp ghép, thanh truyền của động cơ chữ V có thể được chia ra thành hai loại:
- Loại thanh truyền trung tâm: bao gồm hai thanh truyền được lắp chung trên một chốt
khuỷu nhưng cả hai thanh truyền này điều cùng nằm trong một mặt phẳng Một trong hai thanh truyền có hình dạng nạng (thanh truyền ngoài), trong khi thanh truyền kia lắp đồng tâm và nằm ở giữa phần nạng của thanh truyền ngoài
Tương tự như thanh truyền kế tiếp ưu điểm của cấu trúc này là động học và động lực học của cả hai thanh truyền trên hai hàng xilanh hoàn toàn tương tự, nhưng chốt khuỷu ngắn hơn chốt khuỷu ở loại thanh truyền lắp kế tiếp Tuy nhiên, do cấu trúc khác biệt của hai thanh truyền, loại thanh truyền này có điểm yếu là quá trình sản xuất phức tạp hơn
Trang 24Hình 1.8 Thanh truyền trung tâm
- Loại thanh truyền chính và phụ: Loại thanh truyền này bao gồm thanh truyền
chính và thanh truyền phụ Thanh truyền phụ được lắp trên thanh truyền chính thường thông qua việc sử dụng chốt để kết nối chúng Loại thanh truyền này ngày nay được dùng khá nhiều vì nó ưu điểm quan trọng như kết cấu của nó nhẹ giúp giảm kích thước và trọng lượng của động cơ mà vẫn đảm bảo độ cứng và vững chắc của đầu to thanh truyền Tuy nhiên điểm yếu của loại thanh truyền này là động học của piston và thanh truyền trên hai hàng xilanh không hoàn toàn giống nhau Trong quá trình làm việc, thanh truyền chính thường phải chịu thêm mômen uốn do thanh truyền phụ tạo ra Kết cấu của thanh truyền chính và thanh truyền phụ giới thiệu trên hình 1.9
Hình 1.9 Thanh truyền chính và thanh truyền phụ
Trang 25Trục khuỷu lắp trên động cơ này cũng có kết cấu khá phức tạp, góc lệch hai khuỷu kế tiếp 90º Trục khuỷu thường được sử dụng trong động cơ chữ V, đặc biệt là trong các động cơ có công suất trung bình và lớn Tuy nhiên, chúng có kết cấu phức tạp và đòi hỏi quá trình sản xuất phức tạp, dẫn đến giá thành cao
1.2.2.3 Kết cấu thanh truyền của động cơ hình sao
Trong động cơ hình sao thường chỉ sử dụng cơ cấu thanh truyền chính và nhiều thanh truyền phụ Thanh truyền chính thường có kích thước lớn và độ cứng vững cao và trên đầu to của thanh truyền chính thường có nhiều chốt để lắp thanh truyền phụ
Đầu to thanh truyền thường làm nguyên khối không cắt thành hai nửa, còn nếu cắt thành hai nửa thì dùng chốt con (chốt bản lề) để lắp chi tiết nắp đầu to thanh truyền vào chi tiết của phần trên đầu thanh truyền
Hình 1.10 Thanh truyền chính và thanh truyền phụ của động cơ hình sao
Bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền phụ cũng tiến hành như trong động cơ chữ V, dầu nhờn sau khi bôi trơn bạc lót đầu to thanh truyền chính sẽ được đưa đến bôi trơn chi tiết phần bạc lót đầu to thanh truyền phụ
Trang 261.2.3 Kết cấu nhóm trục khuỷu nguyên
Trục khuỷu gồm có các phần: Đầu trục khuỷu, trục khuỷu (chốt, má, cổ trục khuỷu) và đuôi trục khuỷu
Hình 1.11 Kết cấu trục khuỷu
Đầu trục khuỷu thường được sử dụng để lắp các bánh răng dẫn động các bộ phận như bơm nước, bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp và puly (bánh đai) để truyền động quạt gió Ngoài ra, nó cũng thường được sử dụng để lắp đai ốc khởi động dùng để khởi động động cơ bằng tay quay
Các bánh răng chủ động hoặc bánh đai dẫn động thường được lắp trên đầu trục khuỷu và có thể được lắp theo kiểu lắp căn hoặc lắp trung gian Chúng thường được kẹp chặt bằng bánh đai ốc và được bảo vệ bằng phớt chắn dầu
- Cổ trục: đối với các chi tiết cổ trục thường có kích thước đường kính giống nhau Đường kính của cổ trục thường được tính dựa trên việc tính toán sức bền và điều kiện mà nó phải chịu bao gồm hình thành màng dầu bôi trơn, thời gian sử dụng và thời gian sửa chữa
Hình 1.12 Kết cấu trục khuỷu
Trang 27- Chốt khuỷu: đường kính của nó thường được làm bằng đường kính của cổ trục khuỷu Điều này đặc biệt khá quan trọng trong động cơ cao tốc bỏi vì cần tăng khả năng làm việc của bạc lót và chốt khuỷu nên người ta thường tính toán sẽ tăng đường kính chốt khuỷu
Việc tăng đường kính chốt khuỷu sẽ làm cho kích thước và khối lượng đầu to thanh truyền sẽ tăng theo Tần số dao động riêng của hệ thống có thể giảm và có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng cho phép
- Má khuỷu: đối với chi tiết má khuỷu là bộ phận nối giữa cổ trục và chốt khuỷu thông thường sẽ có nhiều dạng khác nhau Việc thiết kế má khuỷu thường phụ thuộc vào loại động cơ, áp suất khí thể và tốc độ quay của trục khuỷu
Các dạng phổ biến bao gồm má hình chữ nhật và hình tròn Má khuỷu hình chữ nhật thông thường có kết cấu đơn giản và dễ chế tạo trong khi má khuỷu hình tròn thường có sức bền cao và có khả năng giảm chiều dày má khuỷu, từ đó có thể tăng chiều dài cổ trục và chốt khuỷu và giảm mài mòn cho cổ trục và chốt khuỷu
Đối trọng được lắp trên khuỷu sẽ có hai tác dụng chính bao gồm:
+ Cân bằng mô men lực quán tính Trong động cơ chủ yếu có lực quán tính ly tâm đối trọng được sử dụng để cân bằng lực quán tính này Tuy nhiên, đôi khi nó cũng được sử dụng để cân bằng lực quán tính trong chuyển động tịnh tiến như bên trong động cơ chữ V
+ Trong trường hợp của động cơ bốn kỳ với 4,6 hoặc 8 xilanh có một lợi ích quan trọng đó là giảm phụ tải cho cổ trục Điều này xuất phát từ việc các động cơ này có sự cân bằng tự nhiên giữa lực quán tính và mô men quán tính
Hình 1.13 Kết cấu các dạng má khuỷu
Trang 28- Đuôi trục khuỷu thường được kết nối với các chi tiết máy của động cơ để truyền công suất ra ngoài máy khi động cơ hoạt động
- Trục thu công suất từ động cơ thường được đặt đồng trục với trục khuỷu Để truyền công suất thường sẽ sử dụng mặt bích trên đuôi trục khuỷu để lắp bánh đà hoặc các bộ phận liên kết khác
Bên cạnh việc lắp bánh đà với đuôi trục khuỷu ta còn có có thể lắp các bộ phận đặc biệt khác như:
+ Bánh răng dẫn động cơ cấu phụ: Một số loại động cơ yêu cầu lắp bánh răng dẫn động cơ cấu phụ như bơm cao áp, máy nén khí, Do đó, phải có mặt bích trên đuôi trục khuỷu để lắp bánh răng này
+ Vành chắn dầu: Được đặt ở đuôi trục khuỷu để ngăn trôi ra khỏi cạc te (các bộ phận truyền động)
Cấu trúc của trục khuỷu có thể thay đổi tùy theo số lượng xilanh, cách bố trí các xilanh, số kỳ hoạt động của động cơ và thứ tự làm việc của các xilanh Tuy nhiên, cấu trúc trục khuỷu luôn phải đảm bảo rằng động cơ hoạt động đều đặn có biên độ dao động và mô men xoắn tương đối thấp
• Động cơ khi hoạt động được cân bằng và ít gây ra sự rung động • Ứng suất được tạo ra bởi dao động xoắn
• Chi phí sản xuất thấp
Kích thước của trục khuỷu thường phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai đường tâm xilanh độ dày của lớp lót xilanh và hệ thống làm mát của động cơ
Hình 1.14 Kết cấu tổng thể trục khuỷu nguyên
Trang 291.2.4 Kết cấu nhóm trục khuỷu ghép
Trục khuỷu ghép thường được chế tạo riêng lẻ thành từng bộ phận như cổ trục, má khuỷu, chốt khuỷu, sau đó được ghép lại với nhau hoặc thiết kế làm cổ trục riêng rồi sau đó lắp ghép với khuỷu
Trong các động cơ cỡ lớn, thường sử dụng trục khuỷu được chế tạo từ từng đoạn riêng biệt sau đó ghép lại với nhau thông qua mặt bích trục khuỷu lớn
Hình 1.15 Kết cấu trục khuỷu ghép
1.2.5 Kết cấu nhóm trục khuỷu thiếu cổ
Trục khuỷu của loại có đặc điểm kết cấu nhỏ gọn cho phép rút ngắn chiều dài của thân máy và giảm khối lượng của động cơ
Trục khuỷu trong trường hợp này thường có độ cứng vững kém Vì vậy khi các kĩ sư lên phương án thiết kế thường sẽ cần kích thước cổ trục và chốt khuỷu, đồng thời tăng chiều dày và chiều rộng của má khuỷu để cải thiện độ cứng và độ bền của chi tiết
Trang 30Trục khuỷu chữ V thường sử dụng trong động cơ mà có công suất trung bình hoặc lớn Kết cấu trục khuỷu phức tạp đòi hỏi quy trình gia công cao nên khó sản xuất, chi phí cao
Hình 1.17 Kết cấu trục khuỷu chữ V
1.3 Cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền đối với động cơ xilanh bố trí thẳng hàng
Đối với động cơ xilanh bố trí thẳng hàng thường sử dụng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền này được ứng dụng khá rộng rãi
Hình 1.18 Cơ cấu piston, trục khuỷu và thanh truyền động cơ xilanh được bố trí thẳng hàng
Trục khuỷu lắp trên cơ cấu này thường dùng trục khuỷu nguyên là loại trục khuỷu có các bộ phận cổ trục, trục khuỷu làm liền với nhau thành một khối được gia công khá phức tạp và nhiều giai đoạn
Trang 31Cơ cấu trục khuỷu và thanh truyền động cơ trong trường hợp này thường được sử dụng thanh truyền có tiết diện chữ I bởi vì đây là loại thanh truyền có kết cấu đơn giản thích hợp trong việc chế tạo và sản xuất
Piston thường được thiết kế dưới hình dạng là Piston đỉnh lõm với phần lõm có thể chiến toàn bộ đỉnh hoặc chỉ ở một phần của đỉnh Chỏm cầu lõm có thể có đồng tâm hoặc lệch tâm Loại Piston này có diện tích chịu nhiệt lớn hơn so với đỉnh bằng Điều này có lợi ở điểm là trong quá trình nén và đốt cháy nó sẽ tạo ra xoáy lốc nhẹ khi nạp khí vào và thải khí ra
1.4 Cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền động cơ xilanh bố trí chữ V
Động cơ chữ V ra đời nhằm tăng số xilanh cho động cơ để tăng công suất của
động cơ Nó có kết cấu rất gọn nhẹ, chiều cao động cơ thấp, chiều dài ngắn hơn so với
động cơ một hàng xilanh có cùng công suất Động cơ có tính cân bằng tốt vận hành êm và ít gây rung động
Kết cấu của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền trên động cơ chữ V phức tạp hơn động cơ thẳng hàng
Hình 1.19 Bản vẽ lắp cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ chữ V
1.5 Cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền động cơ xilanh bố trí hình sao
Động cơ hình sao bao gồm các động cơ mà ở đó các đường tâm của xilanh cùng nằm trong các mặt phẳng thẳng góc với đường tâm của trục khuỷu
Trang 32Loại động cơ này có khá nhiều xilanh, các xilanh sắp xếp theo các hình sao 3, 5, 7, 9 cánh Mỗi “cánh” của loại động cơ hình sao sẽ tương đương với các hàng xilanh Số xilanh trên mỗi hàng xilanh thường sẽ không vượt quá 6 Và tổng số “cánh” trong động cơ hình sao thường không được vượt quá 9
Do kết cấu của động cơ khá phức tạp nên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền dùng trên động cơ loại này cũng phức tạp và rất tốn kém
Hình 1.20 Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ bố trí hình sao
Trang 33CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN – PISTON CỦA ĐỘNG CƠ B6
2.1 Giới thiệu động cơ B6
Động cơ B6 do hãng Mazda sản xuất, có dung tích xilanh 1,6L là động cơ xăng với 4 xilanh được đặt thẳng hàng, 8 xupáp Các xupáp được dẫn động từ trục cam thông qua giàn cò mổ Cam được đặt trên nắp máy, gồm 1 trục cam dẫn động xupáp (SOHC) B6 dùng hệ thống phun xăng điện tử theo chu kỳ, giúp cho động cơ tiếp nhận nhiên liệu ổn định hơn và tiết kiệm được nhiên liệu Ngoài ra còn có các hệ thống khác như hệ thống thải có bộ ống xả xúc tác, bộ hồi lưu khí xả, bên cạnh đó hệ thống đánh lửa thì lại được điều khiển bằng điện tử Hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát đều được trang
7 Số vòng quay không tải tối thiểu n 850 vòng/phút
Trang 34Trọng lượng không tải (kg) 870 kg Dung tích bình nhiên liệu (lít) 60 lít
Cửa, chỗ ngồi
Phanh
Hình 2.1 Mặt cắt động cơ B6
1- Trục cam; 2- Xupap; 3- Piston; 4- Bánh đà; 5- Thanh truyền; 6- Trục khuỷu; 7- Các te
Trang 352.1.1 Cơ cấu phân phối khí
Hình 2.2 Một số chi tiết của cơ cấu phân phối khí
1- Giàn cò mổ; 2- Trục cam; 3- Móng ngựa; 4- Tấm chặn trên 5- Lò xo xupap; 6- Khóa hãm; 7- Chấn chặn dưới; 8- Xupap; 9- Đệm xupap
Cơ cấu phân phối khí mở và đóng xupáp hút và xả đúng lúc để làm tăng hiệu quả nạp và xả nhằm đáp ứng tốt yêu cầu hoạt động của động cơ Trục khuỷu có nhiệm vụ gián tiếp làm dẫn động cơ cấu trục cam thông qua các bánh răng Bộ phận dẫn động gồm: Bánh răng trục khuỷu, bánh răng trung gian, bánh răng trục cam, trục cam, con đội, đũa đẩy, cò mổ, xupáp và lò xo xupáp Trục cam có các vấu cam hút và xả cho mỗi xilanh, có đường kính cổ trục là 43 mm và độ cao của vấu cam là 36 mm
Tính năng làm việc của động cơ, theo thời điểm đóng mở xupáp và thứ tự nổ, sẽ tùy thuộc vào các vấu cam Cò mổ sẽ thực hiện một chuyển động quay quanh trục cò mổ và biến đổi dựa vào hình dạng của vấu cam của đũa đẩy để mở và đóng xupáp Mục đích của trục cam và cò mổ là để mở và đóng các xupáp hút và xả nhằm điều khiển thời điểm đốt cháy hỗn hợp…Nếu những chi tiết này bị mòn hoặc hư hỏng thì sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng tới tính năng làm việc của động cơ
Thời điểm đóng mở xupáp nghĩa là hoạt động mở và đóng xupáp riêng biệt cho 1 động cơ, và có thể được xác định qua góc quay của trục khuỷu Các xu páp không mở và đóng đúng vào điểm chết trên và điểm chết dưới bởi vì khí nạp sẽ không đi vào ngay
Trang 36khi vừa mới mở xu páp hút Do có quán tính của khối không khí nạp và diện tích của cửa nạp không thể tăng ngay được, do đó việc nạp sẽ bị trễ Vì vậy cần phải mở sớm xupáp hút trước điểm chết trên để không khí được hút vào nhiều hơn
Không khí vẫn đi vào chừng nào trong xy lanh còn chân không, cho nên xupáp hút cần đóng muộn sau điểm chết trên Xu páp xả cần mở sớm trước khi đạt điểm chết dưới để đảm bảo khí xả cuối hành trình nổ có thể thoái trước Sau đó, nó sẽ đóng muộn sau khi vượt qua điểm chết trên Điều này cần thiết để đảm bảo áp suất trong buồng đốt
• Xupap:
Hình 2.3 Xupap động cơ B6
Hình 2.3 là xupap của động cơ B6 Trong quá trình làm việc, xu páp chịu tải trọng động và tải trọng nhiệt lớn Bề mặt nấm xu páp luôn chịu va đập mạnh với đế xu páp điều này làm cho nó dễ bị biến dạng Xupap tiếp xúc trực tiếp với khí cháy, xupap thải chịu nhiệt độ rất cao và chịu ăn mòn hóa học Đường kính xupap nạp bằng 6.970-6.985 mm, xupap thải bằng 6.965-6.980 mm
• Lò xo xupap:
Hình 2.4 Lò xo xupap động cơ B6
Hình 2.4 là xupap động cơ B6 Lò xo dùng để đóng kín xupap trên đế xupap và đảm bảo xupap đóng đúng theo quy luật của cam phân phối khí Lò xo xupap làm việc trong điều kiện khi tải trọng động thay đổi đột ngột và biến thiên Lò xo có hình dạng hình trụ có bước xoắn thay đổi để tránh hiện tượng cộng hưởng làm lò xo bị gãy và gây va đập mạnh trong cơ cấu phân phối khí Hai vòng ở 2 đầu lò xo được quấn khít nhau và được mài phẳng để lắp ghép
Trang 372.1.2 Hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát trên động cơ B6 là hệ thống làm mát bằng chất lỏng Ở hệ thống này, nhiệt độ từ xy lanh truyền qua chất lỏng chứa trong các áo bao quanh xy lanh, sau đó nước qua két nước có diện tích thích ứng Ở đây sẽ có dòng không khí tuần hoàn qua bề mặt ngoài của két nước để làm mát nước Lưu lượng không khí được đưa vào nhờ quạt gió và do sự chuyển động của xe nhờ động cơ cho nên đã mang theo nhiệt độ sức nóng từ động cơ hoạt động tỏa ra ngoài khoảng không gian Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm mát trên động cơ B6 như sau:
Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ B6
1- Két nước; 2- Đường ống nước vào; 3- Đường ống nước về 4- Đường dẫn nước 5- Bơm nước
Khi vừa khởi động động cơ dung dịch nước làm mát trong động cơ có trong két được bơm nước và hút thông qua ống hút của bơm và đẩy vào bên trong khoang chứa nước bên trong thân máy của động cơ qua các lỗ khoan sẵn có bên trong thân máy Lúc này nước sẽ được phân tách và chia ra để làm mát đều các xilanh ngoài ra còn làm mát dầu bôi trơn sau đó sẽ đi lên làm mát phần thân máy rồi sau đó từ thân máy nước làm mát sẽ đi đến van hằng nhiệt
Đặc điểm nổi bật của hệ thống làm mát là được trang bị kiểu van hằng nhiệt được lắp ở phần đầu vào của bơm nước Chi tiết van hằng nhiệt nó được trang bị van đi tắt và tùy thuộc vào sự thay đổi về nhiệt độ nước làm mát, điều đó sẽ làm van này đóng hay
Trang 38mở để điều chỉnh nước làm mát (1) Khi mà nước làm mát có nhiệt độ còn thấp lúc này van hằng nhiệt có nhiệm vụ sẽ đóng và rồi tiếp theo van đi tắt mở ra Lúc này nước làm mát đã được tuần hoàn thông qua mạch rẽ mà nó không đi tới van hằng nhiệt Vì thế nên nhiệt độ của nước khi này tăng lên và rồi động cơ đạt được đến nhiệt độ thích hợp được nhanh hơn (2) Khi nhiệt độ của nước làm mát đã lên cao thì van hằng nhiệt sẽ mở và van đi sẽ tắt đóng lại
Toàn bộ phần nước làm mát sẽ đi qua két nước Khi này nó đã được làm mát và lại đi tiếp qua van hằng nhiệt và được trở về bơm nước Bằng cách này mà nhiệt độ động cơ luôn cho phép được duy trì và hệ thống làm mát bằng nước xem như là tuần hoàn cưỡng bức
2.1.3 Hệ thống bôi trơn
Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống bôi trơn của động cơ B6
1- Các te dầu; 2- Lọc dầu; 3- Bơm dầu; 4- Bầu lọc tinh; 5- Đường dầu chính; 6- Đường dầu bôi trơn trục cam; 7- Đường dầu bôi trơn trục khuỷu;
* Nguyên lý làm việc:
Dầu nhờn thì được chứa trong các te và được bơm dầu hút qua phao hút dầu qua bộ phận lọc thô và khi đi qua bầu lọc thô thì dầu đã được lọc sạch sơ bộ với các tạp chất có kích cỡ bằng các hạt lớn tiếp đến đó dầu nhờn lại được đưa vào đường dầu chính chủ yếu là để chảy đến các chi tiết như ổ trục cam, ổ trục khuỷu, Đường dầu 7 trong trục khuỷu đưa dầu lên bôi trơn ở chốt, ở đầu to thanh truyền rồi lên bôi trơn chốt piston
Trang 39Trường hợp mà không có đường dầu ở trên thanh truyền thì bộ phận đầu nhỏ thanh truyền sẽ phải có lỗ để hứng dầu Trên đường dầu chính còn có đường dầu 6 đưa dầu đi bôi trơn các cơ cấu phối khí Một phần lưu lượng dầu (khoảng 15 ÷ 20% lượng dầu bôi trơn) sẽ đi qua bầu lọc tinh và trở về các te kết thúc chu trình tuần hoàn
Ngoài công dụng bôi trơn những bộ phận trên thì còn bôi trơn các chi tiết bề mặt của piston, xilanh, người ta sẽ kết hợp tận dụng lượng dầu bôi trơn vung ra khỏi ổ của chi tiết đầu to thanh truyền trong phần quá trình hoạt động và làm việc của một số động cơ Trên đầu to thanh truyền ta có khoan một lỗ nhỏ nhiệm vụ là để phun dầu về phía trục cam nhằm tăng chất lượng khả năng bôi trơn cho các chi tiết xilanh và trục cam
2.1.4 Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu động cơ B6 là hệ thống phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection), không chỉ riêng động cơ B6 của Mazda mà tất cả các hãng xe nổi tiếng trên thế giới ngày nay đều áp dụng hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử nói chung cho tất cả các dòng xe của mình vì ưu điểm nổi bật của nó là hoạt động chính xác, hiệu quả và linh hoạt mặc dù giá thành cao, quy trình bảo dưỡng và kiểm tra cũng phức tạp hơn
Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ B6
1- Đồng hồ đo lưu lượng không khí; 2- Bộ phân phối; 3- Cảm biến áp suất; 4- Van BAC; 5- Giảm chấn; 6- Cảm biến tiết lưu; 7- Buồng giảm động năng; 8- Vòi phun; 9- Van chân không; 10- Thùng chứa hỗn hợp; 11- Bộ ổn định áp suất;
12- Bầu lọc tinh; 13- Thùng chứa xăng; 14- Bơm xăng; 15- Lưới lọc thô; 16-Bộ biến đổi xúc tác; 17- Bộ chuyển đổi nhiệt độ nước; 18- Cảm biến oxy
Trang 40Những thông số chính cần thiết để ECU hoạt động, làm việc thu thập được từ các cảm biến đặt ở khắp mọi nơi trên xe ôtô bao gồm như là: cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến thời gian phun xăng và cảm biến vòng tua, cảm biến nhiệt độ lốc máy, Bên cạnh đó, thì các thông số khác làm ảnh hưởng tới việc vận hành của động cơ như là nhiệt độ của khí nạp, áp suất không khí bộ góp, nồng độ oxy
Thông qua các dữ liệu đó bộ phận chức năng ECU sẽ tính toán các tỷ lệ nhiên liệu và không khí làm sau cho tối ưu chủ yếu nhằm xác định thời gian và thời điểm mở - đóng kim phun đưa nhiên liệu vào bên trong xilanh để thực hiện việc đốt cháy
Dựa trên việc tính toán và kiểm tra độ rộng của các xung thì tỷ lệ của nhiên liệu qua kim phun giúp ta có thể đo được giá trị trong vài phần nghìn giây và đó là một trong những lý do đã khiến cho EFI hoạt động trở nên hiệu quả và tốt hơn hệ thống cơ học của bộ chế hòa khí như được sản xuất trước đây
2.2 Đặc điểm cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền động cơ B6
Hình 2.8 Các chi tiết của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền động cơ B6
1- Nửa đầu to thanh truyền; 2- Bạc lót đầu to thanh truyền; 3- Chốt piston; 4-Xéc măng; 5- Nắp trục khuỷu; 6- Trục khuỷu; 7- Bạc lót trục khuỷu
Cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền của động cơ B6 gồm có các nhóm piston, nhóm thanh truyền, nhóm trục khuỷu Chúng đóng vai trò quyết định trong việc cung cấp sức mạnh và hiệu suất cho động cơ này