đồ án nghiên cứu về phần động cơ toyota 7m gte cooling trên xe toyota supra

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 4

1 ĐẶT VẤN ĐỀ: 4

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI: 5

3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI: 5

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON-TRỤC KHUỶU-THANH TRUYỀN 6

2 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC 6

2.1 Động học cơ cấu trục khuỷu 6

N- tốc độ động cơ vòng/phút 2.1.1 Động học cơ cấu piston 8

2.1.1.1 Vị trí tức thời của piston 8

2.1.1.2 Vận tốc tức thời của piston 11

2.1.1.3 Gia tốc tức thời của piston 11

2.1.1.4 Vị trí chốt piston 11

2.1.1.5 Vận tốc chốt piston 12

2.1.1.6 Gia tốc chốt piston 12

2.2 Mô hình động học của chuyển động của thanh truyền 13

2.2.1 vận tốc tức thời của thanh truyền 13

2.2.2 Gia tốc tức thời của thanh truyền 13

2.3 Lực tác động lên cơ cấu trục khuỷu 13

2.3.1 Lực khí Thể 14

2.3.1.1 Mô men khí 15

2.3.2.1 Mô men quán tính 16

2.3.2.2 Tổng mô men xoắn 16

2.5.4 Moment quay M của động cơ 19

CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG 21

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 23

Lời cảm ơn

Trong thời gian làm Đồ Án Động Cơ Đốt Trong, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô và bạn bè.

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Nguyễn Thanh Tân giảng viên Bộ môn Đồ Án Động Cơ Đốt Trong Trong Công Nghệ Ô Tô - trường Đại Học Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình làm đồ án.

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại Học Công NghệThành Phố Hồ Chí Minh nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Kĩ Thuật Ô tô nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập.

Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên chúng em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp.

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên sinh viên, luận văn này không thể tránh được những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao ýthức của mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này.

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Trong nền kinh tế quốc dân hiện nay ô tô, máy kéo được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong giao thông vận tải, công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, xây dựng, thủy lợi, quốc phòng, Ngành ô tô, máy kéo chiếm vị trí rất quan trọng đối với sự hoạt động chung của các ngành kinh tế khác, nó đóng một vai trò quan trọng trong sự nghiệp công nghệ hóa, hiện đại hóa của đất nước.

Trong những thập niên trước đây ngành ô tô máy kéo ở nước ta mang tính chất sử dụng và sửa chữa Vì vậy dưới sự lãnh đạo của Đảng cần phải đưa ngành ô tô máy kéo của nước ta sang một giai đoạn mới là thiết kế và chế tạo được phụ tùng thay thế và chế tạo thí điểm ô tô máy kéo.

Tiến thêm một bước nữa chúng ta đã chú ý đến vấn đề đi sâu vào nghiên cứu khoa học về ô tô để cải tiến cho thích hợp với điều kiện sử dụng ở Việt Nam vì đường sá và đồng ruộng ở nước ta khác với các nước.

Việc phát triển và cải tiến kết cấu các chi tiết trên xe ô tô, áp dụng các khoa học kỹ thuật tiên tiến của các nước phát triển mạnh về nền công nghiệp ô tô là một trong những mục tiêu đào tạo kĩ sư cũng như cán bộ kỹ thuật chuyên ngành ô tô ở nước ta hiện nay nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế kỹ thuật.

Ô tô có rất nhiều bộ phận, chi tiết phức tạp và vô cùng quan trọng để nghiên

cứu tìm hiểu và ở môn học Đồ án Động cơ đốt trong lần này dưới sự hướng dẫn của thầy: Th.S Nguyễn Thanh Tân nhiệm vụ của nhóm em trong đồ án này là tìm hiểu, nghiên cứu về phần động cơ Toyota 7M-GTE-Cooling trên xe Toyota

Supra.

Toyota Supra là một chiếc xe thể thao hai cửa, hai chỗ ngồi được sản xuất bởi Toyota Motor Corporation Supra được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1978

và đã trải qua nhiều thế hệ khác nhau Trong đồ án lần này, nhóm em sẽ tìm hiểu rõ

hơn về dòng xe này đặc biệt là phần động cơ Toyota 7M-GTE-Cooling mạnh mẽ của nó và cụ thể hơn, ở đồ án này nhóm em sẽ đi sâu về Tính toán động lực học cơ cấu piston động cơ Toyota 7M-GTE-Cooling.

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:

Ở đồ án này, nhóm chúng em sẽ nghiên cứu về các công thức tính toán nhiệt trong quá trình vận hành và tính toán động lực học cơ cấu của piston – trục khuỷu – thanh truyền.

3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI:

Giới thiệu về động cơ Toyota 7M – GTE – Cooling: Toyota đã giới thiệu dòng động cơ này từ những năm 1960 và họ đã tiếp tục phát triển nó đến tận những năm 1990 Tất cả các động cơ dòng m của Toyota đều có một điểm chung đó đều là động cơ sáu số thẳng với đầu piston làm từ nhôm đúc Để hiểu rõ hơn về cái tên 7M – GTE thì : 7 – là 7 generation engine (động cơ thế hệ thứ 7); M – là mã dòng động cơ; G – là performance wide-angle dohc (biểu thị cho cam kép góc rộng hiệu suất); T – là turbocharge (tăng áp); và cuối cùng E – là multi-point electronic fuel injection ( phun nhiên liệu điện tử đa điểm) Điểm đặc biệt cải tiến của 7M – GTE so với 7M – GE là nó sử dụng bộ tăng áp C26 tạo ra mức tăng áp 6psi khác biệt so với 7M – GE chỉ hút khí tự nhiên

Tìm hiểu chung về bộ phận piston Piston là một bộ phận của động cơ, máy nén khí, máy bơm, xi lanh thủy lực và xi lanh khí nén Trong máy bơm, lực được truyền từ trục khuỷu và piston nhằm nén hòa khí trong xi lanh Trong động cơ,

piston thực hiện nhiệm vụ truyền lực từ khí nở xi lanh đến trục khuỷu thông qua thanh kết nối.

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON-TRỤCKHUỶU-THANH TRUYỀN

2 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌCCác thông số ban đầu

- Loại động cơ: Xăng Số kỳ i: 4

- Công suất có ích Ne(kW): 173 số vòng quay n (vòng/phút): 5600 - Tỉ số nén e: 8.4:1 hệ số dư lượng không khí a: 0.95

Hình 1 Cơ cấu quay của trục khuỷu

Từ cơ cấu trục khuỷu được mô tả ở hình 1, ta tính được chu trình cơ cấu trục khuỷu như sau Vận tốc trung bình của piston động cơ bốn thì được tính theo phương

N- tốc độ động cơ vòng/phút

2.1.1 Động học cơ cấu piston

Piston là một trong những bộ phận chính của động cơ, truyền lực từ khí giãn nở trong xylanh đến trục khuỷu thông qua một thanh truyền

2.1.1.1 Vị trí tức thời của piston

Vị trí tức thời của piston được xác định bằng phương pháp vector từu hình 1 và hình 2 mô tả

trong đó s là vị trí từ tâm trục khuỷu đến tâm chốt piston l – chiều dài thanh truyền

r – bán kính trục khuỷu

x -vị trí tức thời của piston từ chốt piston đến ĐCT

Hình 2 Mối quan hệ bán kính trục khuỷu và chiều dài thành truyền và khoảng cáchtừ trục chốt piston đến trục của trục khuỷu

Như mô tả trên hình 2, chúng ta có thể vẽ sơ đồ mối quan hệ giữa các thành phần của cơ cấu trục khuỷu.

Như mô tả trên hình 2, ta được các công thức của cơ cấu trục khuỷu

sin ϕ= λ sin θ =>

cos ϕ=√1−sin2ϕ=√1− λ2sin2θ

√1−λ2sin θ=(1−λ2sin2θ)1 /2 (6)

Phương trình 6 có thể được phân tích thành thừa số và khi lũy thừa của lamda() ngày càng cao hơn thì kết quả gần bằng vô giá trị.

Để tính được vị trí tức thời của piston trong cơ cấu trục khuỷu có thể tính theo hình 1 như sau.

Để phù hợp khi thao tác, tốt hơn nên biểu diễn phương trình dưới dạng biến dễ ước tính sao cho góc phi rất khó ước tính nên tốt hơn nên biểu diễn phương trình theo một góc theta tức là góc quay của trục khuỷu Do đó, thay thế phương trình (9)

Đây là vị trí tức thời của piston từ tâm chốt piston đến ĐCT Trong đó cơ cấu trục khuỷu Trong đó lamda là tỷ số giữa bán kính trục khuỷu và chiều dài thanh truyền

2.1.1.2 Vận tốc tức thời của piston

Có vị trí tức thời của phương trình piston theo phương trình (12) dễ dàng điều khiển vận tốc tức thời của piston trên cơ cấu trục khuỷu

Trong đó dx- đạo hàm của vị trí tức thời của piston dθ- đạo hàm góc quay trục khuỷu

dt- đạo hàm theo thời gian ⅆxⅆxθt=2 ΠNN

60 =ω- tốc độ góc vins- vận tốc tức thời của piston

Đạo hàm bậc nhất của phương trình (12) theo góc quay theta thế cho phương trình (13)

vins=rω[sin 0+λ sin 2θ

2.1.1.3 Gia tốc tức thời của piston

Gia tốc tức thời của piston được tính giống công thức của vận tốc tức thời

Từ lượng giác Sau đó vi phân ta được vận tốc và gia tốc của piston Các biểu thức thu được có xu hướng rất phức tạp và có thể được đơn giản hóa thành biểu thức chỉ chứa bậc 1( mỗi lần trên 1 vòng quay), bậc hai ( hai lần trên một vòng quay) và bậc thứ 4 không đáng kể

Vị trí chốt piston là vị trí từ tâm trục khuỷu đến tâm chốt piston và có thể được viết được suy ra từ quy tắc cosin của lươngj giác ở hình 2

Vận tốc chốt piston là vận tốc đi lên từ tâm trục khuỷu dọc theo tâm lỗ trụ và có thể tính bằng đạo hàm bậc nhất của phương trình 16 đối với góc theta

Gia tốc chốt piston là gia tốc từ tâm trục khuỷu dọc theo tâm lỗ xylanh và có thể tính bằng đạo hàm bậc 2 của phương trình 16 đối với góc theta

2.2 Mô hình động học của chuyển động của thanh truyền

Thanh truyền là mắt xích chính bên trong động cơ đốt trong Nó nối piston với trục khuỷu và có nhiệm vụ truyền lực từ piston đến trục khuỷu và truyền tới hộp số Thanh truyền là một thành phần trong cơ cấu trục khuỷu, điều quan trọng là phải hình thành động học của thanh truyền.

2.2.1 vận tốc tức thời của thanh truyền

2.3 Lực tác động lên cơ cấu trục khuỷu

FG- Lưc khí tác dụng lên piston

FN- Lực đẩy bên hoặc lực pháp tuyến tác dụng lên hướng chốt piston

Lực khí sinh ra do quá trình đốt cháy nhiên liệu tác dụng lên piston được truyền tới trục khuỷu bằng thanh truyền thông qua quá trình dãn nở, do đó trong

kính trục khuỷu, lực khí tạo ra giá trị mô men xoắn biến thiên định kì Trong động cơ nhiều xi lanh, đường cong mô men xoắn của từng xi lanh được xếp chồng lên nhau sự dịch pha phục thuộc vòa số lượng xy lanh, cấu hình của chúng và thiết kế trục khuỷu và chu trình nạp nén nổ thải Đường cong tổng hợp thu được là đặc điểm của thiết kế động cơ và bao gồm toàn bộ chu kỳ làm việc.

Phân tích sóng có thể dẫn đến “sóng xoắn” do một loại dao động hình sin có bội số nguyên của các tần số cơ bản, sự dao động của mô men tuần hoàn dẫn đến sự thay đổi tốc độ quay của trục khuỷu, gọi là dao động tuần hoàn

Biến thiên và được định nghĩa là :

Trong đó δ – là dao động mô men xoắn theo chu kỳ Lực khí là tích của áp suất tối đa và diện tích của xylanh.

Lực quán tính thu được bằng cách nhân gia tốc của piston với khối lượng tịnh tiến và chỉ tác dụng theo đường thẳng của hình trụ

Trong đó MREC – khối lượng chuyển động tịnh tiến (khối lượng piston cộng với khoảng 2/3 khối lượng thanh truyền )

2.3.2.1 Mô men quán tính

Mô men xoắn do chuyển động của piston thường được gọi là mô men quán tính và được biểu thị bằng phương trình:

Kích thích xoắn của trục khuỷu và kết cấu động cơ – Tổng mô men xoắn Tác dụng lên trục khuỷu của động cơ một xi lanh là do tác dụng của khí và lực quán tính lên cơ chế con trượt trục khuỷu

2.3.2.2 Tổng mô men xoắn

Tổng mô men xoắn được tìm thấy bằng cách tổng hợp hai thành phần này Lưu ý rằng mô men xoắn từ không khsi chiếm ưu thế ( đối với trường hợp đông cơ đốt trong)

2.3.3 Các lực khác

Các lực như lực tiếp tuyến, lực thanh truyền và lực đẩy bên có thể được tính toán như mô tả trong hình 3.

FN=Frtanϕ (32)

Fcr= Fr

ϕ=arc sin ( λ sin θ) (35)

2.4 ĐỘNG HỌC PISTON

2.4.1 Chuyển vị của piston

khi trục khuỷu quay một góc a thì piston dịch chuyển một khoảng X so với vị trí ban đầu Chuyển vị của piston trong xilanh được tính bằng công thức

Sp=R[(1−cos α )+λ

4(1−cos 2 α )] với λ=R

Trong đó: λ- Là thông số kết cấu động cơ L-Chiều dài thanh truyền

30 [rad/s]vận tốc gốc của trục khuỷu

- Vận tốc của piston là tổng của hai hàm điều hòa cấp I và cấp II:

2.5 ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN

2.5.1 Lực khí thể Pkt

- Lực khí thể là một đại lượng thay đổi theo gốc quay trục khuỷu, xác định

được từ áp suất khí thể P ở tính toán nhiệt của động cơ

mt- khối lượng các chi tiết chuyển động tịnh tiến mr- khối lượng các chi tiết chuyển động quay mtt- khối lượng thanh truyền

mnp- khối lượng nhóm piston mk- khối lượng trục khuỷu mA- khối lượng đầu to thanh truyền

mB- khối lượng đầu to thanh truyền

2.5.3 Hệ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền

Lực tổng tác dụng lên chốt piston

-Là hợp lực của lực khó thể Pkt và lực quán tính tịnh tiến Pj, có giá trị bằng tổng đại số của hai lực này: Pl= Pkt + Pj

2.5.4 Moment quay M của động cơ

-Tính góc lệch công tác của động cơ: δk=120 ° Chọn thứ tự làm việc của động cơ: 1-5-3-6-2-4 Xác định pha công tác của từng xilanh:

+Xilanh 1: α

CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN4.1 Kết luận

Thời gian thực hiện với sự tạo điều kiện và giúp đỡ của giảng viên Th.s NguyễnThanh Tân nhóm đã thực hiện thành công đề tài “tính toán động lực học cơ cấu piston –trục khuỷu – thanh truyền ” Các công việc đã thực hiện bao gồm: tìm hiểu, tính toán, vẽcác chi tiết bằng phần mềm solidworks.

4.1.1 Những vấn đề đạt được

Sau một thời gian nghiên cứu đề tài mặc dù còn gặp nhiều khó khăn nhƣng với nổlực của bản thân cùng với sự hướng dẫn tận tình của Th.S đến nay đề tài đồ án củanhóm chúng em đã hoàn thành cơ bản Từ kết quả nghiên cứu trong đề tài: “tính toánđộng lực học cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền” Nhóm chúng em đưa ra mộtsố kết luận sau:

- nắm rõ được cách tính toán các thông số động lực học động cơ

- hiểu được nguyên lý hoạt động của các chi tiết piston - trục khuỷu – thanhtruyền

- nắm được cách sử dụng phần mềm solidworks để mô phỏng chi tiết- có được kĩ năng làm việc nhóm và phân bố thời gian hợp lí

4.1.2 Những vấn đề còn hạn chế

Do điều kiện thực hiện đồ án còn hạn chế, kinh nghiệm thực tiễn còn thiếu nên đềtài này còn rất nhiều thiếu sót Rất kính mong các Thầy Cô trong bộ môn đóng góp ýkiến để đề tài này hoàn thiện hơn

4.2 Hướng phát triển đề tài

Đề hiểu rõ hơn nữa về đề tài cần có những trải nghiệm thực tế, cac sthao tác trựctiếp trên động cơ từ đó có được những kiến thức thực tiễn, những kinh nghiệm quý giá từđó gom nhặt được những kĩ năng để áp dụng cho công việc chuyên môn sau này.