đồ án cdio3 tên đề tài thiết kế động cơ đốt trong

Biểu diễn các thông số- Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd= 15 [mm]Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn Vh, nghĩa là giá trị biểu diễ

TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ

CÁC THÔNG SỐ TÍNH

Các thông số cho trước

THÔNG SỐ KỸ THUẬT Ký Hiệu Giá trị Đơn Vị

Số xilanh/Số kì/Cách bố trí i / τ/ 6/4/V-type

Tỷ số nén ε 11 Đường kính x Hành trình Piston DxS 100x85 mm

Công suất cực đại Ne 215 Kw Ứng với số vòng quay n 5200 v/p

Tham số kết cấu λ 0.25 Áp suất cực đại Pz 5.0 Mn/m 2

Khối lượng nhóm piston mpt 1.0 Kg

Khối lượng nhóm thanh truyền mtt 1.3 Kg

Góc đánh lửa sớm  s 15 độ

Góc phân phối khí α1 19 độ α2 63 độ α3 36 độ α4 20 độ

Hệ thống nhiên liệu EFI

Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cascte ướt

Hệ thống làm mát Cưỡng bức sử dụng môi chất lỏng

Hệ thống nạp Không tăng áp

Hệ thống phân phối khí 24 valve DOHC

Các thông số cần tính toán

Xác định tốc độ trung bình của động cơ:

S (m) : Hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh.

N (vòng/phút) : Tốc độ quay của động cơ.

Do Cm> 9 m/s nên động cơ là động cơ tốc độ cao hay động cơ cao tốc.

Chọn trước: n1= 1.35 ( chỉ số nén đa biến trung bình) n2= 1.25 (chỉ số giãn nở đa biến trung bình)

Áp suất khí cuối kỳ nạp:

Chọn áp suất đường nạp : pk  p 0 = 0.1 [MN/m 2 ] Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp ta chọn: pa= (0.8 - 0.9)pk

Vậy chọn: pa= 0.9pk= 0.09 [MN/m 2 ]

Áp suất cuối kì nén: pc= pa.ε n1 = 0.09.11 1.35 = 2.291 [MN/m 2 ]

Chọn tỷ số giãn nở sớm(động cơ xăng): ρ = 1

Áp suất cuối quá trình giãn nở sớm:

Vận tốc góc của trục khuỷu:

Áp suất khí sót (động cơ cao tốc) chọn: Áp suất không tăng áp tuabin: pth= 1.03pk= 1.03.0.1 = 0.103 [MN/m 2 ] Áp suất khí sót (chọn): pr= 1.07pth= 1.07.0.103= 0.110 [MN/m 2 ]

ĐỒ THỊ CÔNG

1.2.1 Các thông số xây dựng đồ thị a Các thông số cho trước Áp suất cực đại: pz= 5 [MN/m 2 ]

Góc phân phối khí: α1= 19 o α2= 63 o α3= 36 o α4= 20 o b Xây dựng đường nén

Gọi Pnx, Vnxlà áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động cơ.Vì quá trình nén là quá trình đa biến nên: const V

P  P Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vhthành khoảng, khi đó i = 1 2 3.. c Xây dựng đường giãn nở

Gọi Pgnx, Vgnxlà áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của động cơ.Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên ta có: const V

Ta có : VZ=.VC Pgnx 2 2

P  P  Để dể vẽ ta tiến hành chia Vhthành khoảng, khi đó i = 1 2 3.. d Biểu diễn các thông số

- Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd= 15 [mm]

- Biểu diễn thể tích công tác:

- Biểu diễn áp suất cực đại: pzbd= 160 - 220 [mm] Chọn pzbd= 160 [mm]

Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn Vh, nghĩa là giá trị biểu diễn cửa AB = Vhbd

+ Giá trị biểu diễn của oo’:

Bảng 1.1: Bảng giá trị Đồ thị công động cơ xăng Đường nén Đường cháy giãn nở i Vbd(mm) V x (dm 3 ) i n 1 pn=pc/i n1 Pnx i n2 pgn=pz*ρn2/i n2 Pgnx

Xác định các điểm đặc biệt:

Hình 1.1: Các điểm đặc biệt cần xác định trên đồ thị công động cơ xăng

+ Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở.

+ Vẽ vòng tròn của độ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:

Va= Vc+ Vh= 0.0667 + 0.667=0.734 [dm 3 ] Vabd= 165 [mm] pa= 0.09 [MN/m 2 ]pabd= 0.09/0.0312 = 2.88 [mm]

Vb= Va= 0.7337 [dm 3 ] Vbbd= 165 [mm] pb = 0.249 [MN/m 2 ] pbbd= 0.249/0.0312 = 7.986[mm]

 Điểm phun sớm : c’ xác định từ Brick ứng với s;

 Điểm bắt đầu quá trình nạp : r(Vc;Pr) => r(0.0667;0.11)

 Điểm mở sớm của xu páp nạp : r’ xác định từ Brick ứng với α1

 Điểm đóng muộn của xupáp thải : r’’ xác định từ Brick ứng với α4

 Điểm đóng muộn của xupáp nạp : a’ xác định từ Brick ứng với α2

 Điểm mở sớm của xupáp thải : b’ xác định từ Brick ứng với α3

 Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z (Vc,0.85Pz)

 Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’(/2Vc,Pz)

Bảng 1.1: Các điểm đặc biệt

Giá trị thật Giá trị vẽ Điểm V (dm3) p (MN/m 2 ) V (mm) p (mm) a (Va, pa) 0.734 0.09 165 2.88 c (Vc, pc) 0.0667 2.2915 15 73.32 z (Vz, 0.85pz) 0.0667 4.25 15 136 b (Vb, pb) 0.734 0.434 165 7.986 r (Vr, pr) 0.0667 0.11 15 3.526 y(Vc,0.85pz) 0.0667 4.25 15 136 c’’ 3.24 15 103.88 b’’ 0.734 0.1799 165 5.756

Bảng 1.2: Các giá trị biểu diễn trên đường nén và đường giãn nở

+ Sau khi có các điểm đặc biệt tiến hành vẽ đường thải và đường nạp, tiến hành hiệu chỉnh bo tròn ở hai điểm z’’ và b’’.

ĐỒ THỊ BRICK

Hình 1.2: Phương pháp vẽ đồ thì Brick

+Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính R Do đó AD = 2R = S [mm] Điểm A ứng với góc quay =0 0 (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi

0 0 (vị trí điểm chết dưới).

- Chọn tỷ lệ xích đồ thị Brick:

+ Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía ĐCD như Hình 1.2 với :

+ Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB, hạ M’C thẳng góc với AD Theo Brich đoạn AC = x Điều đó được chứng minh như sau:

+ Ta có : AC=AO - OC= AO - (CO’ - OO’) = R- MO’.cos+

- Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α o , 20 o ,

30 o , ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB Hạ

MC vuông góc với AD Điểm A ứng với góc quay =0 0 (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi0 0 (vị trí điểm chết dưới).Theo Brick đoạn AC = x.

- Vẽ hệ trục vuông góc OS, trục O biểu diễn giá trị góc còn trục OS biễu diễn khoảng dịch chuyển của Piston Tùy theo các góc  ta vẽ được tương ứng khoảng dịch chuyển của piston Từ các điểm trên vòng chia Brich ta kẻ các đường thẳng song song với trục O Và từ các điểm chia (có góc tương ứng) trên trục O ta vẽ các đường song song với OS Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x của piston theo.

Bảng 1.1: Bảng giá trị đồ thị chuyển vị S = f(α) α(độ) λ cosα cos2α X=R[(1-cosα)+λ/4(1-cos2α)] Xbd

Hình 1.1: Đồ thị chuyển vị S = f(α)

XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN TỐC V(α)

- Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính R1:

- Giá trị biểu diễn của R1là :

- Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R2:

- Giá trị biểu diễn của R2là:

- Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1 và vòng tròn bán kính R2 ra 18 phần bằng nhau.Như vậy ứng với góc ở nửa vòng tròn bán kính R1thì ở vòng tròn bán kính R2sẽ là 2.

18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính R1 mỗi điểm cách nhau 10  và trên vòng tròn bán kính R2mỗi điểm cách nhau là 20 

- Trên nửa vòng tròn R1 ta đánh số thứ tự từ 0 1 2 18 theo chiều ngược kim đồng hồ còn trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số 0’.1’.2’ 18’ theo chiều kim đồng hồ cả hai đều xuất phát từ tia OA.

- Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1 ta dóng các đường thẳng vuông góc với đường kính AB và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R2 ta kẻ các đường thẳng song song với AB Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tương ứng theo từng cặp 0-0’;1-1’; ;18- 18’ tại các điểm lần lượt là 0 a b c 18 Nối các điểm này lại bằng một đường cong và cùng với nửa vòng tròn bán kính R1 biểu diễn trị số vận tốc v bằng các đoạn 0. c

1 0 ứng với các góc 0 1.2 3 18 Phần giới hạn của đường cong này và nửa vòng tròn lớn gọi là giới hạn vận tốc của piston.

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc OvS trùng với hệ toạ độ OS trục thẳng đứng Ov trùng với trục O Từ các điểm chia trên đồ thị Brick ta kẻ các đường thẳng song song với trục Ov cắt trục Ostại các điểm 0 1 2 3 18 Từ các điểm này ta đặt các đoạn thẳng 00 1a 2b. 3c 1818 song song với trục Ovvà có khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn 0. c

1 0 Nối các điểm 0 a b c 18 lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc của piston v=f(S).

Hình 1.3: Đồ thị vận tốc V = f(α)

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc v- s trùng với hệ toạ độ trục thẳng đứng 0v trùng với trục

0 Từ các điểm chia trên đồ thị Brích ta kẻ các đường thẳng song song với trục 0v và cắt trục 0s tại các điểm 0.1.2.3 18 từ các điểm này ta đặt các đoạn thẳng 00’’.11’’ 22’’ 33’’ .1818’’ song song với trục 0v có khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn tương ứng nằm giữa đường cong với nữa đường tròn bán kính r1 mà nó biểu diển tốc độ ở các góc  tương ứng Nối các điểm 0’’.1’’.2’’ 18’’ lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc piston v=f(s)

ĐỒ THỊ GIA TỐC

1.5.1 Phương pháp Để giải gia tốc j của piston, người ta thường dùng phương pháp đồ thị Tôlê vì phương pháp này đơn giản và có độ chính xác cao.Cách tiến hành cụ thể như sau:

Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R Từ A dựng đoạn thẳng AC = Jmax= R 2 (1+) Từ B dựng đoạn thẳng BD = Jmin= -R 2 (1-) , nối CD cắt AB tại E.

Lấy EF = -3R 2 Nối CF và DF Phân đoạn CF và DF thành những đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1 , 2 , 3 , 4 ,và 1’ , 2’ , 3’ , 4’ ,(hình 1.6).

Nối 11’ , 22’ , 33’ , 44’ ,Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số : j = f(x).

- Chọn tỷ lệ xích: μ J  j J max max bd  15737 100 , 01  157 , 3701 [m/(s 2 mm)]

- Lấy đoạn thẳng AB trên trục Os, với:

- Tại A, dựng đoạn thẳng AC thẳng góc với AB về phía trên, với:

- Tại B, dựng đoạn thẳng BD thẳng góc với AB về phía dưới, với:

- Nối C với D cắt AB tại E, dựng EF thẳng góc với AB về phía dưới một đoạn: j

- Nối đoạn CF và DF, ta phân chia các đoạn CF và DF thành 8 đoạn nhỏ bằng nhau và ghi số thứ tự cùng chiều, chẳng hạn như trên đoạn CF: C, 1, 2, 3, 4, F; trên đoạn FD: F, 1’, 2’, 3’,4’,D Nối các điểm chia 11 ' ,22 ' ,33 ' , Đường bao của các đoạn này là đường cong biểu diễn gia tốc của piston: J = f(x).

Hình 1.4: Đồ thị gia tốc J = f(x)

VẼ ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH

- Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyển động tịnh tiến bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền. m’ = mpt+m1[kg]

+ mpt: Khối lượng nhóm piston Theo đề ta có mpt= 1 [kg]

+ m1: Khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền Được chọn tùy theo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại Vì động cơ đang thiết kế có các thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo nên ta chọn m1trong khoảng. m1= (0,2750,35).mtt

+ mtt: Khối lượng nhóm thanh truyền Theo đề ta có mtt= 1,3 [kg].

- Ta chọn: m1= 0,3.1,3 = 0,39[kg] m2= 0,7mtt= 0,91 [kg]

- Vậy khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến là: m’ = m1+ mpt= 0,39 + 1 = 1,39 [kg]

- Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công thì -Pj phải có cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công, thay vì vẽ giá trị thực của nó ta vẽ -Pj= f(x) ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston.

1.6.2 Đồ thị lực quán tính

Lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến: PJ mJ [MN/m 2 ]

Từ công thức ta xác định được: max

- PJmin 177,0710  6 (9442,21) ,1671[MN/m 2 ] Đồ thị PJnày vẽ chung với đồ thị công P-V.

Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - S, với:

Chọn tỷ lệ xích trùng với tỷ lệ xích đồ thị công

- Trục hoành trùng với trục Pocủa đồ thị công.

ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN: P KT , P J , P 1 – α

- Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc OP, trục hoành Onằm ngang với trục po.

- Trên trục Ota chia 10 o một, ứng với tỷ lệ xích= 2 [ o /mm].

- Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai triển như sau:

+ Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song với

OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá trình nạp, nén, cháy - giãn nở và thải Qua các giao điểm này ta kẻ các đường ngang song song với trục hoành sang hệ trục toạ độ OP.

+Từ các điểm chia trên trục O, kẻ các đường song song với trục OP, những đường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của đồ thị Brick và phù hợp với quá trình làm việc của động cơ Nối các giao điểm này lại ta có đường cong khai triển đồ thị Pkt- với tỷ lệ xích :

- Cách vẽ đồ thị khai triển này giống như cách vẽ đồ thị khai triển Pkt - α Tuy nhiên, trên đồ thị p - V thì giá trị của lực quán tính là – PJ nên khi chuyển sang đồ thị P-α ta phải đổi dấu.

- Cộng các giá trị pktvới pjở các trị số góctương ứng, ta vẽ được đường biểu diễn hợp lực của lực quán tính và lực khí thể P1:

1.7.3 Đồ thị khải triển P kt , P j , P 1 – α

Giá trị đo (mm) Giá trị vẽ (mm) Giá trị thật (MN/m2) α Pkt Pj P1=Pkt+pj P1

Hình 1.5:Giá trị đồ thị khai triển Pkt, Pj, P1-αĐồ thị khải triển Pkt, Pj, P1 – α

XÂY DỰNG ĐỒ THỊ T, Z, N – α

1.8.1 Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khủy thanh truyền

Hình 1.6: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyển

- Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

- Lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

- Lực ngang tác dụng lên phương thẳng góc với đường tâm xylanh:

- P1được xác định trên đồ thị khai triển tương ứng với các giá trị của.

- Ta có giá trị của góc: sinβ =.sinα = arcsin(sin)

- Ta lập bảng xác định các giá trị N, T, Z Sau đó, ta tiến hành vẽ đồ thị N, T, Z theo trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z -).

Bảng 1.6: Số liệu đồ thị T, N, Z-α

Giá trị thật Giá trị vẽ α β sin(α+β)/cosβ cos(α+β)/cosβ T Z N Tbd Zbd Nbd

ĐỒ THỊ ∑T – α

Thứ tự làm việc của động cơ : 1 – 5 – 3 – 6 – 2 – 4

Góc lệch công tác: ct 120 0

Ta tínhT trong 1 chu k ỳ góc công tác 120 0

Khi trục khuỷu của xylanh thứ 1 nằm ở vị trí  1 0 0 thì:

Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí 2 240 0 Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí  3  480 0 Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí  4 120 0 Khuỷu trục của xylanh thứ 5 nằm ở vị trí  5  600 0 Khuỷu trục của xylanh thứ 6 nằm ở vị trí  6  360 0 Tính mômen tổng T = T1+ T2+ T3+ T4+ T5+ T6

Dựa vào bảng tính T ở trên, tra các giá trị tương ứng mà Tiđã tịnh tiến theo α Sau đó, cộng tất cả các giá trị Tilại ta có các giá trị của T.

Tính giá trị của T tb bằng công thức: n F R π

+ Ni: công suất chỉ thị của động cơ m i e η

+m: Hiệu suất cơ giới, các loại động cơ đốt trong hiện nay nằm trong giới hạn

+ n: là số vòng quay của động cơ, n = 5200 [vòng/phút]

+ Fp: là diện tích đỉnh piston

+ R: là bán kính quay của trục khuỷu

+: là hệ số hiệu đính đồ thị công

= 1 (Khi vẽ đã hiệu chỉnh đồ thị công)

1.10.ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU

- Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ở trục.

- Vẽ hệ toạ độ T - Z gốc toạ độ O’ trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới.

- Chọn tỉ lệ xích :T=Z=p = 0,03125 [MN/(m 2 mm)]

- Đặt giá trị của các cặp (T,Z) theo các góc tương ứng lên hệ trục toạ độ T - Z Ứng với mỗi cặp giá trị (T,Z) ta có một điểm, đánh dấu các điểm từ 072 ứng với các góc

 từ 0 0 720 0 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.

- Dịch chuyển gốc toạ độ Trên trục 0’Z (theo chiều dương) ta lấy điểm 0 với

00'  (lực quán tính ly tâm).

+ Lực quán tính ly tâm :

+ m2: khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu to m2= m1-mtt= 0,95 [kg]

P R o  0   2  6  [MN/m 2 ] Với tỷ lệ xíchZta dời gốc toạ độ O’ xuống O một đoạn O’O.

- Đặt lực P R 0 về phía dưới tâm O’, ta có tâm O, đây là tâm chốt khuỷu.

ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN Q(α)

Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q - rồi tính phụ tải trung bình Qtb.

Lập bảng tính xây dựng đồ thị Q - α:

Tiến hành đo các khoảng cách từ tâm O đến các điểm ai (Ti,Zi) trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, ta nhận được các giá trị Qitương ứng Sau đó lập bảng Q - α:

Bảng 1.1: Giá trị đồ thị khai triển phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu: α Tbd Zbd -Zbd Z0=-Zbd+Probd Q = SQRT(T 2 + Z0 2 )

Hình 1.7: Đồ thị khai triển Q-α

ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN

+ Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền được xây dựng bằng cách :

- Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm 0 0 ,

10 0 , 20 0 , 30 0 ,  trùng với trục +Z của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véc tơ Q 0 , Q 10 , Q 20 , Q 30 , của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0 , 10 , 20 , 30,

Nối các điểm 0 , 15 , 30 , bằng một đường cong , ta có đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền.

Bảng 1.4: Giá trị β theo α: α (độ) β (độ) α+β (độ) α (rad) β (rad) α +β (rad)

ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU

- Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúng nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng.

- Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây:

+ Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ n định mức;

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 120 0 ; + Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải;

+ Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép.

- Các bước tiến hành vẽ như sau:

+ Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ vòng tâm O, bán kính bất kì Chia vòng tròn này thành 24 phần bằng nhau, tức là chia theo 15 o theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, bắt đầu tại điểm 0 là giao điểm của vòng tròn O với trục OZ (theo chiều dương), tiếp tục đánh số thứ tự 1, 2, , 23 lên vòng tròn.

+ Từ các điểm chia 0, 1, 2, , 23 của vòng tròn O, ta kẻ các tia qua tâm

O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải tại nhiều điểm, có bao nhiêu điểm cắt đồ thị thì sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại điểm chia đó Do đó ta có : in i1 i0 i Q' Q' Q' ΣQ'   

+ i : Tại mọi điểm chia bất kì thứ i.

+ 0, 1, , n: Số điểm giao nhau của tia chia với đồ thị phụ tải tại 1 điểm chia.

- Lập bảng ghi kết quảQ’i

- Chọn tỉ lệ xích: μ ΣQm  1 , 2 [MN/(m2.mm )]

- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu, chia vòng tròn thành 24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0, 1, , 23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.

- Vẽ các tia ứng với số lần chia.

- Lần lượt đặt các giá trị Q  0, Q  1, Q  2, …, Q  23 lên các tia tương ứng theo chiều từ ngoài vào tâm vòng tròn Nối các đầu mút lại ta có dạng đồ thị mài mòn chốt khuỷu.

- Các hợp lực Q0, Q1, Q2, …, Q23được tính theo bảng sau :

Vẽ 121 121 121 121 82.3 38.7 0 12.7 25.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 24.8 12 0 38.8 82.4 121 121 121 d Bảng 1.5: Bảng xác định hợp lực tác dụng trên mặt chốt khuỷu

PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CHUNG ĐỘNG CƠ THAM KHẢO

CHỌN ĐỘNG CƠ

1 Chọn động cơ tham khảo

Chọn động cơ tham khảo:2GR-FE

Thông số kỹ thuật Ký hiệu Yêu cầu Chọn toyota

Số xilanh/ Số kỳ/ Cách bố trí i/ τ / 6 / 4 / V-type 6 / 4 / V-type

Tỷ số nén ε 11 10.8 Đường kính x hành trình piston (mm x mm) D x S 100x85 94x83

Công suất cưc đại/ Số vòng quay

Hệ thống nhiên liệu EFI EFI

Hệ thống phối khí 24 valve, DOHC 24 valve, DOHC

KẾT CẤU ĐỘNG CƠ

2.1 Cơ cấu pittông, trục khuỷu, thanh truyền

Các piston được làm bằng hợp kim nhôm.

• Phần piston đầu sử dụng một phần đỉnh hình dạng côn để thực hiện hiệu quả đốt cháy nhiên liệu.

• Những váy pit-tông được phủ một lớp nhựa để giảm tổn thất ma sát.

• Các đường rãnh của vòng đầu được phủ alumite để đảm bảo khả năng chống mài mòn.

• Bằng cách tăng độ chính xác gia công của đường kính xi lanh khoan, đường kính ngoài của piston được làm thành một kích thước.

Trên piston có 2 loại xéc măng là xéc măng khí và xéc măng dầu.

Xec măng có nhiệm vụ là bao kín buồng cháy của động cơ và dẫn nhiệt từ đỉnh piston và thành xianh tới nước làm mát Mỗi piston được lắp 2 xéc măng khí vào 2 rãnh trên cùng của đầu piston Để xéc măng rả khít với thành xilanh nó được mạ một lớp thiếc Xéc măng khí phía trên được mạ Crôm đẻ giảm mài mòn Khi lắp, khe hở nhiệt của xec măng trong khoảng 0,25-0,6 mm để giảm hiện tượng khí lọt xuống cacte khi lắp đặt miệng xec măng phải cách nhau 180 o Vật liệu chế tạo xéc măng là thép hợp kim cứng Xec măng dầu được làm thù thép chống gỉ, có nhiệm vụ san đều lớp dầu trên bề mặt làm việc và gạt dầu từ thành xi lanh về cacte Xec măng dầu có các lỗ dầu và được lắp vào rãnh dưới cùng của piston Trong rãnh có lỗ nhỏ thông với khoang trống phía trong piston

Thanh truyền là chi tiết dùng để nối piston với trục khuỷu và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Khi làm việc, thanh truyền chịu tác dụng của lực khí thể trong xilanh, lực quán tính của nhóm piston và lực quán tính của bản thân thanh truyền Thanh truyền có cấu tạo gồm 3 phần: Đầu nhỏ, thân và đầu to Nắp đầu to thanh truyền được bắt với thanh truyền bằng bulông biến dạng đàn hồi.

Vật liệu chế tạo thanh truyền phải có độ bền cơ học, độ cứng vững cao, thường là thép các bon hoặc thép hợp kim.

Hình 2.4: Kết cấu thanh truyền

Chốt pít tông là chi tiết nối pít tông và đầu nhỏ thanh truyền Tuy có kết cấu đơn giản nhưng chốt pít tông có vai trò rất quan trọng để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ Trong quá trình làm việc của mình chốt pít tông chịu lực va đập tuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện bôi trơn khó khăn.

1.Vòng hãm, 2.Chốt pít tong

Chốt pít tông được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần hợp kim như crôm, măng gan với thành phần cacbon thấp chốt pít tông được sử lý tăng cứng và được mài bóng.

Chốt pít tông có dạng hình trụ rỗng Các mối ghép giữa chốt pít tông và pít tông, thanh truyền theo hệ trục để đảm bảo lắp ghép dễ dàng Chốt pít tông được lắp tự do ở cả hai mối ghép Khi lắp ráp mối ghép giữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng, còn mối ghép với bệ chốt là mối ghép trung gian, có độ dôi. Phương pháp lắp này làm cho chốt mòn đều hơn và chịu mỏi tốt hơn nhưng khó bôi trơn mối ghép phải có kết cấu hạn chế di chuyển dọc trục của chốt.

Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất, cường độ làm việc lớn nhất của động cơ đốt trong Công dụng của trục khuỷu là tiếp nhận lực tác dụng trên piston truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu để đưa công suất ra ngoài (dẫn động các máy công tác khác), trạng thái làm việc của trục khuỷu là rất nặng Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính (quán tính chuyển động tịnh tiến và quán tính chuyển động quay) những lực này có trị số rất lớn thay đổi theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập rất mạnh Ngoài ra các lực tác dụng nói trên còn gây ra hao mòn lớn trên các bề mặt ma sát của cổ trục và chốt khuỷu.Tuổi thọ của khuỷu trục, thanh truyền chủ yếu phụ thuộc vào tuổi thọ của trục khuỷu Có sức bền lớn, độ cứng vững lớn, trọng lượng nhỏ và ít mòn, có độ chính xác cao.

Hình 2.5: Kết cấu trục khuỷu

Trục khuỷu có 9 khối lượng cân bằng Phần góc lượn của cổ trục được lăn ép bề mặt Trên trục khuỷu có khoan các lỗ để dẫn dầu bôi trơn cho chốt khuỷu và cổ khuỷu.

2.2.Cơ cấu phân phối khí

• Mỗi xi lanh của động cơ này có 2 van nạp và 2 van xả, hiệu quả hút và xả được tăng lên do tổng khu vực cảng lớn hơn.

• Động cơ này sử dụng cánh tay lăn hỏa tiễn gắn liền với vòng bi kim Điều này làm giảm ma sát xảy ra giữa cam và các khu vực mà đẩy van xuống, do đó cải thiện nền kinh tế nhiên liệu.

• Một điều chỉnh đòn thủy lực, trong đó duy trì phá không van liên tục thông qua việc sử dụng dầu áp lực và lực lò xo, được sử dụng.

• Các trục cam lượng được điều khiển bởi trục khuỷu qua xích dẫn động trục cam sơc ấp Các trục cam xả được điều khiển bởi trục cam tương ứng thông qua các xích dẫn động thứ cấp.

• Động cơ này sử dụng một hệ thống VVT-i kép mà điều khiển van nạp và xả trục cam để cung cấp thời gian van tối ưu theo điều kiện lái xe Với việc áp dụng này, tiêu thụ nhiên liệu thấp, hiệu suất động cơ cao hơn, và lượng khí thải ít hơn đã đạt được.

Cơ cấu phối khí bao gồm tất cả các cụm, các chi tiết và các kết cấu với chức năng đảm bảo quá trình trao đổi khí giữa xylanh động cơ với môi trường bên ngoài trong các quá trình nạp khí vào xylanh và thải các sản phẩm cháy từ xylanh ra môi trường bên ngoài.

Yêu cầu đối với cơ cấu phối khí đó là:

- Nạp đầy và thải sạch ở mọi chế độ làm việc của động cơ.

- Tiếng ồn thấp, khả năng bao kín tốt.

- Độ bền và độ tin cậy làm việc cao.

- Dễ dàng lắp ráp thay thế chi tiết và sửa chữa bảo dưỡng điều chỉnh.

Với cơ cấu phối khí xupáp treo bảo đảm cho buồng cháy nhỏ gọn, chống cháy kích nổ tốt nên có thể tăng được tỉ số nén và làm cho dạng đường thải, nạp thanh thoát, khiến sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời do có thể bố trí xupáp hợp lí hơn nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí khiến hệ số nạp tăng Cấu tạo cơ cấu phối khí gồm các chi tiết chính sau: trục cam, xupáp

Giữa thân và tán nấm có bán kính góc lượn lớn để cải thiện tình trạng lưu thông của dòng khí nạp vào xylanh, đồng thời tăng độ cứng vững cho xupáp, giảm được trọng lượng Phần đuôi được tôi cứng.

Xupáp thải làm bằng thép chịu nhiệt Phần đuôi được tôi cứng để tránh mòn và có rãnh để lắp móng hãm giữa đuôi xupáp và lò xo xupáp Móng hãm hình côn gồm 2 nửa với kiểu lắp này có kết cấu đơn giản, độ an toàn cao,và không gây nên ứng suất tập trung trên đuôi xupáp Để dễ sửa và tránh hao mòn cho nắp xylanh ở chỗ lắp xupáp người ta lắp ống dẫn hướng ống dẫn hướng có dạng hình trụ rỗng được đóng ép vào nắp xilanh đến một khoảng cách nhất định.

+ Đế xupáp hình ống, mặt trong được vát góc theo góc vát của tán nấm và được đóng trên nắp máy

+ Lò xo xupáp hình trụ hai đầu được quấn sít với nhau và mài phẳng.

- Các trục cam được làm bằng hợp kim gang.

• Một đoạn dầu được cung cấp trên hút và xả trục cam để cung cấp dầu động cơ với hệ thống VVT-i.

• Một bộ điều khiển VVT-i đã được cài đặt trên mặt trước của hút và xả trục cam để thay đổi thời gian của các van hút và xả.

THIẾT KẾ CƠ CẤU PISTON THANH TRUYỀN

Nhóm piston gồm có piston, chốt piston, xéc măng khí, xéc măng dầu, vòng hãm chốt.Trong quá trình làm việc của động cơ, nhóm piston có các nhiệm vụ chính sau đây:

+ Tạo thành buồng cháy tốt ,bảo đảm bao kín buồng cháy, giữ không để khí cháy lọt xuống cácte và dầu nhờn không sục lên buồng cháy.

+ Tiếp nhận lực khí thể Pzvà truyền lực này cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu đưa công suất ra ngoài Trong các quá trình nén, piston nén khí nạp và trong quá trình thải, piston làm nhiệm vụ như một bơm đẩy và quét khí.

3.1.1.1 Điều kiện làm việc và yêu cầu của piston a Điều kiện làm việc:

Piston là một chi tiết máy quan trọng của động cơ đốt trong Trong quá trinh làm việc của động cơ, piston chịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt rất lớn ảnh hưởng xấu đến độ bền, tuổi thọ của piston.

-Tải trọng cơ học: chủ yếu là do lực khí thể và lực quán tính gây nên Các lực này biến thiên theo chu kỳ nên đã gây ra va đập dữ dội giữa các chi tiết máy của nhóm piston với xy lanh và thanh truyền, làm piston bị biến dạng và đôi khi làm hỏng piston.

-Tải trọng nhiệt : do tiếp xúc với nhiệt độ rất cao trong quá trnh cháy nên nhiệt độ phần đỉnh piston thường rất cao.

+ Gây ra ứng suất nhiệt lớn có thể làm rạn nứt cục bộ, giảm độ bền của piston.

+ Gây ra biến dạng nhiệt khiến piston bị bó kẹt trong xy lanh và làm tăng ma sát giữa piston và xy lanh.

+ Giảm hệ số nạp làm giảm công suất của động cơ.

+ Làm dầu nhờn nhanh chóng bị phá hủy

+ Đối với động cơ xăng, nhiệt độ đỉnh quá cao c̣n thường gây ra hiện tượng cháy sớm và kích nổ.

- Ma sát và ăn mòn hóa học: trong quá trnh làm việc bề mặt thân piston thường làm việc ở trạng thái ma sát nửa khô do thiếu dầu bôi trơn Do đỉnh piston luôn tiếp xúc với khí cháy nên bị ăn mòn hóa học bởi các thành phần axít sinh ra trong quá trình cháy. b Yêu cầu:

- Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt nhất

- Tản nhiệt tốt để tránh kích nổ và bó kẹt

- Có trọng lượng nhỏ để giảm lực quán tính

- Đủ bền và đủ độ cứng vững để tránh biến dạng quá lớn

- Đảm bảo bao kín buồng cháy để công suất động cơ không giảm sút và ít hao dầu nhờn.

3.1.1.2 Kết cấu của piston a Đỉnh piston Đỉnh piston là phần trên cùng của piston cùng với xylanh và nắp xylanh tạo thành buồng cháy. Đỉnh piston của động cơ 2GR – FE là đỉnh lõm, buồng cháy tạo ra xoáy lốc nhẹ, cải thiện được quá trình cháy. b Đầu piston Đầu piston bao đỉnh piston và vùng đai lắp các xéc măng làm nhiệm vụ bao kín. Trên bề mặt trụ ngoài của piston có lắp 3 rảnh để lắp xéc măng: 2 rảnh lắp xéc măng khí, 1 rảnh lắp xéc măng dầu Vì kết cấu của đầu piston không có rảnh chắn nhiệt nên xéc măng khí thứ nhất phải làm việc trong điều kiện quá nóng, tuy vậy nhờ được bố trí gần khu vực nước làm mát do đó điều kiện làm việc của nó được cải thiện hơn. Khi tính toán thiết kế đầu piston cần chú ý giải quyết 3 vấn đề: tản nhiệt, vấn đề bao kín và sức bền.

Thân piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston dẫn động trong xylanh và chịu lực ngang N.

Chiều dài thân piston của động cơ cao tốc là thân thường ngắn và vát bớt hai bên hông.

Vị trí của lỗ bệ chốt: trong động cơ xăng cao tốc,lỗ bệ chốt thường để lệch khỏi đường tâm xylanh tạo thành cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền vừa cải thiện quá trình nạp vừa giảm lực ngang N nên động cơ vận hành êm Độ lệch của lỗ bệ chốt về phía chiều quay thường từ 2 3 mm.

- Dạng thân piston thường không phải là hình trụ mà tiết diện ngang thường có dạng hình ô van hoặc vát ngắn phía hai đầu bệ chốt Để tăng độ cứng vững cho piston, phần thân piston làm vành đai Ngoài ra, khi cần điều chỉnh trọng lượng giữa các piston, ta có thể cắt bỏ một phần kim loại ở phần chân piston.

3.1.1.3 Tính nghiệm bền của piston a Xác định các kích thước cơ bản

Hình 3.1Sơ đồ tính toán piston

 Chiều dày đỉnh có làm mát đỉnh: ( 0,04 – 0,07 ).D

 Khoảng cách c từ đỉnh đến xéc măng thứ nhất: ( 0,6 – 1,2 ).

 Đường kính bệ chốt db: ( 1,3 – 1,6 ).dcp

 Đường kính trong chốt d0: ( 0,6 – 0,8 ).dcp

Ta chọn: 1,9[ mm ] b Điều kiện tải trọng

Piston chịu lực khí thể Pkt , lực quán tính và lực ngang N, đồng thời chịu tải trọng nhiệt không đều Khi tính toán kiểm nghiệm bền thường tính với điều kiện tải trọng lớn nhất.

Nhóm thanh truyền gồm có: thanh truyền, bu lông thanh truyền và bạc lót Trong quá trình làm việc, nhóm thanh truyền truyền lực tác dụng trên piston cho trục khuỷu, làm quay trục khuỷu.

3.2.1.1 Điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo của thanh truyền a Điều kiện làm việc của thanh truyền

Thanh truyền là chi tiết nối với piston và trục khuỷu nhằm biến chuyển động tĩnh tiến của piston thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu.

Trong quá trình làm việc, thanh truyền chịu tác dụng của các lực :

- Lực khí thể trong xy lanh

- Lực quán tính chuyển động tĩnh tiến cảu nhóm piston

- Lực quán tính của thanh truyền

Các lực này thay dổi theo chu kỳ,vì vậy tải trọng tác dụng lên thanh truyền là tải trọng động.

Dưới tác dụng của các lực đó, thân thanh truyền bị nén, uốn dọc, uốn ngang ; đầu nhỏ thanh truyền bị biến dạng méo; nắp đầu to bị uốn và kéo. b Vật liệu chế tạo của thanh truyền

Vật liệu chế tạo thanh truyền thường là thép cacbon và thép hợp kim tùy theo từng loại động cơ.

3.2.1.2 Kết cấu của thanh truyền a Đầu nhỏ thanh truyền

Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào kích thước và phương pháp lắp ghép chốt piston lên thanh truyền.

Khi lắp chốt tự do: đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng.

Khi lắp chốt tự do, phải chú ý bôi trơn mặt chốt piston và bạc lót đầu nhỏ Thông thường dầu nhờn được đưa lên bôi trơn mặt chốt và bạc lót đầu nhỏ bằng đường dẫn dầu khoan dọc trong thân thanh truyền. b Thân thanh truyền

Chiều dài l của thanh truyền phụ thuộc vào thông số l

Tiết diện ngang của thân thanh truyền như hình 3.7

Hình 3.7Tiết diện thân thanh truyền

Loại thân thanh truyền có tiết diện chữ I hình 3.7 a,b được ứng dụng rỗng rãi trong các động cơ.

Loại thân thanh truyền có tiết diện chữ nhật và ô van rất đơn giản trong chế tạo thuoừng dùng cho động cơ mô tô, xe máy, xuồng máy và các động cơ xăng cở nhỏ. c Đầu to thanh truyền

Kết cấu đầu to thanh truyền phải đảm bảo các yêu cầu sau đây :

- Có độ cứng vững lớn để bạc lót không bị biến dạng.

- Kích thước nhỏ gọn để lực quán tính nhỏ , giảm được tải trọng lên chốt khuỷu, ổ trục đồng thời giảm kích thước hộp trục khuỷu và tạo khả năng đặ trục cam gần trục khuỷu làm cho buồng cháy động cơ dùng cơ cấu xu pắp đặt nhỏ gọn hơn.

- Chổ chuyển tiếp giữa thân và đầu to phải có góc lượn để tăng độ cứng vững.

- Dễ dàng trong việc lắp ghép cụm piston – thanh truyền với trục khuỷu Trong hầu hết các động cơ đầu to được phân làm hai nữa : nữa trên liền với thân và nữa dưới là nắp đầu to thanh truyền.

Hình 3.8Kết cấu đầu to thanh truyền

3.2.2 Bạc lót đầu to thanh truyền

3.2.2.1 Vật liệu chịu mòn và kết cấu của bạc lót a Vật liệu chịu mòn

Yêu cầu đối với vật liệu chịu mòn:

- Có tính chống mòn tốt, có hệ số ma sát nhỏ

- Có độ cứng thích đáng và độ dẻo cần thiết

- Giữ được dầu bôi trơn

- Chóng và khít với bề mặt trục

- Dễ đúc và dễ bám với vỏ thép

Vật liệu chế tạo bạc lót:

- Nhóm kim loại: gồm có babít, đồng thanh - thiết, đồng thanh - chì, hợp kim nhôm, hợp kim kẽm, gang chống mòn.

- Nhóm phi kim loại: gồm chất dẻo, gỗ ép

- Nhóm kim loại gốm: gồm các bột kim loại ép như: sắt - graphit, đồng thanh - graphit. b Kết cấu bạc lót

Hợp kim chịu mòn đúc tráng lên đầu to thanh truyền có thể có hai cách sau đây:

- Tráng trực tiếp hợp kim chịu mòn lên đầu to thanh truyền.