Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án thiết kế Động cơ đốt trong (XGV6-0315) được biên soạn với các nội dung: Xây dựng đồ thị công, động học và động lực học động cơ XGV6-03155, phân tích đặc điểm chung của động cơ chọn tham khảo, phân tích kết cấu tính toán kích thước nhóm Piston thanh truyền động cơ DMVv6 0113. Để nắm vững hơn nội dung kiến thức đề tài mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.
Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (XGV60315) MỤC LỤC SVTH : Phạm Ngọc Ấn Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (XGV60315) Phân 1: XÂY D ̀ ỰNG ĐÔ THI CÔNG, ĐÔNG HOC VA ĐÔNG L ̀ ̣ ̣ ̣ ̀ ̣ ỰC HOC ĐÔNG ̣ ̣ CƠ DMV60113 1.1 XÂY DỰNG ĐƠ THI CƠNG ̀ ̣ 1.1.1 Cac sơ liêu ban đâu ́ ́ ̣ ̀ THÔNG SÔ KY ́ ̃ THUÂT ̣ KY HIÊU ́ ̣ GIA TRI ́ ̣ Nhiên liêụ Sô xilanh/ Sô ky/ Cach ́ ́ ̀ ́ bô tri ́ ́ Gasoline i/ τ 6/ 4/ VType Thư t ́ ự lam viêc ̀ ̣ Ty sơ nen ̉ ́ ́ 152463 ε 10,8 D×S 96×80 Cơng st c ́ ực đai/ Sô ̣ ́ vong quay (Kw/vg/ph) ̀ Ne/ n 200/6200 Tham sô kêt câu ́ ́ ́ λ 0.25 Ap suât c ́ ́ ực đaị (MN/m2) Pz 5,3 Khôi l ́ ượng nhom ́ piston (kg) mpt 1,0 Khôi l ́ ượng nhom ́ thanh truyên (kg) ̀ mtt 1,3 Goc phun s ́ ớm (đô)̣ φ s 15 α1 16 α2 71 α3 30 Đương kinh × hanh trinh ̀ ́ ̀ ̀ piston (mm×mm) Goc phân phơi khi ́ ́ ́ (đô)̣ SVTH : Phạm Ngọc Ấn Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (XGV60315) α4 Hê thông nhiên liêu ̣ ́ ̣ EFI Hê thông bôi tr ̣ ́ ơn Cương b ̃ ưc cacte ́ ́ ươt́ Hê thông lam mat ̣ ́ ̀ ́ Cương b ̃ ưc s ́ ử dung môi chât long ̣ ́ ̉ Hê thông nap ̣ ́ ̣ Không tăng áp Hê thông phân phôi khi ̣ ́ ́ ́ 24 valve, DOHC 1.1.2.Cac thông sô tinh toan ́ ́ ́ ́ Đê xây d ̉ ựng đơ thi cơng ta phai tinh toan cac thơng sơ sau: ̀ ̣ ̉ ́ ́ ́ ́ Xác định tốc độ trung bình của động cơ : Trong đo: ́ S [m]là hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh, n [vòng/phút] là tốc độ quay của động cơ Vi C ̀ m ≥ 9 m/s: đơng c ̣ ơ tơc đơ cao hay còn goi la đơng c ́ ̣ ̣ ̀ ̣ ơ cao tơc ́ Chọn trước: n1=1,32 ÷ 1,39; n2 = 1,25 ÷ 1,29. Chon ̣ chỉ số nén đa biến trung bình n1= 1,35, chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2= 1,25 Ap st ci ky nap: Đơi v ́ ́ ́ ̀ ̣ ́ ới đông c ̣ ơ 4 ky không tăng ap ta co: ̀ ́ ́ pa=(0,8÷0,9)pk. Chon p ̣ a = 0,9pk = 0,09 [MN/m2] Đơi v ́ ới đơng c ̣ ơ khơng tăng ap, co thê coi gân đung ́ ́ ̉ ̀ ́ pk =po =0,1MN/m2. Ap suât cuôi ky nen: p ́ ́ ́ ̀ ́ c = pa n1 = 0,09×10,81,35 = 2,24[MN/m2] Vi la đơng c ̀ ̀ ̣ ơ xăng nên chon ̣ ρ = 1 Ap suât cuôi qua trinh gian n ́ ́ ́ ́ ̀ ̉ ở: SVTH : Phạm Ngọc Ấn Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (XGV60315) PZ n2 Pb = PZ 5,8 ( ) n2 16,5 1,4 1, 225 = [MN/m2] Thể tích cơng tác: Thể tích buồng cháy: Thê tich lam viêc: ̉ ́ ̀ ̣ Vận tơc góc c ́ ủa trục khuỷu Áp suất khí sót: Chon p ̣ th=1.03×pk=1,030.1= 0,103 [MN/m2]. Vi đ ̀ ộng cơ cao tốc nên co: p ́ r = (1,05 1,10)pth. Chon p ̣ r = 1,05×pth = 1,05×0,103= 0,10815 [MN/m2] 1.1.3.Cac thơng sơ chon ́ ́ ̣ Áp suất khí nạp: pk = 0,1 [MN/m2] Chon n ̣ 1= 1,35, n2= 1,25 Ty sô gian n ̉ ́ ̉ ở sơm ́ ρ = 1 1.1.4.Xây dựng đô thi công ̀ ̣ Đê xây d ̉ ựng đô thi công ta cân phai: ̀ ̣ ̀ ̉ Biêu di ̉ ễn thể tích buồng cháy: Vcbd = 10, 15, 20 mm. Chon V ̣ cbd =10[mm] Ti lê xich biêu diên thê tich la: ̉ ̣ ́ ̉ ̃ ̉ ́ ̀ Vc = [dm3/mm] Giá trị biểu diễn của Biểu diễn áp suất cực đại: pzbd = 160220mm. Chon p ̣ zbd = 200 [mm] Tỉ lê xich biêu diên ap suât la: ̣ ́ ̉ ̃ ́ ́ ̀ p = Vơi vong tron Brick ta co đ ́ ̀ ̀ ́ ường kinh AB co gia tri biêu diên băng gia tri biêu diên ́ ́ ́ ̣ ̉ ̃ ̀ ́ ̣ ̉ ̃ cua V ̉ h, tưc la AB = V ́ ̀ h [mm] SVTH : Phạm Ngọc Ấn Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (XGV60315) Tỉ lê xich cua biêu đô Brick la: ̣ ́ ̉ ̉ ̀ ̀ Vây gia tri biêu diên ̣ ́ ̣ ̉ ̃ la:̀ 1.1.4.1.Xây dựng đường nen ́ n1 Ta co ph ́ ương trình đường nén la: p.V ̀ = cosnt => pc.Vcn1 = pnx.Vnxn1 Rút ra ta có: pnx = pc Đặt: i = , ta có: Trong đó: pnx và Vnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường nén, i là tỉ số nén tức thời Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành khoảng, khi đó i = 1;1,5;2;2,5;3; ;10;10,8 1.1.4.2.Xây dựng đương gian n ̀ ̉ ở Ta lai co ph ̣ ́ ương trinh đa biên cua qua trinh gian n ̀ ́ ̉ ́ ̀ ̃ ở la: ̀ Gọi Pgnx, Vgnx là áp suất và thể tích biến thiên theo q trình giãn nở của động cơ Ta có: pz.Vcn2 = pgnx.Vgnxn2 (vơi V ́ Z = VC =Vc) Pgnx= Pgnx = Đặt , ta có: (1.4) Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành khoảng , khi đó i = 1; 1,5 ;2 ;2,5 ;3 ;3,5 ; … ;10 ;10,8 1.1.4.3.Xac đinh cac điêm đăc biêt va bang gia tri đô thi công ́ ̣ ́ ̉ ̣ ̣ ̀ ̉ ́ ̣ ̀ ̣ Điểm băt đâu qua trinh nap: r(V ́ ̀ ́ ̀ ̣ c,pr) Vcthể tích buồng cháy Vc=0,0591[dm3] práp suất khí sót, chọn pr=0,1082 [MN/m2] SVTH : Phạm Ngọc Ấn Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (XGV60315) Vậy: r(0,0591 ;0,1082). rbd(10;4,08) Điểm băt đâu qua trinh nen: a(V ́ ̀ ́ ̀ ́ a ;pa) Với Va=ε.Vc=0,6381[dm3], pa=0,09 [MN/m2] Vậy điểm a(0,6381; 0,09), abd(108;3,39) Điểm: b(Va;pb) Với pb: áp suất cuối quá trình giãn nở.pb= 0,2707 [MN/m2] Vậy điểm b(0,6381; 0,2707), bbd(108;10,21) Điêm c(V ̉ c;pc) Vơi p ́ c = 2,23 [MN/m2] Vây điêm c(0,0591; 2.23), c ̣ ̉ bd(10;84,36) Điêm y(V ̉ c; 0,85pz) = ( 0,0591; 4,5), ybd(10;170) Điêm z(V ̉ c; pz) = (0,0591; 5,3), zbd(10;200) Đương ̀ neń V i V(dm3) V(mm) in1 1/in1 Pc/in1 Đương gian n ̀ ̉ ở Pn(mm ) in2 1/in2 PZ/in2 Pgn(mm) 1Vc 1.0000 0.0591 10.0000 1.0000 1.0000 2.2354 84.3565 1.0000 1.0000 5.3000 200.0000 1.5Vc 1.5 0.0886 15.0000 1.7287 0.5785 1.2931 48.7973 1.6600 0.602 3.1927 120.4803 2.5491 0.392 0.8769 33.0924 2.3784 0.420 2.2284 84.0896 3.4452 0.290 0.6489 24.4850 3.1436 0.3181 1.6860 63.6217 0.5073 19.1428 3.9482 0.253 1.3424 50.6557 0.4120 15.5463 4.7872 0.208 1.1071 41.7777 2Vc 2.5Vc 2.0 2.5 0.1182 0.1477 20.0000 25.0000 3Vc 3.0 0.1773 30.0000 4.4067 0.226 3.5Vc 3.5 0.2068 35.0000 5.4262 0.1843 SVTH : Phạm Ngọc Ấn Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (XGV60315) 4Vc 4.0 0.2364 40.0000 6.4980 0.1539 0.3440 12.9819 5.6569 0.1768 0.9369 35.3553 5Vc 5.0 0.2954 50.0000 8.7823 0.1139 0.2545 9.6053 7.4767 0.1337 0.7089 26.7496 0.1990 7.5096 9.3905 0.1065 0.5644 21.2981 6Vc 6.0 0.3545 60.0000 11.2332 0.089 7Vc 7.0 0.4136 70.0000 13.8319 0.0723 0.1616 6.0987 11.3860 0.0878 0.4655 17.5654 16.5642 0.060 0.1350 5.0927 13.4543 0.0743 0.3939 14.8651 15.5885 0.064 0.3400 12.8300 0.2980 11.2468 0.2707 10.2153 8Vc 9Vc 10Vc 10.8Vc 8.0 0.4727 9.0 0.5318 10.0 10.8 0.5909 0.6381 80.0000 90.0000 100.0000 108.0000 19.4190 0.0515 0.1151 4.3440 22.3872 0.0447 0.0999 3.7681 17.7828 0.056 24.8383 0.040 0.0900 3.3962 19.5785 0.0511 Bang 1.1.4.3: Giá tri biêu diên cua đô thi công ̉ ̣ ̉ ̃ ̉ ̀ ̣ 1.1.4.4.Ve đơ thi ̃ ̀ ̣ Để vẽ đồ thị cơng ta thực hiện theo các bước như sau: + Chọn tỉ lệ xích như trên + Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hồnh biểu diễn thể tích xilanh, trục tung biểu diễn áp suất khí thể + Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ. Nối các tọa độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và đường cong giãn nở SVTH : Phạm Ngọc Ấn Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (XGV60315) + Vẽ đường biểu diễn q trình nạp và q trình thải bằng hai đường thẳng song song với trục hồnh đi qua hai điểm Pa và Pr. Ta có được đồ thị cơng lý thuyết + Hiệu chỉnh đồ thị cơng: Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị cơng. Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng cách từ Va đến Vc (R=S/2) Tỉ lệ xích đồ thị brick như đa tinh toan ̃ ́ ́ ở trên Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng : OO’ Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm: Điểm mở sớm của xu páp nạp : r’ xác định từ Brick ứng với α1=160 Điểm đóng muộn của xupáp thải : r’’ xác định từ Brick ứng với α4=80 Điểm đóng muộn của xupáp nạp : a’ xác định từ Brick ứng với α2=710 Điểm mở sớm của xupáp thải : b’ xác định từ Brick ứng với α3=300 Điểm phun sớm : c’ xác định từ Brick ứng với φ s=150 Điểm y (Vc, 0,85Pz)= y(0,0591;4,5) Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z (Vc, Pz)= z(0,0591;5,3) Áp suất cuối q trình nén thực tế pc’’ Áp suất cuối q trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất cuối q trình nén lý thuyết do sự đánh lửa sớm pc’’ = pc + .( py pc ) pc’’ = 2,23 + .( 4,5 – 2,23 ) =2,98 [MN/m2] Nối các điểm c’, c’’, z’ lại thành đường cong liên tục và dính vào đường giãn nở Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb’’: Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do mở sớm xupap thải Pb’’ = pr +.( pb pr ) SVTH : Phạm Ngọc Ấn Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (XGV60315) Pb’’ = 0,1082 +.( 0,2707 0,1512 ) = 0,16795 [MN/m2] Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải prx Nối điểm r với r’’, r’’ xác định từ đồ thị Brick bằng cách gióng đường song song với trục tung ứng với góc 10 độ trên đồ thi Brick cắt đường nạp pax tại r’’ Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị cơng thực tế + 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’’.Ý nghĩa của đồ thị cơng: Biểu thị mối quan hệ giữa áp suất và thể tích làm việc của xylanh động cơ ứng với mỗi vị trí của piston. Cho ta thấy được các q trình nạp, nén, cháy giản nở và thải xảy ra như thế nào. Đồng thời là căn cứ để xác định các đồ thị: P kt α, P1α, T, N, Z Do đó đồ thị cơng có ý nghĩa quan trọng tiên quyết, ảnh hưởng đến tính đúng đắn của tồn bộ q trình tính tốn thiết kế động cơ. 1.2 XÂY DỰNG ĐƠ THI ĐƠNG HOC VA ĐƠNG L ̀ ̣ ̣ ̣ ̀ ̣ ỰC HOC ̣ 1.1.1 Xây dựng đô thi đông hoc ̀ ̣ ̣ ̣ 1.1.1.1 Đô thi chuyên vi S = f( ̀ ̣ ̉ ̣ α) Đê xây d ̉ ựng đô thi chuyên vi ta s ̀ ̣ ̉ ̣ ử dung ph ̣ ương phap đô thi Brick ́ ̀ ̣ x A C o B M S=2R o R x=f( ) o' D S SVTH : Phạm Ngọc Ấn Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (XGV60315) Đâu tiên ta chon ti lê xich: ; ̀ ̣ ̉ ̣ ́ μα = 2 [đô/mm] ̣ Ve đ ̃ ồ thị Brick có nửa đường tròn tâm O bán kính R = S/2. Lấy bán kính R bằng ½ khoảng cách từ Va đến Vc Lấy về phía phải điểm O’ tưc vê phia ĐCD m ́ ̀ ́ ột khoảng Tư O ve OB ̀ ̃ ưng v ́ ơi cac goc 10 ́ ́ ́ 0, 200, 300 1800 Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB , hạ MC thẳng góc với AD . Theo Brick đoạn AC = x . Điêm A ̉ ưng v ́ ơi ĐCT v ́ ởi α=00, điêm D ̉ ưng v ́ ơí ĐCD vơi ́ α=108 Cứ như thê t ́ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các tia ứng với 10 0 ; 200…1800. Đồng thời đánh số thứ tự từ trái qua phải 0,1,2…18 Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hồnh biểu diễn khoảng dịch chuyển của piston Gióng các điểm ứng với 100; 200…1800 đã chia trên cung tròn đồ thị brick xuống cắt các đường kẻ từ điểm 100; 200…1800 tương ứng trục tung của đồ thị x=f(α) để xác định chuyển vị tương ứng Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston S = f(α) Ý nghĩa đồ thị chuyển vị S = f(α): qua đồ thị thể hiện được sự dịch chuyển của piston theo góc quay của trục ứng với khuỷu và tương mỗi giá trị của góc quay ta sẽ có hành trình tương ứng của trục khuỷu 1.1.1.2 Đơ thi vân tơc V( ̀ ̣ ̣ ́ α) Chọn tỷ lệ xích: V = S = 0,00082×649,26 = 0,5323 [m/s.mm] Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R1 với: SVTH : Phạm Ngọc Ấn 10 Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) Hình 2.2.9. Két nước làm mát 1. Nắp két nước, 2. Ống nước hồi, 3. Ống nước đi Két nước làm mát bao gồm các ống dẫn bằng đồng đỏ. Các ống này được hàn với các cánh tản nhiệt hình gợn sóng nhằm tăng tiết diện tiếp xúc với khơng khí để tăng khả năng toả nhiệt của két làm mát. Ngăn trên có miệng đổ nước và được đậy bằng nắp Nắp két nước có hai van, van xả có tác dụng giảm áp khi áp suất trong hệ thống cao (khoảng 1,151.25 kG/cm ) do bọt hơi sinh ra trong hệ thống, nhất là khi động cơ q nóng. Còn van hút sẽ mở để bổ sung khơng khí khi áp suất chân khơng trong hệ thống lớn hơn giá trị cho phép (khoảng 0,050,1 kG/cm ) +Van hằng nhiệt Van hằng nhiệt có nhiệm vụ rút ngắn thời gian sấy nóng khi động bắt đầu khởi động và tự động duy trì chế độ nhiệt của động cơ trong giới hạn cho phép Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn 75 C, hỗn hợp chất lỏng trong hộp (1) SVTH : Trịnh Minh Thuận 64 Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) chưa bị giãn nở, van đóng (5) và nước sẽ đi qua đường dẫn (2) trở bơm mà không qua két làm mát Khi nhiệt độ nước tăng cao hơn 75 C, hỗn hợp chất lỏng trong hộp giãn nở, áp suất tăng nên đẩy cán lên làm mở van và nước theo đường ống đến két làm mát Khi nhiệt độ nước băng 90 c thì van được mở hồn tồn 2.2.4 Hệ thống nhiên liệu: Hệ thống cung cấp nhiên liệu CRDI (common rail diesel injection) được điều khiển bằng điện tử có các ưu điểm lớn như: áp suất phun cao, có thể thay đổi áp suất và thời điểm phun thích hợp tùy theo các chế độ làm việc của động cơ Trong động cơ Diesel DMV60113, áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một cách riêng lẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong hộp chứa (Rail) hay còn gọi là “Ắcquy thủy lực”và được phân phối đến từng vòi phun theo u cầu. Lợi ích của vòi phun Common Rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu được phun ra ở áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, kiểm sốt lượng phun, thời điểm phun. Do đó làm hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn So với hệ thống cũ dẫn động bằng cam, hệ thống Common Rail khá linh hoạt trong việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phun nhiên liệu cho động cơ diesel như: Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách,tải nhẹ, tải nặng, xe lửa và tàu thủy) Áp suất phun đạt đến 2000 bar Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ Có thể thay đổi thời điểm phun Phun chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính và phun kết thúc SVTH : Trịnh Minh Thuận 65 Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) Hình 2.2.10 Hệ thống nhiên liệu động cơ DMV60113 Ngun lý hoạt động : Tương tự như hệ thống nhiên liệu diesel thơng thường, trên hình 1 nhiên liệu được bơm cung cấp đẩy đi từ thùng nhiên liệu trên đường ống thấp áp qua bầu lọc (3) đến Bơm cao áp (2), từ đây nhiên liệu được bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (7) hay còn gọi ắc quy thủy lực và được đưa đến vòi phun Common Rail (9) sẵn sàng để phun vào xy lanh động cơ. Việc tạo áp suất và phun nhiên liệu hồn tồn SVTH : Trịnh Minh Thuận 66 Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) tách biệt với nhau trong hệ thống Common Rail. Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ và lượng nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ắc quy thủy lực. Lượng phun ra được quyết định bởi điều khiển bàn đạp ga, thời điểm phun cũng như áp suất phun được tính tốn bằng ECU dựa trên các biểu đồ dữ liệu đã lưu trên nó. Sau đó ECU và EDU sẽ điều khiển các kim phun của các vòi phun tại mỗi xy lanh động cơ để phun nhiên liệu nhờ thơng tin từ các cảm biến (10) với áp suất phun có thể đến 1500bar. Nhiên liệu thừa của vòi phun đi qua ắcquy thủy lực trở về bơm cao áp, van điều khiển áp suất tại bơm mở để nó trở về thùng nhiên liệu (1). Trên ắcquy thủy lực có gắn cảm biến áp suất và đầu cuối có bố trí van an tồn (8), nếu áp suất tích trữ trong ắc quy thủy lực (7) lớn q giới hạn van an tồn sẽ mở để nhiên liệu tháo về thùng chứa SVTH : Trịnh Minh Thuận 67 Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) Hình 2.2.11 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ DMV6 0113 Thùng nhiên liệu; 2. Bơm cao áp Common rail; 3. Lọc nhiên liệu; 4. Đường cấp nhiên liệu cao áp; 5. Đường nối cảm biến áp suất đến ECU ; 6. Cảm biến áp suất; 7. Common Rail tích trữ &điều áp nhiên liệu (hay còn gọi ắcquy thuỷ lực) ; 8. Van an tồn (giới hạn áp suất); 9. Vòi phun; 10. Các cảm biến nối đến ECU và Bộ điều khiển thiết bị (EDU); 11.Đường về nhiên liệu (thấp áp) ; EDU: (Electronic Driver Unit) và ECU : (Electronic Control Unit) SVTH : Trịnh Minh Thuận 68 Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) PHẦN 3: PHÂN TÍCH KẾT CẤU TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC NHĨM PISTON THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ DMV60113 3.1. Nhiệm vụ u cầu – ngun lý làm việc 3.1.1 Nhiệm vụ: Đối với piston: + Tiếp nhận trực tiếp lực khí thể để truyền đến trục khuỷu sinh cơng cho động + Cùng với xylanh tạo thành buồng cháy của động cơ + Đảm bảo bao kín khơng cho khí lọt xuống cácte và dầu nhờn từ cácte sục lên buồng cháy +Ngồi ra piston còn phối hợp với cơ cấu phân phối khí hút hỗn hợp cháy vào động cơ ở kỳ nạp, nén khí ở kỳ nén và thải khí ra ngồi ở kỳ thải Đối với thanh truyền: + Nối piston với trục khuỷu +Tiếp nhận lực khí thể từ piston truyền đến trục khuỷu của động cơ để biến chuyển động tịnh tiến của động cơ thành chuyển động quay của trục khuỷu 3.1.2 u cầu: + Chịu được áp suất và nhiệt độ cao + Đảm bảo buồng cháy kín, khơng chó khí cháy lọt xuống các te và dầu bơi trơn sục lên buồng cháy + Độ cứng vững của thanh truyền phải đảm bảo để có thể truyền tốt lực từ piston + Ít mòn, tiếng ồn nhỏ, dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp 3.2. Phân tích đặc điểm, lựa chọn kết cấu của cơ cấu 3.2.1 Piston: SVTH : Trịnh Minh Thuận 69 Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) a. Điều kiện làm việc: Pis ton có điều kiện làm việc rất nặng nhọc vừa chịu tải trọng cơ học vừa chịu tải trọng nhiệt.ngồi ra piston còn chịu ma sát và ăn mòn + Tải trọng cơ học: trong q trình cháy, khí hỗn hợp cháy sinh ra áp suất rất lớn trong buồng cháy, trong chu kỳ cơng tác áp suất khí thể thay đổi rất lớn vì vậy piston chịu tải trọng cơ học rất lớn +Tải trọng nhiệt: trong q trình Piston trực tiếp tiếp xúc với sản vật cháy có nhiệt độ rất cao (2300 – 28000K). Mà như vậy nhiệt độ của piston và nhất là nhiệt độ của phàn đỉnh Piston cũng rất cao + Ma sát và ăn mòn: Trong q trình làm việc Piston chịu ma sát khá lớn do thiếu dầu bơi trơn và lực ngang N ép Piston vào xylanh, ma sát càng lớn do biến dạng của piston. Ngồi ra đingr piston tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy nên còn chịu ma sát và ăn mòn b. Vật liệu chế tạo Piston: Vật liệu chế tạo piston phải đáp ứng điều kiện làm việc của nó là có độ bền cao, chịu được nhiệt độ cao , độ biến dạng dài nhỏ, ma sát nhỏ. Trên thực tế khơng có loại vật liệu nào đáp ứng được tất cả các u cầu trên. Do đó cần chọn vật liệu tối ưu nhất, so với hợp kim gang thì hợp kim nhơm có độ bền thấp hơn, độ biến dạng dài lớn hơn nhưng hợp kim nhơm có khối lượng riêng nhỏ và tính đúc tốt hơn nên chọn hợp kim nhơm làm vật liệu làm piston c. Kết cấu của piston động cơ: Piston gồm 3 phần chính: + Đỉnh piston: Động cơ DMV6 0113 là động cơ xăng, do đó đỉnh piston chịu nhiệt độ rất cao. Tuy nhiên đây là động cơ cao tốc, piston làm việc với tốc độ rất lớn do đó ta chọn đỉnh piston lõm nhằm tạo ra xốy lốc nhẹ giúp q trình cháy diễn ra tốt hơn. Mặc khác trong q trình hoạt động xupap đóng mở liên tục nên có thể xảy ra trường hợp piston và xupap chạm nhau do đó ta kht lõm ứng với 4 vị trí xupap. + Đầu piston: Bao gồm phần dưới đỉnh piston và vùng đai lắp xéc măng khí và xéc măng dầu làm nhiệm vụ bao kín buồng cháy. Số lượng xéc măng khí chọn từ 23( động SVTH : Trịnh Minh Thuận 70 Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) cơ xăng cao tốc ), số lượng xéc măng dầu chọn từ 13. Để giảm nhiệt cho xéc măng khí thứ nhất cần bố trí xéc măng khí thứ nhất gần khu vực nước làm mát càng tốt. Chọn số xéc măng khí theo ngun tắc: áp suất khí thể càng cao, tốc độ càng thấp thì chọn số xéc măng khí càng nhiều Động cơ DMV60113 có áp suất khí thể Pz =10.2 [MN/m2] và n = 4000 vg/ph nên ta chọn số xéc măng khí là 3, số xéc măng dầu là 1 + Thân piston: Là phần dưới xéc măng dầu cuối cùng, có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston và chịu lực ngang. Chiều dài của than piston càng dài thì khả năng dẫn hướng càng tốt nhưng khối lượng piston càng lớn và ma sát lớn Vị trí của lỗ bệ chốt: Khi chịu lực ngang, nếu chốt piston đặt ở chính giữa thì ở trạng thái tĩnh áp suất phân bố đều. Nhưng khi piston chuyển động thì piston có xu hướng xoay quanh chốt nên áp suất trên xy lanh phân bố khơng đều, do đó chốt piston thường đặt ở vị trí cao hơn Các kích thước cơ bản của piston được thể hiện qua bảng 3.1 Thơng số SVTH : Trịnh Minh Thuận Cơng thức Giá trị tính 71 Giá trị vẽ Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) Chiều dày đỉnh piston (0.10.2).D δ Khoảng cách h từ đỉnh đến xec măng khí thứ (0.8 – 1.5).δ Chiều dày phần đầu s (0.06 – 0.12).D Chiều cao của piston H Vị trí chốt piston Đường kính chốt Piston dcp Đường kính bệ chốt db 8,3 – 16,6 8,3 6,6 6,6 – 12,45 4,98 – 9,96 (0.6 – 1).D 49,8 – 83 77 (0.35 – 0.45).D 29,05 – 37,35 (0.3 – 0.5).D 24,9 – 41,5 25 (1.3 – 1.6)dcp 45,5 – 56 50 Đường kính trong của (0.6 – 0.8).dcp chốt piston d0 Chiều dài phần thân s1 (0.02 – 0.03).D 21 – 28 1.66 – 2.49 Số xéc măng khí Số xéc măng dầu 25 2,4 13 3.2.1 Xéc măng: 3.2.1.1 Điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo xéc măng a. Điều kiện làm việc: Xéc măng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy, ngăn khơng cho khí cháy xuống cácte, còn xéc măng dầu có nhiệm vụ ngăn khơng cho dầu nhờn sục lên buồng cháy. Xéc măng khí làm việc trong điều kiện chịu nhiệt độ cao, áp suất và va đập lớn, ma sát và ăn mòn hóa học lớn. Ngồi ra, khi làm việc xéc măng còn chịu ứng suất uốn b. Vật liệu chế tạo xéc măng: Với điều kiện làm việc của xéc măng như trên thì vật liệu chế tạo xéc măng phải có đầy đủ các tính chất sau: + Chịu được mài mòn tốt ở điều kiện ma sát tới hạn + Có hệ số ma sát nhỏ đối với xy lanh SVTH : Trịnh Minh Thuận 72 Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) + Có sức bền và độ đàn hồi cao và ổn định trong điều kiện nhiệt độ cao + Có khả năng tạo khít với mặt xylanh một cách nhanh chóng. Ta chọn hợp kim gang làm vật liệu chế tạo xéc măng vì nơcs nhiều ưu điểm mà các vật liệu khác khơng có được: + Nếu mặt ma sát bị cào xước trong q trình làm việc thì vết xước dần bị mất đi và được khơi phục lại như cũ + Gơraphit trong hợp kim gang có khả năng bơi trơn mặt ma sát do đó làm giảm hệ số ma sát + Ít nhạy cảm với ứng suất tập trung sinh ra tại các vùng có vết xước 3.2.1.2 Kết cấu của xéc măng Xéc măng có kết cấu đơn giản. Đường kính ngồi của xéc măng ở trạng thái lắp ghép trong xylanh. Xéc măng gồm mặt đáy, mặt lưng, mặt bụng, chiều dày của xéc măng là khoảng cách giữa hai mặt đáy. Theo nhiệm vụ xéc măng gồm có xéc măng dầu và xéc măng khí a.Xéc măng khí: Xéc măng có nhiều kiểu tiết diện khác nhau.Tùy vào loại động cơ, áp suất khí thể và tốc độ động cơ mà ta lựa chọn tiết diện phù hợp nhất. Đối với động cơ X5V6 – 0113, đây là động cơ cao tốc, có áp suất khí thể lớn do đó ta lựa chọn xéc măng có tiết diện có dạng chữ “L” bởi vì xéc măng và xylanh chỉ tiếp xúc một phần ở mặt lưng xéc măng. Vì vậy áp suất tiếp xúc cao và chóng rà khít b.Xéc măng dầu: Xéc măng dầu có nhiều loại khác nhau.Xéc măng có tiết diện hình thang, lưỡi dao, tổ hợp,…Động cơ DMV6 0113 là động cơ cao tốc nên phải đảm bảo u cầu về bơi trơn piston do đó ta chọn xéc măng dầu là loại tổ hợp, có kết cấu gồm 1 lò xo hình song ( 4 ) và 1 còng đệm ( 5 ) được kẹp chặt lại nhờ 2 vòng thép ( 3 ) Kích thước cơn bản của xéc măng động cơ DMV6 – 0113: + Số xéc măng khí 3; số xéc măng dầu 1 + Chiều dày hướng kính của xéc măng dầu và xéc măng khí: SVTH : Trịnh Minh Thuận 73 Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) t =(1/251/32).D. Chọn t = 3,5 ( mm) + Chiều cao a của xéc măng khí và xéc măng dầu: a = (0,30,6)t, chọn a= 3 (mm) + Chiều dày rãnh xéc măng: a1 = 3,5 (mm) + Số lỗ khoang lỗ bơi trơn trên rãnh xéc măng dầu: 6 lỗ ϕ2 3.2.3 Chốt piston: 3.2.3.1 Điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo chốt piston a. Điều kiện làm việc: Chốt piston làm việc trong điều kiện tải trọng cơ học, tải trọng nhiệt, tải trọng va đập cao b. Vật liệu chế tạo chốt piston: Vật liệu làm chốt piston phải đảm bảo độ bền cơ học, độ bền về nhiệt cao, có khả năng chịu va đập cao. Thơng thường vật liệu chế tạo chốt piston là thép hợp kim. 3.2.3.1 Kết cấu chốt piston: Kết cấu chốt piston có cấu tạo đơn giản, chốt piston có dạng hình trị rỗng ( mặt ngồi hình trụ, mặt trong làm rỗng để làm nhẹ chố) SVTH : Trịnh Minh Thuận 74 Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) Kích thước cơ bản của chốt piston: + Đường kính chốt piston: dchốt = 25 mm + Đường kính trong của chốt: d0 = 17,5 mm + Chiều dài chốt piston: lchốt =70 mm 3.2.4 Thanh truyền: 3.2.4.1 Nhiệm vụ điều kiện làm việc của thanh truyền: * Nhiệm vụ: Thanh truyền dùng để nối piston và trục khuỷu Biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu * Điều kiện làm việc: Chịu tác động của lực khí thể Chịu tác dụng của lực qn tính do nhóm piston gây ra Chịu tác dụng của lực qn tính do thanh truyền gây ra * Vật liệu chế tạo thanh truyền Vật liệu chế tạo thanh truyền phải có độ cứng vững, độ bền cơ học cao, Thơng thường là thép các bon hợp kim 3.2.4.2 Kết cấu thanh truyền: Thanh truyền được chia làm 3 phần: + Đầu nhỏ thanh truyền: lắp ghép với chốt piston + Đầu to thanh truyền: lắp ghép với trục khuỷu động cơ + Thân thanh truyền:là phần nối giữa đầu nhỏ với đầu to a Đầu nhỏ thanh truyền: Đầu nhỏ thanh truyền lắp với chốt piston là mối ghép lỏng nên đầu nhỏ có dạng hình SVTH : Trịnh Minh Thuận 75 Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) trụ rỗng. Trong q trình làm việc, giữa chốt piston và đầu nhỏ thanh truyền có chuyển động quay tương đối với nhau nên cần phải bơi trơn bề mặt ma sát. Để bơi trơn đầu nhỏ thanh truyền, dầu bơi trơn được đưa lên mặt chốt piston và bạc lót đầu nhỏ bằng đường dẫn dầu trên piston. Ngồi ra trên đầu nhỏ thanh truyền còn có một lỗ hứng dầu vung tóe từ trục khuỷu động cơ lên Kết cấu đầu nhỏ như hình vẽ: Hình 3.2.3 Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền Thơng số cơ bản của đầu nhỏ thanh truyền: + Đường kính ngồi của bạc: d1= (1.1 – 1.25) dcp, chọn d1= 29mm + Đường kính ngồi d2= (1.3 – 1.7) dcp, chọn d2= 41mm + Chiều dài đầu nhỏ ld = (0.28 – 0.32) D , chọn ld = 25 mm + Chiều dày bạc đầu nhỏ (0.07 – 0.085) dcp. Chọn 2 mm b Thân thanh truyền: Thân thanh truyền dùng để nối đầu nhỏ với đầu to và truyền lực khí thể từ piston xuống trục khuỷu động cơ nên chịu tải trọng rất lớn, ứng suất uốn và nén cao SVTH : Trịnh Minh Thuận 76 Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) Thân thanh truyền dùng trong động cơ X5V6 có tiết diện hình chữ I vì nó sử dụng vật liệu rất hợp lý, tăng được độ cứng vững cho thanh truyền trong khi khối lượng khơng q lớn. Loại thân thanh truyền tiết diện hình chữ I được chế tạo theo phương pháp rèn khn Để phù hợp với quy luật phân bố của lực qn tính trong mặt phẳng lắc thì chiều rộng của thanh truyền tăng dâng từ đầu nhỏ tới đầu to Đầu to thanh truyền: c Đầu to thanh truyền dùng để nối thanh truyền với trục khuỷu,giúp biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu, sinh cơng cho động cơ Đầu to thanh truyền làm việc trong điều kiện nặng nhọc nên khi tính tốn phải đáp ứng các u cầu sau: Có độ cứng vững lớn để bạc lót khơng bị biến dạng Kích thước nhỏ gọn để giảm lực qn tính chuyển động quay và kích thước hộp trục khuỷu Chỗ chuyển tiếp giữa thân và đầu to phải có góc lượn để giảm ứng suất tập trung Dễ lắp ghép cụng chi tiết piston – thanh truyền với trục khuỷu động cơ Kết cấu đầu to như hình vẽ: SVTH : Trịnh Minh Thuận 77 Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (DMV60113) 11 12 Hình 3.2.4 Kết cấu đầu to thanh truyền Các kích thước cơ bản của đầu to thanh truyền: + Đường kính chốt khuỷu: dck = (0.56 – 0.75) D, chọn dck= 53 mm + Chiêu dày bạc lót: tbl = 0.1.dck = 5.3 mm + Khoảng cách 2 tâm bulong, c = (1.3 1.75) dck, chọn c= 72 mm + Chiều dài đầu to lđt= (0,450,95) dck , chọn lđt = 33 mm SVTH : Trịnh Minh Thuận 78 ... + Đồ thị Pkt được vẽ bằng cách khai triển P theo từ đồ thị cơng trong 1 chu trình của động cơ (Động cơ 4 kỳ: =0,10,20, ,720o, động cơ 2 kỳ: =0,5,10,15, , 360o). Nếu trục hồnh của đồ. .. Đ ồ án thiết kế động cơ đốt trong (XGV60315) 00 1.2.2.2.4. Đồ thị khai triển Pkt , Pj , P1 Hình 1.6.4. Đồ thị khai triển Pkt , Pj, P1 1.2.2.3. Đồ thị T,Z,N α... song với trục hồnh đi qua hai điểm Pa và Pr. Ta có được đồ thị cơng lý thuyết + Hiệu chỉnh đồ thị cơng: Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị cơng. Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng cách từ Va đến Vc (R=S/2) Tỉ lệ xích đồ thị brick như đa tinh toan