Bài tập lớn động cơ đốt trong Volvo B230F

I Mục lục: Phần 1: Xây dựng đồ thị công động học động lực học 1.Vẽ đồ thị công 1.1 chọn thông số 1.2 Xây dựng đường nén 1.3 Xây dựng đường gián nở 1.4 Biểu diễn thông số Đồ thị brick 3.Đồ thị vận tốc V(α) 4.Đồ thị gia tốc j=f(x) 5.Đồ thị lực quán tính –Pj=f(x) Đồ thị khai triển :Pkt, Pj, P1-α 6.1.Khai triển đồ thị P-V thành đồ thị P-α 6.2.Khai triển đồ thị Pj-V thành đồ thị Pj-α 6.3 Cộng đồ thị P-α Pj-α P1-α Đồ thị T,Z,N-α Đồ thị ΣT-α 9.Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 10 Đồ thị khai triển Q(α) 11 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to truyền 12 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu Phần 2: Phân tích đặc điểm chung động volvoB230F 2.1 Hệ thống làm mát 2.2 Hệ thống bôi trơn 2.3 Hệ thống đánh lửa 2.4 Hệ thống nhiên liệu 2.5 Cơ cấu dẫn động trục cam Phần 3: Thiết kế hệ thống phân phối khí 3.1 Giới thiệu chung hệ thống phân phối khí động B230F 3.2 Kết cấu chi tiết cấu phân phối khí Nội dung: II Phần 1: Xây dựng đồ thị công, động học động lực học: 1.Vẽ đồ thị công: 1.1 Các thông số chọn: Áp suất môi trường : Chỉ số nén đa biến trung bình: Chỉ số giản nở đa biến trung bình: Áp suất cuối trình nạp: , động khơng tăng áp coi gần Chọn: Áp suất cuối trình nén: Tỷ số giản nở sớm: ρ=1 Áp suất cuối q trình giản nở: Thể tích cơng tác: ( Thể tích buồng cháy: Vận tốc góc trục khuỷu: ω= Áp suất khí sót: Trong đó, , chọn Nên ta có: Để vẽ đồ thị cơng ta cần xác định điểm đường nén đường giản nở 1.2 Xây dựng đường nén: Gọi , áp suất thể tích biến thiên theo q trình nén động Vì trình nén trình đa biến nên : => Suy ra, đặt i=, ta có: 1.3 Xây dựng đường giản nở: Gọi áp suất thể tích biến thiên theo q trình giãn nở động Vì trình giãn nở trình đa biến nên: => Suy ra, Ta có: Đặt i= ,ta có 1.4 Biểu diễn thơng số: Vẽ hệ trục tọa độ P-V theo tỷ lệ xích: Bảng giá trị đồ thị công thực tế: Đường nén v v(dm^3 ) i Đường giản nở v(mm) 1Vc 1 2Vc 3Vc 4Vc 5Vc 6Vc 7Vc 8Vc 9Vc 10Vc 10 2.5668518 4.4553815 6.5887281 8.9248146 11.436304 14.103708 16.912288 19.850425 22.908676 24.797961 0.38958229 0.22444766 0.15177436 0.11204714 0.08744083 0.07090333 0.05912860 0.05037675 0.04365158 0.04032589 10.6Vc 10.6 2.10782670 0.82117195 0.47309678 () 2.10782670 0.82117195 0.47309678 0.31991405 0.23617596 0.18431012 0.14945194 0.12463284 0.10618546 0.09200997 0.31991405 0.23617596 0.18431012 0.14945194 0.12463284 0.10618546 0.09200997 0.085 0.085 2.394957 3.991836 5.735821 7.598051 9.560279 11.60976 13.73704 15.93476 18.19700 19.58327 0.417544 0.250511 0.174343 0.131612 0.104599 0.086134 0.072795 0.062755 0.054954 0.051064 5.1 2.12947419 1.27760733 0.88914908 0.67122476 0.53345722 0.43928527 0.37125883 0.32005499 0.28026584 0.26042626 5.1 2.129474195 1.277607331 0.889149087 0.671224764 0.533457224 0.439285275 0.371258831 0.320054998 0.280265846 0.260426267 Bảng giá trị đồ thị công biểu diễn vẽ: i (mm) (mm) (mm) (mm) 1Vc 15 78.5268772 15 190 2Vc 30 30.5926806 30 79.33335235 3Vc 45 17.6251743 45 47.59713586 4Vc 60 11.9183666 60 33.12516208 5Vc 75 8.79871238 75 25.00641276 6Vc 90 6.86645577 90 19.87389658 7Vc 105 5.56781752 105 16.36552985 8Vc 120 4.64318454 120 13.83121134 9Vc 135 3.95592924 135 11.92361759 10 10Vc 10.6 10.6Vc 150 159 3.42782252 3.16666667 150 159 10.4412766 9.702155048 Các điểm đặc biệt: Điểm đánh lửa sớm: C’’ xác định từ brick ứng với Điểm C(=(15;78.5268772) Điểm r( Điểm mở sớm xupap nạp: r’ xác định từ brich ứng với Điểm đóng muộn xupap thải: r’’ xác định từ brich ứng với Điểm đóng muộn xupap nạp: a’ xác định từ brich ứng với Điểm mở sớm xupap thải: b’ xác định từ brich ứng với Điểm y( Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z( Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’= Điểm c’’: cc’’= Điểm b’’: bb’’= 2° 46° 22° P(MN/m2) 44° 4° z y z'' z' (0,85Pz) y (0,85Pz) c'' b' a' c c' r z'' z' r' r'' Po b' a' r' r r'' Vc b b'' a εVc 2Vc 3Vc b b'' a εVc Po Hình 1: Đồ thị cơng động xăng kỳ không tăng áp V(l) Đồ thị brich 2.1 Phương pháp: α A x o B M o Rλ/2 S=2R C α α x=f(α) o' D S Hình 2: Phương pháp vẽ đồ thị Brich Vẽ đường tròn tâm O, bán kính R Do AD=2R Điểm A ứng với góc quay α=0 độ (vị trí điểm chết trên) điểm D ứng với α=180 độ (vị trí điểm chết dưới) Từ O lấy đoạn OO’ dịch phía ĐCD, với OO’= 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 Giá trị biểu diễn =9 mm 2.2 đồ thị chuyển vị: Độ] S Hình 3: Đồ thị chuyển vị S = f(α) Lấy μα= 2( độ/mm) xây dựng đồ thị vận tốc: Chọn tỷ lệ xích =298.0579583 ( Vẽ đường trịn tâm O bán kính =18 (mm) đồng tâm với nữa vịng trịn có bán kính Chia nữa vịng trịn vịng tròn thành 12 phần bằng đánh số 0,1,2,3,…,12 ngược chiều kim đồng hồ 0’,1’,….,12’ cùng chiều kim đồng hồ Cả hai xuất phát từ tia OA Từ điểm chia ½ vịng trịn bán kính ta dóng đường thẳng vng góc với đường kính AB, đường kẻ cắt điểm 0,a,b,c, nối điểm lại bằng đường cong ta đường biểu diễn trị số tốc độ ,các đoạn thẳng đứng nằm giữa đường cong với ½ đường trịn biểu diễn trị số tốc độ góc α tương ứng ,phần giới hạn đường tròn ½ vòng tròn lớn gọi giới hạn vận tốc piston [mm] A c d 2α b 2' e a 3' 4' 1' 5' b' B 6' 0' 7' 11' 10' 9' f 8' g h k l α Hình 4: Giải vận tốc bằng đồ thị xây dựng đồ thị gia tốc: Lấy AB=S=2R từ A dựng đoạn thẳng AC=16686.19656 ( Từ B dựng đoạn thẳng BD=-, nối CD cắt AB E Lấy EF=-3λ.R.=-10011.7179 ( Nối CF DF Phân đoạn CF DF thành những đoạn nhỏ bằng ghi số 1,2,3,4 1’,2’,3’,4’ Nối 11’,22’,33’,44’ đường bao đoạn thẳng đường cong biểu diễn gia tốc piston Chọn tỷ lệ xích biểu diễn đồ thị: =208.577457 ( Do đó: Giá trị biểu diễn Giá trị biểu diễn c Van hằng nhiệt: Van hằng nhiệt có nhiệm vụ rút ngắn thời gian sấy nóng động khởi động trì chế độ nhiệt động thời gian cho phép Trên hệ thống làm mát động sử dụng van hằng nhiệt với chất giãn nở hỗn hợp với 30% rượu etylic 70% nước cất Khi nhiệt độ nước làm mát thấp 75⁰C, hỗn hợp chất lỏng hộp(1) chưa bị giãn nở, van đóng(4) nước qua đường dẫn(2) trở bơm mà không qua két nước làm mát Khi nhiệt độ tăng cao 75⁰C hỗn hợp chất lỏng hộp giãn nở áp suất tăng nên đẩy cán lên làm mở van(4) nước theo đường ống đến két nước làm mát Khi nhiệt độ tăng lên 90⁰C van mở hồn tồn 2.2 Hệ thớng bơi trơn: 2.2.1 nhiệm vụ hệ thống bôi trơn: Đưa dầu bôi trơn đến bề mặt làm việc chi tiết đảm bảo điều kiện làm việc bình thường động làm tăng tuổi thọ chi tiết Dầu bôi trơn có cơng dụng: - bơi trơn bề mặt chi tiết giảm ma sát ,tăng tuổi thọ chi tiết - rữa bề mặt ma sát chi tiết - bao kin 2.2.2 chi tiết chính: a bơm dầu: có nhiệm vụ cung cấp dầu áp suất cao vào đường dầu động đến két làm mát Hệ thống bôi trơn động B230F dùng bớm bánh ăn khớp ngồi Hình19 Bơm bánh ăn khớp ngồi b bầu lọc dầu: bầu lọc dầu có nhiệm vụ lọc tạp chất học mài mòn học chi tiết động cơ, loại bụi từ khơng khí lẫn vào sản vật cháy có chứa dầu Hệ thống bơi trơn động B230F sử dụng bầu lọc thô Kiểu bầu lọc dùng bầu lọc khí loại bầu lọc thấm dùng kim loại Bầu lọc có lõi lọc gồm phiến kim loại dập(5) (7) sắp xếp xen kẻ tạo thành khe lọc có kích thước bằng chiều dày phiến cách(7) (khoảng 0.07-0.08mm) phiến gạt cặn(6) có cùng chiều dày với phiến cách(7) lắp với trục cố định nắp đầu lọc tấm(5) và(7) lắp trục(8) có tiết diện vng có tay vặn nên xoay dầu bẩn theo đường dầu(4) vào bầu lọc, qua khe hở tấm(5) để lại cặn tay vặn trục(8), lõi lọc quay theo nên phiến gạt(6) gạt cặn bẩn bám bên lõi lọc tránh cho lõi lọc bi tắt c Két làm mát dầu: chế độ nhiệt làm việc ổn định động cơ, nhiêt dầu bôi trơn cần nằm khoảng 80-90⁰C Nhưng sử dụng nhiệt độ môi trường tương đối cao, động phải làm việc chế độ phụ tải cao thời gian dài nhiệt độ dầu bôi trơn vượt giới hạn cho phép làm mát két làm mát dầu Trên hệ thống bôi trơn động sử dụng két làm mát dầu kiểu ống làm mát bằng khơng khí, bố trí trước két nước động d Đồng hồ đo áp suất dầu: nối với đường đâu để kiểm tra tình hình hoạt động hệ thống 2.3 Hệ thống đánh lửa: 2.3.1 Nhiệm vụ hệ thống đánh lửa: Tạo tia lửa điện áp từ 12-14kV để đốt cháy hịa khí động vào cuối kỳ nén Để giúp cho cháy đạt hiệu cao, hệ thống đánh lửa phải đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu tức Thời điểm đánh lửa xác tạo thời điểm liên quan đến vị trí piston.Bộ ECU động nhận tín hiệu từ cảm biến điều chỉnh thời gian đánh lửa 2.3.2 chi tiết chính: Hình21 Sơ đồ hệ thống đánh lửa động VolvoB230F Khi động nguội làm việc vùng cao thời điểm đánh lửa điều khiển sớm để tối ưu hóa đặc tính động 2.4 Hệ thống nhiên liệu: 2.4.1 Nhiệm vụ hệ thống nhiên liệu: Hệ thống nhiên liệu động đóng vai trị quan trọng, khơng đơn hệ thống phun nhiên liệu, hợp thành hệ thống hệ thống điều khiển điện tử (ECU), hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc độ động cơ, tạo tương trợ lẫn nhau, kim phun hoạt động kim phun xe đời • Khả điều khiển tốt, cơng suất động tăng, giảm tiêu hao nhiên liệu Lượng khơng khí nạp lọc qua lọc khơng khí đo cảm biến lưu lượng khơng khí • Tỷ lệ hồ trộn ECU tính tốn hồ trộn theo tỷ lệ phù hợp Có cảm biến ơxy đường ống xả để cảm nhận lượng ôxy dư, điều khiển lượng phun nhiên liệu vào tốt • Dùng hệ thống nhiên liệu khơng có đường dầu hồi, điều áp, lọc nhiên liệu bơm nhiên liệu lắp thành cụm đặt bình xăng 2.4.2 Các chi tiết chính: • Van cắt nhiên liệu Vòi phun Đến động ống phân phối Bộ giảm rung động Bộ điều áp nhiên liệu Đến lọc than hoạt tính Lọc xăng Bình xăng Van cắt nhiên liệu Lọc xăng Bộ đo mức nhiên liệu Cụm bơm nhiên liệu Bơm xăng Bơm xăng Bộ điều áp nhiên liệu Hình 22 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động B230F 2.5 Cơ cấu dẫn động trục cam: Dẫn động bằng dây đai răng: - Ưu điểm: Gọn nhẹ, truyền động dễ dàng khoảng cách lớn truyền động êm dịu tải đột ngột không gây không gây hư hỏng cho chi tiết truyền -Nhược điểm: Tuổi thọ độ bền thấp Hình 23.Hệ thống dẫn động đai Phần 3: Thiết kế hệ thống phân phối khí động B230F: Nguyên lý hoạt động: Trục khuỷu quay, trục cam dẫn động thơng qua dây đai Khi vấu cam quay dẫn động trực tiếp lên đuôi xupap Các vấu cam bố trí góc quay phù hợp với kỳ làm việc khác động Ngoài cịn có lo xo xupap giúp xupap chuyển động hồi vị cho trình tự nổ động Mặt cắt dọc hệ thống phân phối khí sử dụng thiết kế A 16 11 10 17 23 18 Ø26H7 g6 19 20 21 Ø35 E E Ø44 A 22 24 Hình 24 Mặt cắt dọc nắp máy 3.1 Giới thiệu chung hệ thống phân phối khí động B230F: - Phương pháp bố trí xupap: + Bố trí xupap treo: buồng cháy gọn, diện tích truyền nhiệt nhỏ nên giảm tổn thất nhiệt Đối với động xăng bố trí xupap treo tăng tỷ số nén lên thêm 0.5 – 2, ngồi cịn tăng hệ số nạp lên 5-7% Mỗi xilanh bố trí xupap ,đường xả đường nạp bố trí cùng phía để sấy nóng ống nạp để nhiên liệu dễ bay + Trục cam đặt nắp xilanh dẫn động trực tiếp + Xupap bố trí song song với đường tâm xilanh, để tăng kích thước nấm xupap bằng cách đúc lõm nắp xilanh để tạo thành buồng cháy nắp - Phương pháp dẫn động trục cam: dùng đai ,có hệ thống căng dây đai A A Ø30 13 14 12 Ø31H7 g6 Ø13H7 s6 Ø8H7 e8 15 Ø40H7 s7 Hình25 Sơ đồ bố trí dẫn động cam động volvoB230F 3.2 Kết cấu các chi tiết cấu phân phới khí: 3.2.1 Xupap: Hình 26 Các kích thước xupap catalogue tham khảo Hình27 Sơ đồ kết cấu xupap thiết kế + Vật liệu :xupap thải dùng thép hợp kim X9C2, xupap nạp dùng thép hợp kim cơrôm + Nấm xupap: góc mặt nấm xupap α=45⁰ đảm bảo độ bền tiết diện lưu thơng khơng khí xupap Chiều rộng b mặt côn b=(0.08 – 0.12) ,và chiều dày nấm vào khoảng (0.08 – 0.12) đường kính nẫm xupap Nấm xupap nấm bằng chế tạo đơn giản dùng cho xupap nạp thải + Thân xupap: đường kính thân xupap =(0.3-0.4) phải đảm bảo dẫn hướng tốt ,tản nhiệt tốt xupap gọn nhẹ Chiều dài thân xupap =(2.5-3.5) lựa chọn thích hợp để lắp ống dẫn hướng lị xo xupap + Đi xupap: đĩa lị xo lắp với xupap bằng hai móng hãm hình lắp vào đoạn có đường kính nhỏ xupap Mặt ngồi móng hãm ăn khớp với mặt lỗ đĩa lị xo( góc 10⁰-15⁰) 3.2.2 Đế xupap: Hình 28 Đế xupap catalogue tham khảo Hình28.đế xupap chọn thiết kế + Vật liệu: thép hợp kim + Dùng cho đường thải đường nạp, ép vào họng thải nạp nắp xilanh để làm giảm va đập xupap với họng + Kết cấu vịng hình trụ, có vát mặt để tiếp xúc nấm xupap, mặt mặt trụ, tiện rãnh đàn hồi để lắp cho chặt + Chiều dày đế (0.08-0.15), chiều cao đế(0.18-0.25) với đường kính họng đế + ép đế vào nắp xilanh với độ dơi 0.0015-0.0035 đường kính ngồi đế 3.2.3.ống dẫn hướng xupap: Hình 29 Kết cấu ống dẫn hướng tham khảo catalogue Hinh30 Ống dẫn hướng xupap chọn thiết kế + Vật liệu: gang hợp kim CH21-40 + đóng ép vào nắp xilanh có độ dơi (0.003-0.005) với đường kính ngồi ống dẫn hướng + Chiều dày ống 2.5-4 mm; chiều dài (1.75-2.5) + Khe hỡ giữa thân xupap ống dẫn hướng: Xupap thân to: 0.004 xupap nạp; 0.006 xupap thải Xupap thân nhỏ: (0.005-0.01) xupap nạp; (0.008-0.0012) xupap thải + Phương pháp gia cơng: gia cơng xác đường kính ngồi, ép vào nắp xilanh, doa lỗ ống dẫn hướng đến kích thuocs qui định 3.2.4.Lị xo xupap: Ø3.6 6±0.005 40±0.02 9° 25.5±0.01 Hinh31 Lò xo xupap thiết kế + Vật liệu: thép C65 + Dúng để đóng kín xupap đế xupap, đảm bảo chuyển động qui luật trục cam phân phối khí + Chọn lị xo hình trụ có bước xoắn thay đổi để tránh tượng cộng hưởng làm lo xo bị gãy đập mạnh vào cấu phân phối khí Dùng cốc trượt úp chụp lên lò xo xupap tránh xupap chịu lực nghiêng, mịn xupap tránh dầu nhờn chảy xuống mặt nấm xupap 3.2.5 Trục cam: Hình32 trục cam + Vật liệu: thép hợp kim 15X, mặt ma sát thấm than cứng + Cam thải, cam nạp: bố trí cùng trục, kích thước cổ trục nhỏ cam lắp đặt vào nắp xilanh Góc lệch đỉnh cam: = + Cổ trục ổ trục cam: nữa bạc lót cổ trục bằng hợp kim nhôm + ổ chặn dọc trục cam: giữ cho trục cam không chuyển động theo chiều dọc trục 3.2.6 Vịng hãm xupap: 10 Hình 33 Vịng hãm xupap Vịng hãm: gồm nửa hình có tác dụng liên kết giữ đĩa chặn lò xo với xupap, dung móng hãm ... 22 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động B230F 2.5 Cơ cấu dẫn động trục cam: Dẫn động bằng dây đai răng: - Ưu điểm: Gọn nhẹ, truyền động dễ dàng khoảng cách lớn truyền động êm dịu tải đột ngột không... Hình 23.Hệ thống dẫn động đai Phần 3: Thiết kế hệ thống phân phối khí động B230F: Nguyên lý hoạt động: Trục khuỷu quay, trục cam dẫn động thơng qua dây đai Khi vấu cam quay dẫn động trực tiếp lên... dầu động đến két làm mát Hệ thống bôi trơn động B230F dùng bớm bánh ăn khớp ngồi Hình19 Bơm bánh ăn khớp ngồi b bầu lọc dầu: bầu lọc dầu có nhiệm vụ lọc tạp chất học mài mòn học chi tiết động cơ,