- Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q-α rồi tính phụ tải trung bình Qtb.
- Chọn tỉ lệ xích:
µQ =µP = 0,0475 [MN/(m2.mm)]
- 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 Qi tương ứng. Sau đó lập bảng Q-α.
1.15. Tính toán và vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu
- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho vòng tròn chốt khuỷu , rồi chai vòng tròn trên thành 24 phần bằng nhau.
- Tính hợp lực Q’ của các lực tác dụng trên các điểm 0, 1 , 2 , 3, .., 23. Rồi ghi trị số của các lực ấy trong phạm vi tác dụng lực giả thiết là 1200.
- Cộng trị số của Q. Dùng một tỷ lệ xích thích đáng (µm) đặt các đoạn đại biểu cho Q ở các điểm 0 , 1 , 2 , 3,.., 23 lên vòng tròn rồi dùng đường cong nối các điểm đó lại , ta được đường thể hiện mức độ mòn của chốt khuỷu.
- Ta vẽ được đồ thị như sau:
Hình 1.14: Đồ thị mài mòn chốt khuỷu
Ý nghĩa đồ thị mài mòn: để xác định quy luật mài mòn của chốt khuỷu. Nhưng chỉ xem xét về mặt lý thuyết (giả thuyết phạm vi tác dụng 120
độ). Ngoài ra quy luật mài mòn còn ảnh hưởng bởi 1 số yếu tố: chất lượng dầu bôi trơn, vật liệu chế tạo, gia công … Xác định phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu tại thời điểm góc quay của trục khuỷu từ đó xác định vị trí chịu tải bé nhất của chốt khuỷu tại đó khoan các lỗ dầu.
2. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ĐỘNG CƠ THAM KHẢO
2.1. Chọn động cơ tham khảo
Chọn động cơ tham khảo: Hyundai KIA G6BA 2.7L
THÔNG SỐ KỸ THUẬT Yêu Cầu Mercedes-Benz OM 457
Nhiên liệu Diesel Diesel
Số xilanh/Số kỳ/Cách bố trí 6/ 4/ In-line 6/4/V-type Thứ tự làm việc 1-5-3-6-2-4 1-5-3-6-2-4
Tỷ số nén 16,8 18,5
Đường kính piston 130 128
Hành trình piston 155 155
Công suất cực đại/ số vòng quay
235 260
1846 2000
Tham số kết cấu 0,24 0,25
Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cascte ướt Cưỡng bức cascte ướt Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng Hệ thống nạp Turbo Charger Intercooler Turbo Chanrge withintercooler Hệ thống phân phối khí 12 valve, OHV 12 valve, OHV
Hệ thống nhiên liệu Bocsh VE-type pump Bosch PF-Unit Pump
2.2. Phân tích đặc điểm động cơ
2.2.1. Cơ cấu piston, thanh truyền, trục khuỷu
2.2.1.1. Piston
Hình 2.1: Kết cấu piston.
1-Xecmăng lửa; 2- Xec măng khí; 3- Xec măng dầu; 4- Vòng chặn chốt piston; 5- Chốt piston; 6- Piston.
- Piston là một chi tiết quan trọng của động cơ đốt trong. Trong quá trình làm việc của động cơ, piston chịu lực rất lớn, nhiệt độ rất cao và ma sát mài mòn lớn, lực tác dụng và nhiệt độ cao do khí thể và lực quán tính sinh ra gây nên ứng suất cơ học và ứng suất nhiệt trong piston, còn mài mòn là do thiếu dầu bôi trơn mặt ma sát của pittong với xilanh khi chịu lực. Piston có nhiệm vụ quan trọng như sau: Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ không cho khí cháy trong buồng cháy lọt xuống các te (hộp trục khuỷu) và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu súc lên buồng cháy. Tiếp nhận lực khí thể và truyền lực ấy cho thanh truyền (trong quá trình cháy và giản nở) để làm quay trục khuỷu nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải ra khỏi xilanh trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp.
Hình 2.2: Piston động cơ Mercedes-Benz OM457
- Piston của động cơ Mercedes-Benz OM457 được chế tạo bằng hợp kim nhôm. Với đường kính 128mm và chiều cao 140mm. Khối lượng của piston là 2470g.
+ Đỉnh piston có dạng lõm, động cơ làm việc đầu piston nhận phần lớn nhiệt lượng do khí cháy truyền cho nó (khoảng 70 -80%) và lượng nhiệt này truyền vào xéc măng thông qua rảnh xéc măng, rồi đến nước làm mát động cơ. Ngoài ra trong quá trình làm việc piston còn được làm mát bằng cách phun dầu vào phía dưới đỉnh piston.
+ Thân piston làm nhiệm vụ dẩn hướng trong xilanh, là nơi chịu lực ngang và là nơi bố trí bệ chốt piston. Trên bệ chốt có các gân để tăng độ cứng vững. Thân piston có cắt bỏ một phần khối lượng nhằm làm giảm lực quán tính cho piston nhưng không làm ảnh hưởng đến độ cứng vững của nó.
+ Chốt piston là chi tiết được dùng để nối piston với đầu nhỏ thanh truyền. Trong quá trình làm việc nó chịu lực khí thể và lực quán tính rất lớn, các lực này thay đổi theo chu kì và có tính chất va đập mạnh. Đường kính chốt có dạng trụ rỗng. Chốt piston được lắp với đầu nhỏ thanh truyền và piston theo kiểu lắp tự do.
+ Xéc măng khí và xéc măng dầu được lắp trên đầu piston, số lượng xéc măng gồm có: 2 xéc măng khí và 1 xéc măng dầu.
Hình 2.3: Thanh truyền động cơ Mercedes-Benz OM457
- Thanh truyền của động cơ Mercedes-Benz OM457 được chế tạo bằng thép hợp kim có đường kính đầu to 62 mm, đường kính đầu nhỏ 48 mm.
- Đầu to thanh truyền có dạng hình trụ rỗng. Đầu to đực chia thành 2 nửa, nhằm giảm kích thước đầu to thanh truyền mà vẫn tăng được đường kính chuốt khuỷu, nữa trên đúc liền với thân, nữa dưới rời ra làm thành nắp đầu to thanh truyền. Hai nữa này liên kết với nhau bằng buloong thanh truyền.
- Trên đầu to thanh truyền có lắp bạc lót để giảm độ mài mòn cho chốt khuỷu, bạc lót đầu to thanh truyền cũng được làm thành 2 nửa, khi bạc lót bị mòn thì được thay thế bằng bạc lóc mới. Trên bạc lót có lỗ và rãnh để dẫn dầu bôi trơn và các vấu chống xoay, khi lắp ghép các vấu này bám vào các rãnh trên đầu to.
- Thanh truyên làm bằng thép có độ bền cao, giửa hai nắp thanh truyền có chốt định vị để tăng tính ổn định khi lắp ráp.
- Bạc thanh truyền chế tạo bằng nhôm, trên bạc có vấu điịnh vị tăng tính ổn định khi lắp ráp.
- 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 gia công cao, bề mặt làm việc của trục cần có độ bóng bề mặt độ cứng cao. Không xẩy ra hiện tượng giao động. Kết cấu trục khuỷu phải đảm bảo tính cân bằng và tính đồng đều, phải dể chế tạo.
Hình 2.5: Trục khuỷu động cơ Mercedes-Benz OM457
- Đó là nói chung cho động cơ đốt trong còn xe hyundai nói riêng thì có các thành phần như sau, Trục khuỷu của động cơ Mercedes-Benz OM457 là dạng trục khuỷu dành cho động cơ 6 xylanh theo kiểu thằng hàng. Có kết cấu phức tạp, đồi hỏi độ chính xác rất cao.
2.2.2. Hệ thống bơm nhiên liệu
- Hệ thống nhiên liệu động cơ Mercedes-Benz OM457 là hệ thống Unit Pump System, mỗi xi lanh động cơ có một bơm xi lanh đơn với van điện từ tích hợp. Điều này là sự kết hợp thông thường thông qua một đường cao áp ngắn. Cấu trúc này cho phép áp suất phun nhiên liệu lên tới 2.200 bar. Bơm cao áp được dẫn động trực tiếp bởi trục cam động cơ. Tốc độ phân phối cao Bơm đảm bảo áp suất tăng liên tục trong thời gian hoạt động.
Các kim phun nhiên liệu với van điện từ tốc độ cao. Chúng được kích hoạt bởi các đơn vị điều khiển động cơ điện tử. Khi bắt đầu khởi động chế độ phun thay đổi, thời gian phun thay đổi, khả năng lớn trong việc thích ứng với điều kiện vận hành của động cơ cũng như khả năng hiệu chỉnh từng xy lanh, UPS góp phần hướng tới hoạt động của động cơ tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường.
*Ưu điểm
+ Khí thải thấp
• Tiêu thụ nhiên liệu ít
• Dễ dàng chuyển đổi từ hệ thống phun nhiên liệu với bơm in-line hoặc distributor (không cần thiết kế lại đầu xi lanh)
• Bảo dưỡng đơn giản và nhanh chóng vì máy bơm có thể được tháo lắp dễ dàng
2.2.3. Hệ thống phối khí
- Cơ cấu phân phối khí trên động cơ là hệ thống phân phối khí DOHC, gồm 24 van, mỗi xilanh có 4 van: 2 van thải và 2 van nạp.
- Cơ cấu phối khí kiểu hai trục cam đặt ở thân máy, không có có đũa đẩy và cò mổ. Bộ dẫn động dai truyền chuyển động từ bánh đai trục khuỷu qua bộ truyền dai lên trục cam, có cơ cấu căng dai.
- Cơ cấu gồm bốn trục cam, hai trục trên mỗi xilanh, mỗi trục cam có sáu vấu cam điều kiển đóng mở các van.
- Xupap nạp và xupap thải được dẫn động từ cò mổ, trục cam được dẫn động từ trục khuỷu.
- Đường kính của thân xupap nạp : 5,585 đến 5,980 mm. - Đường kính của thân xupap thải : 5,95 đến 5,595 mm.
2.2.4. Hệ thống bôi trơn.
- Hệ thống bôi trơn kết hợp cưởng bức với vung tóe dùng để đưa dầu bôi trơn và làm mát các bề mặt ma sát của các chi tiết chuyển động của đọng cơ. Hệ thống bôi trơn kiểu cácte ướt. Hệ thống bôi trơn động cơ có dung tích 5,8 lít.
- Hệ thống bôi trơn giồm có: bơm dầu, bầu lọc dầu, cacte dầu, các đường ống,…dầu sẽ từ cacte được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào các đường dầu dọc thân máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạc biên, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo các đường daanc dầu vè két làm mát rồi về cacte.Thành xilanh được bôi trơn theo kiểu vung tóe bằng dầu hồi.
Hình 2.11 Bộ phận hệ thống bôi trơn động cơ G6EA-GSL2.7
1-Phần bao ngoài bơm dầu; 2-Roto trong của bơm báng răng; 3-Rotongoaif bơm bánh răng; 4-Vỏ bơm dầu; 5-Bánh răng dẫn động bơm; 6-Phớt chặn dầu; 7-Lọc dầu; 8-Cate
dưới; 9-Cate trên.
2.2.5. Hệ thống làm mát
- Động cơ Hyundai KIA G6BA 2.7L có hệ thống làm mát bằng nước kiểu một vòng kín, tuần hoàn cưỡng bức. Nhiệt độ khởi động 82 độ C, nhiệt độ ở chế độ toàn tải 95 độ C, áp suất van 0.98 – 4.9Kpa. Dung tích của két làm mát là 8,2-8,3 lít. Tron hệ thống có hai van xả nước, mợt nằm ở két nước và một trên thân động cơ. Nước làm mát có sử dụng chất chống đông.
- Bao gồm áo nước xy lanh, nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió và các đường ống dẫn nước. Hệ thống làm mát được sử dụng nước nguyên chất, có pha chất phụ gia chống rĩ.
- Két làm mát được lắp trên đầu xe, két làm mát có đường nước vào từ van hằng nhiệt và có đường nước ra đến bơm. Trên két nước có các dàn ống dẫn gắn các cánh tản nhiệt.
- Bơm nước kiểu ly tâm được dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu.
- Van hằng nhiệt đóng khi nhiệt độ nhỏ hơn 82oC và bắt đầu mở ở nhiệt độ 95oC
Hình 2-10: Hệ thống làm mát động cơ.
1-Két nước; 2-Nắp két nước; 3-Bình nước phụ; 4,5-Ống nối; 6-Quạt làm mát; 7-Mô tơ điều khiển tốc độ.
2.2.6. Hệ thống xả khí.
- Hệ thống xả của động cơ có nhiệm vụ giảm tiếng ồn, giảm hàm lượng khí xả có hại cho sức khỏa con người và môi trường. Cấu tạo hệ thống xả của động cơ G6EA- GSL2.7 giới thiệu như hình 2.11.
Hình 2.11 Hệ thống xả khí.
- Bộ trung hòa khí xả có nhiệm vụ làm giảm các chất độc hại ra môi trường.
- Cảm biến oxy có nhiệm vụ xác định hàm lượng oxy có trong khí xả của động cơ để ECM điều chỉnh hổn hợp nhiên liệu cấp vào động cơ gần với lí thuyết.
2.2.7 Hệ thống đánh lửa.
- Hệ thống đánh lửa được điều khiển điện tử ECM đánh lửa trực tiếp. Mỗi xylanh có một bugi loại đầu dài. Hệ thống đánh lửa điện tử luôn luôn gắn liền với hệ thống phun nhiên liệu, nó điều khiển tia lửa, góc đánh lửa luôn phù hợp với góc phun của nhiên liệu nhờ các cảm biến để thực hiện quá trình đốt cháy tốt hơn và nhiên liệu được cháy hoàn toàn, ít tốn nhiên liệu, tăng công suất động cơ,chất thải ít độc hại.
- ECM căn cứ vào tín hiệu nhận được từ cảm biến vị trí trục khuỷu và căn cứ vào góc đánh lửa cơ sở đã ghi sẳn trong bộ nhớ cũng như trong các thông số hiệu chỉnh để xác điịnh góc đánh lửa sớm cho động cơ. Việc tạo ra các tín hiệu tạo xung để cung cáp dòng điện cho cuộn dây đánh lửa được lập trình sẳn để các cuộn dây cung cấp dòng điện trong thời gian định mức trước giá trị tính toán để đảm bảo cho: Từ thông sinh ra trong các cuộn dây đạt tra trị lớn nhất, đảm bảo cuộn day đủ năng lượng để đánh lửa; Điều khiển sự phát ra và chấm dứt tia lửa được ECM tính toán sau khi các dữ liệu được nhập vào bởi:
+ Tốc độ động cơ
+ Cảm biến vị trí trục cam. + Cảm biến vị trí trục khuỷu. + Cảm biến nhiệt độ động cơ. + Cảm biến vị trí bướm ga. + Cảm biến vị trí bàn đạp ga.
+ Cảm biến kích nổ.
2.2.8. Hệ thống khởi động.
- Hệ thống khởi động bằng điện với phương pháp điều khiển gián tiếp bằng role điện từ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
GS.TS.Nguyễn Tất Tiến – Nguyên lý động cơ đốt trong – NXB Giáo Dục. PGS.TS.Dương Việt Dũng – Kết cấu động cơ đốt trong.
ThS. Nguyễn Quang Trung – Hướng dẫn đồ án động cơ đốt trong.