a. Các giả thiết cơ bản để xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu - Khi tính mài mòn ta tính lúc động cơ ở tốc độ định mức. - Độ mài mòn tỉ lệ với lực tác dụng lên chốt khuỷu.
Trang 34
- Tại một điểm trên chốt khuỷu, lực tác dụng sẽ gây ảnh hưởng lên vùng lân cận
về cả hai phía trong phạm vi 1200.
b. Phương pháp xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu
- Vẽ vòng tròn tượng trưng cho chốt khuỷu, tâm O trùng với tâm đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Chia vòng tròn thành 24 phần bằng nhau ngược chiều kim đồng hồ xuất phát từ điểm 0 ( giao điểm của đường tâm má khuỷu và vòng tròn tâm O). Đánh số các điểm chia từ 0, 1, 2, …, 23.
- Tích hợp lực ΣQ’i :
Từ các điểm 0 đến 23 ta kẻ qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải. Có bao nhiêu điểm giao nhau sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại một điểm.
Do đó: ΣQ’i = Q’i1 + Q’i2 + Q’i3 + ….
Trong đó: i là điểm chia bất kỳ.
1, 2, 3… là số giao điểm của tia chia với đồ thị phụ tải.
- Ghi kết quả tính ΣQ’i vào bảng trong phạm vi tác dụng lực giả thiết là 1200
- Tính ΣQi theo các cột: ΣQ = ΣQi = ΣQ’0 + ΣQ’1+ ΣQ’2 + …+ ΣQ’23
- Cộng trị số của Q . Dùng một tỷ lệ xích thích đáng (m) đặt các đoạn đại biểu
cho Q ở các điểm 0 , 1 , 2 , 3,..., 23 lên vòng tròn rồi dùng đường cong nối các
Trang 35 Hình 1.14. Đồ thị mài mòn chốt khuỷu.
Trang 36 Lực Điểm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 ∑Q0 394.98 394.98 394.98 394.98 394.98 394.98 394.98 ∑Q1 374.53 374.53 374.53 374.53 374.53 374.53 374.53 ∑Q2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ∑Q3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ∑Q4 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ∑Q5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ∑Q6 1.22 1.22 1.22 1.22 1.22 1.22 1.22 1.22 1.22 ∑Q7 18.83 18.83 18.83 18.83 18.83 18.83 18.83 18.83 18.83 ∑Q8 19.68 19.68 19.68 19.68 19.68 19.68 19.68 19.68 19.68 ∑Q9 21.89 21.89 21.89 21.89 21.89 21.89 21.89 21.89 21.89 ∑Q10 26.28 26.28 26.28 26.28 26.28 26.28 26.28 26.28 26.28 ∑Q11 34.05 34.05 34.05 34.05 34.05 34.05 34.05 34.05 34.05 ∑Q12 36.34 36.34 36.34 36.34 36.34 36.34 36.34 36.34 36.34 ∑Q13 22.59 22.59 22.59 22.59 22.59 22.59 22.59 22.59 22.59 ∑Q14 28.17 28.17 28.17 28.17 28.17 28.17 28.17 28.17 28.17 ∑Q15 25.52 25.52 25.52 25.52 25.52 25.52 25.52 25.52 25.52 ∑Q16 22.57 22.57 22.57 22.57 22.57 22.57 22.57 22.57 22.57 ∑Q17 20.31 20.31 20.31 20.31 20.31 20.31 20.31 20.31 20.31
Trang 37 ∑Q18 17.84 17.84 17.84 17.84 17.84 17.84 17.84 17.84 ∑Q19 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ∑Q20 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ∑Q21 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ∑Q22 118.34 118.34 118.34 118.34 118.34 118.34 118.34 ∑Q23 358.08 358.08 358.08 358.08 358.08 358.08 358.08 ∑Q 1245.92 1245.92 1247.14 1147.64 809.23 436.14 87.90 121.95 158.28 180.87 209.04 233.33 237.08 237.71 233.66 207.38 173.33 136.99 232.74 562.66 932.12 1284.07 1263.76 ∑Q/m 17.80 17.80 17.82 16.39 11.56 6.23 1.26 1.74 2.26 2.58 2.99 3.33 3.39 3.40 3.34 2.96 2.48 1.96 3.32 8.04 13.32 18.34
Trang 38
PHẦN 2. GIỚI THIỆU CHUNG ĐỘNG CƠ THAM KHẢO (1NZ-FE) 2.1. Thông số kỹ thuật động cơ tham khảo.
- Động cơ 1NZ-FE là động cơ DOHC 4 xi-lanh thẳng hàng, dung tích 1,5 lít, 16 van, DOHC. Hệ thống VVT-i (Van biến thiên thời gian thông minh), DIS (Hệ thống đánh lửa trực tiếp) và ETCS-i (Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử-thông minh) được sử dụng trên động cơ này để đạt được hiệu suất cao, yên tĩnh, tiết kiệm nhiên liệu và khí thải sạch.
Trang 39
- Bảng 2-1: Thông số kĩ thuật.
Loại động cơ Chọn 1NZ-FE Yêu cầu
Số xylanh – cách bố trí 4 xylanh – thẳng hàng 4 xylanh – thẳng hàng
Thứ tự làm việc 1-3-4-2 1-3-4-2
Số kỳ 4 4
Loại nhiên liệu Xăng Xăng
Công suất cực đại/số vòng quay
(KW/vg/ph) 80/6000 70/4728 Tỷ số nén 10,5 9,8 Đường kính x hành trình piston (mm x mm) 75x 84.7 78 x 83 Góc phân phối khí (độ) Mở sớm xupap nạp -7-330 70 Đóng muộn xupap nạp 520-120 530 Mở sớm xupap thải 420 580 Đóng muộn xupap thải 20 110
Hệ thống nhiên liệu EFI EFI
Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cácte ướt Cưỡng bức cácte ướt
Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi
chất
Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng
Hệ thống phân phối khí 16 valve – DOHC 16 valve – DOHC
2.2. Giới thiệu chung động cơ tham khảo. 2.2.1. Cơ cấu piston, thanh truyền, trục khuỷu. 2.2.1. Cơ cấu piston, thanh truyền, trục khuỷu. a. Piston
Trang 40 Hình 2.2: 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 piston với xilanh khi chịu lực.
- Piston được đúc bằng hợp kim nhôm có hàm lượng đi ô xít cao. Phần đỉnh đầu pít tông được làm lõm tạo thành không gian buồng cháy hình chêm.
- Bề mặt của pít tông có dạng côn cong. Tiết diện ngang phần đuôi có hình ô van. Trục lớn vuông góc với đường tâm chốt pít tông.
- Thân pít tông còn gia công 3 rãnh để lắp xéc măng khí và xéc măng dầu.
- Chốt pít tông được chế tạo bằng thép hợp kim và để giảm bớt khối lượng người ta làm rỗng, chốt được nhiệt luyện bằng nguyên công thấm than có độ thấm sâu là 0,1
Trang 41
đến 1,4mm và được tôi cứng. Độ cứng bề mặt chốt thường đạt giá trị HRC từ 56 đến 60.
- Trên pít tông đặt 2 xéc măng khí và 1 xéc măng dầu. Các xéc măng khí được chế tạo bằng gang hợp kim và có tiết diện hình thang tăng khả năng bao kín, bề mặt ngoài của xéc măng số 1 được phủ 1 lớp Crôm còn xéc măng số 2 phủ lớp mô líp đen. ( Mục đích tăng khả năng chống mòn cho xéc măng)
- Xéc măng dầu là tổ hợp các chi tiết lắp gép bao gồm một vòng bằng gang có phủ crôm và một lò xo xoắn giãn nở được.
b. Thanh truyền.
Hình 2.3: Thanh truyền.
1. Nắp đầu to thanh truyền; 2.Bulong thanh truyền; 3.Thân thanh truyền; 4.Đầu nhỏ thanh truyền
- Thanh truyền là chi tiết nối piston với trục khuỷu có tác dụng truyền lực tác dụng trên piston xuống trục khuỷu, làm quay trục khuỷu. Khi động cơ làm việc thanh truyền chịu tác dụng của các lực sau: Lực khí thể trong xi lanh, lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm piston, lực quán tính của thanh truyền.
- Động cơ sử dụng dạng thanh truyền đơn được làm bằng thép hợp kim dễ dàng cho việc chế tạo, đầu to thanh truyền có dạng phân đôi nên cần có bu lông gắn giữa nắp đầu to với thân. Mặt phân cách ở giữa nắp và thân có gờ để chống lực cắt bu lông.
- Tiết diện thanh truyền của động cơ 1NZ-FE có dạng chữ I. Đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng và được lắp tự do với chốt piston. Đầu to thanh truyền được cắt thành hai nửa, phần trên nối liền trục với thân, phần dưới là nắp đầu to thanh truyền và lắp với nhau bằng bu lông thanh truyền. Mặt phẳng lắp ghép vuông góc với đường tâm
Trang 42
trục thân thanh truyền. Bu lông thanh truyền là loại bu lông chỉ chịu lực kéo, có mặt gia công đạt độ chính xác cao để định vị.
- Đầu to của thanh truyền không có lỗ vung dầu vì piston và xilanh được bôi trơn cưởng bức bởi các vòi phun dầu bôi trơn lên hệ thống.
c. Trục khuỷu.
Hình 2.4: Trục khuỷu
1 – Đầu trục khuỷa ; 2- Rotor cảm biến vị trí trục khuỷa ; 3-Lỗ dẫn dầu bôi trơn ; 4 –Cổ trục ; 5- Chốt khuỷa ; 6 – Đối trọng ; 7- Đuôi trục khuỷa
- Trục khuỷu động cơ được chế tạo bằng thép nhờ công nghệ rèn khuôn, được tăng bền bằng tôi cao tần. Trục khuỷu có năm cổ trục và bốn cổ chốt. Trên các má khuỷu có bố trí các đối trọng có tác dụng để làm giảm phụ tải cho ổ trục và cổ trục, má khuỷu và đối trọng được chế tạo liền với má khuỷu.
- Ở đầu trục khuỷu có chế tạo rãnh then bán nguyệt để lắp bánh răng dẫn động bơm dầu và pu li bơm nước.
- Trong thân trục khuỷu có làm các rãnh dầu bôi trơn để cấp dầu tới các bề mặt ma sát giữa bạc lót và cổ trục cũng như cổ chốt.
- Đuôi trục khuỷu có gia công mặt bích để bắt chặt với bánh đà.
- Bánh đà được đúc bằng gang, trên bề mặt trụ ngoài có ép vành răng chế tạo bằng thép để khởi động động cơ. Bề mặt của các răng trên vành răng được tôi cao tần đạt độ
Trang 43
cứng HRC từ 49 đến 55. Bánh đà được bắt vào mặt bích của đuôi trục khuỷu nhờ các bu lông chịu lực.
- Bạc cổ trục chính và cổ chốt có kết cấu hai nửa tháo rời, vật liệu ba lớp với lớp làm việc được làm bằng hợp kim.
- Bạc trên và bạc dưới của cổ trục chính không lắp lẫn cho nhau được. Nửa bạc trên có lỗ dẫn dầu và có lỗ nhỏ để phân phối dầu.
2.2.2. Cơ cấu phân phối khí.
- Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ xác định thời điểm và điều khiển quá trình đóng mở xupap để thực hiện việc nạp hỗn hợp cháy cũng như thải sản vật cháy ra khỏi xy lanh động cơ. Cơ cấu phối khí động cơ 1NZ-FE là cơ cấu phối khí sử dụng xupap treo, dẫn động gián tiếp thông qua cò mổ. Trục cam được bố trí trên thân máy và được dẫn động từ trục khuỷu qua bộ truyền đai.
Hình 2.5: Cơ cấu phân phối khí
1- Tay căng xích; 2- Thiết bị kéo căng; 3- Bộ điều khiển phối khí (VVT-i); 4- Xích dẫn động trục cam; 5- Trục cam nạp; 6-Trục cam thải; 7-Bộ phận dẫn hướng xích.
Trang 44
- Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí. Thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy khí hổn hợp hoặc không khí mới vào xilanh để động cơ làm việc liên tục. Để đảm bảo công suất cực đại của động cơ, cần phải hút càng nhiều hỗn hợp không khí - nhiên liệu vào xilanh và thải ra càng nhiều khí cháy càng tốt. Vì thế, hỗn hợp không khí - nhiên liệu và quán tính khí cháy được tính đến trong quá trình thiết kế tăng tối đa thời gian mở xupap.
- Cơ cấu bao gồm: trục cam, giàn cò mổ, xupap nạp, xupáp thải, lò xo xupap, chén chận, móng ngựa. Không có con đội, đũa đẩy.
- Cơ cấu phân phối khí kiểu DOHC nên sẽ có 16 xupap gồm 8 xupap nạp và 8 xupap thải chia làm hai dãy nằm thẳng hàng, được bố trí trên nắp máy.
- Trục cam được dẫn động bởi trục khuỷu thông qua bộ truyền xích. a. Trục cam:
-Trục cam được chế tạo bằng thép. Trên trục cam có 8 vấu cam được bố trí lệch nhau một góc 450 và có 5 ổ đỡ.
-Trên các ổ đỡ trục cam có gia công các lỗ dẫn dầu bôi trơn. Đầu trục cam có then bán nguyệt để lắp bánh răng dẫn động từ trục khuỷu.
Hình 2.6. Trục cam b. Dẫn động xupap:
- Xu páp nạp và xu páp xả được chế tạo từ thép chịu nhiệt. Bề mặt làm việc của xu páp xả được làm bằng vật liệu hợp kim có tính chống mòn cao. Xu páp dịch chuyển
Trang 45
trong ống đẫn hướng, trên ống dẫn hướng của xu páp nạp người ta đặt vòng làm kín để hạn chế dầu đi vào khe hở giữa thân xu páp và ống dẫn hướng.
- Để ép xu páp vào đế xu páp , phần cuối của thân xu páp có gia công một rãnh để cài móng hãm đuôi xupáp, lò xo tỳ ép vào đế.
Hình 2.7. Sơ đồ dẫn động xupap 1- Xupap ; 2- con đội ; 3- vấu cam 2.2.3. Hệ thống bôi trơn, làm mát.
Trang 46 Hình 2.8. Sơ đồ hệ thống bôi trơn
- Hệ thống bôi trơn của động cơ kiểu cưỡng bức dùng để đưa dầu bôi trơn và làm mát các bề mặt ma sát của các chi tiết chuyển động của động cơ.
- Hệ thống bôi trơn gồm: Bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đường ống... dầu sẽ từ cácte 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, theo các lỗ phun lên thành xylanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo các đường dẫn dầu tự chảy về cácte.
2.2.3.2. Hệ thống làm mát.
- Ở động cơ hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức được sử dụng. Khi động cơ nóng lên, hệ thống làm mát sẽ truyền nhiệt ra không khí chung quanh để làm mát động cơ. Ngược lại, khi động cơ còn lạnh, hệ thống làm mát giúp động cơ dễ
Trang 47
nóng lên. Bằng cách đó, hệ thống làm mát giúp cho duy trì nhiệt độ động cơ thích hợp.
- Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức, nhiệt độ van hằng nhiệt mở là 800C, dung tích bình 7,8lít. Van hằng nhiệt có van đi tắt được đặt ở phía đầu ra của két nước.
Hình 2.9. Hệ thống làm mát
1: Van hằng nhiệt ; 2: Bơm ; 3: Nắp máy; 4: Thân máy; 5: Giàn sưởi ; 6: Van tiết lưu; 7: Két nước
2.2.4. Hệ thống nhiên liệu.
- Hệ thống nhiên liệu động cơ 1NZ-FE đóng vai trò rất quang trọng nó không đơn thuần là một hệ thống phun nhiên liệu độc lập mà nó còn liên kết với các hệ thống đó là hệ thống điều khiển điện tử ( ECU) , hệ thống đánh lửa điện từ , điều khiển tốc độ cuả động cơ, tạo ra sự tối ưu hóa cho quá trình hoạt động của động cơ. Kim phun 12 lỗ được áp dụng để tang cường tính phun sương của nhiên liệu, điều khiển cắt nhiên
Trang 48
liệu khi túi khí hoạt động. Đường ống dẫn nhiên liệu với các giấc đấu nối nhanh để nâng cao khả năng sửa chữa. Bình xăng làm bằng chất dẻo 6 lớp với 4 loại vật liệu có bộ lọc than hoạt tính trong bình.
Hình 2.10. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu
1- tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp; 2- Tín hiệu từ cảm biến vị trí bớm ga; 3- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam; 4 – Tín hiệu từ cảm biến oxy; 5- Tín hiệu từ cảm
biến nhiệt độ nước làm mát; 6- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷa;7- Tín hiệu từ cảm biến vị trí túi khí; 8- Bình chứa nhiên liệu; 9-Bơm xăng; 10 –Bộ lọc xăng; 11 –
Trang 49
PHẦN 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ XZ4-0621 - Hệ thống bôi trơn cưỡng bức là loại hiện đại làm việc chắc chắn hơn nhưng phức tạp hơn. Nguyên nhân là do việc dẫn dầu cưỡng bức luôn đảm bảo có lớp dầu cần thiết và đảm bảo việc dẫn nhiệt ra từ các bề mặt làm việc được tốt hơn.
- Vì vậy loại hệ thống này thường được ứng dụng ở các động cơ xăng cũng như các động cơ có số vòng quay cao, trong đó lực quán tính của các bộ phận chuyển động qua lại và lực quán tính ly tâm có trị số cao.