- Chọn tỉ lệ xích μQ = μp = 0,035 (MN/m2.mm).
μ = 2 (0/ mm).
- Tiến hành đo các khoảng cách từ tâm O đến các điểm Ai(Ti, Zi) ứng với các góc
αi trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Ta nhận được các giá trị của Qi tương
ứng. - Bảng 1-5. Bảng giá trị đồ thị Q - α α Qbd [mm] α Qbd [mm] α Qbd [mm] α Qbd [mm] 0 111.202 180 82.880 360 30.804 540 85.923 10 109.502 190 82.713 370 25.058 550 84.332 20 102.874 200 82.127 380 17.938 560 83.056 30 92.448 210 80.884 390 25.652 570 81.675 40 79.181 220 78.636 400 34.359 580 79.239 50 64.502 230 75.001 410 36.854 590 75.358 60 50.571 240 69.673 420 36.897 600 69.717 70 40.717 250 62.573 430 38.849 610 62.235 80 38.611 260 54.082 440 44.614 620 53.331 90 43.998 270 45.439 450 53.045 630 44.423 100 52.715 280 39.292 460 62.114 640 38.721 110 61.505 290 39.142 470 70.365 650 40.467 120 68.909 300 45.603 480 77.058 660 50.102 130 74.491 310 55.218 490 81.989 670 63.952 140 78.322 320 63.939 500 85.291 680 78.614 150 80.713 330 68.529 510 87.066 690 91.893 160 82.053 340 67.008 520 87.321 700 102.341 170 82.695 350 58.294 530 87.137 710 108.997 180 82.880 360 30.804 540 85.923 720 111.202
Trang 31
- Tiến hành vẽ đồ thị:
+ Vẽ hệ trục tọa độ QOα.
+ Đặt các cặp điểm (Q, α) lên hệ trục tọa độ.
+ Đường cong nối các điểm này biểu diễn đồ thị Q - α cần vẽ.
- Xác định giá trị biểu diễn của Qtb: Qtbbd = ΣTtb = Σ(Qi)/360 = 64,89 mm.
Suy ra Qtb = Qtbbd . μQ = 64,89.0,035 = 2,271 (MN/m2).
Hình 1.12. Đồ thị khai triển phụ tải chốt khuỷu 1.11. Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền
a. Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền:
- Vẽ tượng trưng dạng đầu to thanh truyền trên tờ giấy bóng mờ. Lấy tâm đầu to là tâm O . Vẽ một vòng tròn tâm O bán kính bất kì. Giao điểm giữa đường tâm thanh
truyền và vòng tròn là điểm gốc 00.
- Chia vòng tròn tâm O thành 36 phần theo chiều kim đồng hồ xuất phát từ gốc
00 , các điểm chia sẽ tương ứng với các góc (α+β). Để đơn giản tại các điểm chia
trên vòng tròn thay vì ghi giá trị (α +β ) ta chỉ ghi giá trị α .Tức là ghi
Trang 32
- Đem tờ giấy bóng đặt lên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với gốc O của đồ thị và đường tâm thanh truyền OZ’ trùng với trục OZ của đồ thị.
- Lúc này trên tờ giấy bóng hiện lên điểm 0 của đầu mút vectơ Q0⃗ , ta ghi điểm
đầu bằng 0 lên tờ giấy bóng . Lần lượt xoay tờ giấy bóng ngược chiều kim đồng hồ cho các điểm chia 10, 20, 30, …, 360 trùng với trục OZ. Đồng thời đánh dấu đầu
mút của các vectơ Q10⃗, Q20⃗, Q30⃗, …,Q360⃗ của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
trên tờ giấy bóng bằng các điểm 10, 20, 30, …, 360.
- Nối lần lượt các điểm vừa đánh dấu trên tờ giấy bóng theo đúng thứ tự ta sẽ được đường cong biểu diễn đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền.
b. Xác định giá trị, chiều và điểm đặt lực:
- Giá trị biểu diễn là khoảng cách từ tâm O ra điểm B bất kỳ cần xác định. - Chiều từ tâm O ra điểm cần xác định B.
- Điểm đặt là giao điểm của vectơ OB và vòng tròn tượng trưng đầu to thanh truyền.
Trang 33 Hình 1.13. Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền
1.12. Xây dựng đồ thị mài mòn chuốt khuỷu.
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.