1.1.4 .Xây dựng đồ thị công
2. Chọn động cơ tham khảo: (1MZ-FE)
2.1. Giới thiệu chung về động cơ 1MZ-FE :
Lexus RX-300 là dòng xe đa dụng thể thao nên yêu cầu về công suất và khả
năng tăng tốc lớn. Động cơ được dùng trên xe là động cơ 1MZ-FE. 1MZ-FE là loại động cơ V6, 6 xy lanh xếp thành hình chữ V, lệch nhau 60 độ. Dung tích xy lanh 3 lít, với 2 trục cam được bố trí trên nắp máy (DOHC), 24 van xả và van nạp ( 2 van xả và 2 van nạp cho mỗi xy lanh ). Cơng suất 160 mã lực, 3.0V có tốc độ tối đa 225 km/h và đạt tới 100 km/h trong vòng 8,7 giây.
Các xy lanh được đánh số 1,2,3,4,5,6. Bên phải là các xy lanh 1-3-5, bên
trái là các xy lanh 2-4-6. Thứ tự đánh lửa là 1-2-3-4-5-6. Đỉnh xy lanh và pít
tơng làm bằng hợp kim nhơm nên có khả năng chịu được nhiệt độ cao, các bugi được bố trí ở trung tâm các buồng đốt
TT Tên gọi Đơn vị Tính năng kỹ thuật
7 Tỷ số nén 10.5:1
8 Công suất lớn nhất của
động cơ kW/(vg/ph)
213HP/5400 v/p 143/5400
9 Mô men xoắn lớn nhất tại
số vòng quay Nm/(vg/ph) 210/4400
10 Phun nhiên liệu EFI
Các mặt cắt của động cơ được cho trên hình 1.3 và 1.4.
2.2. Phân tích đặc điểm kết cấu động cơ:
Các cơ cấu chính của động cơ gồm: - Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền - Cơ cấu phối khí.
Các hệ thống trên động cơ bao gồm:
- Hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức một vịng tuần hồn kín.
- Hệ thống đánh lửa điện tử (ESA), tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm nhờ tín hiệu ECU của động cơ.
- Hệ thống bôi trơn
- Hệ Thống tự động chuẩn đốn ODB được tích hợp với hệ thống cung cấp nhiên liệu EFI và hệ thống tự động điều chỉnh đánh lửa sớm ESA giúp người sử dụng nhanh chóng phát hiện tình trạng hỏng hóc của động cơ.
- Hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử gián tiếp một điểm trước xu páp nạp EFI, tích hợp với hệ thống đánh lửa điện tử ESA giúp động cơ đạt hiệu suất lớn nhất ở mọi chế độ làm việc.
2.2.1 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền a. Nhiệm vụ: a. Nhiệm vụ:
Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền là cơ cấu chính trong động cơ nó có nhiệm vụ nhận và biến đổi lực khí thể do đốt cháy nhiên liệu thành mơ men quay của trục khuỷu, nó bao gồm hai nhóm chi tiết là nhóm chi tiết cố định và nhóm chi tiết chuyển động. Nhóm chi tiết chuyển động gồm nhóm pít tơng, thanh truyền, trục khuỷu, bánh đà. Nhóm chi tiết cố định gồm thân máy, nắp xy lanh, ống lót xy lanh và các te dầu.
b. Các chi tiết chính Thân máy
Thân máy cùng với nắp xy lanh là nơi nắp đặt và bố trí hầu hết các cụm, các chi tiết của động cơ. Cụ thể trên thân máy bố trí xy lanh, hệ trục khuỷu, và các bộ phận truyền động để dẫn động các cơ cấu và hệ thống khác của động cơ như trục cam, bơm nhiên liệu, bơm nước, bơm dầu, quạt gió…
Hình 1.5. Thân máy
Thân máy của động cơ là loại thân xy lanh - hộp trục khuỷu. Khối thân
xy lanh của động cơ được chế tạo liền với nửa trên hộp trục khuỷu theo hình thức vỏ thân xy lanh chịu lực.
Thân máy của động cơ được chế tạo bằng gang đúc, có tính dẫn nhiệt tốt.
2.2.1.1 Nắp xy lanh
Nắp xy lanh của động cơ 1MZ-FE là một dạng nắp chung một khối cho 6 xy lanh. Nó được chế tạo bằng hợp kim nhơm, có ưu điểm là nhẹ, tản nhiệt tốt, giảm được khả năng kích nổ. Nắp được lắp với thân máy qua đệm nắp máy bằng các gu giơng.
Hình 1.6 nắp xy lanh
Nắp xy lanh cùng với pít tơng và xy lanh tạo thành buồng cháy, buồng cháy động cơ 1MZ-FE có dạng đỉnh lõm. Nhiều bộ phận của động cơ được nắp trên nắp xy lanh như bugi, vịi phun, cụm xu páp… Ngồi ra trên nắp xy lanh cịn bố trí các đường nạp, đường thải, đường nước làm mát, đường dầu bơi trơn… Do đó kết cấu của nắp xy lanh rất phức tạp.
Điều kiện làm việc của nắp xy lanh rất khắc nhiệt như nhiệt độ cao, áp suất khí thể rất lớn và bị ăn mịn hố học bởỉ các chất ăn mòn trong sản phẩm cháy.
2.2.1.2. Nhóm Pít tơng
Các chi tiết của pít tơng bao gồm: Pít tơng, các xéc măng khí, xéc măng
Cấu tạo của pít tơng được thể hiện trên hình 1.7
Hình1.7. Nhóm pít tơng
1. Pít tơng; 2. Chốt pít tơng; 3. Vịng hãm; 4. Xéc măng khí; 5. Xéc măng dầu; 6 . Thanh truyền; 7. Bạc đầu nhỏ thanh truyền
Pít tơng :
Hình 1.8. Pít tơng
Vai trị: vai trị chủ yếu của pít tơng là cùng với các chi tiết khác như xy lanh, nắp xy lanh bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền lực khí thể cho thanh truyền cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén khí.
Điều kiện làm việc: Điều kiện làm việc của pít tơng rất khắc nhiệt. Trong
q trình làm việc, pít tơng phải chịu tải trọng cơ học lớn có chu kỳ, nhiệt độ cao.
Trên phần đầu pít tơng có xẻ 3 rãnh để lắp các xéc măng khí và xéc măng
dầu. Khe hở giữa phần đầu pít tơng và thành xy lanh nằm trong khoảng 0,4 ÷
0,6 mm.
Thân pít tơng có dạng hình cơn tiết diện ngang hình ơvan và có hai bệ
để đỡ chốt pít tơng, trên thân có phay rãnh phịng nở để tránh bó kẹt pít tơng. Thân pít tơng có nhiệm vụ dẫn hướng cho pít tơng chuyển động trong xy lanh.
Để đảm bảo cho pít tơng chuyển động dễ dàng trong xy lanh, khe hở giữa
phần thân pít tơng và thành xy lanh ở chế độ khi nước làm mát 80 ÷ 900C nằm
trong khoảng 0,004 ÷ 0,008 mm. Xéc măng:
Trên pít tơng có 2 loại xéc măng là xéc măng khí và xéc măng dầu.
Hình 1.9. Xéc măng
1.Xéc măng dầu, 2.Xéc măng khí
Xéc măng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy của động cơ và dẫn nhiệt
từ đỉnh pít tông ra thành xy lanh và tới nước làm mát. Mỗi pít tơng được lắp 2 xéc măng khí vào hai rãnh trên cùng của đầu pít tơng. Để xéc măng rà khít với thành xy lanh nó được mạ một lớp thiếc. Xéc măng khí phía trên được mạ crơm để giảm mài mịn. Khi lắp khe hở miệng của xéc măng nằm trong khoảng 0,25
÷ 0,6 mm để giảm hiện tượng lọt khí xuống các te khi lắp đặt miệng xéc măng
phải lệch nhau 1800. Vật liệu chế tạo xéc măng khí là thép hợp kim cứng.
Xéc măng dầu được làm từ thép chống gỉ. Xéc măng dầu có nhiệm vụ san đều lớp dầu trên bề mặt làm việc và gạt dầu bôi trơn thừa từ thành xy lanh về cácte. Xéc măng dầu có các lỗ dầu và được lắp vào rãnh dưới cùng của pít tơng. Trong rãnh có lỗ nhỏ ăn thơng với khoang trống phía trong pít tơng. Khi lắp khe
Chốt pít tơng
Chốt pít tơng là chi tiết nối pít tơng và đầu nhỏ thanh truyền. Tuy có kết
cấu đơn giản nhưng chốt pít tơng có vai trị rất quan trọng để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ. Trong q trình làm việc của mình chốt pít tơng chịu lực va đập tuần hồn, nhiệt độ cao và điều kiện bơi trơn khó khăn.
Hình 1.10. Chốt pít tơng 1.Vịng hãm, 2.Chốt pít tơng
Chốt pít tơng được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần hợp kim
như crôm, măng gan với thành phần cacbon thấp. chốt pít tơng được sử lý tăng cứng và được mài bóng.
Chốt pít tơng có dạng hình trụ rỗng. Các mối ghép giữa chốt pít tơng và
pít tơng, thanh truyền theo hệ trục để đảm bảo lắp ghép dễ dàng. Chốt pít tơng được lắp tự do ở cả hai mối ghép. Khi lắp ráp mối ghép giữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng, còn mối ghép với bệ chốt là mối ghép trung gian, có độ dơi. Phương pháp lắp này làm cho chốt mòn đều hơn và chịu mỏi tốt hơn nhưng khó bơi trơn mối ghép phải có kết cấu hạn chế di chuyển dọc trục của chốt.
Hình 1.11. Thanh truyền.
Thanh truyền là chi tiết nối giữa pít tơng và trục khuỷu. Trong q trình
làm việc thanh truyền chịu lực khí thể, lực quán tính của nhóm pít tơng và lực qn tính của bản thân thanh truyền. Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va đập.
Trong quá trình làm việc của động cơ, thanh truyền thực hiện hai chuyển
động phức tạp: Chuyển động tịnh tiến dọc theo thân xy lanh và chuyển động lắc tương đối so với trục của chốt pít tơng. Thanh truyền được chế tạo bằng thép hợp kim, trong thân thanh truyền có khoan rãnh dẫn dầu bơi trơn lên bề mặt bạc đầu nhỏ và chốt pít tơng.
Đầu to thanh truyền được chia làm hai nửa với mặt phẳng phân chia vng
góc với đường tâm thanh truyền. Dấu ở nửa trên đầu to thanh truyền và nửa dưới đầu to thanh truyền, cùng với dấu ở pít tơng khi lắp các dấu này phải cùng phí và quay về phía đầu động cơ.
Hình 1.12. Vạch dấu định vị trên nhóm pít tơng thanh truyền
Bạc đầu nhỏ thanh truyền bằng đồng có dạng hình trụ rỗng, trên bạc có lỗ dẫn dầu tương ứng với lỗ trên đầu nhỏ thanh truyền.
Bạc đầu to là loại thanh mỏng và lắp lẫn được. Bạc lót gồm hai nửa được dập ghép từ thép mềm và được phủ một lớp chịu mòn là hợp kim nhơm có hàm lượng thiếc cao, chiều dầy của bạc lót sau khi phủ là 1,6mm, chiều rộng là 25mm, bạc có gờ khớp với rãnh ở nửa trên và nắp dưới của đầu to để chống xoay.
Để đảm bảo cân bằng cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền, khối lượng của thanh truyền lựa chọn khi lắp không chênh lệch quá 6-8 gam.
2.2.1.4. Trục khuỷu
Vai trò của trục khuỷu: trục khuỷu nhận lực tác dụng từ pít tơng tạo
mômen quay kéo các máy công tác và nhận năng lượng của bánh đà; sau đó truyền cho thanh truyền và pít tơng thực hiện q trình nén cũng như trao đổi khí trong xy lanh.
Điều kiện làm việc của trục khuỷu hết sức khắc nhiệt nó phải chịu lực T, Z do lực khí thể và lực qn tính của nhóm pít tơng thanh truyền gây ra. Ngoài ra trục khuỷu cịn chịu lực qn tính ly tâm của các khối lượng quay lệch tâm của bản thân trục khuỷu và thanh truyền. Những lực này gây uốn xoắn dao động xoắn và dao động ngang của trục khuỷu trên các ổ đỡ.
Hình 1.13. Cấu tạo trục khuỷu
Trục khuỷu của động cơ được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành
phần măng gan, vômphram….
Trên đầu trục có then để lắp puli dẫn động quạt gió, bơm nước cho hệ thống làm mát, có bánh răng trục khuỷu để dẫn động trục cam, bơm dầu.
Cổ trục khuỷu được gia công và xử lý bề mặt đạt độ cứng và độ bóng cao. Các cổ trục đều có chung một đường kính.Cổ khuỷu được làm rỗng để làm rãnh dẫn dầu bôi trơn đến các cổ và chốt khác của trục khuỷu.
Chốt khuỷu cũng được gia công và xử lý bề mặt để đạt độ cứng và độ bóng cao. Đường kính chốt nhỏ hơn đường kính cổ. Chốt khuỷu cũng được làm rỗng để giảm trọng lượng và chứa dầu bôi trơn.
Các đối trọng được làm liền với má khuỷu. Đi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà và được làm rỗng để lắp vòng bi đỡ trục sơ cấp của hộp số.
2.2.2. Cơ cấu phối khí
Cơ cấu phối khí được dùng là cơ cấu phối khí dùng xu páp treo. Động cơ 1MZ-FE sử dụng cơ cấu phối khí thơng minh VVT-i. Hệ thống VVT-i (Variable Valve Timing Intelligent) sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí. Điều này có thể làm tăng cơng suất, cải thiện tính tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí xả ơ nhiễm.
Hình 1.15. cơ cấu VVT-i
Như trong hình minh họa, hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi 40 độ so với góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến.
Nhiệm vụ - yêu cầu:
Cơ cấu phối khí bao gồm tất cả các cụm, các chi tiết và các kết cấu với chức năng đảm bảo q trình trao đổi khí giữa xy lanh động cơ với mơi trường bên ngồi trong các q trình nạp khí vào xy lanh và thải các sản phẩm cháy từ xy
u cầu đối với cơ cấu phối khí đó là:
- Nạp đầy và thải sạch ở mọi chế độ làm việc của động cơ.
- Tiếng ồn thấp, khả năng bao kín tốt.
- Độ bền và độ tin cậy làm việc cao.
Hình 1.16. Cơ cấu dẫn động phối khí
Với cơ cấu phối khí xu páp treo bảo đảm cho buồng cháy nhỏ gọn, chống cháy kích nổ tốt nên có thể tăng được tỉ số nén và làm cho dạng đường thải, nạp thanh thốt, khiến sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời do có thể bố trí xu páp hợp lí hơn nên có thể tăng được tiết diện lưu thơng của dịng khí khiến hệ số nạp tăng. Cấu tạo cơ cấu phối khí gồm các chi tiết chính sau : trục cam, xu páp
2.2.2.1. Xu páp
Trên động cơ 1MZ-FE gồm 12 xu páp nạp và 12 xu páp xả. Các xu páp
được dẫn động trực tiếp từ trục cam. Các xu páp làm việc trong điều kiện rất xấu; chịu tải động và phụ tải nhiệt rất lớn nhất là đối với xu páp thải.
Hình 1.17: Kết cấu các phần của xu páp và lắp ghép xu páp với đế 1.Đuôi xu páp; 2.Thân xu páp; 3.Nấm xu páp
* Xu páp nạp
Xu páp nạp làm bằng thép. Giữa thân và tán nấm có bán kính góc lượn lớn để cải thiện tình trạng lưu thơng của dịng khí nạp vào xi lanh, đồng thời tăng độ cứng vững cho xu páp, giảm được trọng lượng. Phần đuôi được tôi cứng. * Xu páp thải
Xu páp thải làm bằng thép chịu nhiệt. Phần đi được tơi cứng để tránh mịn và có rãnh để lắp móng hãm giữa đi xu páp và lị xo xu páp. Móng hãm hình cơn gồm 2 nửa với kiểu lắp này có kết cấu đơn giản, độ an tồn cao, và khơng gây nên ứng suất tập trung trên đuôi xu páp. Để dễ sửa và tránh hao mòn cho nắp xi lanh ở chỗ lắp xu páp người ta lắp ống dẫn hướng.ống dẫn hướng có dạng hình trụ rỗng được đóng ép vào nắp xi lanh đến một khoảng cách nhất định.
+ Đế xu páp hình ống, mặt trong được vát góc theo góc vát của tán nấm và được đóng trên nắp máy
2.2.2.2. Trục cam
Trục cam được chế tạo bằng thép hợp kim thành phần các bon thấp. Trên trục cam có 12 cam nạp và 12 cam thải. Các cam nạp và các cam thải được làm liền trục, trên trục cam cịn có bánh lệch tâm để dẫn động bơm xăng. Trục cam được dẫn động từ trục khuỷu bằng bộ truyền đai.
Hình 1.18. Cơ cấu dẫn động trục cam
2.2.2.3. Ống dẫn hướng xu páp:
Để thuận lợi cho việc gia công, đại tu, sửa chữa và kéo dài tuổi thọ lắp xy lanh giữa thân xu páp và nắp xy lanh có một chi tiết trung gian là ống dẫn hướng. Ống dẫn hướng lắp lỏng với thân xu páp và có chức năng dẫn hướng cho xu páp chuyển động tịnh tiến qua lại khi đóng mở. Ống được ép căng vào lỗ gia