Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (d4v4 0617) chương 2 phân tích đặc điểm kết cấu chung động cơ tham khảo

Hướng dẫn đồ án CDIO 3: Đồ án động cơ đốt trong- Biểu diễn thể tích công tác: Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn Vh, nghĩa là giá trị biể

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ 1

1.1 CÁC THÔNG SỐ TÍNH 1

1.2 ĐỒ THỊ CÔNG 2

1.2.1 Các thông số xây dựng đồ thị 2

1.2.2 Cách vẽ đồ thị 5

1.3 ĐỒ THỊ BRICK 7

1.3.1 Phương pháp 7

1.3.2 Đồ thị chuyển vị 8

1.4 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN TỐC V(α) 9

1.4.1 Phương pháp 9

1.4.2 Đồ thị vận tốc V(α) 10

1.5 ĐỒ THỊ GIA TỐC 11

1.5.1 Phương pháp 11

1.5.2 Đồ thị gia tốc j = f(x) 11

1.6 VẼ ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH 13

1.6.1 Phương pháp 13

1.6.2 Đồ thị lực quán tính 13

1.7 ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN: PKT, PJ, P1 – α 15

1.7.1 Vẽ Pkt – α 15

1.7.2 Vẽ Pj – α 15

1.7.3 Vẽ p1 – α 15

1.7.4 Đồ thị khải triển Pkt, Pj, P1 – α 16

1.8 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ T, Z, N – α 19

1.8.1 Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khủy thanh truyền 19

1.8.2 Xây dựng đồ thị T, Z, N – α 19

1.9 ĐỒ THỊ ∑T – α 24

1.10 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU 25

1.11 ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN Q(α) 27

1.12 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN 31

1.13 ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU 34

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (D4V4-0617) CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CHUNG ĐỘNG CƠ THAM

KHẢO 39

2.1 Chọn động cơ tham khảo 39

2.2 Các cơ cấu của động cơ ISUZU 4JH1-TC 41

2.2.1 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền 41

2.2.2 Cơ cấu phân phối khí 44

2.2.3 Hệ thống bôi trơn 46

2.2.4 Hệ thống làm mát 47

2.2.5 Hệ thống nhiên liệu 49

2.2.5.2 Nguyên lý làm việc 49

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG HOẶC CƠ CẤU 51

3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, sơ đồ nguyên lý 51

3.2 Tính toán các thông số cơ bản 51

3.2.1 Tính bơm dầu 51

3.2.1.1 Lượng nhiệt dầu mang đi 51

3.2.1.2 Lượng dầu cần thiết để bôi trơn các bề mặt ma sát 52

3.2.1.3 Xác định lưu lượng của bơm dầu 52

3.2.1.4 Xác định kích thước bơm dầu 53

3.2.1.5.Xác định công suất dẫn động bơm dầu 54

3.2.2 Tính lọc dầu 54

3.2.2.1 Phân tích chọn loại bầu lọc 54

3.2.2.2 Tính toán bầu lọc 56

3.2.3 Tính lượng dầu chứa trong các-te 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

SVTH: Lê Thanh Tâm – Lớp 13C4B

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ

Khối lượng nhóm thanh

Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cascte ướt

Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng

Hệ thống nạp Turbo Charger Intercooler

Hệ thống phân phối khí 8 valve, OHV

Các thông số cần tính toán

Xác định tốc độ trung bình của động cơ:

C m = S n30 = 103 1030−3.3380=11.605(m/s)

Trong đó:

S (m) : Hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh

N (vòng/phút) : Tốc độ quay của động cơ

Do Cm > 9 m/s nên động cơ là động cơ tốc độ cao hay động cơ cao tốc

Chọn trước: n1 = 1,32

n = 1,27

Hướng dẫn đồ án CDIO 3: Đồ án động cơ đốt trong

 Áp suất khí cuối kỳ nạp:

Chọn áp suất đường nạp (tăng áp tuabin khí): pk = 0,15 [MN/m2]

Đối với động cơ bốn kỳ tăng áp ta chọn: pa = (0,9 - 0,96)pk

 Áp suất cuối kì nén:

pc = pa.εn1 = 0,14.18,81,32 = 6,63 [MN/m2]

 Chọn tỷ số giãn nở sớm(động cơ diesel): ρ = 1,3

 Áp suất cuối quá trình giãn nở sớm:

 Áp suất khí sót (động cơ cao tốc) chọn:

Áp suất trước tuabin: pth = 0,97pk = 0,97.0,15 = 0,1455 [MN/m2]

Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành  khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3, .

c Xây dựng đường giãn nở

Gọi Pgnx , Vgnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của độngcơ.Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên ta có:

Để dể vẽ ta tiến hành chia Vh thành  khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3, 

d Biểu diễn các thông số

- Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd = 10 [mm]

 μ V=

V c

Hướng dẫn đồ án CDIO 3: Đồ án động cơ đốt trong

- Biểu diễn thể tích công tác:

Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn

Vh, nghĩa là giá trị biểu diễn cửa AB = Vhbd

Bảng 1.1: Bảng giá trị Đồ thị công động cơ diesel

4

0.550 14 32.575 0.03069806 0.204 28.548 0.035 0.543

0.629 16 38.854 0.02573722 0.171 33.825 0.030 0.4580.668 17 42.091 0.02375787 0.158 36.532 0.027 0.424

1.2.2 Cách vẽ đồ thị

Xác định các điểm đặc biệt:

Hình 1.1: Các điểm đặc biệt cần xác định trên đồ thị công động cơ diesel

+ Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở

+ Vẽ vòng tròn của độ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:

Hướng dẫn đồ án CDIO 3: Đồ án động cơ đốt trong

 Điểm bắt đầu quá trình nạp : r( Vc;Pr) => r(0,039; 0,156)

 Điểm mở sớm của xu páp nạp : r’ xác định từ Brick ứng với α1

 Điểm đóng muộn của xupáp thải : r’’ xác định từ Brick ứng với α4

 Điểm đóng muộn của xupáp nạp : a’ xác định từ Brick ứng với α2

 Điểm mở sớm của xupáp thải : b’ xác định từ Brick ứng với α3

 Điểm y (Vc, Pz) => y(0,039; 11,1)

 Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z (Vc, Pz) => z(0,051; 11,1)

 Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’(/2Vc, Pz) => z’’(0,026; 11,1)

Hướng dẫn đồ án CDIO 3: Đồ án động cơ đốt trong

+ Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB , hạ M’C thẳnggóc với AD Theo Brich đoạn AC = x Điều đó được chứng minh như sau:

+ Ta có : AC=AO - OC= AO - (CO’ - OO’) = R- MO’.cos +

- Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α =10o,

20o, 30o, ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu

OB Hạ MC vuông góc với AD Điểm A ứng với góc quay =00(vị trí điểm chết trên)

và điểm D ứng với khi =1800 (vị trí điểm chết dưới).Theo Brick đoạn AC = x

- Vẽ hệ trục vuông góc OS, trục O biểu diễn giá trị góc còn trục OS biễu diễn khoảng dịch chuyển của Piston Tùy theo các góc  ta vẽ được tương ứng khoảngdịch chuyển của piston Từ các điểm trên vòng chia Brich ta kẻ các đường thẳng song song với trục O Và từ các điểm chia (có góc tương ứng) trên trục O ta vẽ các đường song song với OS Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x của piston theo 

Hướng dẫn đồ án CDIO 3: Đồ án động cơ đốt trong

- Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1, và vòng tròn bán kính R2 ra 18 phần bằngnhau Như vậy, ứng với góc  ở nửa vòng tròn bán kính R1 thì ở vòng tròn bán kính

R2 sẽ là 2, 18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính R1 mỗi điểm cách nhau 10 và trênvòng tròn bán kính R2 mỗi điểm cách nhau là 20

- Trên nửa vòng tròn R1 ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, , 18 theo chiều ngược kimđồng hồ, còn trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số 0’,1’,2’, , 18’ theo chiều kim đồng

hồ, cả hai đều xuất phát từ tia OA

- Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1, ta dóng các đường thẳng vuônggóc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R2 ta kẻ cácđường thẳng song song với AB Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tương ứng theo từngcặp 0-0’;1-1’; ;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, , 18 Nối các điểm này lạibằng một đường cong và cùng với nửa vòng tròn bán kính R1 biểu diễn trị số vận tốc vbằng các đoạn 0, 1a,2b,3c, , 0 ứng với các góc 0, 1,2, 3 18 Phần giới hạn củađường cong này và nửa vòng tròn lớn gọi là giới hạn vận tốc của piston

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc OvS trùng với hệ toạ độ OS , trục thẳng đứng Ov trùngvới trục O Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta kẻ các đường thẳng song song với

trục Ov cắt trục Os tại các điểm 0, 1, 2, 3, , 18 Từ các điểm này, ta đặt các đoạn

thẳng 00, 1a, 2b, 3c, , 1818 song song với trục Ovvà có khoảng cách bằng khoảngcách các đoạn 0, 1a,2b,3c, , 0 Nối các điểm 0, a ,b c, , 18 lại với nhau ta có đườngcong biểu diễn vận tốc của piston v=f(S)

1.4.2 Đồ thị vận tốc V(α)

10

Hình 1.4: Giải vận tốc bằng đồ thị

Hình 1.5: Đồ thị vận tốc V = f(α)

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc v - s trùng với hệ toạ độ trục thẳng đứng 0v trùng

với trục 0Từ các điểm chia trên đồ thị Brích, ta kẻ các đường thẳng song song

với trục 0v và cắt trục 0s tại các điểm 0,1,2,3, ,18, từ các điểm này ta đặt các đoạn thẳng 00’’, 11’’, 22’’, 33’’, ,1818’’ song song với trục 0v có khoảng

cách bằng khoảng cách các đoạn tương ứng nằm giữa đường cong với nữa đường tròn bán kính r

mà nó biểu diển tốc độ ở các góc  tương ứng Nối các điểm 0’’,1’’,2’’, ,18’’ lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc piston v=f(s).

Hướng dẫn đồ án CDIO 3: Đồ án động cơ đốt trong

1.5 ĐỒ THỊ GIA TỐC

1.5.1 Phương pháp

Để giải gia tốc j của piston, người ta thường dùng phương pháp đồ thị Tôlê vìphương pháp này đơn giản và có độ chính xác cao.Cách tiến hành cụ thể như sau:

Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R Từ A dựng đoạn thẳng AC = Jmax = R2(1+)

Từ B dựng đoạn thẳng BD = Jmin = -R2(1-) , nối CD cắt AB tại E

Lấy EF = -3R2 Nối CF và DF Phân đoạn CF và DF thành những đoạn nhỏbằng nhau ghi các số 1 , 2 , 3 , 4 ,  và 1’ , 2’ , 3’ , 4’ , (hình 1.6)

Nối 11’ , 22’ , 33’ , 44’ ,  Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệcủa hàm số : j = f(x)

- Nối đoạn CF và DF, ta phân chia các đoạn CF và DF thành 8 đoạn nhỏ bằng nhau và ghi số thứ tự cùng chiều, chẳng hạn như trên đoạn CF: C, 1, 2, 3, 4, F; trên đoạn FD: F, 1’, 2’, 3’,4’,D Nối các điểm chia 11',22',33', Đường bao của các đoạn này là đường cong biểu diễn gia tốc của piston: J = f(x).

Hình 1.6: Đồ thị gia tốc J = f(x)

Hướng dẫn đồ án CDIO 3: Đồ án động cơ đốt trong

1.6 VẼ ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH

1.6.1 Phương pháp

- Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyển động tịnhtiến bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanh truyền quy dẫn vềđầu nhỏ thanh truyền

m’ = mpt +m1 [kg]

Trong đó:

+ mpt: Khối lượng nhóm piston Theo đề ta có mpt = 1 [kg]

+ m1: Khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền Được chọn tùy theo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại Vì động cơ đang thiết kế có các thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo nên ta chọn m1 trong khoảng

Đồ thị PJ này vẽ chung với đồ thị công P-V.

Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - S, với:

Hướng dẫn đồ án CDIO 3: Đồ án động cơ đốt trong

16

1.7 ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN: P KT , P J , P 1 – α

1.7.1 Vẽ P kt – α

- Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc OP, trục hoành O nằm ngang với trục po

- Trên trục O ta chia 10o một, ứng với tỷ lệ xích  = 2 [o/mm]

- Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai triển như sau:

+ Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song với OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá trình nạp, nén,cháy - giãn nở và thải Qua các giao điểm này ta kẻ các đường ngang song song với trục hoành sang hệ trục toạ độ OP

+Từ các điểm chia trên trục O, kẻ các đường song song với trục OP, những đường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của đồ thị Brick và phù hợp với quá trình làm việc của động cơ Nối các giao điểm này lại ta

có đường cong khai triển đồ thị Pkt -  với tỷ lệ xích :

1.7.3 Vẽ p 1 – α

- Cộng các giá trị pkt với pj ở các trị số góc  tương ứng, ta vẽ được đường biểu diễn hợp lực của lực quán tính và lực khí thể P1:

P1 = Pkt + PJ [MN/m2]

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (D4V4-0617)

1.7.4 Đồ thị khải triển P kt , P j , P 1 – α

Bảng 1.5: Giá trị đồ thị khai triển Pkt, Pj, P1-α

Giá trị đo (mm) Giá trị vẽ(mm) Giá trị thật(MN/m2)

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (D4V4-0617)

1.8 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ T, Z, N – α

1.8.1 Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khủy thanh truyền

Pkh N

l Pk

T Ptt

N

Z

Ptt O







Hình 1.9: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyển

- Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

sinβ = .sinα  = arcsin(sin)

- Ta lập bảng xác định các giá trị N, T, Z Sau đó, ta tiến hành vẽ đồ thị N, T, Ztheo  trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z - )

- Với tỷ lệ xích :

T = Z = N = p = 0,056 [MN/(m2.mm)]

 = 2 [0/mm]

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (D4V4-0617)

1.8.2 Xây dựng đồ thị T, Z, N – α

SVTH:Lê Thanh Tâm – Lớp 13C4B

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (D4V4-0617)

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (D4V4-0617)

1.9 ĐỒ THỊ ∑T – α

Thứ tự làm việc của động cơ : 1 – 3 – 4 – 2

Góc lệch công tác:

Ta tính T trong 1 chu k ỳ góc công tác

Khi trục khuỷu của xylanh thứ 1 nằm ở vị trí

α

=0

Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí

Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí

Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (D4V4-0617)

Tính giá trị của T tb bằng công thức:

∑

π⋅R⋅F P ⋅ϕ⋅n [N/m2]Trong đó:

+ Ni: công suất chỉ thị của động cơ

1.10 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU

- Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị

số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu

SVTH:Lê Thanh Tâm – Lớp 13C4B

vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ở trục.

- Vẽ hệ toạ độ T - Z gốc toạ độ O’ trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới

- Chọn tỉ lệ xích :T = Z = p = 0,056 [MN/(m2.mm)]

- Đặt giá trị của các cặp (T,Z) theo các góc  tương ứng lên hệ trục toạ

độ T - Z Ứng với mỗi cặp giá trị (T,Z) ta có một điểm, đánh dấu các điểm từ 0

 72 ứng với các góc  từ 00 7200 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

- Dịch chuyển gốc toạ độ Trên trục 0’Z (theo chiều dương) ta lấy điểm

0 với

00'=P

+ Lực quán tính ly tâm :

P R

o=m2.R.ω2

F P [MN/m2]+ m2: khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu to

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (D4V4-0617)

Hình 1.10: Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

SVTH:Lê Thanh Tâm – Lớp 13C4B

Bảng 1.8: Giá trị đồ thị khai triển phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (D4V4-0617)

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (D4V4-0617)

Hình 1.11: Đồ thị khai triển Q-α

1.12 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN

+ Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền được xây dựng bằngcách :

- Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao chotâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấybóng cho các điểm 00 , 100 , 200 , 300,  trùng với trục +Z của đồ thị phụ tảichốt khuỷu Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véc tơ

⃗Q

⃗ Q

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (D4V4-0617)

Hình 1.12: Đồ thị phụ tải tác dụng lên đâu to thanh truyền

1.13 ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU

- Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạngthái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục Đồ thị này cũng thể hiện trạng tháihao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (D4V4-0617)

theo đúng nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữatrục và bạc lót của ổ lớn

nhất Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng

- Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây:

+ Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất

- Các bước tiến hành vẽ như sau:

+ Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ vòng tâm O,bán kính bất kì Chia vòng tròn này thành 24 phần bằng nhau, tức là chia theo

15o theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, bắt đầu tại điểm 0 là giao điểm củavòng tròn O với trục OZ (theo chiều dương), tiếp tục đánh số thứ tự 1, 2, , 23lên vòng tròn

+ Từ các điểm chia 0, 1, 2, , 23 của vòng tròn O, ta kẻ các tiaqua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải tại nhiều điểm, có baonhiêu điểm cắt đồ thị thì sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại điểm chia đó Do đó

ta có :

ΣQ'i=Q'i0+Q'i1+ +Q'in

Trong đó:

+ i : Tại mọi điểm chia bất kì thứ i

+ 0, 1, , n: Số điểm giao nhau của tia chia với đồ thị phụ tải tại