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

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (D4V4 0617) 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[.]

TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ

CÁC THÔNG SỐ TÍNH

Các thông số cho trước

Cách bố trí In-line

Tỷ số nén ε 18,8 Đường kính piston D 93 Mm

Công suất cực đại Ne 67 Kw ứng với số vòng quay n 3380 v/p

Tham số kết cấu λ 0,24 Áp suất cực đại pz 11,1 MN/m 2

Khối lượng nhóm piston mpt 1,0 Kg

Khối lượng nhóm thanh mtt 1,2 Kg truyền

Góc phun sớm φss 14 độ

Góc phân phối khí α)1 24,4 độ α)2 55,5 độ α)3 54 độ α)4 26 độ

Hệ thống nhiên liệu PE inline pump

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:

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

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

Do C m > 9 m/s nên động cơ là động cơ tốc độ cao hay động cơ cao tốc Chọn trước: n 1 = 1,32 n 2 = 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): p k = 0,15 [MN/m 2 ] Đối với động cơ bốn kỳ tăng áp ta chọn: p a = (0,9 - 0,96)p k

Vậy chọn: p a = 0,92p k = 0,138 [MN/m 2 ] Áp suất cuối kì nén: p c = p a ε n1 = 0,14.18,8 1,32 = 6,63 [MN/m 2 ] Chọn tỷ số giãn nở sớm(động cơ diesel): ρ 1,3 Áp suất cuối quá trình giãn nở sớm: p = p z

− h 1 [ dm 3 ] Vận tốc góc của trục khuỷu:

[rad/s] Áp suất khí sót (động cơ cao tốc) chọn: Áp suất trước tuabin: p th = 0,97p k = 0,97.0,15 = 0,1455 [MN/m 2 ] Áp suất khí sót (chọn): p r = 1,07p th = 1,07.0,135= 0,156 [MN/m 2 ]

ĐỒ THỊ CÔNG

1.2.1 Các thông số xây dựng đồ thị a Các thông số cho trước Áp suất cực đại: p z = 11,1 [MN/m 2 ]

Hướng dẫn đồ án CDIO 3: Đồ án động cơ đốt trong α) 4 = 26 o b Xây dựng đường nén

Gọi P nx , V nx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động cơ.Vì quá trình nén là quá trình đa biến nên:

, ta có : P nx P C Đặt V C i n 1 Để dễ vẽ ta tiến hành chia V h thành khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3, c

Xây dựng đường giãn nở

Trong quá trình giãn nở của động cơ, áp suất P gnx và thể tích V gnx sẽ biến thiên Do đó, quá trình giãn nở này được coi là một quá trình đa biến.

Ta có : V Z = V C P gnx = V Z i= V gnx P = P Z ρ n 2 Đặt V i n 21

C , ta có : gnx Để dể vẽ ta tiến hành chia V h thành khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3, d

Biểu diễn các thông số

- Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn V cbd = 10 [mm] μ V = V c

V cbd [dm 3 /mm] [dm 3 /mm]

Hướng dẫn đồ án CDIO 3: Đồ án động cơ đốt trong - Biểu diễn thể tích công tác:

- Biểu diễn áp suất cực đại: p zbd = 160 - 220 [mm] Chọn p zbd = 200 [mm] μ p p z p zbd [MN/(m 2 mm) => [MN/(m 2 mm)]

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

V h , nghĩa là giá trị biểu diễn cửa AB = V hbd μ S =

V hbd mm oo bd , = oo , μ

+ Giá trị biểu diễn của oo’:

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

Vx i Đường nén Đường giãn nở i n1 1/i n1 p n =p c /i n1 i n2 1/i n2 p gn =p z *ρρ n2 /i n2

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

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:

V a = V c + V h = 0,0393 + 0,6993=0,7386 [dm 3 ] V abd = 188 [mm] p a = 0,138 [MN/m 2 ] p abd = 0,138/0,056 = 2,486[mm] a bd (188; 2,486)

V b = V a = 0,7386 [dm 3 ] V bbd = 188 [mm] p b = 0,37 [MN/m 2 ]p bbd = 0,373/0,056 = 6,723 [mm] b bd (188;6,723) Điểm phun sớm : c’ xác định từ Brick ứng với s ; Điểm c(V c ;P c ) = c(0,039; 6,634)

Hướng dẫn đồ án CDIO 3 tập trung vào đồ án động cơ đốt trong với các điểm quan trọng như điểm bắt đầu quá trình nạp r(Vc; Pr) = r(0,039; 0,156) và điểm mở sớm của xupáp nạp r’ xác định từ Brick ứng với α) 1 Điểm đóng muộn của xupáp thải r’’ được xác định từ Brick ứng với α) 4, trong khi điểm đóng muộn của xupáp nạp a’ được xác định từ Brick ứng với α) 2 Điểm mở sớm của xupáp thải b’ xác định từ Brick ứng với α) 3 Các điểm áp suất cũng được xác định, bao gồm điểm y(Vc, Pz) = y(0,039; 11,1), điểm áp suất cực đại lý thuyết z(Vc, Pz) = z(0,051; 11,1) và điểm áp suất cực đại thực tế z’’(/2Vc, Pz) = z’’(0,026; 11,1) Cuối cùng, điểm c’’ được tính bằng công thức cc” = 1/3cy = 1/3(py - pc) = 1,489 và điểm b’’ được xác định là bb’’ = 1/2ba.

Bảng 1.2: Các điểm đặc biệt

Giá trị thật Giá trị vẽ Điểm V (dm3) p (MN/m 2 ) V (mm) p (mm) a (V a , p a ) 0.739 0.138 188 2.486 c (V c , p c ) 0.039 6.634 10 119.529 z (V z , p z ) 0.051 11.100 13 200.000 b (V b , p b ) 0.739 0.373 188 6.723 r (V r , p r ) 0.039 0.156 10 2.805 y(V c , p z ) 0.039 11.100 10 200.000 c’’ 10 146.353 b’’ 188 2.118 z''(ρ/2vc;pz) 0,026 11,1 7 200.000

Bảng 1.3: Các giá trị biểu diễn trên đường nén và đường giãn nở Giá trị vẽ

+ Sau khi có các điểm đặc biệt tiến hành vẽ đường thải và đường nạp , tiến hành hiệu chỉnh bo tròn ở hai điểm z’’ và b’’.

ĐỒ THỊ BRICK

Hình 1.2: Phương pháp vẽ đồ thì Brick

+ Vẽ vòng tròn tâm O , bán kính R Do đó AD = 2R = S 3 [mm] Điểm A ứng với góc quay =0 0 (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi

0 0 (vị trí điểm chết dưới).

- Chọn tỷ lệ xích đồ thị Brick: μ s = S

+ Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía ĐCD như Hình 1.2 , với :

Gia tri biêu diên : OO' bd = OO '

+ Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB , hạ M’C thẳng góc 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 + 2

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

20 o , 30 o , 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 =0 0 (vị trí điểm chết trên) và điểm

D ứng với khi 0 0 (vị trí điểm chết dưới).Theo Brick đoạn AC = x.

Vẽ hệ trục vuông góc OSa, trong đó trục Oa biểu diễn giá trị góc và trục OS biểu diễn khoảng dịch chuyển của piston Tùy theo các góc a, ta xác định được khoảng dịch chuyển tương ứng của piston Từ các điểm trên vòng chia Brich, kẻ các đường thẳng song song với trục Oa Từ các điểm chia trên trục Oa, vẽ các đường song song với OS Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm, và khi nối các điểm này lại, ta sẽ có đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x của piston theo góc a.

Bảng 1.4: Bảng giá trị đồ thị chuyển vị S = f(α)) α)(độ) Λ Cosα) cos2α) x=R[(1-cosα))+λ/4(1-cos2α))] Xbd

180 0.24 -1 1 103.000 178 α) (độ) Đồ thị chuyển vị S = f(α)α))

Hình 1.3: Đồ thị chuyển vị S = f(α)α))

XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN TỐC V(α))

- Chọn tỷ lệ xích: v= s = 353,952.0,57865 = 204,8 [mm/(s.mm)] -

Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính R 1 :

Giá trị biểu diễn của R 1 là :

- Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R 2 :

- Giá trị biểu diễn của R 2 là:

Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1 và vòng tròn bán kính R2 thành 18 phần bằng nhau Do đó, góc tương ứng ở nửa vòng tròn bán kính R1 sẽ tương ứng với góc ở vòng tròn bán kính R2.

2 , 18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính R 1 mỗi điểm cách nhau 10 và trên vòng tròn bán kính R 2 mỗi điểm cách nhau là

Trên nửa vòng tròn bán kính R1, các điểm được đánh số từ 0 đến 18 theo chiều ngược kim đồng hồ, trong khi trên vòng tròn bán kính R2, các điểm được đánh số từ 0’ đến 18’ theo chiều kim đồng hồ, cả hai đều bắt đầu từ tia OA.

Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1, ta kẻ các đường thẳng vuông góc với đường kính AB, trong khi từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R2, ta vẽ các đường thẳng song song với AB Những đường kẻ này sẽ cắt nhau theo từng cặp 0-0’, 1-1’, , 18-18’ tại các điểm 0, a, b, c, , 18 Kết nối các điểm này bằng một đường cong và cùng với nửa vòng tròn bán kính R1, ta biểu diễn trị số vận tốc v thông qua các đoạn 0, 1a, 2b, 3c.

, , 0 ứng với các góc 0, 1 , 2 , 3 18 Phần giới hạn của đường cong này và nửa vòng tròn lớn gọi là giới hạn vận tốc của piston.

Vẽ hệ tọa độ vuông góc OvS trùng với hệ tọa độ O S, trong đó trục thẳng đứng Ov trùng với trục O Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, 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 khoảng cách các đoạn 0, 1a, 2b, 3c

, , 0 Nối các điểm 0, a ,b c, , 18 lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc của piston v=f(S)

Hình 1.4: Giải vận tốc bằng đồ thị

Hình 1.5: Đồ thị vận tốc V = f(α)α))

Vẽ hệ tọa độ vuông góc với trục thẳng đứng 0v trùng với trục 0 Từ các điểm chia trên đồ thị Brích, 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, 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 nửa đường tròn bán kính r1, biểu diễn tốc độ ở các góc tương ứng Nối các điểm lại với nhau.

0’’,1’’,2’’, ,18’’ lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc piston v=f(s).

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 vì phương 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 = J max = R 2 (1+ ).

Từ B dựng đoạn thẳng BD = J min = -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 nhỏ bằng 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 hệ của hàm số : j = f(x).

- Chọn tỷ lệ xích: [m/(s 2 mm)]

- Lấy đoạn thẳng AB trên trục Os, với:

- Tại A, dựng đoạn thẳng AC thẳng góc với AB về phía trên, với:

- Tại B, dựng đoạn thẳng BD thẳng góc với AB về phía dưới, với:

- Nối C với D cắt AB tại E, dựng EF thẳng góc với AB về phía dưới một đoạn:

Nối đoạn CF và DF, ta chia thành 8 đoạn nhỏ bằng nhau, đánh số theo chiều từ C đến F trên đoạn CF và từ F đến D trên đoạn FD Các điểm chia được đánh dấu là 11', 22', 33', Đường bao của các đoạn này biểu diễn gia tốc của piston, được mô tả bằng hàm J = f(x).

Hình 1.6: Đồ thị gia tốc J = f(α)x)

VẼ ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH

Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyển động tịnh tiến, bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền Công thức tính khối lượng tổng hợp là \$m' = m_{pt} + m_1\$ [kg].

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

Khối lượng thanh truyền $ m_1 $ được xác định dựa trên đầu nhỏ của thanh truyền và phụ thuộc vào loại động cơ, bao gồm ôtô, máy kéo hoặc tàu thủy Đối với động cơ đang thiết kế, các thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo cho phép chọn $ m_1 $ trong khoảng từ $ 0,275 $ đến $ 0,35 $ lần khối lượng tổng thể $ m_{tt} $.

+ m tt : Khối lượng nhóm thanh truyền Theo đề ta có m tt = 1,2 [kg].

- Ta chọn: m 1 = 0,3.1,2 = 0,36[kg] m 2 = 0,7m tt = 0,84 [kg]

- Vậy khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến là: m’ = m 1 + m pt = 0,36 + 1 = 1,36 [kg]

Để áp dụng phương pháp cộng đồ thị -P j với đồ thị công, -P j cần có cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công Thay vì vẽ giá trị thực của -P j, ta sẽ vẽ -P j f(x) tương ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston.

1.6.2 Đồ thị lực quán tính

Lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến: −P J =m⋅J [MN/m 2 ]

Từ công thức ta xác định được:

Hướng dẫn đồ án CDIO 3: Đồ án động cơ đốt trong Đồ thị P J này vẽ chung với đồ thị công P-V.

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

Chọn tỷ lệ xích trùng với tỷ lệ xích đồ thị công

- Trục hoành trùng với trục P o của đồ thị công.

Hình 1.7: Đồ thị lực quán tính

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

- Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc OP , trục hoành O nằm ngang với trục p o

- Trên trục O ta chia 10 o 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 thị Brick, vẽ các đường thẳng song song với OP để cắt đồ thị công tại các điểm biểu diễn quá trình nạp, nén, cháy - giãn nở và thải Từ các giao điểm này, kẻ các đường ngang song song với trục hoành sang hệ trục tọa độ OP.

Từ các điểm chia trên trục O, vẽ các đường song song với trục OP, cắt các đường ngang tại các điểm tương ứng với các góc chia của đồ thị Brick, phù hợp với quá trình làm việc của động cơ Kết nối các giao điểm này để tạo thành đường cong khai triển đồ thị P kt với tỷ lệ xích p = 0,046 [MN/(m².mm)].

Cách vẽ đồ thị khai triển P kt - α tương tự như vẽ đồ thị khai triển p - V Tuy nhiên, trên đồ thị p - V, giá trị của lực quán tính là -P J, do đó khi chuyển sang đồ thị P - α, chúng ta cần đổi dấu.

- Cộng các giá trị p kt với p j ở các trị số góc tương ứng, ta vẽ được đường biểu diễn hợp lực của lực quán tính và lực khí thể P 1 :

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 Giá trị thật

(mm) (MN/m2) α) Pkt Pj P1=Pkt+pj P1

SVTH:Lê Thanh Tâm – Lớp 13C4B

720 1.2 -33.8 -32.6 -1.8093 Đồ thị khai triển Pkt, Pj, P1-α)

Hình 1.8: Đồ thị khải triển Pkt, Pj, P1 – α)

XÂY DỰNG ĐỒ THỊ T, Z, N – α)

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

Hình 1.9: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyển - Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

- Lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

- Lực ngang tác dụng lên phương thẳng góc với đường tâm xylanh: N = P 1 tgβ

- P 1 được xác định trên đồ thị khai triển tương ứng với các giá trị của

- Ta có giá trị của góc : 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, Z theo trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z - ).

Bảng 1.6: Số liệu đồ thị T, N, Z-α)

Giá trị thật Giá trị vẽ α) β sin(α)+β)/

T N Z Tbd Nbd Zbd cosβ cos(α)+β)/cosβ

SVTH:Lê Thanh Tâm – Lớp 13C4B 23

ĐỒ THỊ ∑T – α)

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

Ta tính T trong 1 chu k ỳ góc công tác

Khi trục khuỷu của xylanh thứ 1 nằm ở vị trí α =0 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

Dựa vào bảng tính T ở trên, tra các giá trị tương ứng mà T i đã tịnh tiến theo α).

Sau đó, cộng tất cả các giá trị T i lại ta có các giá trị của T.

Tính giá trị của T tb bằng công thức:

+ N i : công suất chỉ thị của động cơ

+ m : Hiệu suất cơ giới, các loại động cơ đốt trong hiện nay nằm trong giới hạn m = 0,63 0,93 Chọn m = 0,7

+ n: là số vòng quay của động cơ, n = 3380 [vòng/phút]

+ F p : là diện tích đỉnh piston

[m 2 ] + R: là bán kính quay của trục khuỷu R = 0,0515 [m]

+ : là hệ số hiệu đính đồ thị công

= 1 (Khi vẽ đã hiệu chỉnh đồ thị công)

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong D4V4-0617 nhằm xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và phụ tải cần thiết để tính sức bền ở trục, đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả và bền bỉ.

- 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/(m 2 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 0 0 720 0 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

Ro (lực quán tính ly tâm).

+ Lực quán tính ly tâm :

P Rλ = m 2 Rλ ω 2 o F P [MN/m 2 ] + m 2 : khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu to m 2 = 0,7m tt 0,84 [kg]

[MN/m 2 ] Với tỷ lệ xích Z ta dời gốc toạ độ O’ xuống O một đoạn O’O.

0 về phía dưới tâm O’, ta có tâm O, đây là tâm chốt khuỷu.

Hình 1.10: Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 1.11 ĐỒ THỊ KHAI TRIỂN Q(α)α))

Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q - rồi tính phụ tải trung bình Q tb

Lập bảng tính xây dựng đồ thị Q - α):

Tiến hành đo khoảng cách từ tâm O đến các điểm a i (T i, Z i ) trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, ta thu được các giá trị Q i tương ứng Sau đó, lập bảng Q - α để tổng hợp kết quả.

Bảng 1.8: Giá trị đồ thị khai triển phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu α) Tbd Zbd -Zbd Z0=-Zbd+Probd Q = SQRT(T 2 + Z0 2 )

Hình 1.11: Đồ thị khai triển Q-αα)

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 bằng cách :

Đặt tờ giấy bóng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O của giấy trùng với tâm O của đồ thị Sau đó, xoay tờ giấy để các điểm 0 0, 10 0, 20 0, 30 0 lần lượt trùng với trục +Z của đồ thị phụ tải.

⃗Q Q chốt khuỷu Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véc tơ 0 , 10 ,

20 , 30 , của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0 , 10 , 20 , 30,

Nối các điểm 0 , 15 , 30 , bằng một đường cong , ta có đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền.

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 thể hiện trạng thái chịu tải tại các điểm trên bề mặt trục khuỷu Nó không chỉ phản ánh mức độ hao mòn lý thuyết của trục mà còn chỉ ra những khu vực chịu tải ít, từ đó giúp xác định vị trí khoan lỗ dầu hiệu quả.

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong D4V4-0617 cần tuân thủ nguyên tắc đưa dầu nhờn vào ổ trượt tại vị trí có khe hở lớn nhất giữa trục và bạc lót Áp suất thấp giúp dầu nhờn lưu thông dễ dàng hơn.

Mài mòn lý thuyết được gọi như vậy vì trong quá trình vẽ, chúng ta áp dụng các giả thuyết, trong đó phụ tải tác dụng lên chốt được xem là phụ tải ổn định tương ứng với công suất.

N e và tốc độ n định mức;

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 120 0 ;

+ Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải;

+ Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép.

- Các bước tiến hành vẽ như sau:

Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, chúng ta vẽ một vòng tròn tâm O với bán kính tùy ý Vòng tròn này được chia thành 24 phần bằng nhau, tức là chia theo

Bắt đầu từ điểm 0, là giao điểm của vòng tròn O với trục OZ theo chiều dương, đánh số theo chiều ngược chiều kim đồng hồ từ 15, tiếp tục với các số 1, 2, , 23 trên vòng tròn.

Từ các điểm chia 0, 1, 2, , 23 trên vòng tròn O, khi kẻ các tia qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải tại nhiều điểm Số điểm cắt đồ thị tương ứng với số lực tác dụng tại các điểm chia đó Do đó, ta có công thức: \[\Sigma Q'Q'_i = Q'_{i0} + Q'_{i1} + \ldots + Q'_{in}\]

+ 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

- Lập bảng ghi kết quả Q’ i

- Chọn tỉ lệ xích: μ ΣQ'Qm =1[ MN/(m2.mm)]

- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu, chia vòng tròn thành

24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0, 1, , 23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.

- Vẽ các tia ứng với số lần chia.

Đặt các giá trị Q 0, Q 1, Q 2, …, Q 23 lên các tia tương ứng từ ngoài vào tâm vòng tròn Kết nối các đầu mút lại để tạo thành đồ thị mài mòn chốt khuỷu.

- Các hợp lực Q 0 , Q 1 , Q 2 , …, Q 23 được tính theo bảng sau :

- Các hợp lực Q 0 , Q 1 , Q 2 , …, Q 23 được tính theo bảng sau : Điểm

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CHUNG ĐỘNG CƠ

THAM KHẢO 2.1 Chọn động cơ tham khảo

Động cơ ISUZU 4JH1-TC là động cơ diesel 4 kỳ với 4 xilanh, mỗi xilanh có 2 xupáp được điều khiển bởi trục cam nằm trong thân máy.

Động cơ 4JH1-TC được trang bị turbocharger, hệ thống làm mát khí nạp và bộ làm mát van EGR, đáp ứng tiêu chuẩn khí thải Euro 3.

Piston tự điều chỉnh nhiệt có gắn thép đúc ở vấu chốt piston dùng để làm giảm dãn nở nhiệt và giảm tiếng gõ khi động cơ còn lạnh.

Xilanh khô mạ crôm để tạo độ bền cao nhất.

Trục khuỷu được xử lý bề mặt nhằm tăng tuổi thọ, do đó không thể mài trục khuỷu trong quá trình sửa chữa Động cơ 4JH1-TC sử dụng bơm cao áp VP44, được điều khiển hoàn toàn bằng điện tử thông qua hệ thống kiểm soát động cơ do Bosch phát triển.

Bảng 2 - 1 Thông số kỹ thuật của động cơ 4JH1-TC

Tên động cơ 4JH1-TC

Loại động cơ Động cơ Diesel 4 kỳ

Số xilanh, cách bố trí 4 xilanh thẳng hàng

Công suất lớn nhất 96Kw/3800rpm

Mômen xoắn kéo lớn nhất 280Nm/2000rpm Đường kính × hành trình piston

Dung tích làm việc của xilanh (cc) 2999

Khoảng cách hai tâm xilanh kế nhau

Tỷ số nén 18,3 Áp suất nén (Mpa) 3,0(200v/p)

Loại bơm cao áp BOSCH VP44

Loại vòi phun Loại 2 lò xo (loại lỗ)

Loại lọc nhiên liệu Lọc giấy có bộ tách nước

Cơ cấu phân phối khí

Cách bố trí xupáp OHV

Cách truyền động Bánh răng

Góc mở sớm xupáp hút – Trước ĐCT (độ) 24,5

Góc đóng muộn xupáp hút – Sau ĐCD (độ) 55,5

Góc mở sớm xupáp xả – Trước ĐCD (độ) 54

Góc đóng muộn xupáp xả – Sau ĐCT (độ) 26

Phương pháp làm mát Làm mát bằng nước

Dung tích nước làm mát (gồm két nước) (lít) 10,1

Loại bơm nước Ly tâm

Loại van hằng nhiệt Sáp có van lắc

Phương pháp bôi trơn Áp lực tuần hoàn

Loại bơm nhớt Bánh răng

Dung tích dầu nhớt (lít) 6,0-8,0

Loại lọc nhớt Loại lọc giấy cartridge

Hệ thống nạp không khí

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

2.2.1 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

Piston động cơ 4JH1-TC được chế tạo từ hợp kim nhôm với đường kính 95,4 mm Đỉnh piston có thiết kế khoét lõm dạng ômêga, giúp tạo ra dòng khí xoáy lốc trong quá trình nén Dòng khí này làm cho nhiên liệu được phun vào được xé nhỏ, sấy nóng và hòa trộn đều với không khí, từ đó tạo ra hỗn hợp hòa khí tối ưu cho quá trình cháy Piston còn có ba rãnh để lắp xécmăng, bao gồm hai rãnh xécmăng khí ở phía trên và một rãnh xécmăng dầu ở phía dưới.

Xécmăng khí được lắp trên đầu piston nhằm bao kín buồng cháy, ngăn khí cháy lọt xuống cácte qua ba đường: khe hở giữa mặt xilanh và mặt công tác, khe hở giữa xécmăng và rãnh xécmăng, và khe hở phần miệng xécmăng Xécmăng dầu có nhiệm vụ ngăn dầu bôi trơn sục lên buồng cháy và gạt dầu bám trên vách xilanh trở về cácte, đồng thời phân bố đều một lớp dầu mỏng trên bề mặt xilanh Điều kiện làm việc của xécmăng rất khắc nghiệt, phải chịu nhiệt độ và áp suất cao, ma sát mài mòn lớn, cũng như ăn mòn hóa học từ khí cháy và dầu bôi trơn.

Xécmăng của động cơ 4JH1-TC được chế tạo từ gang xám.

B - B b) Hình 2 - 3 Bộ xécmăng của động cơ 4JH1-TC a- Xécmăng dầu; b- Xécmăng khí.

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 bằng cách :

Đặt tờ giấy bóng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O của nó trùng với tâm O của đồ thị Tiến hành xoay tờ giấy bóng để các điểm 0 0, 10 0, 20 0, 30 0 lần lượt trùng với trục +Z của đồ thị phụ tải.

⃗Q Q chốt khuỷu Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véc tơ 0 , 10 ,

20 , 30 , của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0 , 10 , 20 , 30,

Nối các điểm 0 , 15 , 30 , bằng một đường cong , ta có đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền.

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 thể hiện trạng thái chịu tải tại các điểm trên bề mặt trục khuỷu Nó không chỉ phản ánh mức độ hao mòn lý thuyết của trục mà còn chỉ ra những khu vực chịu tải ít, từ đó giúp xác định vị trí khoan lỗ dầu hiệu quả.

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong D4V4-0617 cần tuân thủ nguyên tắc đưa dầu nhờn vào ổ trượt tại vị trí có khe hở lớn nhất giữa trục và bạc lót Áp suất thấp giúp dầu nhờn lưu thông dễ dàng.

Mài mòn lý thuyết được gọi như vậy vì trong quá trình vẽ, chúng ta áp dụng các giả thuyết nhất định Một trong những giả thuyết quan trọng là phụ tải tác dụng lên chốt được coi là phụ tải ổn định tương ứng với công suất.

N e và tốc độ n định mức;

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 120 0 ;

+ Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải;

+ Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép.

- Các bước tiến hành vẽ như sau:

Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, chúng ta vẽ một vòng tròn tâm O với bán kính tùy ý Vòng tròn này được chia thành 24 phần bằng nhau, tức là chia theo

Bắt đầu từ điểm 0, là giao điểm của vòng tròn O với trục OZ theo chiều dương, đánh số thứ tự từ 1 đến 23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.

Từ các điểm chia 0, 1, 2, , 23 trên vòng tròn O, khi kẻ các tia qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải tại nhiều điểm Số lượng điểm cắt đồ thị tương ứng với số lực tác dụng tại các điểm chia đó Do đó, ta có công thức: \[\Sigma Q'Q'_i = Q'_{i0} + Q'_{i1} + \ldots + Q'_{in}\]

+ 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

- Lập bảng ghi kết quả Q’ i

- Chọn tỉ lệ xích: μ ΣQ'Qm =1[ MN/(m2.mm)]

- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu, chia vòng tròn thành

24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0, 1, , 23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.

- Vẽ các tia ứng với số lần chia.

Đặt các giá trị Q 0 , Q 1 , Q 2 , …, Q 23 lên các tia tương ứng từ ngoài vào tâm vòng tròn Kết nối các đầu mút lại để tạo thành đồ thị mài mòn chốt khuỷu.

- Các hợp lực Q 0 , Q 1 , Q 2 , …, Q 23 được tính theo bảng sau :

- Các hợp lực Q 0 , Q 1 , Q 2 , …, Q 23 được tính theo bảng sau : Điểm

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CHUNG ĐỘNG CƠ

THAM KHẢO 2.1 Chọn động cơ tham khảo

Trục khuỷu được xử lý bề mặt nhằm tăng tuổi thọ, do đó không thể mài trục khuỷu trong quá trình sửa chữa Động cơ 4JH1-TC sử dụng bơm cao áp VP44, được điều khiển hoàn toàn bằng điện tử thông qua hệ thống kiểm soát động cơ do Bosch phát triển.

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

Piston động cơ 4JH1-TC được chế tạo từ hợp kim nhôm với đường kính 95,4 mm Đỉnh piston có thiết kế khoét lõm dạng ômêga, giúp tạo ra dòng khí xoáy lốc trong quá trình nén Dòng khí này làm cho nhiên liệu được phun vào được xé nhỏ, sấy nóng và hòa trộn đều với không khí, từ đó tạo ra hỗn hợp hòa khí tối ưu cho quá trình cháy Piston còn có ba rãnh để lắp xécmăng, bao gồm hai rãnh xécmăng khí ở phía trên và một rãnh xécmăng dầu ở phía dưới.

Chốt piston là bộ phận kết nối piston với đầu nhỏ thanh truyền, giúp truyền lực khí thể từ piston qua thanh truyền để quay trục khuỷu Trong quá trình hoạt động, chốt piston phải chịu lực khí thể và lực quán tính lớn, với các lực này thay đổi theo chu kỳ và có tính chất va đập mạnh Chốt piston được lắp đặt theo kiểu tự do, cho phép nó xoay trong bệ chốt piston và bạc lót của đầu nhỏ thanh truyền Để đảm bảo hoạt động trơn tru, trên đầu nhỏ thanh truyền và bệ chốt piston có lỗ để bơm dầu bôi trơn cho chốt piston.

Hình 2 - 4 Kết cấu chốt piston của động cơ 4JH1-TC

Thanh truyền động cơ 4JH1-TC được chế tạo từ thép C45 và gia công bằng phương pháp rèn khuôn.

Thanh truyền là chi tiết quan trọng nối piston với trục khuỷu, chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Trong quá trình hoạt động, thanh truyền chịu tác động của lực khí thể trong xilanh, lực quán tính của nhóm piston và lực quán tính của chính nó Cấu tạo của thanh truyền bao gồm ba phần: đầu nhỏ, thân và đầu to.

Hình 2 - 5 Thanh truyền động cơ 4JH1-TC 1- Thân thanh truyền; 2- Bu lông thanh truyền; 3- Bạc lót thanh truyền;

Chọn động cơ tham khảo

Trục khuỷu được xử lý bề mặt nhằm tăng tuổi thọ, do đó không thể mài trục khuỷu trong quá trình sửa chữa Động cơ 4JH1-TC sử dụng bơm cao áp VP44, được điều khiển hoàn toàn bằng điện tử thông qua hệ thống kiểm soát động cơ do Bosch sản xuất.

Các cơ cấu của động cơ ISUZU 4JH1-TC

Piston động cơ 4JH1-TC được chế tạo từ hợp kim nhôm với đường kính 95,4 mm Đỉnh piston có thiết kế lõm dạng ômêga, giúp tạo ra dòng khí xoáy lốc trong quá trình nén Dòng khí này làm cho nhiên liệu được phun vào được xé nhỏ, sấy nóng và hòa trộn đều với không khí, từ đó tạo ra hỗn hợp hòa khí tối ưu cho quá trình cháy Piston còn có ba rãnh để lắp xécmăng, bao gồm hai rãnh xécmăng khí ở phía trên và một rãnh xécmăng dầu ở phía dưới.

Chốt piston là bộ phận kết nối piston với đầu nhỏ thanh truyền, giúp truyền lực khí thể từ piston qua thanh truyền để quay trục khuỷu Trong quá trình hoạt động, chốt piston phải chịu lực khí thể và lực quán tính lớn, với các lực này thay đổi theo chu kỳ và có tính chất va đập mạnh Chốt piston được lắp đặt theo kiểu tự do, cho phép nó xoay trong bệ chốt piston và bạc lót của đầu nhỏ thanh truyền Để đảm bảo hoạt động trơn tru, trên đầu nhỏ thanh truyền và bệ chốt piston có lỗ để bơm dầu bôi trơn cho chốt piston.

Hình 2 - 4 Kết cấu chốt piston của động cơ 4JH1-TC

Thanh truyền động cơ 4JH1-TC được chế tạo từ thép C45 và gia công bằng phương pháp rèn khuôn.

Thanh truyền là bộ phận kết nối piston với trục khuỷu, chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Trong quá trình hoạt động, thanh truyền chịu tác động của lực khí thể trong xilanh, lực quán tính của nhóm piston và lực quán tính của chính nó Cấu tạo của thanh truyền bao gồm ba phần: đầu nhỏ, thân và đầu to.

Hình 2 - 5 Thanh truyền động cơ 4JH1-TC 1- Thân thanh truyền; 2- Bu lông thanh truyền; 3- Bạc lót thanh truyền;

4- Đầu to thanh truyền. Đầu nhỏ thanh truyền dùng để lắp với chốt piston có dạng hình trụ rỗng. Khi làm việc chốt piston có thể xoay tự do trong đầu nhỏ thanh truyền.

Thân thanh truyền có tiết diện chữ I với chiều rộng tăng dần từ đầu nhỏ đến đầu to, nhằm phù hợp với quy luật phân bố lực quán tính trong mặt phẳng lắc Đầu to của thanh truyền có hình trụ rỗng, được chia thành hai nửa để giảm kích thước nhưng vẫn tăng đường kính chốt khuỷu Nửa trên được đúc liền với thân, trong khi nửa dưới là nắp rời, và hai nửa này được liên kết bằng bulông thanh truyền.

Bạc lót đầu to thanh truyền được sản xuất từ thép có lớp kợp kim chịu mòn, thiết kế với lỗ và rãnh để dẫn dầu bôi trơn Các vấu chống xoay trên bạc lót khi lắp ghép sẽ bám vào rãnh trên đầu to, giúp quá trình lắp ráp trở nên thuận tiện hơn.

Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất của động cơ, có cường độ làm việc lớn và giá thành cao Hình 2 - 6 mô tả kết cấu của trục khuỷu với các thành phần như cổ khuỷu, nút ren, chốt khuỷu và đường dầu bôi trơn.

Trục khuỷu của động cơ 4JH1- TC bao gồm 5 cổ khuỷu có đường kính

Trục khuỷu có kích thước 70 mm, được thiết kế với 4 chốt khuỷu và 8 đối trọng liền khối, sử dụng vật liệu thép hợp kim với bề mặt làm việc đạt độ bóng cao Đầu trục khuỷu được phay hai rãnh then để lắp bánh răng dẫn động cho puly, bơm nước, máy phát và bơm dầu trợ lực Bánh đà được gắn ở đuôi trục khuỷu bằng bulông.

Chốt khuỷu động cơ có đường kính 53 mm nhỏ hơn đường kính cổ trục, và được chế tạo rỗng để giảm khối lượng trục khuỷu cũng như chứa dầu bôi trơn Đối trọng của động cơ 4JH1-TC được đúc liền với trục khuỷu, thực hiện hai nhiệm vụ chính.

+ Cân bằng các lực và mômen của lực quán tính chưa được cân bằng như lực quán tính ly tâm, mômen của lực quán tính ly tâm;

+ Giảm mômen uốn cổ trục.

2.2.2 Cơ cấu phân phối khí

Cơ cấu phối khí đóng vai trò quan trọng trong việc thay đổi khí, thải khí thải ra ngoài trong kỳ thải và nạp khí mới vào xilanh động cơ trong kỳ nạp Động cơ 4JH1-TC sử dụng cơ cấu phân phối khí với xupáp treo và trục cam được bố trí trong thân máy, giúp tạo ra buồng cháy nhỏ gọn, giảm tổn thất nhiệt, và dễ dàng bố trí đường nạp và đường thải Phương án bố trí xupáp này hiện nay chỉ được áp dụng cho động cơ diesel, tuy nhiên vẫn tồn tại một số nhược điểm.

Thiết kế động cơ đốt trong D4V4-0617 với phương pháp bố trí xupáp treo dẫn đến việc sử dụng hệ thống dẫn động xupap phức tạp, làm tăng chiều cao của động cơ Bên cạnh đó, việc bố trí xupáp treo cũng làm cho cấu trúc của nắp xilanh trở nên phức tạp hơn.

Mỗi xilanh của động cơ 4JH1-TC được trang bị hai xupáp, bao gồm một xupáp nạp và một xupáp xả, được sắp xếp xen kẽ Đường nạp và đường thải được bố trí ở hai bên của động cơ, giúp giảm thiểu hiện tượng sấy nóng không khí nạp Trục cam nằm trong hộp trục khuỷu và được dẫn động từ trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng.

Xupáp được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy và đòn bẩy.

Xupáp là chi tiết chịu điều kiện làm việc khắc nghiệt, với tải trọng động và nhiệt lớn, yêu cầu độ cứng vững cao Động cơ 4JH1-TC sử dụng xupáp chế tạo từ thép hợp kim 40Cr, có đáy bằng và mặt làm việc quan trọng là mặt côn Xupáp nạp có mặt côn nghiêng 30 độ, trong khi xupáp thải nghiêng 45 độ Mặt làm việc được gia công kỹ lưỡng và mài rà với đế xupáp Thân xupáp trượt dọc theo ống dẫn hướng gắn chặt với nắp máy Đuôi xupáp có rãnh hãm hình trụ để lắp ghép với đĩa lò xo, được cố định bằng hai móng hãm hình côn, và mặt trên của đuôi xupáp được tôi cứng để tránh mòn Để giảm hao mòn cho thân máy và nắp xilanh, đế xupáp được ép vào họng đường thải và nạp, với mặt côn trên đế lớn hơn mặt côn trên xupáp khoảng 0,5-1 độ Đế xupáp có dạng hình trụ với rãnh đàn hồi, và giữa xupáp và đòn bẫy cần có khe hở nhiệt để đảm bảo xupáp ép chặt vào đế.

Lò xo xupáp có vai trò quan trọng trong việc đóng kín xupáp trên đế xupáp, đảm bảo xupáp hoạt động theo quy luật của cam phân phối khí mà không gây va đập Đối với động cơ 4JH1-TC, lò xo trên xupáp nạp và hai lò xo lồng vào nhau trên xupáp thải được sử dụng để ngăn chặn hiện tượng bật xupáp khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG HOẶC CƠ CẤU

Tiêu đề	Phân tích đặc điểm kết cấu chung động cơ tham khảo
Trường học	Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật Ô Tô
Thể loại	Phân tích
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	902,84 KB