thuyết minh đồ án môn học thiết kế động cơ đốt trong đồ án thiết kế động cơ đốt trong xgv6 0321

Đây là một phần quan trong nội dung học tập của sinh viên, tạo điều kiệnđể sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụthể.Trong thời gian thực hiện Đồ á

THUYẾT MINH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Sinh viên : Đặng Thị Thu

GVHD : PGS TS Dương Việt Dũng

Hiện nay nền kinh tế Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển theo hướngcông nghiệp hóa - hiện đại hóa Thúc đẩy đa ngành đa lĩnh vực phát triển, trong

đó các ngành kỹ thuật đóng vai trò rất lớn trong việc phát triển đất nước Để gópphần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật chúng ta phải tự nghiên cứu

và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết Để đạt được những yêu cầu ấy, ngành Kỹ thuật

cơ khí đã có bộ môn Đồ án Thiết kế Động cơ đốt trong, nhằm tổng hợp các kiếnthức đã học, trang bị cho sinh viên nền tảng kiến thức cơ bản để học tập tốt hơn.Sau khi được học các môn nguyên lý động cơ đốt trong, Kết cấu động cơ đốttrong, Thiết kế các hệ thống động cơ đốt trong cùng một số môn cơ sở khác, sinhviên chúng em được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học “Thiết kế Động cơ đốttrong” Đây là một phần quan trong nội dung học tập của sinh viên, tạo điều kiện

để sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụthể

Trong thời gian thực hiện Đồ án Tính toán & thiết kế động cơ đốt trong, em

đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc, mong muốnhoàn thành đồ án một cách tốt nhất Tuy nhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiệm chonên việc hoàn thành đồ án này còn nhiều thiếu sót, mong Thầy cô góp ý giúp đỡ

để em có thể hoàn thành tốt nhất Thời gian qua em đã nhận được nhiều sự giúp

đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của các thầy và bạn bè Em xin gửi lờicám ơn đặc biệt chân thành đến thầy Dương Việt Dũng luôn tận tình hướng dẫn,chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án Em cũng xin chân thành cám ơn cácthầy cô của khoa Cơ khí Giao thông trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

đã tạo điều kiện thuận lợi và dạy cho em những kiến thức các môn cơ sở ngành,

để em có thể nắm vững những kiến thức cơ bản chắc chắn, vững vàng Qua đó ápdụng và hoàn thành Đồ án Tính toán & thiết kế động cơ đốt trong đúng tiến độ

Sinh viên thực hiệnĐặng Thị Thu

PHẦN 1 : XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC & ĐỘNG LỰC HỌC

ĐỘNG CƠ XD4- 0720 1

1.1 Tính toán xây dựng bản vẽ đồ thị 1

1.1.1 Các thông số cho trước 1

1.1.2 Các thông số chọn trước 2

1.1.3 Các thông số tính 2

1.2 Đồ Thị Công 4

1.2.1 Các thông số xây dựng đồ thị 4

1.2.2 Cách vẽ đồ thị công động cơ Xăng 4 kì không tăng áp 6

1.3 Đồ thị Brick 1

1.3.1 Phương pháp 1

1.3.2 Đồ thị chuyển vị S = f (�) 2

1.4 Xây dựng đồ thị vận tốc V = f(�) 3

1.5 Xây dựng đồ thị gia tốc j = f(x) 4

1.6 Xây dựng đồ thị lực quán tính �� 6

1.7 Xây dựng đồ thị khai triển : Pkt , Pj, P1 theo α 7

1.7.1 Vẽ ���-� 7

1.7.2 Vẽ ��- � 8

1.7.3 Vẽ �1- � 8

1.8 Xây dựng đồ thị T , Z , N theo α 9

1.8.1 Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 9

1.8.2 Xây dựng đồ thị T, Z , N theo � 10

1.9 Xây dựng đồ thị ΣT - α 14

1.10.2 Phương pháp vẽ 19

1.11 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 20

1.11.1 Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 20

1.11.2 Xác định giá trị, chiều và điểm đặt lực 21

1.12 Đồ thị khai triển Q (α) 22

1.13 Xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu 23

1.13.1 Các giả thiết cơ bản để xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu23 1.13.2 Phương pháp xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu 24

PHẦN 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 2GR-FE 27

2.1 THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 2GR-FE27 2.2 Phân tích các đặc điểm của động cơ 28

2.2.1 Cơ cấu piston, thanh truyền, trục khuỷu 28

2.2.2 Cơ cấu phân phối khí 31

2.2.3 Hệ thống làm mát 32

2.2.4 Hệ thống bôi trơn 33

2.2.5 Hệ thống nhiên liệu 34

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NẠP THẢI ĐỘNG CƠ XD4-0720 36

3.1 Phân tích cơ cấu hệ thống nạp – thải động cơ xăng 36

3.1.1.Đặc điểm hệ thống nạp – thải động cơ xăng 36

3.1.2 Quá trình nạp 36

3.1.3 Quá trình thải 40

3.2 Tính toán một số thông số và kích thước cơ bản 42

3.3 Hệ thống nạp - thải động cơ XGV6-0321 45

3.3.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống 45

3.3.2 Các chi tiết trong hệ thống: 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

PHẦN 1 : XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC & ĐỘNG LỰC

HỌC ĐỘNG CƠ XD4- 0720 1.1 Tính toán xây dựng bản vẽ đồ thị

1.1.1 Các thông số cho trước

Bảng 1-1: Các thông số cho trước

1.1.2 Các thông số chọn trước

1.1.3 Các thông số tính

(Tra trang 205 – Tài liệu [1])

Trong đó: S là hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh (m)

n là tốc độ quay của động cơ (vòng/phút)

- Áp suất cuối kỳ nén:

Từ phương trình của quá trình nén đa biến:

Vclà thể tích buồng cháy.

� = 10,4 là tỷ số nén

- Áp suất cuối quá trình giãn nở:

Từ phương trình của quá trình giãn nở đa biến:

-Với � là tỷ số giãn nở sớm Đối với động cơ xăng � = 1

- Gọi Pnxvà Vnxlà 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:

- Gọi Pgnxvà Vgnxlà áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của động

cơ Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên ta có:

* Biểu diễn các thông số:

- Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd= 10 (mm)

Trong đó λ là tham số kết cấu.

s =4,6880,798= 5,875 (mm)

Bảng 1-2: Bảng tính đồ thị công

1.2.2 Cách vẽ đồ thị công động cơ Xăng 4 kì không tăng áp

- Vẽ hệ trục tọa độ P-V với trục hoành biểu diễn thể tích, trục tung biểu diễn áp

- Từ bảng giá trị đồ thị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giãn nở

- Vẽ nửa vòng tròn của đồ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:

+ Điểm đóng muộn của xupap thải: �''xác định từ đồ thị Brick ứng với �4= 13o

- Sau khi có các điểm đặc biệt tiến hành vẽ đường thải và đường nạp, tiến hành

Hình 1-1: Đồ thị công

1.3 Đồ thị Brick

1.3.1 Phương pháp

- Vẽ đường tròn tâm O, bán kính R Do đó S= AD = 2R = 75 (mm), R= 37,5(mm)

- Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía điểm chết dưới với:

s=37,5.0,252.0,798 = 5,875 (mm)

- Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB, hạ MC vuông gócvới AD Theo Brick thì đoạn AC = x Ta có:

M0

- Vẽ hệ trục tọa độ vuông góc S-� phía dưới nửa vòng tròn Brick

- Từ các điểm chia 0,1,2…,18 trên nửa vòng tròn Brick ta dóng các đường thẳngsong song với trục O�.Và từ các điểm chia trên trục O� ứng với các giá trị của �

đường thẳng tương ứng trên 2 trục sẽ giao nhau tại các điểm cắt

- Đường cong đi qua các điểm cắt này sẽ biểu diễn độ dịch chuyển của pistontheo: S = f(�)

- Đồ thị chuyển vị S = f(α) thể hiện được sự dịch chuyển của piston theo góc quaycủa trục khuỷu và tương ứng mỗi giá trị của góc quay trục khuỷu ta sẽ có hànhtrình tương ứng của piston.

- Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1 và vòng tròn bán kính R2ra thành 18 phần

0’,1’,2’, , 18’(điểm 0’≡18’) thuận chiều kim đồng hồ

thẳng vuông góc với AB cắt các đường thẳng song song với AB kẻ từ các điểm

đi qua các điểm o, a, b, c,… là đường biểu diễn trị số tốc độ

- Các đoạn thẳng ứng với a1,b2,c3….q17 nằm giữa đường cong o,a,b … với nữa

Hình 1-4: Đồ thị vận tốc

1.5 Xây dựng đồ thị gia tốc j = f(x)

- Theo phương pháp giải tích lấy đạo hàm vận tốc theo thời gian ta có công thức

để tính gia tốc của piston như sau:

(Tra trang 3 – Tài liệu [2])

- Giải gia tốc piston bằng phương pháp đồ thị thường dùng phương pháp TôLê

- Lấy đoạn thẳng AB trên trục OS, sao cho AB = S = 2R

- Nối C với D cắt AB tại E Dựng đoạn EF vuông góc với AB

Hình 1-5: Đồ thị gia tốc

1.6 Xây dựng đồ thị lực quán tính ��

tỷ lệ xích khác nhau mà thôi Vì vậy ta có thể áp dụng phương pháp TôLê để vẽ

(Tra trang 4 – Tài liệu [2])

thanh truyền

Suy ra m’ = 0,33 + 0,8 = 1,13 kg.

trên đồ thị công làm trục hoành cho đồ thị -Pj đồng thời đồ thị -Pj phải có cùngthứ nguyên và cùng tỷ lệ xích với đồ thị công, thay vì vẽ giá trị thực của nó ta vẽ -

- Cách khai triển là dựa vào đồ thị Brick và đồ thị công để xác định điểm có ápsuất theo giá trị � cho trước

- Tỷ lệ xích: ��= 2 (0/ mm)

- Các bước tiến hành vẽ như sau:

+ Vẽ hệ tọa độ vuông góc P – �+ Từ các điểm chia trên đồ thị Brick dóng các đường thẳng vuông góc với trụchoành và cắt đồ thị công tại các điểm trên đường biểu diễn của quá trình nạp, nén,cháy-giãn nở, thải Qua các điểm này ta kẻ các đường thẳng song song với trụchoành sang hệ trục tọa độ P – �

+ Từ các điểm chia trên trục Oα kẻ các đường thẳng song song với OP cắt nhữngđiểm dóng ngang tại những điểm ứng với điểm chia trên đồ thị Brick và phù hợp

1.7.2 Vẽ ��- �

- Cách vẽ giống với cách khai triển đồ thị công nhưng giá trị của điểm tìm đượcứng với � chọn trước sẽ được lấy đối xứng qua trục 0� bởi vì đồ thị trên cùng trục

1.7.3 Vẽ ��- �

(Tra trang 5 – Tài liệu [2])

lệ xích

Hình 1-6: Đồ thị khai triển : Pkt , Pj, P1theo α

1.8 Xây dựng đồ thị T , Z , N theo �

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

P kt N

P tt

P 1

P R0 Z

P tt

T R

a

a + ß A

ß

Hình 1-7: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu thanh truyền – trục khuỷu

tác dụng len chốt piston và đẩy thanh truyền

- Trong quá trình tính toán động lực học các lực này được tính trên đơn vị diện

Pj

N là thành phần lực tác dụng lên phương vuông góc với đường tâmxilanh.

(Tra trang 5 – Tài liệu [2])

1.8.2 Xây dựng đồ thị T, Z , N theo �

- Do đó, với mỗi giá trị của α ta có một giá trị của β tương ứng Từ quan hệ ở cáccông thức (1.12) và (1.13), ta lập được bảng giá trị của đồ thị T, N, Z – α

Bảng 1-3: Bảng tính T, N, Z

` Sin(α+β)/Cosβ T(mm) cos(α+β) Z(mm) tg(β) N(mm)

720 0 0.00 1 -111.97 0.00 0.00

Hình 1-8: Đồ thị T,N,Z –α

1.9 Xây dựng đồ thị �T - �

Bảng 1-4: Bảng thứ tự làm việc của động cơ 4 kỳ, 4 xilanh : 2-3-4-5-6-1

+ Xilanh 3 ở đầu quá trình thải α3 = 600.

được cho trong bảng

1.10 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

1.10.1 Mục đích của việc xây dựng đồ thị phụ tải

- Xác định lực tác dụng trên chốt ở mỗi vị trí của trục khuỷu

- Khai triển đồ thị phụ tải theo quan hệ Q - α ta có thể xác định được phụ tải lớnnhất, bé nhất trên chốt khuỷu

- Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta có thể xây dựng được đồ thị phụ tảitác dụng lên đầu to thanh truyền và đồ thị mài mòn chốt khuỷu, từ đó có thể xácđịnh được vị trí chịu phụ tải bé nhất ở chốt khuỷu để khoan lỗ dầu bôi trơn.

1.10.2 Phương pháp vẽ

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

- Đặt giá trị của các cặp (T, Z) theo các góc α tương ứng lên hệ trục tọa độ T-Z.Ứng với mỗi cặp giá trị (T, Z) ta có một điểm Đánh dấu các điểm ứng với các

trên một đơn vị diện tích đỉnh piston

+ Giá trị của vectơ phụ tải là khoảng cách từ tâm O đến điểm A.

+ Chiều của vectơ phụ tải theo chiều từ tâm O ra điểm A cần xác định

+ Điểm đặt của vectơ phụ tải là điểm giao nhau của vectơ OA và kéo dài về phíagốc cho đến khi cắt vòng tròn tượng trưng chốt khuỷu

Hình 1-10: Đồ thị lực tác dụng lên chốt khuỷu

1.11 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

1.11.1 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

- Chia vòng tròn tâm O thành 36 phần theo chiều kim đồng hồ xuất phát từ gốc 00,

- Đem tờ giấy bóng đặt lên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu sao cho tâm Otrùng 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 Q0, ta ghi điểmđầu bằng 0 lên tờ giấy bóng Lần lượt xoay tờ giấy bóng ngược chiều kim đồng hồcho các điểm chia 10, 20, 30, …, 720 trùng với trục OZ (xoay tờ giấy bóng haivòng) Đồng thời đánh dấu đầu mút của các vectơ Q10, Q20, Q30, …,Q720 của

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

30, …, 720

- Nối lần lượt các điểm vừa đánh dấu trên tờ giấy bóng theo đúng thứ tự ta sẽđược đường cong biểu diễn đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

1.11.2 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 thanhtruyền

Hình 1-11: Đồ thị lực tác dụng lên đầu to thanh truyền

1.13 Xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu

1.13.1 Các giả thiết cơ bản để xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu

- Độ mài mòn tỉ lệ với lực tác dụng lên chốt khuỷu.

- Tại một điểm trên chốt khuỷu, lực tác dụng sẽ gây ảnh hưởng lên vùng lân cận

1.13.2 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 tácdụng lên chốt khuỷu Chia vòng tròn thành 24 phần bằng nhau ngược chiều kimđồng hồ xuất phát từ điểm 0 (giao điểm của đường tâm má khuỷu và vòng tròntâm 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’i3Trong đó: i là điểm chia bất kỳ

1, 2, 3 là số giao điểm của tia chia với đồ thị phụ tải

- Tính ΣQi theo các cột: ΣQ = ΣQi = ΣQ’0 + ΣQ’1+ ΣQ’2 + …+ ΣQ’23

tương ứng về phía trong đường tròn ta sẽ có các điểm mút 0’, 1’, 2’, …, 23’ Dùngthước cong nối các điểm đó lại ta sẽ có đồ thị biểu diễn dạng mài mòn lý thuyếtcủa chốt khuỷu

858.7 0

858.7 0

858 70

ΣQ

609.6 0

609.6 0

609.6 0

609.6

0 609.60

609.6 0

609.

60

609 60

609 60

30.9 8

30.9

8 30.98

30.9 8

30.9 8

30.9 8

28.0 2

28.0 2

28.0

2 28.02

28.0 2

28.0 2

28.0 2

28.0 2

ΣQ

27.2 1

27.2 1

27.2

1 27.21

27.2 1

27.2 1

27.2 1

27.2 1

27.2 1 ΣQ

28.1 8

28.1

8 28.18

28.1 8

28.1 8

28.1 8

28.1 8

28.1 8

28.1 8

ΣQ 0.00

31.1

4 31.14

31.1 4

31.1 4

31.1 4

31.1 4

31.1 4

31.1 4

36.8 4

36.8 4

36.8 4

36.8 4

36.8 4

36.8 4

ΣQ

222.4 7

222.4 7

222.4 7

232 48 ΣQ

797.4 0

797.4 0

797.4 0

797.4 0

845 62 ΣΣ

414.

84

1260 47

211 9.16

269 7.78

266 9.76

2642 55 ΣΣ

Qbd 35.55 35.55 35.55 32.37 20.98 8.71 0 0 0 0 0 0 0.44 0.84 1.23 1.63 2.08 2.61 5.93 18.0

1

30.2 7

38.5 4

38.1 4 37.7 5

PHẦN 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ

THAM KHẢO 2GR-FE

2.1 THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 2GR-FE

- Dựa vào thông số kĩ thuật của động cơ đề cho, qua thời gian tìm kiếm và tracứu thông số kỹ thuật của nhiều động cơ, động cơ 2GR-FE có thông số kỹthuật gần giống với động cơ đề yêu cầu và được lắp trên các dòng xe củaToyota và Lexus như: Camry, RX, LS, IS,

- Động cơ 2GR-FE là động cơ sử dụng nhiên liệu xăng, động cơ 4 kỳ bố trí 6xilanh được sắp xếp theo cấu hình chữ V, thứ tự làm việc 1-2-3-4-5-6, dung

- Sử dụng cơ cấu phân phối khí loại DOHC, 24 xupap, mỗi xi lanh được bố trí

4 xupap trong đó có 2 xupap nạp và hai xupap thải Hệ thống này gồm 2 trụccam được bố trí trên mỗi dãy xi lanh Trục cam được dẫn động bằng truyềnđộng xích (với Dual VVT-i)

- Động cơ có công suất 201(KW), số vòng quay 6200 (vòng /phút), đườngkính xi lanh 94 (mm) và hành trình piston là 83 (mm)

- Động cơ 2GR-FE sử dụng khá nhiều các công nghệ điều khiển hiện đại nhưhun xăng điện tử EFI, hệ thống điều khiển thời điểm phối khí VVT-i trên 2 trụccam nạp và thải, hệ thống điều khiển nâng cam VVTL-i, bướm ga điện tửECTS-i, hệ thống điều khiển không tải ISC,

2.2 Phân tích các đặc điểm của động cơ.

2.2.1 Cơ cấu piston, thanh truyền, trục khuỷu.

2.2.1.1 Cơ cấu piston.

Piston là một chi tiết quan trọng của động cơ đốt trong Trong quá trình làmviệc của động cơ, piston chịu lực rất lớn, nhiệt độ rất cao và ma sát mài mònlớn, lực tác dụng và nhiệt độ cao do khí thể và lực quán tính sinh ra gây nênứng suất cơ học và ứng suất nhiệt trong piston, còn mài mòn là do thiếu dầu bôitrơn mặt ma sát của piston với xilanh khi chịu lực Piston có nhiệm vụ quantrọng như sau:

Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ không cho khí cháy trong buồng cháylọt xuống các te và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu lên buồng cháy.Tiếp nhận lực khí thể và truyền lực ấy cho thanh truyền (trong quá trình cháy

và giản nở) để làm quay trục khuỷu nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải rakhỏi xilanh trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quátrình nạp