Bào tập lớn động cơ đốt trong - Khảo sát kết cấu động cơ Z6 của FORD FOCUS 1.6L

1.2.1.1 Xác định độ dịch chuyển x của piston bằng phương pháp đồ thị Brick -Theo phương pháp giải tích chuyển dịch x của piston được tính theo công thức : + Chọn hệ trục tọa độ với t

MỤC LỤC

1 VẼ ĐỒ THỊ 2

1.1 VẼ ĐỒ THỊ CÔNG 2

1.1.1 Các số liệu chọn trước trong quá trình tính toán 2

1.1.2 Xây dựng đường cong nén 2

1.1.3 Xây dựng đường cong giãn nở 3

1.1.4 Tính V a , V h , V c 3

1.1.5.Bảng xác định tọa độ các điểm trung gian 3

1.1.6 Vẽ đồ thị công 4

1.2.ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN 7

1.2.1 Động học của cơ cấu giao tâm : 7

1.2.2 Tính toán động lực học 12

2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ Z6: 30

2.1.CHỌN ĐỘNG CƠ THAM KHẢO: 30

VÌ VẬY VỚI NHỮNG THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ CHỌN CÓ THỂ XEM LÀ TƯƠNG ỨNG VỚI ĐỘNG CƠ YÊU CẦU 32

2.2.Đ ẶC ĐIỂM CHUNG CUA ĐỘNG CƠ Z6: 32

2.2.1 Kết cấu của piston, thanh truyền, trục khuỷu: 34

2.2.2 Hệ thống làm mát: 36

2.2.3 HỆ thống bôi trơn trên động cơ Z6: 37

2.2.4 Hệ thống nhiên liệu của động cơ Z6 38

3.PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA NHÓM TRỤC KHUỶU – BẠC LÓT – BÁNH ĐÀ: 38

3.1 TRỤC KHUỶU: 38

3.1.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu của trục khuỷu: 38

3.1.2 Vật liệu và phương pháp chế tạo trục khuỷu: 39

3.1.3 Má khuỷu: 40

3.1.4.Đuôi trục khuỷu: 41

3.1.5.Đối trọng: 41

3.2.BÁNH ĐÀ: 41

3.2.1 Vật liệu chế tạo bánh đà: 41

3.3.BẠC LÓT: 42

THÔNG SỐ KỸ THUẬT KÝ HIỆU GIÁ TRỊ

pa= 0,088 (MN/m2) - Áp suất cuối quá trình nạp

n1=1,34 - Chỉ số nén đa biến trung bình.(1,32÷1,39)

n2=1,25 - Chỉ số giãn nở đa biến trung bình.(1,25÷1,29)

ρ=1,00 - Tỷ số giản nở sớm

1.1.2 Xây dựng đường cong nén.

Phương trình đường nén: p.Vn1 = cosnt => pc.Vcn1 = pnx.Vnxn1

1.1.3 Xây dựng đường cong giãn nở.

Phương trình đường giãn nở: p.Vn2 = cosnt => pz.Vcn2 = pgnx.Vgnxn2

i i*Vc Vbd(mm) i^n1 Pnx Pnbd i^n2 Pgnx Pgnbd

XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỂM ĐẶC BIỆT VÀ HIỆU CHỈNH ĐỒ THỊ CÔNG

* Điểm r(Vc,Pr) Vc-thể tích buồng cháy Vc=0,038 [l]

Pr-áp suất khí sót, phụ thuộc vào tốc độ động cơ

+ Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xi lanh, trục tung biểu diễn

áp suất khí thể

+ Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ Nối cáctọa độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và đường cong giãnnở

+ Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song songvới trục hoành đi qua hai điểm Pa và Pr Ta có được đồ thị công lý thuyết

+ Hiệu chỉnh đồ thị công:

- Vẽ đồ thị Brick phía trên đồ thị công Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng cách từ Va đến Vc

Từ đồ thị Brick xác định góc 120 gióng xuống cắt đoạn đẳng áp tại z’

- Áp suất cuối quá trình nén thực tế pc’’:

Áp suất cuối quá trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lýthuyết do sự đánh lửa sớm

pc’’ = pc + ( pz’ -pc )

pc’’ = 2,13 + ( 4,505 – 2,13 ) = 2,9217 (MN/m2)

Nối các điểm c’, c’’, z’ lại thành đường cong liên tục và dính vào đường giãn nở

- Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb’’:

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn

nở lý thuyết do mở sớm xupap thải

Pb’’ = pr + ( pb - pr )

Pb’’ = 0,113 + ( 0,27 - 0,113 ) = 0,1915(MN/m2)

Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải prx

- Nối diểm r với r’, r’ xác định từ đồ thị Brick bằng cách gióng đường song songvới trục tung cắt đường nạp pax tại r’

*) Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế

0 0'

b' b'' a a'

r'

c' c'' z'

vă tính toân hao mòn động cơ.

Trong động cơ đốt trong kiểu piston cơ cấu TKTT có 2 loại loại giao tđm vă loại lệchtđm

Ta xĩt trường hợp cơ cấu TKTT giao tđm

1.2.1 Động học của cơ cđ́u giao tđm :

Cơ cấu TKTT giao tđm lă cơ cấu mă đường tđm xilanh trực giao với đường tđmtrục khuỷu tại 1 điểm (hình vẽ)

SVTH: LÍ PHI CHÍNH -Lớp 09C4A Trang 7



 R

B

B'S

O - Giao điểm của đường tâm xi lanh

và đường tâm trục khuỷu.

C - Giao điểm của đường tâm thanh

truyền và đường tâm chốt khuỷu.

B' - Giao điểm của đường tâm xy lanh

và đường tâm chốt piston.

A - Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCT

B - Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCD

R - Bán kính quay của trục khuỷu

(m)

l - Chiều dài của thanh truyền (m)

S - Hành trình của piston (m)

x - Độ dịch chuyển của piston tính

từ ĐCT ứng với góc quay trục khuỷu 

(m)

 - Góc lắc của thanh truyền ứng

HV.Sơ đồ cơ cấu KTTT giao tâm

1.2.1.1 Xác định độ dịch chuyển (x) của piston bằng phương pháp đồ thị Brick

-Theo phương pháp giải tích chuyển dịch x của piston được tính theo công thức :

+ Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hoành biểudiễn khoảng dịch chuyển của piston

+ Gióng các điểm ứng với 100 ; 200…1800 đã chia trên cung tròn đồ thị brick xuốngcắt các đường kẻ từ điểm 100 ; 200…1800 tương ứng ở trục tung của đồ thị x=f(α) đểxác định chuyển vị tương ứng

+ Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston x = f(α)

1.2.1.2 Đồ thị biểu diễn tốc độ của piston v=f(α).

* Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng của Nguyễn Đức Phú.+ Xác định vận tốc của chốt khuỷu:

ω = = = 547,68 (rad/s)

+ Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R1 phía dưới đồ thị x() với

R1 = 34,75.547,68=19031,88 (mm/s)

Giá trị biểu diễn: R1=

+ Vẽ đường tròn tâm O bán kính R2 với:

+ Từ các điểm 0;1;2…kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song với

AB kẻ từ các điểm 0’;1’;2’…tương ứng tạo thành các giao điểm Nối các giao điểmnày lại ta có đường cong giới hạn vận tốc của piston Khoảng cách từ đường cong nàyđến nửa đường tròn biểu diễn trị số tốc độ của piston ứng với các góc 

SVTH: LÊ PHI CHÍNH -Lớp 09C4A Trang 9

Hình 1.2 - Đồ thị chuyển vị

Hình 1.3 - Đồ thị vận tốc

1.2.1.3 Đồ thị biểu diễn gia tốc

Để vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston ta sử dụng phương pháp Tole

+ Chọn hệ trục tọa độ với trục Ox là trục hoành, trục tung là trục biểu diễn giá trị giatốc

+ Trên trục Ox lấy đoạn AB = S=2R=69,5

Tính:

EF = -3.R.λ.ω2 = -3.0,03475.0,25.547,682 = -7817,53(m/s2)

+ Từ điểm A tương ứng với điểm chết trên lấy lên phía trên một đoạn

và FD, đẳng phân định hướng CF thành 8 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2…đẳng phân định FD thành 8 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’;1’;2’…vẽ các đườngbao trong tiếp tuyến 11’;22’;33’…Ta có đường cong biểu diễn quan hệ

D 5 4 3 2 1 0 5'

4' 3'

2' 1'

F E

Trong đó: m’ - Khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg).

mpt = 0,8 (kg) - Khối lượng nhóm piston

m1- Khối lượng thanh truyền qui về tâm chốt piston (kg)

Theo công thức kinh nghiệm:

1.2.2.2 Khai triển các đồ thị.

a) Khai triển đồ thị công trên tọa độ p-V thành p=f( α )

Để biểu diễn áp suất khí thể pkt theo góc quay của trục khuỷu  ta tiến hành như sau:+ Vẽ hệ trục tọa độ p -  Trục hoành đặt ngang với đường biểu diễn trên đồ thịcông

+ Chọn tỉ lệ xích: (độ/mm)

+ Dùng đồ thị Brick để khai triển đồ thị p-v thành p-α

+ Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, dựng các đường song song với trục Op cắt đồthị công tại các điểm trên các đường biểu diễn quá trình: nạp, nén, cháy - giãn nở, xả.+ Qua các giao điểm này ta kẻ các đường song song với trục hoành gióng sang hệ toạ

độ p-α Từ các điểm chia tương ứng 00, 100, 200,… trên trục hoành của đồ thị p-α ta

kẻ các đường thẳng đứng cắt các đường trên tại các điểm ứng với các góc chia trên đồthị Brick và phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ Nối các điểm lại bằngđường cong thích hợp ta được đồ thị khai triển p-α

b) Khai triển đồ thị thành

Đồ thị biểu diễn đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ củađộng cơ.

độ Việc khai triển đồ thị tương tự khai triển P-V thành P=f(α) Nhưng lưu ý ở tọa độp-α phải đặt đúng trị số dương của pj

c) Vẽ đồ thị

Theo công thức Ta đã có n `1 và Vì vậy việc xây

dựng đồ thị p 1 = f() được tiến hành bằng cách cộng đại số các toạ độ điểm của 2 đồ

thị p kt =f() và p j =f() lại với nhau ta được tọa độ điểm của đồ thị p 1 =f() Dùng một

đường cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta được đồ thị p 1 =f()

1.2.2.3 Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến , lực pháp tuyến và lực

Các đồ thị: T = f(α), Z = f(α), N = f(α) được vẽ trên cùng một hệ toạ độ.

Áp dụng các công thức:

Quá trình vẽ các đường này được thực hiên theo các bước sau: + Chọn tỉ lệ xích: (độ/mm)

bảng sau: bảng 2

+ Việc vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến , lực pháp tuyến và lực ngang

cho ta mối quan hệ giữa chúng cũng như tạo tiền đề cho việc tính toán và thiết

kế về sau nhằm bảo đảm độ ổn định ngang, độ ổn định dọc của động cơ, phụ tải tácdụng lên chốt khuỷu, đầu to thanh truyền …đồng thời là cơ sở thiết kế các hệ thốngkhác như hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn…

1.2.2.4 Vẽ đồ thị ΣT = f().

Để vẽ đồ thị tổng T ta thực hiện theo những bước sau:

+ Lập bảng xác định góc ứng với góc lệch các khuỷu theo thứ tự làm việc

+ Thứ tự làm việc của động cơ (đề cho) là: 1-3-4-2.

Ta có bảng xác định góc lệch công tác và thứ tự làm việc của các khuỷu trục:

+ Vẽ đồ thị tổng T bằng cách nối các tọa độ điểm bằng một đườngcong thích hợp cho ta đường cong biểu diễn đồ thị tổng T.

.

1.2.2.5 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.

Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốtkhuỷu ở mỗi vị trí của chốt khuỷu Sau khi có đồ thị này ta tìm được trị số trung bìnhcủa phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, cũng có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và bénhất, dùng đồ thị phụ tải có thể xác định được khu vực chịu tải ít nhất để xác định vị trí

lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ổ trục

Các bước tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu được tiến hành nhưsau:

+ Vẽ hệ trục toạ độ TO’Z trong đó trục hoành O’T có chiều dương từ tâm O’ về phíaphải còn trục tung O’Z có chiều dương hướng xuống dưới

(MN/m2.mm)

các góc α = 100 ; 200…7200 Cứ tuần tự như vậy ta xác định được các điểm từ

Với: m2 : Khối lượng đơn vị của thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu

Ta có khối lượng thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu là:

O’O =

O là tâm chốt khuỷu, từ tâm chốt khuỷu ta kẻ đường tròn tượng trưng cho chốtkhuỷu, giá trị của lực tác dụng lên chốt khuỷu là vectơ có gốc O và ngọn là một điểmbất kỳ nằm trên đường biểu diễn đồ thị phụ tải

0 1

17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

27 28

70 69 68 67 66

31 32

33 34 35

36

37

38

39 40

46 47 48

50 49 51

52 53 54 55 56 57 58 59 60

Ð? TH? PH? T? I TÁC D? NG LÊN CH? T KHU? U

Z

T

Hình 1.8 - Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

1.2.2.6 Đồ thị phụ tải tác dụng lên dầu to thanh truyền.

Để vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền ta thực hiện theo các bước nhưsau:

+ Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên tờ giấy bóng, tâm của đầu to là O

+ Vẽ một vòng tròn bất kì tâm O Giao điểm của đường tâm phần thân thanh truyềnvới vòng tròn tâm O tại 0o

+ Từ điểm 0o, ghi trên vòng tròn các điểm 0;1;2…36 theo chiều quay trục khuỷu

+ Căn cứ vào  0,27dựa vào bảng phụ lục 9p sách Kết Cấu và Tính Toán Động CơĐốt Trong - tập 1 có bảng xác định các góc như sau:

+ Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt sao cho tâm O trùng với tâm

O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng sao cho cácđiểm 0;1;2…trùng với trục O’z về phần dương (theo chiều ngược chiều kim đồng hồ),đồng thời đánh dấu các điểm mút của véc tơ ; ; …của đồ thị phụ tải tác dụng lênchốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0;1;2…72

+ Nối các điểm lại bằng một đường cong thích hợp cho ta đồ thị phụ tải tác dụng lênđầu to thanh truyền

Cách xác định lực trên đồ thị phụ tải như sau:

+ Giá trị của lực tác dụng lên đầu to là dộ dài đoạn thẳng nối từ tâm O đến điểm trênđường vừa vẽ xong nhân với tỷ lệ xích

+ Chiều của lực hướng từ tâm O ra ngoài

+ Điểm đặt lực là giao điểm của đường nối từ tâm O đến điểm tính với vòng tròntượng trưng cho đầu to thanh truyền

1.2.2.7 Đồ thị khai triển véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Các bước vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền thực hiện theo các bước như sau:

+ Chọn tỉ lệ xích: (độ/mm)

+ Lập bảng:

Quá trình lập bảng theo các bước như sau:

- Xác định bằng cách đo khoảng cách từ tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lênchốt khuỷu tới các điểm ta nhận được các giá trị khác nhau của Q:

- Sau khi vẽ xong đồ thị ta xác định bằng cách đếm diện tích bao bởi đường Qvới trục hoành α rồi chia diện tích này cho chiều dài của đồ thị theo trục hoành

Qtb = = 75.08(mm)

1.2.2.8 Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu.

Để vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta thực hiện theo các bước như sau:

+ Từ tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ đường tròn (O,R) với bán

kính tùy ý (vòng tròn đặc trưng mặt chốt khuỷu)

+ Chia đường tròn thành 24 phần bằng nhau, đánh số thứ tự theo chiều quy ước ngược

chiều kim đồng hồ

+ Từ các điểm 0,1,2…23 trên vòng tròn gạch cát tuyến O0; O1;O2,…,O23 cắt đồ thị

phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ở các điểm a;b;c…

Ta lập được bảng phụ tải tác dụng lên điểm thứ i trong một chu trình làm việc của

động cơ như sau (tính bằng mm):

+ Để vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta giả thiết như sau:

- Phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc

độ định mức

- Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200

- Độ mài mòn tỉ lệ thuận với phụ tải

- Không xét đến các điều kiện công nghệ và sử dụng, lắp ghép … Ví dụ: không

xét đến ảnh hưởng của vật liệu, độ bóng, độ chặt lỏng, dầu mỡ bôi trơn

+ Chọn tỉ lệ xích:

Trong đó:

+ Từ các giả thiết trên ta lập được bảng tổng phụ tải tác dụng trên các điểm 0;1;2…23

trong một chu trình như sau:

+ Có được ta tiến hành thực hiện các bước vẽ đồ thị như sau:

- Vẽ đường tròn bán kính R = 100 (mm) tượng trưng cho chốt khuỷu

- Chia đường tròn thành 24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0,1,2…23

theo chiều ngược chiều kim đồng hồ

- Đặt các giá trị từ đường tròn hướng về tâm theo thứ tự các điểm

- Nối các điểm lại với nhau bằng một đường cong thích hợp ta được đường cong

thể hiện đồ thị mài mòn chốt khuỷu

10

11 13

14 15 16

17

18

19

20 21

22

23

0

Hình1.10 - Đồ thị mài mòn chốt khuỷu.

2 Phân tích đặc điểm chung của động cơ Z6:

2.1.chọn động cơ tham khảo:

Động cơ Z6 do hãng Ford sản xuất, được lắp trên xe FORD FOCUS 1.6L là xe

du lịch một phiên bản 2007 mới của làn xe FOCUS nói chung Cùng với các trangthiết bị tiêu chuẩn là những cải tiến về các trang thiết bị nội, ngoại thất làm cho FORDFOCUS 1.6L có những tính năng vượt trội so với các dòng xe đương thời Z6 là động

cơ xăng với 4 xilanh được đặt thẳng hàng, 16 xupáp

Bảng 2 - Thông số động cơ chọn và động cơ yêu cầu:

14 Số xilanh i 4 4

là Ne=77Kw

Vì vậy với những thông số của động cơ chọn có thể xem là tương ứng với động

cơ yêu cầu

Kết Luận: chọn động cơ Z6 của xe FOCUS làm động cơ tham khảo

2.2.Đặc điểm chung cua động cơ Z6:

Động cơ Z6 do hãng Ford sản xuất, được lắp trên xe Focus 1,6L Z6 là động cơ xăngvới 4 xylanh được đặt thẳng hàng, 16 xupáp Các xupáp đựợc dẫn động trực tiếp từ

cam Cam được đặt trên nắp máy, gồm 2 trục cam dẫn động xupáp (DOHC) Z6 tích hợp hệ thống điều khiển van biến thiên VCT (Variable Cam Timing) cho

phép tối ưu hóa thời gian, thời điểm, góc đóng mở của xupáp làm tăng công suấtđộng cơ, tiết kiệm được nhiên liệu Dùng hệ thống phun xăng điện tử theo chu kỳ.Ngoài ra còn có các hệ thống khác như hệ thống thải có bộ ống xả xúc tác, bộ hồilưu khí xả Hệ thống đánh lửa được điều khiển bằng điện tử Hệ thống bôi trơn,