đồ án thiết kế động cơ đốt trong

mã động cơ DD6 0313 6xilanh, đồ thị công, đồ thị brick, đồ thị vận tốc, đồ thị gia tốc, đồ thị khai triển, đồ thị NZT, đồ thị mài mòn chốt khuỷu, đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền, tính toán và thiết kế cơ cấu phân phối khí 6 xilanh

2 2

Trong đó : ρ : là tỉ số giãn nở sớm, với ρ = ÷ 1,2 1,5

Động cơ là động cơ đesel nên ta chọn ρ = 1,4

Gọi pnx,Vnx 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 :

Để dễ dàng vẽ ta chia Vhthành ε khoảng, khi đó i = 1,2,3,…,ε

* Xây dựng đường giãn nở

Gọi p Vgnx, gnxlà áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của động

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

gnx gnx z z

n z gnx z

. n

gnx n c

Ta chia Vhthành ε khoảng, khi đó i = 1,2,3,…,ε

Biểu diễn thể tích buồng cháy :

h hbd

Bảng 1 -1: Bảng giá trị đồ thị công động cơ

in1 1/in1 Pc/in1 Pn in2 1/in2 (Pz.ρn2/in2 Pg

n1Vc 1 1.000 1.000 6.494 6.494 1.000 1.000 14.565 14.

565ρVc 1.4 1.575 0.635 4.123 4.123 1.533 0.652 9.500 9.5

002Vc 2 2.549 0.392 2.548 2.548 2.412 0.415 6.039 6.0

393Vc 3 4.407 0.227 1.474 1.474 4.036 0.248 3.609 3.6

094Vc 4 6.498 0.154 0.999 0.999 5.816 0.172 2.504 2.5

045Vc 5 8.782 0.114 0.739 0.739 7.721 0.130 1.886 1.8

866Vc 6 11.233 0.089 0.578 0.578 9.733 0.103 1.496 1.4

967Vc 7 13.832 0.072 0.470 0.470 11.838 0.084 1.230 1.2

308Vc 8 16.564 0.060 0.392 0.392 14.02

1.0389Vc 9 19.419 0.051 0.334 0.334 16.28

0.89410Vc 10 22.387 0.045 0.290 0.290 18.62

0.78211Vc 11 25.461 0.039 0.255 0.255 21.01

0.69312Vc 12 28.635 0.035 0.227 0.227 23.47

0.62113Vc 13 31.902 0.031 0.204 0.204 25.98

0.56114Vc 14 35.259 0.028 0.184 0.184 28.54

0.51015Vc 15 38.701 0.026 0.168 0.168 31.16

0.467

16Vc 16 42.224 0.024 0.154 0.154 33.82

0.43116.8Vc 17 45.099 0.022 0.144 0.144 35.98

0.405

- Điểm phun sớm : c’ xác định từ Bríck ứng với φs = 13o

-Điểm phun sớm của xupap nạp : r’ xác định từ Brick ứng với α1 = 14o

-Điểm đóng muộn xupap thải : r” xác định từ Bríck ứng với α4 = 15o

- Điểm đóng muộn của xupap nạp : a’ xác định từ Brick ứng với góc α2 = 53o

- Điểm mở sớm xupap thải : b’ xác định từ Brick ứng với góc α3 = 65o

- Trên đoạn cy lấy điểm c” với c”c = 1/3 cy

- Trên đoạn yz lấy điểm z” với yz” = 1/2 yz

- Trên đoạn ba lấy điểm b” với bb” = 1/2 ba

v S

( )

77,5

79 0,981

Điểm A ứng với góc quay α = 0o và điểm D ứng với khi α = 180o

Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía ĐCD một đoạn:

α

Hình 1-2 Phương pháp vẽ đồ thị Brich

1.2.2 Đồ thị chuyển vị

Hình 1-3 Đồ thị chuyển vị S = f(a), V - S

9,48 201,39

Chia nửa vòng tròn R1 và vòng tròn R2 thành 18 phần đánh số 1, 2, 3,…,18

và 1’, 2’, 3’, …,18’ theo ngược chiều kim đồng hồ tương ứng

Từ các điểm 0, 1, 2,…kẻ các đường thẳng góc với AB kẻ từ 0’, 1’, 2’,… tương ứng tạo thành các giao điểm o, a, b, c,…

Nối các giao điểm này lại bằng đường cong ta được đường biểu diễn trị số vận tốc Các đoạn thẳng ứng với a1 , b2 , c3 ,… nằm giữa đường cong o, a ,b ,

c…với nữa đường tròn R1 biểu diễn trị số tốc độ ở các góc α tương ứng

µ

Từ B dựng đoạn thẳng BD = jmin

Gía trị biểu diễn của BD là : min 2481331 ( )

60,04 41328

Hình 1-5 Đồ thị gia tốc j = f(x)

1.5 Vẽ đồ thị lực quán tính

Ta có lực quán tính :

.

Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công thì –Pj phải có cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công, thay vì vẽ giá trị thực của nó ta

vẽ -Pj = f(x) ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston

Trong đó : m – khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến

mnpt – khối lượng nhóm piston

mtt – khối lượng nhóm thanh truyền

m1 – khối lượng nhóm thanh truyền qui về đầu nhỏ

2,668.77,5.10 205,251 10

130.104

j

jmax jmax

j

j j

triển nằm bằng với trục hoành của đồ thị công ta được P-α Để được Pkt-α ta đặt trục hoành của đồ thị mới ngang với trục chưa giá trị po ở đồ thị công Làm như vậy bởi vì áp suất khí thể : Pkt = P – Po.

Trên đồ thị Bríck ta gióng các đoạn thẳng song song với trục p của đồ thị công sẽ cắt đường biểu diễn đồ thị công tương ứng với các kì nạp, nén, cháy – giãn nở, thải của động cơ và lần lượt đo các giá trị được tính từ điểm cắt đó đến đường thẳng song song với trục V và có tung độ bằng po, ta đặt sang bên phải bản vẽ các giá trị vừa đo ta sẽ được các điểm tương ứng các góc 0

Sở dĩ khai triển như vậy bởi vì trên cùng trục tọa độ với đồ thị công nhưng –Pj được vẽ trên trục có áp suất Po

Lực tác dụng lên chốt piston được xác định :

1 kt j

Do đó Pj được vẽ abwnfg phương pháp cộng đồ thị

Để có thể tiến hành cộng đồ thị P1, Pkt và Pj phải cùng thứ nguyên và cùng tỉ

Hình 1-8 Sơ đồ lực tác dụng lên trục khuỷu thanh truyền

Lực tác dụng trên chốt Piston P1 là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể Nó tác dụng lên chốt Piston và đẩy thanh truyền

1 kt j

Nhưng trong quá trình tính toán động lực học các lực này thường tính trên đơn vị diện tích đỉnh piston nên sau khi chia hai vế của đẳng thức trên cho diện tích đỉnh piston Fpt ta có :

1 kt j

1 1

p

p p F

=

j j p

p p F

=

Phân p1 làm hai thành phần lực : uur uur uur p p N1= +tt

Trong đó : ptt – lực tác dụng lên đường tâm thanh truyền.

N – lực ngang tác dụng trên phương thẳng góc vời đường tâm xy lanh

Từ quan hệ lượng giác ta có thể xác định được trị số của ptt và N

1

cos

tt

p p

β

=

1.tan

Phân ptt thành hia phân lực : lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z( sau khi

đã dời xuống tâm chốt khuỷu) ta cũng có thể xác định trị số của T và Z bằng các quan hệ sau :

Từ đồ thị p1-α tiến hành đo giá trị biểu diễn của p1 theo α = 0o, 10o, 20o,

…,720o Sau đó xác định β theo quan hệ :

thức đã chứng minh ở trên, ta sẽ được các điểm 0, 1, 2, …, 72 Dùng đường

cong nối các điểm ấy lại, ta có đồ thị lực T, Z, N cần xây dựng

s

co

α β β

4.97 280 -0.239 -1.027 -5.104 -0.066 -0.328 -0.243 -1.2093.63 290 -0.227 -1.019 -3.698 0.124 0.452 -0.231 -0.8403.19 300 -0.209 -0.972 -3.102 0.316 1.008 -0.212 -0.6785.17 310 -0.185 -0.886 -4.582 0.500 2.582 -0.187 -0.96711.53 320 -0.155 -0.762 -8.790 0.666 7.675 -0.156 -1.80025.22 330 -0.120 -0.605 -15.250 0.806 20.317 -0.121 -3.04851.05 340 -0.082 -0.419 -21.411 0.912 46.533 -0.082 -4.20590.05 350 -0.042 -0.215 -19.337 0.978 88.034 -0.042 -3.756

-6.42 670 -0.185 -0.886 5.685 0.500 -3.204 -0.187 1.200-9.57 680 -0.155 -0.762 7.292 0.666 -6.367 -0.156 1.493-12.04 690 -0.120 -0.605 7.277 0.806 -9.695 -0.121 1.455-13.92 700 -0.082 -0.419 5.836 0.912 -12.684 -0.082 1.146-15.07 710 -0.042 -0.215 3.235 0.978 -14.727 -0.042 0.628

o ct

1 Nạp Nén Cháy – giãn nở Thải

Ta tính Σ T trong 1 chu kỳ góc công tác 120o

ct

δ =

Khi α =1 0o, xy lanh 1 ở đầu qúa trình nạp thì :

Xy lanh 2 ở đầu quá trình nén nên α =2 180o

Xy lanh 3 ở đầu quá trình cháy – giãn nở nên α =3 360o

Xy lanh 4 ở đầu quá trình nạp nên α =4 720o

Xy lanh 5 ở đầu quá trình thải nên α =5 540o

Xy lanh 6 ở đầu quá trình cháy – giản nở nên α =6 360o

i tb

η

=

Với η =m 0,63 0,93 ÷Chọn η =m 0,93

( )

242,7

260,9677 0,93

30.260,9677.10

1,236 / 77,5.10 0,01327.1.1960

1.9 Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu

Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng trên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Sau khi có đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu cũng như có thể tìm được

dễ dàng lực lớn nhất và lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền trục

Cách xây dựng được tiến hành như sau :

Vẽ hệ tọa độ OTZ có chiều dương của trục Z là chiều hướng xuống dưới.Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền

5328,346

0,01327

R R P

R

R b

p

P P

Trên tọa độ T – Z xác định các trị số của T và Z ở các góc độ α = 0o, 10o,

20o,…,720o, ta được các điểm 0, 1, 2,…, 72 Dùng đường cong nối các điểm ấy lại, ta có được đồ thị vécto phụ tải tác dụng trên chốt khủy

Hình 1-11: Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷuNếu ta nối O với bất kì điểm nào trên hình vẽ ta sẽ được vécto biểu diễn phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu khi góc quay của trục khuỷu là α

Tìm hiểu tác dụng của vécto chỉ cần kéo dài vécto về phía gốc cho đến khi gặp vòng tròn tượng trưng bề mặt chốt khuỷu tại điểm b Rất dễ thấy rằng vécto Q là hợp lực của các lực tác dụng lên chốt khuỷu :

Q P T Z P ur uuur ur ur uuur uur = + + = + P

1.10 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

Sau khi đã vẽ được đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khủy, ta căn cứ vào đấy

để vẽ đồ thị phụ tải của ổ trượt ở đầu to thanh truyền Cách vẽ như sau :

Vẽ dạng dầu to thanh truyền lên một tờ giấy bòng, tâm của đầu to thanh truyền là O

Vẽ một đường tròn bất kỳ, tâm O Giao điểm của đường tâm phần thân thanh truyền với vòng tròn tâm O là điểm 0o

Từ điểm 0o ghi trên vòng tròn các điểm 1, 2, 3,…,72 theo chiều quay trục

khuỷu và tương ứng với các góc α β α β α β10o + 10o, 20o + 20o , 30o + 30o, , α720o + β720o

Đem tờ giấy bóng này đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho

O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm 0, 1, 2,…, 72 trùng với trục (Z+) của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt

khuỷu Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các vécto Q Q Q Q uur uur uur uuur0, , , 1 2 72 cảu

đồ thị phụ tải chốt khuỷu hiện trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0, 1, 2,…, 72 Nối các điểm 0, 1, 2,…, 72 lại bằng một đường cong, ta có đồ thị phụ tải trên đầu to thanh truyền

10 -14.703 -3.229 -22.731

22.960

20 -12.643 -5.817 -20.672

21.474

19.116

16.095

12.552

13.527

15.668

17.157

130 -8.474 6.962 -16.502

17.911

18.429

150 -10.163 4.337 -18.192

18.702

160 -10.569 2.890 -18.598

18.821

170 -10.813 1.445 -18.842

18.897

180 -10.855 0.000 -18.884

18.884

190 -10.855 -1.451 -18.884

18.939

200 -10.705 -2.927 -18.733

18.960

210 -10.334 -4.409 -18.362

18.884

220 -9.669 -5.839 -17.698

18.636

230 -8.733 -7.175 -16.762

18.233

240 -7.175 -7.970 -15.204

17.166

250 -5.232 -8.046 -13.260

15.511

260 -3.384 -7.720 -11.413

13.778

11.870

340 46.533 -21.411 38.505

44.057

350 88.034 -19.337 80.005

82.309

360 111.990 0.000 103.961

103.961

370 169.285 37.184 161.256

165.488

380 132.909 61.155 124.880

139.051

79.636

48.357

32.567

25.670

23.108

22.808

450 -4.734 19.150 -12.763

23.013

460 -7.681 17.522 -15.710

23.534

470 -10.363 15.937 -18.392

24.336

480 -12.483 13.866 -20.512

24.759

490 -13.874 11.399 -21.903

24.691

500 -14.876 8.983 -22.905

24.603

510 -14.360 6.127 -22.389

23.212

520 -14.721 4.025 -22.750

23.103

530 -14.147 1.890 -22.175

22.256

540 -13.465 0.000 -21.494

21.494

550 -12.649 -1.690 -20.677

20.746

560 -11.643 -3.183 -19.672

19.928

570 -10.469 -4.467 -18.498

19.029

580 -9.448 -5.705 -17.477

18.385

590 -8.438 -6.933 -16.467

17.867

600 -7.138 -7.928 -15.166

17.114

610 -5.302 -8.153 -13.330

15.626

620 -3.246 -7.404 -11.274

13.488

11.272

16.138

19.160

700 -12.684 5.836 -20.713

21.519

710 -14.727 3.235 -22.756

22.984

720 -15.440 0.000 -23.469

23.469

Hình 1-12: Đồ thị khai triển phụ tải chốt khuỷu

1.11 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Đồ thị mài mòn chốt khuỷu thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúng nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục 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 :

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

n định mức

- Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 120o

- Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải

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

Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu tiến hành theo các bước sau:

- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho vòng tròn chốt khuỷu, rồi chia vòng tròn trên thành 24 phần bằng nhau

Tích hợp lực Σ Qcủa các lực tác dụng trên các điểm 0, 1, 2,…,24, rồi ghi trị số của các lực ấy trong phạm vi tác dụng lực giả thiết là 120o

Cộng trị số của Σ Q, chọn tỷ lệ xích µΣQ= 2 ( MN m mm / 2 ) đặt các đoạn đại

biểu cho Σ Qở các điểm 0, 1, 2,…, 23 lên vòng tròn rồi dùng đường cong nối các điểm đó lại, ta được đường thể hiện mức độ mòn của chốt khuỷu

Hình 1 -13: Đồ thị mài mòn chốt khuỷu

2 Phân tích đặc điểm kết cấu chung động cơ tham khảo

2.1 Giới thiệu chung.

Động cơ DE12TIS là một trong những động cơ Diesel bốn kỳ, sáu xilanh thẳng hàng hiện đại và được sử dụng rộng rải hiện nay Động cơ được lắp trên

xe bus DAEWOO 49 chỗ.Xe DAEWOO có công thức lốp 4x2 là loại dùng chở khách, chủ yếu chạy trong đường thành thị Xe có kết cấu cứng vững, độ bền

và độ tin cậy cao, đầy đủ tiện nghi cho người sử dụng đảm bảo an toàn, kết cấu, hình dáng bên ngoài và nội thất có tính mỹ thuật tương đối cao Được nhập và

sử dụng phổ biến ở Việt Nam trong những năm gần đây

Với trình độ kỹ thuật sản xuất tiên tiến của hãng DAEWOO đã cho ra đời loại động cơ DE12TIS Hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn đều được trang

bị đầy đủ và tối ưu Với hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức một vòng tuần hoàn kín và hệ thống bôi trơn cưỡng bức

2.2.Nguyên lý làm việc và kết cấu động cơ DAEWOO-DE12TIS.

Động cơ DAEWOO-DE12TIS hoạt động được chia ra làm bốn kỳ rõ ràng:+ Kỳ nạp:

Không khí được hút vào xilanh trong kỳ nạp Như trong động cơ xăng, piston khi đi từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD) tạo ra độ chân không trong xilanh, xupáp nạp mở ra và cho phép không khí sạch đi vào xylanh Xupáp xả đóng trong kỳ nạp

+ Kỳ cháy giãn nở sinh công:

Kỳ này xảy ra khi piston đi từ điểm chết trên (ĐCT) xuống (ĐCD) khi cả hai xupáp xả và nạp đều đóng kín, nó gồm quá trình cháy và quá trình giãn nở Không khí trong xilanh được nén vào trong buồng cháy xoáy lốc được đặt ở trên đỉnh của mỗi buồng cháy Ở cuối kỳ nén, vòi phun sẽ phun nhiên liệu ở dạng sương mù vào trong buồng cháy và hỗn hợp không khí-nhiên liệu sẽ bắt cháy do nhiệt độ cao tạo ra khi nén Cả áp suất và nhiệt độ tăng lên đột ngột và

phần nhiên liệu còn lại trong buồng cháy xoáy lốc sẽ được phun ngược trở lại vào buồng cháy chính nằm ở trên piston Điều đó sẽ xé nhiên liệu thành các hạt nhỏ hơn và làm cho nó hoà trộn với không khí bên trong buồng cháy chính để bốc cháy được nhanh hơn Năng lượng của sự cháy nhanh chóng giãn nở đẩy piston đi xuống Lực đẩy piston thông qua thanh truyền và trục khuỷu được chuyển hoá thành chuyển động quay và tạo ra năng lượng cho ô tô.

+ Kỳ xả:

Khi piston được ấn xuống đến điểm chết dưới (ĐCD), xupáp xả mở ra và khí cháy sẽ theo đó thoát ra ngoài khi piston đi lên Khí cháy sẽ thoát ra hoàn toàn khi piston đi lên đến điểm chết trên và chu kỳ lại bắt đầu Khi động cơ hoàn thành 4 kỳ trục khuỷu quay 2 vòng và tạo ra công suất

Đó là một chu kỳ làm việc của động cơ Diesel

Kết cấu của động cơ DAEWOO-DE12TIS

8 7

Hình 2.1: Mặt cắt ngang động cơ DE12TIS

1- Lọc dầu; 2- Khối xilanh; 3- Bơm nhiên liệu; 4- Máy phát điện; 5- Làm mát dầu; 6- Nước làm mát đường ống thải; 7- Vòi phun nhiên liệu; 8- Cò mỗ; 9- Nắp đậy;10- Nắp máy; 11- Đường ống thải; 12- Xecmăng; 13-

Tuabin tăng áp;14- Sọt hút dầu bôi trơn

6 5

2.1 Động cơ tham khảo.

Với yêu cầu của đồ án này em chọn động cơ DE12TIS có các số liệu như sau :

Bảng 2-1: Bảng giá trị của động cơ DE12TIS

- Loại động cơ

- Cách bố trí xi lanh

- Số xi lanh

DAEWOOThẳng hang6

- Công suất cực đại

- Số vòng quay ứng với công suất

cực đại

- Momen cực đại

- Tốc độ ứng với momen cực đại

- Tiêu chuẩn khí xả

- Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất

khi đầy tải

- Chiều quay của động cơ

15511,05116,82502100

14211260Europe II186

Ngược chiều kim đồng hồ

Cưỡng bức kết hợp với vung tóe

Bằng nước kiểu tuần hoàn cưỡng bức

Bằng điện950

1368 x 932 x 1151

mmmmcc

kWv/ph

N.mv/phg/kWh

Kgmm

2.2 Phân tích đặc điểm của động cơ

2.2.1 Cơ cấu piston thanh truyền trục khuỷu

a Piston

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

Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ không cho khí cháy trong buồng cháy lọt xuống cácte và ngăn không cho dầu bôi trơn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy

Tiếp nhận lực khí thể và truyền lực đó cho thanh truyền (trong quá trình cháy và giản nở) để làm quay trục khuỷu nén khí trong quá trình nén, đẩy khí