Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500

. Các thông số cho trước Nhiên liệu: Gasoline Số xilanh số kỳ số kỳ : 84kiểu chữ V Thứ tự làm việc: 15426378 Tỷ số nén ε: 10.6 Đường kính D hành trình piston S mm : 94 91 Công suất cực đại NeKW: 285 Số vòng quay n vph: 5020 Tham số kết cấu λ: 0,25 Áp suất cực đại pz MNm2: 5.1 Góc đánh lửa sơm s độ: 15 Góc phân phối khí độ: + 1: 8 + 2: 54 + 3: 59 + 4: 13 1.1.1.2. Các thông số tính chọn Tốc độ trung bình của piston Áp suất khí nạp pk: Đối với động cơ xăng bốn kỳ không tăng áp, pk được chọn: Chọn pk = p0 = 0,1MNm2 Áp suất khí cuối kỳ nạp pa: Đối với động cơ bốn kỳ tăng áp, pa được tính chọn trong khoảng:

MỤC LỤC

-LỜI NÓI ĐẦU 3

1 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ MERCEDES GL500 4

1.1 Xây dựng đồ thị công 4

1.1.1 Các thông số xây dựng đồ thị 4

1.1.1.1 Các thông số cho trước……….……4

1.1.1.2 Các thông số tính chọn 4

1.1.2 Xây dựng đường nén 6

1.1.3 Xây dựng đường giãn nở 6

1.1.4 Biểu diễn các thông số 7

1.1.5 Xác định các điểm đặc biệt 9

1.1.6 Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị công 11

1.2 Động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ 13

1.2.1 Xây dựng đồ thị chuyển vị piston bằng phương pháp đồ thị Brick 13 1.2.2 Xây dựng đồ thị vận tốc 14

1.2.3 Xây dựng đồ thị gia tốc bằng phương pháp đồ thị Tôlê 16

1.3 ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ 18

1.3.1 Xác định khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến 18

1.3.2 Xây dựng đồ thị lực quán tính –PJ – V 19

1.3.3 Vẽ đồ thị khai triển Pkt -  20

1.3.4 Vẽ đồ thị khai triển PJ -  21

1.3.5 Vẽ đồ thị P1 -  21

1.3.6 Xây dựng đồ thị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N theo α 24 1.3.7 Xây dựng đồ thị T -  28

1.3.8 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 311

1.3.10 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 377

1.3.11 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu 412

2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO MERCEDES-GL500 445

2.1 Thông số kỹ thuật động cơ chọn tham khảo mercedes GL500 455

2.2 Phân tích một số đặc điểm kết cấu của động cơ MERCES GL500 466

2.2.1 Nhóm piston, thanh truyền, trục khuỷu 477

2.2.1.1 Piston 477

2.2.1.2 Thanh truyền 488

2.2.1.3 Trục khuỷu 488

2.2.2 Cơ cấu phân phối khí 499

2.2.3 Hệ thống bôi trơn, làm mát 500

2.2.3.1 Hệ thống bôi trơn 500

2.2.3.1 Hệ thống làm mát 511

2.2.4 Hệ thống nhiên liệu 522

2.2.5 Hệ thống đánh lửa 533

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh

đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ,trong đó có ngành cơ khí động lựcnói chung Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải

tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết Có như vậy ngành cơ khí độnglực của ta mới phát triển được

Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lýđộng cơ đốt trong và Kết cấu động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (sứcbền vật liệu, cơ lý thuyết, ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học

“Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong” Đây là một phần quan trọng trong nội dung họctập của sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiếnthức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tàiliệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất Tuynhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này khôngthể không có những thiếu sót, mong quý thầy cô góp ý giúp đỡ thêm để em hoànthành tốt nhiệm vụ

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tìnhtruyền đạt lại những kiến thức quý báu cho em Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn

đến thầy DƯƠNG VIỆT DŨNG đã quan tâm, nhiệt tình hướng dẫn trong quá

trình làm đồ án Em rất mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy

để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình

ĐÀ NẴNG, ngày 24 tháng 12 năm 2016

Sinh Viên Thực Hiện

1 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG

CƠ X74-0413

1.1 Xây dựng đồ thị công

1.1.1 Các thông số xây dựng đồ thị

1.1.1.1 Các thông số cho trước

- Nhiên liệu: Gasoline

- Số xilanh / số kỳ / số kỳ : 8/4/kiểu chữ V

- Tốc độ trung bình của piston

- Áp suất khí nạp pk: Đối với động cơ xăng bốn kỳ không tăng áp, pk đượcchọn:

Chọn pk = p0 = 0,1[MN/m2]

- Áp suất khí cuối kỳ nạp pa: Đối với động cơ bốn kỳ tăng áp, pa được tính

=91*5020*10^-3/30=15.227 (m/s)

pa = (0,8  0,9).pk [MN/m2] ta chọn là 0,80 [1]vậy pa = 0,80.0,1 = 0,08 [MN/m2]

- Áp suất khí sót pr: Đối với động cơ xăng bốn kỳ không tăng áp được chọn:

^ 6 10 / 1 5 ρ

ε

p δ

p p

2

z n

π.D S.

] [dm 6312 , 0 4

π.94

0 1 6 10

6312

5020 π 30

const V

n nx



1 n

nx

c c nx

V

Vp

V

i 

Khi đó ta có áp suất nén tại điểm bất kỳ x :

1 n

c nx

1,32

10.6 08



=1.605018673[MN/m2]

1.1.3 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:

const V

n gnx

V

V p

z n

z gnx

z gnx

VρVp

VV

pp

V

i 

Khi đó ta có áp suất giãn nở tại điểm bất kỳ x:

2 nρ

p 

1.1.4 Biểu diễn các thông số

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



cbd

c VV

V

0065625 ,

0 10

V

0441 , 85 0,00518331

p

028333 ,

0 180

5.5

μp   [MN/(m2.mm)]

Bảng 1-1: Bảng giá trị đồ thị công

in1 1/in1 pc.(1/in1) in2 1/in2 pz.ρn2.(1/in2)

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

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

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

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

Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau:

+ Chọn tỉ lệ xích: Biểu diễn áp suất cực đại Pzbd = 160 220 mm

028333

0 180

0 10

+ Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳngsong song với trục hoành đi qua hai điểm Pa và Pr Ta có được đồ thị công lýthuyết

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

- Tỉ lệ xích đồ thị brick:

- Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng :

- Giá trị biểu diễn :

- Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm:

 Đánh lửa sớm (c’)

 Mở sớm (b’) đóng muộn (r’’) xupap thải

 Mở sớm (r’) đóng muộn (a’) xupap hút

- Áp suất cực đại của chu trình thực tế thường nhỏ hơn áp suất cực đại trongtính toán :

= 0.94611 (mm/mm)

= 0.25*45.5/(2*0.94611)

pz’ = 0,85.pz = 0,85.5,1 = 4.335 (MN/m2)

Vẽ đường đẳng áp pz’ = 4.335(MN/m2)

Từ đồ thị Brick xác định góc 100 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

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

- 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 trìnhgiãn nở lý thuyết do mở sớm xupap thải

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

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

1.2 Động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ

1.2.1 Xây dựng đồ thị chuyển vị piston bằng phương pháp đồ thị Brick

180



M 0

- Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính 45 5

2

91 2

S

- Chọn tỷ lệ xích ssao cho S/µs= Vh /µv

0.94611 0.6312

0.0065625

* 91 V

45.5 μ

R R

6875 5 2

0,25 5 45

- 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 mákhuỷu OB (hình 1.2) 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 chếtdưới).Theo Brick đoạn AC = x

- Thật vậy, ta có thể chứng minh điều này rất dễ dàng

λ cosα 1 R

= 11 (mm)

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 Nốicác điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x của piston theo 



10 và trên vòng 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 ngượckim đồng hồ, còn trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số 0’,1’,2’, , 18’ theo chiềukim 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 thẳngvuông góc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R2 ta

kẻ các đường thẳng song song với AB Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tương ứngtheo từng cặp 0-0’;1-1’; ;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, , 18 Nối cácđiểm này lại bằng một đường cong và cùng với nửa vòng tròn bán kính R1 biểudiễn trị số vận tốc v bằng các đoạn 0, a,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 hạnvận tốc của piston

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc OvS trùng với hệ toạ độ OS , trục thẳng đứng Ovtrùng với 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 cáchbằng khoảng cách các đoạn 0, a,2b,3c, , 0 Nối các điểm 0, a ,b c, , 18 lại vớinhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc của piston v=f(S)

Hình 1- 2: Đồ thị Vận tốc V = f(S) của động cơ X74-0413

1.2.3 Xây dựng đồ thị gia tốc bằng phương pháp đồ thị Tôlê

- Theo phương pháp giải tích lấy đạo hàm của vận tốc theo thời gian ta có côngthức để tính gia tốc của piston:

) cos2 λ (cosα ω

=45,5*(1+0,25)*525,4266667^2*10^-3=15701.662 [m/s2]

λ) (1 ω R

-45,5*(1-0,25)*525,4266667^2*10^-3=-9420.99734 [m/s2]

- Chọn tỷ lệ xích:

1969934

261

J μ

9420.99734 -

μ

J BD

-36.068 261.197

4266 525 45,5.10 0,25

đoạn FD: F, 1’, 2’, 3’,4’,D Nối các điểm chia 11',22',33', Đường bao của cácđoạn này là đường cong biểu diễn gia tốc của piston: J = f(s).

A

ÂCT C

B ÂCD

D F

E

3 2 1

Hình 1- 3: Đồ thị gia tốc J=f(S) của động cơ X74-0413

1.3 ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ

1.3.1 Xác định khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến

- Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyểnđộng tịnh tiến bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanhtruyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền

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 chọntùy 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

m1 = (0,275  0,35).mtt (1.34)Trong đó:

+ mtt: Khối lượng nhóm thanh truyền Theo đề ta có mtt = 1.2 [kg]

0.0094 π

1.36 4

πD

m' F

P J  

- Từ công thức (1.37) ta xác định được:

max Jmax m J

- 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

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

0,002833 μ

μP p

J   [MN/(m2.mm)]

- Trục hoành trùng với trục Po của đồ thị công

6579 108 μ

P AC

j P

65 μ

P BD

j P

Jmin





j p

2

μ

ω λ R m 3

194 65 0,028333

4267 525 25 , 0 10 5 , 45 10 071 196

- 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 triểnnhư 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 songvới trục hoành sang hệ trục toạ độ OP

+Từ các điểm chia trên trục O, kẻ các đường song song với trục OP, nhữngđường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của đồ thịBrick 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 :

P - α ta phải đổi dấu

1.3.5 Vẽ đồ thị P 1 - 

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

N

l Pk

T Ptt

P1 Ptt N

Z

Ptt O







Hình 1-6: Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm

- Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

- Tính giá trị của T tb bằng công thức:

nFRπ

N30T

P

i tb

) 10 (81 π 4

D π F

2 3 2

1.3.8 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 lênchốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình củaphụ 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 vực chịu lực ít nhất để xác định vịtrí 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 = 0,028333 [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 vớicác góc  từ 00 720 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụ tải tácdụng lên chốt khuỷu

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

.R.ω m P

+ m2: khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu to

84 0 2 1 0,7 m 0,7

Với tỷ lệ xích Z ta dời gốc toạ độ O’ xuống O một đoạn O’O.

69 53 0,02833

1,5212 μ

19 20

17 18

14 15 16

6

0 23

34

1 2

7 5

12

9 10 11 8 13

1 2

20 21 22 23 24 25 26 27

28 64

67 68 69 70 71

29

31 32 33

34 35

36

37 38

39 40 41

45 46 47

48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61

63 62

Qtb  

Hình 1-10 Đồ thị khai triển của véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

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

Dựa trên nguyên lý lực và phản lực tác dụng tại 1 điểm bất kỳ trên chốt khuỷu vàđầu to thanh truyền và xét đến sự chuyển động tương đối của chúng, ta có thể xâydựng được đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền, nhờ có kết quả xây dựng đồthị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Tại bất kỳ một điểm trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, chúng ta hoàntoàn xác định được giá trị, phương, chiều và điểm đặt của lực tác dụng lên chốt khuỷu.Bây giờ chúng ta xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền tức làtìm các phản lực tác dụng lên ổ trượt đầu to thanh truyền do phụ tải Q trên chốt khuỷugây ra

Như vậy, ứng với một giá trị Q ta sẽ có một phản lực Qi bằng nhau về giá trị nhưngngược chiều nhau Còn điểm đặt của phản lực này do có sự chuyển động tương đối nêntại vị trí của một chốt khuỷu có góc i thì trên đầu to thanh truyền sẽ có một góc tươngứng là i + i, chiều quay của đầu to thanh truyền ngược chiều quay với chốt khuỷu

- Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền được xây dựng bằng cách :

- Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm Otrùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho cácđiểm 00, 100, 200, 300,  trùng với trục OZ của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Đồng thờiđánh dấu các điểm đầu mút của các véc tơ Q0 , Q10 ,Q20 ,Q30 , của đồ thị phụ tảitác 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

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

1.3.11 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu

- Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng thái chịutải của các điểm trên bề mặt trục Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lýthuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúng nguyêntắc 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