Tính toán thiết kế động cơ x14 0513

3.4.Tính quạt gió: Lượng không khí, áp suất động do quạt tạo ra và công suất cho quạt phụ thuộc vào số vòng quay của trục quạt: lượng không khí tỷ lệ bậc nhất, áp suất tỷ lệ bậc hai, và công suất tỷ lệ bậc ba so với số vòng quay. Khi tính toán quạt gió ta cần lưu ý rằng: khi tính quạt gió của động cơ ôtô nên tính đến ảnh hưởng của tốc độ gió gây ra do tốc độ chuyển động của ôtô. Do đó lưu lượng thực tế của quạt thường lớn hơn lưu lượng tính toán: Gkk Mức độ lớn bé của lưu lượng thực tế phụ thuộc vào tốc độ của ôtô. Khi tốc độ ôtô lớn, lưu lượng thực tế đi qua két nước tăng lên nên lưu lượng không khí do quạt cung cấp giảm xuống rõ rệt. Lưu lượng của quạt gió phụ thuộc vào kích thước của quạt gió, có thể xác định lưu lượng của quạt gió theo công thức sau:

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ

Động cơ Xăng nên chọn =1

- Áp suất cuối quá trình giản nở :

- Gọi , 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 :

= const (1.1)

Đặt i= , ta có : = (1.2)

Để dễ vẽ ta chia thành khoảng , khi đó i= 1, 2, 3, 4……

1.2.4 Xây dựng đường giãn nở.

- Gọi , là 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 :

Để dễ vẽ ta chia thành khoảng , khi đó i = 1, 2, 3, 4……

1.2.5 Biễu diễn các thông số.

- Biểu diễn thể tích buồng cháy : = 20 mm

Vậy = = = 0,002

 Giá trị biểu diễn của = = = 190 [mm]

- Biểu diễn áp suất cực đại : = 160÷220 [mm] Chọn = 200 [mm]

µ

, , =

[mm]

OO’= = = 5,294 [mm] ⇒ = = 11,875[mm]

Bảng 1-1 : Bảng giá trị Đồ thị công động cơ Xăng

Hình 2- 6: Đồ thị công động cơ xăng 4 kỳ không tăng áp

- 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:

• Điểm đánh lửa sớm : c’ xác định từ Brick ứng với θs;

• Điểm c(Vc;Pc)=(0,039;1,913) => c(20;75,016)

• Điểm r(Vc;Pr)=(0,039;0,107) => r(20;4,2)

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

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

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

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

1.3 Đồ thị Brick.

1.3.1 Phương pháp

- Vẽ vòng tròn tâm O , bán kính R Do đó AD=2R Điểm A ứng với góc quay

α=00(vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi α=1800 (vị trí điểm chết dưới)

- Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía ĐCD như hình 1.3 , với :

OO’ = 2 5,294

25 , 0 35 , 42

α A

α

Hình 1-3: Phương pháp vẽ đồ thị Brick

mm mm R

s

=

=

=µ

từ 0 ÷180 với tỉ lệ xích: µα =2/mm, trục OS nằm ngang biểu diễn giá trị S với

.

đồng tâm với nữa vòng tròn có bán kính R1[mm]

- Đẳng phân định hướng chia nữa vòng tròn R1 và vòng tròn R2 thành n phần đánh

số 1, 2 , 3, …, n và 1’ , 2’ , 3’ ,…, n’ theo chiều như trên hình 1.4

- Từ các điểm 0 , 1 , 2 , 3 ,… kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường songsong với AB kẻ từ 0’ , 1’ , 2’, 3’,… tại các điểm o , a , b , c … Nối các điểm o , a,

b , c… bằng các đường cong ta dược đường biểu diễn trị số tốc độ

- Các đoạn thẳng ứng với a1 , b2 , c3 ,… nằm giữa đường cong o, a ,b , c…với nữađường tròn R1 biểu diễn trị số tốc độ ở các góc α tương ứng;

Được chứng minh như sau:

R

0' 1'2'3' 4'5' 6' 7' 8' 9' 10' 11'

= -9563,888 [m/s2].

- Chọn giá trị biểu diễn của Jmax [mm]

⇒ = s mm

m J

J

bd j

2 max

maxµ

- Giá trị biểu diễn EF là : EF = = = -48[mm]

- Dùng phương pháp TôLê ta có đồ thị như hình sau:

1.6 Vẽ đồ thị lực quán tính.

1.6.1 Phương pháp.

- Ta có lực quán tính : Pj = -m j ⇒ -Pj = m j Do đó thay vì vẽ Pj ta vẽ -Pj lấy trụchoành đi qua po của đồ thị công vì đồ thị -Pj là đồ thị j = f(x) có tỷ lệ xích khác màthôi Vì vậy ta có thể áp dụng phương pháp TôLê để vẽ đồ thị -Pj = f(x)

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

m1 = (0,275÷0,350)mtt=(0,275 0,35).0,8 = 0,22 [kg].

m2 = (0,650÷0,725)mtt=(0,65 0,725).0,8 = 0,52 [kg]

m’ = 0,22 + 0,6 = 0,82 [kg] ; = =4,416 []

= 185,610 [kg]

- 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

m2 _ khối lượng nhóm thanh truyền qui về đầu to

MN

.

2

- Giá trị biểu diễn của : -Pjmax = Pj

j

P

µmax

1.7.Đồ thị khai triển: P kt , P j , P 1 -α

1.7.1.Vẽ P kt - α

- Đồ thị Pkt-α được vẽ bằng cách khai triển P theo α từ đồ thị công trong 1 chu trìnhcủa động cơ (Động cơ 4 kỳ: α=0,10,20, ,720o) Nếu trục hoành của đồ thị khai triểnnằm bằng với trục hoành của đồ thị công thì ta được P - α, Để được Pkt - α ta đặttrục hoành của đồ thị mới ngang với trục chứa giá trị p0 ở đồ thị công Làm như vậybởi vì áp suất khí thể : Pkt = P - P0

- Cách khai triển là dựa vào đồ thị Brick và đồ thị công để xác định điểm có áp suấttheo giá trị α cho trước

1.7.2.Vẽ P j - α

- Cách vẽ giống cách khai triển đồ thị công nhưng giá trị của điểm tìm được ứng với

α chọn trước lại được lấy đối xứng qua trục oα , bởi vì đồ thị trên cùng trục tạo độvới đồ thị công là đồ thị -Pj

- Sở dĩ khai triển như vậy bởi vì trên cùng trục toạ độ với đồ thị công nhưng -Pjđược vẽ trên trục có áp suất P0

Hình 1-10 Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

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

P1 = Pkt + Pj (1.8)

- Nhưng trong quá trình tính toán động lực học các lực này thường tính trên đơn vịdiện tích đỉnh Piston nên sau khi chia hai vế của đẳng thức (1.8) cho diện tích đỉnhPiston Fpt ta có :

ptt _ tác dụng trên đường tâm thanhn truyền

N _ tác dụng trên phương thẳng góc với đuường tâm xy lanh

N p

= +

=

+

= +

=

β

βαβ

α

β

βαβ

α

cos

) cos(

) cos(

cos

) sin(

) sin(

1

1

p p

Z

p p

- Từ đồ thị p1 - α tiến hành đo giá trị biểu diễn của p1 theo α = 00,100, 200,

300…,7200 Sau đó xác định β theo quan hệ:

MN

P N Z

µ

P1[MN/m2] a(độ) b(độ) T [mm] Z [mm] tanb N [mm]

-2.950 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000 -115.669 0.000 0.000-2.904 10.000 2.488 0.216 -24.649 0.977 -111.293 0.043 -4.949-2.697 20.000 4.905 0.423 -44.710 0.910 -96.298 0.086 -9.078-2.364 30.000 7.181 0.609 -56.468 0.803 -74.446 0.126 -11.680-1.929 40.000 9.247 0.768 -58.059 0.661 -50.032 0.163 -12.316-1.426 50.000 11.041 0.891 -49.862 0.493 -27.593 0.195 -10.914-0.873 60.000 12.504 0.977 -33.437 0.308 -10.540 0.222 -7.590-0.367 70.000 13.587 1.022 -14.728 0.115 -1.655 0.242 -3.4820.132 80.000 14.253 1.029 5.315 -0.077 -0.395 0.254 1.3120.575 90.000 14.478 1.000 22.538 -0.258 -5.819 0.258 5.8190.946 100.000 14.253 0.941 34.895 -0.424 -15.721 0.254 9.4231.241 110.000 13.587 0.857 41.700 -0.569 -27.692 0.242 11.7601.465 120.000 12.504 0.755 43.370 -0.692 -39.747 0.222 12.7371.604 130.000 11.041 0.641 40.293 -0.792 -49.831 0.195 12.2731.689 140.000 9.247 0.518 34.316 -0.871 -57.674 0.163 10.7851.726 150.000 7.181 0.391 26.451 -0.929 -62.865 0.126 8.5251.744 160.000 4.905 0.261 17.878 -0.969 -66.281 0.086 5.8701.754 170.000 2.488 0.131 9.000 -0.992 -68.255 0.043 2.9891.757 180.000 0.000 0.000 0.000 -1.000 -68.905 0.000 0.0001.755 190.000 -2.488 -0.131 -9.004 -0.992 -68.279 -0.043 -2.9901.747 200.000 -4.905 -0.261 -17.902 -0.969 -66.373 -0.086 -5.8781.731 210.000 -7.181 -0.391 -26.534 -0.929 -63.064 -0.126 -8.5521.699 220.000 -9.247 -0.518 -34.519 -0.871 -58.016 -0.163 -10.8481.618 230.000 -11.041 -0.641 -40.651 -0.792 -50.274 -0.195 -12.3821.492 240.000 -12.504 -0.755 -44.173 -0.692 -40.482 -0.222 -12.9721.278 250.000 -13.587 -0.857 -42.969 -0.569 -28.535 -0.242 -12.1171.000 260.000 -14.253 -0.941 -36.906 -0.424 -16.627 -0.254 -9.966

0.653 270.000 -14.478 -1.000 -25.595 -0.258 -6.609 -0.258 -6.6090.243 280.000 -14.253 -1.029 -9.801 -0.077 -0.729 -0.254 -2.420-0.208 290.000 -13.587 -1.022 8.334 0.115 -0.937 -0.242 1.970-0.641 300.000 -12.504 -0.977 24.560 0.308 -7.742 -0.222 5.575-1.072 310.000 -11.041 -0.891 37.484 0.493 -20.742 -0.195 8.204-1.412 320.000 -9.247 -0.768 42.486 0.661 -36.612 -0.163 9.013-1.574 330.000 -7.181 -0.609 37.592 0.803 -49.561 -0.126 7.776-1.219 340.000 -4.905 -0.423 20.205 0.910 -43.519 -0.086 4.103-0.762 350.000 -2.488 -0.216 6.467 0.977 -29.202 -0.043 1.298-0.183 360.000 0.000 0.000 0.000 1.000 -7.192 0.000 0.0001.306 370.000 2.488 0.216 11.083 0.977 50.043 0.043 2.2251.315 367.000 1.746 0.152 7.845 0.989 50.994 0.030 1.5720.859 380.000 4.905 0.423 14.245 0.910 30.680 0.086 2.892-0.018 390.000 7.181 0.609 -0.429 0.803 -0.566 0.126 -0.089-0.303 400.000 9.247 0.768 -9.116 0.661 -7.855 0.163 -1.934-0.274 410.000 11.041 0.891 -9.565 0.493 -5.293 0.195 -2.094-0.027 420.000 12.504 0.977 -1.051 0.308 -0.331 0.222 -0.2390.275 430.000 13.587 1.022 11.016 0.115 1.238 0.242 2.6040.637 440.000 14.253 1.029 25.700 -0.077 -1.911 0.254 6.3450.983 450.000 14.478 1.000 38.545 -0.258 -9.952 0.258 9.9521.286 460.000 14.253 0.941 47.431 -0.424 -21.369 0.254 12.8081.531 470.000 13.587 0.857 51.454 -0.569 -34.170 0.242 14.5101.718 480.000 12.504 0.755 50.889 -0.692 -46.638 0.222 14.9451.831 490.000 11.041 0.641 46.006 -0.792 -56.895 0.195 14.0131.886 500.000 9.247 0.518 38.325 -0.871 -64.413 0.163 12.045

1.770 570.000 -7.181 -0.391 -27.127 -0.929 -64.473 -0.126 -8.7431.722 580.000 -9.247 -0.518 -34.989 -0.871 -58.805 -0.163 -10.9961.631 590.000 -11.041 -0.641 -40.974 -0.792 -50.673 -0.195 -12.4801.492 600.000 -12.504 -0.755 -44.173 -0.692 -40.482 -0.222 -12.9721.268 610.000 -13.587 -0.857 -42.611 -0.569 -28.297 -0.242 -12.0160.973 620.000 -14.253 -0.941 -35.895 -0.424 -16.172 -0.254 -9.6930.602 630.000 -14.478 -1.000 -23.601 -0.258 -6.094 -0.258 -6.0940.159 640.000 -14.253 -1.029 -6.409 -0.077 -0.477 -0.254 -1.582-0.340 650.000 -13.587 -1.022 13.641 0.115 -1.533 -0.242 3.225-0.846 660.000 -12.504 -0.977 32.398 0.308 -10.213 -0.222 7.355-1.399 670.000 -11.041 -0.891 48.915 0.493 -27.068 -0.195 10.706-1.902 680.000 -9.247 -0.768 57.243 0.661 -49.328 -0.163 12.143-2.337 690.000 -7.181 -0.609 55.821 0.803 -73.592 -0.126 11.546-2.670 700.000 -4.905 -0.423 44.261 0.910 -95.330 -0.086 8.987-2.877 710.000 -2.488 -0.216 24.419 0.977 -110.254 -0.043 4.902-2.950 720.000 0.000 0.000 0.000 1.000 -115.669 0.000 0.000

4 180

Bảng 1-3 : Bảng thứ tự làm việc của động cơ

- Từ bảng 1.3 ta có , khi α1 = 0 xy lanh1 ở đầu quá trình nạp thì:

+ Xy lanh 2 ở đầu quá trình nén nên α2 = 1800 (vì nén ứng với α = 1800)

+ Xy lanh 3 ở đầu quá trình thải nên α3 = 5400 (vì thải ứng với α=5400)

+ Xy lanh 4 ở đầu quá trình cháy - giản nở nên α4 = 3600 (vì cháy - giản nở

100.000 17.797 640.000 -3.269 460.000 24.190 280.000 -4.999 33.719110.000 21.267 650.000 6.957 470.000 26.242 290.000 4.250 58.716120.000 22.119 660.000 16.523 480.000 25.953 300.000 12.526 77.121130.000 20.550 670.000 24.947 490.000 23.463 310.000 19.117 88.076140.000 17.501 680.000 29.194 500.000 19.546 320.000 21.668 87.909150.000 13.490 690.000 28.468 510.000 14.774 330.000 19.172 75.904160.000 9.118 700.000 22.573 520.000 9.812 340.000 10.305 51.808170.000 4.590 710.000 12.454 530.000 4.871 350.000 3.298 25.213180.000 0.000 720.000 0.000 540.000 0.000 360.000 0.000 0.000

Ta có đồ thị ∑T-α như hình sau :

1.10 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

- Từ bảng giá trị T , Z−α , chọn hệ trục toạ độ OTZ có chiều dương của trục Z là

chiều hướng xuống dưới

- Trước hết biểu diễn quan hệ T-Z lên hệ trục toạ độ sau đó dời gốc toạ đô O theo

phương chiều của trục Z đoạn bằng giá trị biểu diễn của PRo

m m

π

=



kg

=

P

Ro Ro

P P

µ [mm]

Ta có đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu như hình sau :

1.11 Đồ thi 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 :- Đem

tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng vớitâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm

00 , 100 , 200 , 300, … trùng với trục +Z của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Đồng thời

đánh 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 dụngtrên đầu to thanh truyền

1.13 Đồ thị khai triển Q(α )

-Từ đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu nhỏ thanh truyền tiến hành đo giá trị

của các véc tơ lực Q0,Q10,Q20,Q30 ,…,Q7 20 sau đó khai triển theo hệ trục toạ độmới Q- α

Chương 2 Phân Tích Động Cơ Tham Khảo

2.1 Giới thiệu động cơ chọn tham khảo.

- Sau khi tham khảo một số loại động cơ xăng của ôtô thì em nhận thấy động cơVAZ 21213 có các thông số kỹ thuật tương đương với động cơ mà đề cho

- Các thông số kỹ thuật của động cơ VAZ 21213 chọn tham khảo :

Số xilanh/Số kỳ/Cách bố trí 4/4/In-line 4/4/In-line

Hệ thống phân phối khí 16 valve/DOHC 8 valve/SOHC

Hệ thống nạp Không tăng áp Không tăng áp

Hình 2-1.Hình chiếu đứng mặt cắt ngang của động cơ

Hình 2-2.Hình chiếu cạnh mặt cắt ngang của động cơ

2.2 Các đặc điểm chung của động cơ tham khảo.

2.2.1 Nhóm pistom, thanh truyền

-Pittông được đúc bằng hợp kim nhôm, do đó khối lượng của piston tương

-Chân pittông có vành đai để tăng độ cứng vững cho piston khi làm việc Đểbôi trơn bề mặt làm việc của xylanh - piston đầu to thanh truyền có khoan một lỗ

để phun dầu lên thành xylanh

O53

76

5

43

2 1

Hình 2.3 Nhóm pittông -thanh truyền

1- Xécmăng khí; 2 - Pittông; 3- Chốt pittông; 4- Xécmăng dầu;

5- Đầu nhỏ; 6- Bulông; 7- Nắp đầu to

2.3.3 Cơ cấu phân phối khí

-Dùng phương án bố trí xupap treo(8 xupap) Trục cam được dẫn động từ trụckhuỷu thông qua bộ truyền động xích,

-Ưu điểm: rất lớn là kết cấu đơn giản và truyền động êm

-Nhược điểm : có thêm bộ căng xích nên cồng kềnh

Hình 2.5- Cơ cấu phân phân phối khí1- nắp máy; 2- xupap; 3- lò xo; 4- cò mổ; 5- thân trên; 6- trục cam;7- con đội; 8-đũa đẩy

2.3.4 Hệ thống làm mát

-Hệ thống làm mát bằng nước kiểu cưỡng bức So với kiểu làm mát bằngkhông khí thì làm mát bằng nước có cấu tạo phức tạp hơn vì có thêm két nước,bơm nước, ống dẫn nước… nhưng hiệu quả làm mát cao hơn so với kiểu là mátbằng không khí

-Kiểu làm mát: cưỡng bức tuần hoàn kín 1 vòng Kiểu này có những ưuđiểm nổi bật so với các kiểu khác: Hiệu suất làm mát cao, đỡ phải bổ sung nước,thuận lợi đối với xe đường dài, tận dụng trở lại nguồn nước để làm mát động cơ Bơm nước và quạt gió được dẫn động từ puli trục khuỷu bằng đai.Quat gió cókhớp chất lỏng(silicon) điều khiển bằng nhiệt độ, khi nhiệt độ nước làm mát thấp,tốc độ quạt giảm xuống để giúp động cơ làm nóng lên và giảm tiếng ồn, khi nhiệt

độ động cơ tăng lên, tốc độ quạt cũng tăng lên để cung cấp đủ lượng không khícho két nước, tăng hiệu quả làm mát

Hình 2.6- Hệ thống làm mát trong động cơ1.Van hằng nhiệt; 2 Bơm nước; 3 Thân máy; 4 Đương dẫnnước làm mát; 5.Nắp máy; 6 Bộ sưởi; 7 Bộđiều khiển van; 8 Ống dẫn tới két làm mát; 9 ống dẫntới bộ sưởi

2.3.5 Hệ thống bôi trơn

Kiểu cưỡng bức cácte ướt (dầu bôi trơn được chứa bên trong cácte)

Dầu bôi trơn được bơm đẩy lên bôi trơn các bề mặt làm việc, đảm bảo tốt tất cảcác yêu cầu về bôi trơn, làm mát, tẩy rửa các bề mặt ma sát, ổ trục…

Ưu điểm: cung cấp dầu đầy đủ về số lượng và chất lượng, độ tin cậy làmviệc của hệ thống bôi trơn tương đối cao

Nhược điểm: Do dầu chứa trong cácte nên khi động cơ làm việc ở độnghiêng lớn, dầu nhờn sẽ dồn về một phía khiến phao hút dầu bị hẫng, lưu lượngdầu cung cấp không đạt yêu cầu

Hình 2.7- hệ thống bôi trơn1- trục khuỷu; 2- đường dầu bôi trơn cổ trục; 3- trục của bầu lọc; 4- tấm lọc; 5-bầu lọc; 6- phao lọc; 7- đường dầu chính; 8- đường chính; 9- đường dầu phụ; 10-bánh răng; 12- bánh đai quay trục cam; 13- trục cam; 14- cổ trục cam; 15- đườngdầu bôi trơn trục cam; 17- đường dầu chính; 18- cảm biến.

2.3.6 Hệ thống nhiên liệu

CHỨC NĂNG:

động cơ làm việc tương ứng với từng chế độ hoạt động cụ thể giúp cho động cơhoạt động đạt hiệu suất cao nhất đồng thời tiết kiệm nhiên liệu nhất.

rồi chờ đến lúc xupap nạp mở thì tất cả được nạp vào trong buồng đốt động cơ để

thực hiện quá trình cháy-giãn nở ở kì tiếp theo