đồ án động cơ đốt trong về động cơ diesel về hệ thống nhiên liệu (có kèm bản excel thuyết minh và cad)

+ Từ các điểm chia trên trục 0α kẻ các đường thẳng song song với 0P cắt nhữngđiểm dóng ngang tại những điểm ứng với điểm chia trên đồ thị Brick và phù hợpvới quá trình làm việc của động

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu 1

Phần 1 Phương pháp, tính toán xây dựng đồ thị công, động học và động lực học 2

1.1 Tính toán xây dựng dồ thị công 5

1.2 Đồ thị Brick 10

1.3 Xây dựng đồ thị vận tốc V = f(α) 11

1.4 Xây dựng đồ thị gia tốc j = f(x) 12

1.5 Xây dựng đồ thị lực quán tính Pj 13

1.6 Xây dựng đồ thị khai triển P kt ,P j,P1 theo α 15

1.7 Xây dựng đồ thị T , Z , N theo α 16

1.8 Xây dựng đồ thị ΣT – α 20

1.9 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 21

1.10 Khai triển đồ thị phụ tải trong hệ tạo độ cực O thành đồ thị Q – α 23

1.11 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 24

1.12 Xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu 25

Phần 2 Phân tích đặc điểm chung của động cơ chọn tham khảo 35

Phần 3 Phân tích đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của nhóm trục khuỷu-bạc lót-bánh đà 3.1 Trục khuỷu 49

3.2 Bạc lót 52

3.3 Bánh đà 55

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh đó kỹthuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ Trong đó phải nói đến ngành động lực vàsản xuất ôtô, chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ôtô nổi tiếng trên thế giớicùng sản xuất và lắp ráp ôtô Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ

sư của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết Có như vậy ngànhôtô của ta mới đuổi kịp với đà phát triển của các quốc gia trong khu vực và trên thếgiới

Sau khi được học hai học phần của ngành động lực là nguyên lý động cơ đốt trong, kết cấu và tính toán động cơ đốt trong cùng một số môn cơ sở nghành khác (sức bềnvật liệu, cơ lý thuyết, vật liệu học, ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án mônhọc tính toán động cơ đốt trong Đây là một học phần quan trọng trong chương trìnhđào tạo của nghành động lực, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụngcác kiến thức đã học vào quá trình tính toán thiết kế động cơ đốt trong

Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ tính toán và thiết kế động cơ

D4V4-0217 với các thông số kĩ thuật đã cho Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, em đã cốgắng tìm hiểu, nghiên cứu các tài liệu bên ngoài cùng với vận dụng những kiến thức

đã học tại lớp, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án mộtcách tốt nhất Tuy nhiên, quá trình thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót

Phần 1 Phương pháp, tính toán xây dựng đồ thị công, động học và động lực học

- Các thông số tính:

+ Tốc độ trung bình của động cơ: Cm= S n30 =0,107.334030 = 11.9 (m/s)

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

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

Ta thấy rằng Cm = 11.9 (m/s) > 9 (m/s)

Suy ra động cơ trên là động cơ cao tốc

+ Áp suất cuối kỳ nạp:

Đối với động cơ cao tốc: pa = (0.9-0.96).pk Chọn pa = 0,9pk

Trong đó: pk là áp suất môi chất mới ở trước xupáp nạp

Đối với động cơ tang áp pk > pth > p0,

ε = Va Vc là tỷ số nén.

n1 = 1,32 ÷ 1,39 là tỷ số nén đa biến trung bình

Chọn n1 = 1,35

Nên pc = pa.εn1 = 0,18.171,35 = 8,91 (MN/m2)

+ Áp suất cuối quá trình giãn nở:

Từ phương trình của quá trình giãn nở đa biến:

Với ρ là tỷ số giãn nở sớm Đối với động cơ diesel ρ = 1,2÷1,5, ta chọn ρ = 1,4

Và n2 là tỷ số giãn nở đa biến trung bình

+ Thể tích công tác:

Vh= S.π D2

4

Trong đó: S là hành trình của piston, S = 107mm = 1,07 dm.

D là đường kính xilanh, D = 91mm = 0,91 dm

Suy ra: Vh= S.π D2

4 = 1,07.π 0,912

4 = 0.6959 dm3 + Thể tích buồng cháy:

Vc = V h ε−1 =0.695918−1 = 0,0409 dm3 + Vận tốc góc của trục khuỷu:

ω = π n30 = π 334030 = 349,764 (rad/s)

+ Áp suất khí sót:

Đối với động cơ cao tốc: pr = (1,05÷1,1)pth

Trong đó: pth là áp suất trước tuôcbin

Với động cơ tăng áp pth = (0,9-1.0) pk

Gọi pnx và 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 ta có:

pnx.(Vnx)n1 = const (1.1)Suy ra: pnx.(Vnx)n1 = pc.(Vc)n1⇔ pnx = pc¿)n1

Đặt i = V nx

V c , nên pnx = p c

i n1 (1.2)

- Xây dựng đường giãn nở

Gọi pgnx và Vgnx 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 ta có:

Pgnx.(Vgnx)n2 = const (1.3)Suy ra: pgnx.(Vgnx)n2 = pz.(Vz)n2⇔ pgnx = pz¿)n2

Đặt i = V gnx

Vc , nên pgnx = p z ρ n 2

- Giá trị biểu diễn của các thông số trên đồ thị:

+ Giá trị biểu diễn của thể tích buông cháy Vcbd

oo’bd= oo

'

μ s

Từ 0 lấy đoạn 00’ về phía ĐCD: oo’ = Rλλ2 = 53,5.0,244 = 0,0064 (mm)

Suy ra: oo’bd= oo

in1 1/in1 Pc*1/

in1

Pn(mm)

in2 1/in2 Pz.rn2\

in2

Pgn(mm)0.04

09

1.00

00

1.0000

1.0000

8.9100

1.0000

1.0000

6.70001Vc 1.0 0.04

1

10 1.00

0

1.000

8.910

169.714

1.000

1.000

15.883

200.000ρVcVc 1.4 0.05

7

15 1.57

5

0.635

5.657

107.757

1.513

0.661

10.500

200.0002Vc 2.0 0.08

2

20 2.54

9

0.392

3.495

66.578

2.346

0.426

6.771 128.9

743Vc 3.0 0.12

3

30 4.40

7

0.227

2.022

38.513

3.862

0.259

4.112 78.32

64Vc 4.0 0.16

4

40 6.49

8

0.154

1.371

26.118

5.502

0.182

2.887 54.98

45Vc 5.0 0.20

5

50 8.78

2

0.114

1.015

19.325

7.240

0.138

2.194 41.78

66Vc 6.0 0.24

6

60 11.2

33

0.089

0.793

15.108

9.060

0.110

1.753 33.39

27Vc 7.0 0.28

7

70 13.8

32

0.072

0.644

12.270

10.951

0.091

1.450 27.62

5

7 64 0 8 6 06 7 09Vc 9.0 0.36

8

90 19.4

19

0.051

0.459

8.740 14.9

18

0.067

1.065 20.27

910V

0.398

7.581 16.9

82

0.059

0.935 17.81

411V

0.350

6.666 19.0

95

0.052

0.832 15.84

412V

0.311

5.927 21.2

52

0.047

0.747 14.23

613V

0.279

5.320 23.4

50

0.043

0.677 12.90

114V

0.253

4.813 25.6

88

0.039

0.618 11.77

715V

0.230

4.385 27.9

64

0.036

0.568 10.81

916V

0.211

4.019 30.2

74

0.033

0.194

3.704 32.6

18

0.031

0.180

3.428 34.9

93

0.029

0.454 8.645

1.1.2 Cách vẽ đồ thị công động cơ Diesel 4 kì tăng áp

+ Vẽ hệ trục tọa độ P-V theo tỉ lệ xích:μv = 0,00409 (dm3/mm), μp = 0,0525 (MN/

m2.mm)

+ Từ bảng giá trị đồ thị công ta vẽ đường nén và đường giãn nở

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

- Điểm c : (Vc , Pc= 8,91 MN/m2).

- Điểm mở cửa xupap thải b : Xác định từ đồ thị Brick ứng với α3 = 54o

- Điểm mở cửa quét d : Xác định từ đồ thị Brick ứng với α1= 24,5o và pa = 0,18(MN/m2)

- Điểm bắt đầu nén a : Xác định từ đồ thị Brick ứng với α4= 26o và pa= 0,18(MN/m2)

- Điểm y : (Vc , py = 10,5 MN/m2)

- Điểm áp suất cực đại lý thuyết z’: ( 1,3 Vc , pz’= 10,5 MN/m2 )

- Điểm áp suất cực đại thực tế z’’: ( 0,65 Vc , pz’’= 10,5 MN/m2 )

Đồ thị công

C

A

B R

180

 M

1.2.1 Xác định độ dịch chuyển x của piston bằng phương pháp đồ thị Brick

+ Vẽ đường tròn tâm O bán kính R Do đó AD = 2R Điểm A ứng với góc quay α =

0o (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với góc quay α = 180o( vị trí điểm chết dưới)

+ Từ o lấy đoạn oo’ dịch về phía ĐCT , với oo’bd = 2 μ Rλλ

s = 53,5.0,242.0,63 = 10,19(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 = R [(1-cosα) + 4λ (1- cos2α )] = x

1.2.2 Xây dựng đồ thị chuyển vị S = f (α)

+ Từ o’ kẻ các tia ứng với các góc từ 0o, 10o, 20o…180o.Các tia này cắt nửa đườngtròn Brick tương ứng tại các điểm 0, 1, 2,…, 18

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

- Trục thẳng đứng Oα biểu diễn giá trị α từ 0o÷180o với tỉ lệ xích μ α= 2010 = 2(mm độ)

- Trục nằm ngang OS Biểu diễn giá trị của S với tỉ lệ xích μ S= 0,63 (m/mm)

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

0o,10o,20o,…,180o ta kẻ các đường thẳng nằm ngang song song với OS Những đườngthẳng tương ứng trên 2 trục sẽ giao nhau tại các điểm cắt Đường cong đi qua cácđiểm cắt này sẽ biểu diễn độ dịch chuyển của piston theo : S = f(α¿

+ Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1 và vòng tròn bán kính R2 ra thành 18 phầnbằng nhau Như vậy ứng với góc α ở nửa vòng tròn bán kính R1 thì ở vòng tròn bánkính R2 sẽ là góc 2α

+ Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1 ta đánh số thứ tự từ 0,1,2 …,18ngược chiều kim đồng hồ và trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số thứ tự từ0’,1’,2’, , 18’(điểm 0’≡18’) thuận chiều kim đồng hồ

+ Từ các điểm chia 0,1,2,…,18 trên nửa vòng tròn bán kính R1 ta kẻ các đườngthẳng vuông góc với AB cắt các đường thẳng song song với AB kẻ từ các điểm0’,1’,2’,…18’ trên đường tròn bán kính R2 tại các điểm A, a, b, c,…, q, B Đường

cong đi qua các điểm A, a, b, c,…, q, B cùng với nửa vòng tròn bán kính R1 biểudiễn trị số vận tốc v bằng các đoạn thẳng a1,b2 ,q17 ở các góc α tương ứng.

Thật vậy, chẳng hạn tại điểm 1 trên đồ thị ta có:

va = a1 = aa’+ a’1= R2 .sin2 α + R1.Sinα = 2λ RωSin2α + RωSinα

⇔ va = a1= Rω (2λ.Sin2α + Sinα )

- Từ A dựng đoạn thẳng AC vuông góc với AB, với AC = jmaxbd = 60 (mm).

- Từ B dựng đoạn thẳng BD vuông góc với AB, với BD= jminbd = - 36,78 (mm)

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

- Chọn tỷ lệ xích μpj = μp= 0,0525 ( MN

m2 mm )

- Khối lượng chuyển động tịnh tiến m’ = mpt + m1

Trong đó mpt= 0,9 kg là khối lượng nhóm piston

m1 là khối thanh truyền tham gia chuyển động tịnh tiến quy về đầu nhỏthanh truyền

Đối với động cơ ô tô, máy kéo ta lấy m1 = (0,275 ÷ 0,35) mtt , chọn m1 = 0,3 mtt

Đã cho mtt = 1,2 kg là khối lượng nhóm thanh truyền

Suy ra m1 = 0,3.1,2 = 0,36 kg

Suy ra m’ = mpt + m1 = 0,9 +0,36 = 1,26 kg

Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công thì phải lấy trục P0 trên

đồ thị công làm trục hoành cho đồ thị -Pj đồng thời đồ thị -Pj phải có cùng thứnguyên và cùng 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 Tức là thay:

1.6 Xây dựng đồ thị khai triển P kt ,P j,P1 theo α

a Vẽ P kt-α

- Đồ thị P kt-α được vẽ bằng cách khai triển P theo α từ đồ thị công trong một chutrình của động cơ ( động cơ 2 kỳ α = 0,5,10,15,…,3600).Để được đồ thị P kt-α ta đặttrục hoành của đồ thị mới ngang với trục chứa giá trị P0 của đồ thị công.Vì áp suấtkhí thể Pkt = P – P0

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

+ Từ các điểm chia trên trục 0α kẻ các đường thẳng song song với 0P cắt nhữngđiểm dóng ngang tại những điểm ứng với điểm chia trên đồ thị Brick và phù hợpvới quá trình làm việc của động cơ.Nối các giao điểm nạy lại ta được đồ thị P kt-α

b Vẽ P j-α

- Cách vẽ giống với cách khai triển đồ thị công nhưng giá trị của điểm tìm đượcứng với α chọn trước sẽ được lấy đối xứng qua trục 0α với vì đồ thị trên cùng trụctọa độ với đồ thị công là đồ thị -P j

Đồ thị khai triển

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

PktN

Ptt

P1

PR0Z

Ptt

TR

a

a + ßA

- Phân tích P1 ra làm 2 thành phần lực :

⃗p1 = ⃗p tt + ⃗N (1.6)

Trong đó: p1 là thành phần lực tác dụng lên đường tâm thanh truyền

N là thành phần lực tác dụng lên phương thẳng góc với đường tâm xilanh

- Từ quan hệ lượng giác ta có thể xác định được trị số của p ttvà N:

{p tt= p1

Cosβ N= p1.tgβ (1.7)

- Ta lại phân tích p tt ra làm 2 thành phần lực: lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z

{T = p tt sin(α+ β)= p1 sin (α+ β)

cosβ Z= p tt cos(α+ β)= p1 cos(α +β)

cosβ

(1.8)

b Xây dựng đồ thị T, Z , N theo α

- Từ đồ thị p1- α tiến hành đo giá trị biểu diễn của p1 theo α = 00, 50, 100, …,

3600 Sau đó xác định β theo quan hệ: Sinβ = λ.Sinα ⇒ β = arcsin(λ.Sinα )

- Do đó, với mỗi giá trị của α ta có một giá trị của β tương ứng Từ quan hệ ở cáccông thức (1.7) và (1.8) , ta lập được bảng giá trị của đồ thị T, N, Z – α

- Bảng 1-2: Bảng giá trị T, N, Z - α (μT = μN = μZ = μp = 0,0525 (MN/m2.mm).a(độ) p1 tính sin(a+b)/

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

a 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 xác địnhđược vị trí chịu phụ tải bé nhất trên chốt khuỷu để khoan lỗ dầu bôi trơn.

b 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 từ 0, 5, 10,…, 360,ứng với các góc α từ 00, 50, 100,…, 3600

- Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn phụ tải tác dụng lên chốtkhuỷu

- Dời gốc tọa độ O’ theo phương trục Z một đoạn O’O bằng giá trị biểu diễn củalực quán tính li tâm PRo

- Tính lực quán tính li tâm PRo:

Ta có: PRo = m2.R.ω2

Trong đó: m2 là khối lượng nhóm thanh truyền quy về đầu to thanh truyền, tính trênmột đơn vị diện tích đỉnh piston

Suy ra: PRo = -0,84.0,535.349,72 =- 5497,7 (N/m2)

Giá trị biểu diễn O ’O = PRobd = P μ Rλo

+ 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

1.10 Khai triển đồ thị phụ tải trong hệ tạo độ cực O thành đồ thị Q – α

- Chọn tỉ lệ xích μQ = μp = 0,0525 (MN/m2.mm)

μ α = 1 (0/ mm)

- Tiến hành đo các khoảng cách từ tâm O đến các điểm Ai(Ti, Zi) ứng với các góc αitrên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Ta nhận được các giá trị của Qi tươngứng

+ Đặt các cặp điểm (Q, α) lên hệ trục tọa độ.

+ Đường cong nối các điểm này biểu diễn đồ thị Q - α cần vẽ

- Xác định giá trị biểu diễn của Qtb: Qtbbd = ΣTtb = Σ(Qi)/36 =35,5 mm

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

a 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 làtâm O Vẽ một vòng tròn tâm O bán kính bất kì Giao điểm giữa đường tâm thanhtruyền và vòng tròn là điểm gốc 00

- Chia vòng tròn tâm O thành 36 phần theo chiều kim đồng hồ xuất phát từ gốc 00 ,các điểm chia sẽ tương ứng với các góc (α i+β i) Để đơn giản tại các điểm chia trênvòng tròn thay vì ghi giá trị (α i+β i) ta chỉ ghi giá trị α i.Tức là ghi 0,10,20,…,360

- 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 đồthị

- Lúc này trên tờ giấy bóng hiện lên điểm 0 của đầu mút vectơ ⃗Q 0 , ta ghi điểm đầu

bằng 0 lên tờ giấy bóng Lần lượt xoay tờ giấy bóng ngược chiều kim đồng hồ chocác điểm chia 10, 20, 30, …, 360 trùng với trục OZ Đồng thời đánh dấu đầu mút củacác vectơ ⃗Q 10, ⃗Q 20, ⃗Q 30, …,⃗Q 360 của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu trên

tờ giấy bóng bằng các điểm 10, 20, 30, …, 360

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

b 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