Bài tập lớn động cơ đốt trong Volvo B230F

-αTừ các điểm chia trên trục 0α kẻ các đường song song với trục 0p, những đường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của brich và phù hợp với quá trình làm v

I Mục lục:

Phần 1: Xây dựng đồ thị công động học và động lực học 1.Vẽ đồ thị công

1.1 chọn thông số

1.2 Xây dựng đường nén

1.3 Xây dựng đường gián nở

1.4 Biểu diễn các thông số

2.3 Hệ thống đánh lửa

2.4 Hệ thống nhiên liệu

2.5 Cơ cấu dẫn động trục cam

Phần 3: Thiết kế hệ thống phân phối khí

3.1 Giới thiệu chung hệ thống phân phối khí động cơ B230F 3.2 Kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí

II Nội dung:

Chỉ số nén đa biến trung bình: n1=1.36

Chỉ số giản nở đa biến trung bình: n2=1.26

Áp suất cuối quá trình nạp: P a=(0.8 ÷ 0.9)Pk, đối với động cơ không tăng áp có thể coigần đúng P k ≃P0 và T k ≃T0

Để vẽ đồ thị công ta cần xác định các điểm trên đường nén và đường giản nở 1.2 Xây dựng đường nén:

Gọi P nX ,V nX 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 :

1.3 Xây dựng đường giản nở:

Gọi P gnX ,V gnX 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:

Bảng giá trị đồ thị công biểu diễn trên bản vẽ:

Điểm mở sớm của xupap nạp: r’ xác định từ brich ứng với α1=14 độ

Điểm đóng muộn của xupap thải: r’’ xác định từ brich ứng với α4=11độ

Điểm đóng muộn của xupap nạp: a’ xác định từ brich ứng với α2=43 độ

Điểm mở sớm của xupap thải: b’ xác định từ brich ứng với α3=57 độ

Điểm y(α)V c ;0.85 P z¿=(15 ;161.5)

Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z(α)V c ;P z¿=(15 ;190)

Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’=2 yz '1

Điểm c’’: cc’’=3 cy1

Điểm b’’: bb’’=2ba1

Vc

b b'' a

b b'' a

2 Đồ thị brich

2.1 Phương pháp:

o o'



Hình 2: Phương pháp vẽ đồ thị Brich

Vẽ đường tròn tâm O, bán kính R Do đó AD=2R Điểm A ứng với góc quay α)=0 độ (α)vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi α)=180 độ (α)vị trí điểm chết dưới)

Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía ĐCD, với OO’=Rλλ2

Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB, hạ M’C thẳng góc với

AD Theo brich đoạn AC=x

Giá trị biểu diễn của OO ' bd=OO '

μ s =9 mm

 Độ]

S [m m]

Chia nữa vòng tròn Rλ1 và vòng tròn Rλ2 thành 12 phần bằng nhau đánh số 0,1,2,3,…,12ngược chiều kim đồng hồ và 0’,1’,….,12’ cùng chiều kim đồng hồ Cả hai xuất phát

từ tia OA

Từ các điểm chia trên ½ vòng tròn bán kính Rλ1 ta dóng các đường thẳng vuông góc với đường kính AB, các đường kẻ này sẽ cắt nhau tại các điểm 0,a,b,c, nối các điểm này lại bằng 1 đường cong ta được đường biểu diễn trị số tốc độ ,các đoạn thẳng đứngnằm giữa đường cong với ½ đường tròn Rλ1biểu diễn trị số tốc độ ở các góc α) tương ứng ,phần giới hạn của đường tròn này và ½ vòng tròn lớn gọi là giới hạn vận tốc của piston

0' 1'

5' 6' 7' 8' 9' 10' 11'

4 xây dựng đồ thị gia tốc:

Lấy AB=S=2R từ A dựng đoạn thẳng AC=J max=Rλ ω2.(1+λ )=¿16686.19656 (α)m

s2¿

Từ B dựng đoạn thẳng BD=J min=¿-αRλ ω2 (1−λ)=−10011.7179( m

s2), nối CD cắt AB tại E

Giá trị biểu diễn J maxbd=80(mm)

Giá trị biểu diễn EF= EF μ

5 đồ thị lực quán tính:

Khối lượng tham gia chuyển động thẳng:

M= m pt+m1

Trong đó: m pt khối lượng nhóm piston, m pt=0.8(kg)

m1 khối lượng nhóm thanh truyền quy về đầu nhỏ, m1=(0.275 ÷ 0.350) mtt

m tt khối lượng nhóm thanh truyền, m tt=1(kg)

Vậy khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến là: M=1.1 (α)kg)

Xác định lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến:

z'' y

a' b'

p = f(V)

b'' a b

-αSử dụng đồ thị brich để khai triển đồ thị P-αV thành P-αα) Từ các điểm chia trên đồ thị brich dóng các đường thẳng song song với 0P vá cắt đồ thị công tại các điểm trên đường biểu diễn quá trình nạp, nén, cháy, giản nỡ và thải Qua các giao điểm này ta

kẻ các đường ngang song song với trục hoành sang hệ tọa độ trục P-αα)

-αTừ các điểm chia trên trục 0α) kẻ các đường song song với trục 0p, những đường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của brich và phù hợp với quá trình làm việc của động cơ Nối các đường này lại ta có đường cong khai triển đồ thị P-αα) với tỷ lệ xích:

Lực ngang tác dụng theo phương thẳng góc với đường tâm xylanh: N=P1tgβ

-αTa lập bảng tính P1,T,Z,N theo giá trị góc α)

+P1 ta xác định được trên đồ thị tương ứng với các giá trị của α)

+ Xác định giá trị T,Z,N: các giá trị sin(α +β)

Cosβ ’tgβ phụ thuộc vào giá trị α),λ

Sau khi lập bảng xác định các giá trị T,Z,N Ta vẽ đồ thị T,Z,N theo α) trên hệ trục tọa

độ vuông góc chung(α)T,N,Z-αα)) Với tỷ lệ xích: μ T=μ Z=μ N=μ P=0.03 (MN

m2 mm)

Hình 9: Đồ thị T,N,Z-αα)

8 Đồ thị ΣT-α:T-α:α:

Góc lệch công tác: δ ct=180 τ

i =180Bảng tính ΣT-αT-αα):

9.Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu:

-α Từ bảng giá trị T,Z-αα), chọn hệ trục tọa độ OTZ có chiều dương của trục Z là chiều hướng xuống

-α Trước hết biểu diễn quan hệ T-αZ lên hệ tọa độ sau đó dời gốc tọa độ O theo Phương chiều của trục Z đoạn bằng giá trị biểu diễn của P Rλ 0

T

Z

2 m MN

2 m MN

-α Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu tiến hành đo các giá trị vector lực Q0,Q10,…,

Q720 Sau đó khai triển theo hệ tọa độ mới Q-αα)

-α Bảng giá trị biểu diễn giá trị đồ thị Q-αα):

Hình 12: Đồ thị khai triển phụ tài chốt khuỷu

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

-α Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền được dây xựng bằng cách:

+ Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho cácđiểm 0° ,10° ,20° ,… trùng với trục +Z của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Đồng thời đánh dấucác điểm đầu mút của các vector lực Q0,Q10,…,Q720 của đồ thị tác dụng lên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0,10,20,…,720

+ Nối các điểm 0,10,20,…,720 bằng một đường cong, ta có đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền

-α 10° ứng với α10+β10 , 20° ứng với α20+β20 ,tương tự cho đến điểm 720⁰ các điểm 10⁰,20⁰,…,720⁰ sắp xếp trên đường tròn tâm O ngược chiều kim đồng hồ

12 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu:

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

-α Tính hợp lực ΣT-αQ’ của các lực tác dụng trên các điểm 0,1,2,…,23 Rồi ghi trị số của các lực ấy trong phạm vi tác dụng lực giả thiết là 120⁰

-α Cộng trị số của ΣT-αQ’ Dùng một tỷ lệ xích thích đáng (α)μ m=¿0.033 MN

m2 mm ) đặt các đoạn đại biểu cho ΣT-αQ ở các giá trị điểm 0,1,2,…23 lên vòng tròn rồi dung đường cong nối các điểm đó lại, ta được đường thể hiện mức độ mòn của chốt khuỷu

Bảng giá trị đồ thị mài mòn chốt khuỷu:

lực

Điể m

1 1

1 2

1 3

1 4

1 5

1 6

24.4 2

18.8 1

13.5 3

7.5 9

1.9

5.6 1

Hình 14: Đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Phần 2: Phân tích đặc điểm chung của động cơ volvoB230F:

2.1.2 các chi tiết chính:

làm mát bằng nước lưu thông tuần hoàn nhờ bơm

sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát bằng nước động cơ Volvo B230F

a Bơm nước và quạt gió:

Bơm trong động cơ là bơm ly tâm có nhiệm vụ cung cấp nước tuần hoàn cưỡng bức trong

hệ thống làm mát của động cơ Được dẫn động bằng đai từ trục khuỷu động cơ

Quạt gió có nhiệm vụ tạo ra dòng khí hút đi qua két nước, được lắp trên đầu trước của trục bơm nước cánh quạt được chế tạo bằng thép lá để nâng cao năng suất và tạo hướng cho dòng khí vành quạt gió có hom khí

Nắp két nước có 2 van Van xả 1 có tác dụng giảm áp khi áp suất trong hệ thống cao, còn van hút 2 sẽ mở để bổ sung không khí khi áp suất chân không trong hệ thống lớn hơn giá trị cho phép

c Van hằng nhiệt:

Van hằng nhiệt có nhiệm vụ rút ngắn thời gian sấy nóng khi động cơ khởi động và duy trìchế độ nhiệt của động cơ trong thời gian cho phép

Trên hệ thống làm mát của động cơ sử dụng van hằng nhiệt với chất giãn nở là hỗn hợp với 30% rượu etylic và 70% nước cất Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn 75⁰C, hỗn hợp chất lỏng trong hộp(α)1) chưa bị giãn nở, van đóng(α)4) và nước sẽ đi qua đường dẫn(α)2)

trở về bơm mà không qua két nước làm mát Khi nhiệt độ tăng cao hơn 75⁰C hỗn hợp chất lỏng trong hộp giãn nở áp suất tăng nên đẩy cán lên làm mở van(α)4) và nước theo đường ống đến két nước làm mát

Khi nhiệt độ tăng lên 90⁰C van mở hoàn toàn

2.2 Hệ thống bôi trơn:

2.2.1 nhiệm vụ hệ thống bôi trơn:

Đưa dầu bôi trơn đến bề mặt làm việc của chi tiết đảm bảo điều kiện làm việc bình

thường của động cơ và làm tăng tuổi thọ của các chi tiết

Dầu bôi trơn có công dụng:

-α bôi trơn bề mặt chi tiết giảm ma sát ,tăng tuổi thọ chi tiết

-α rữa sạch bề mặt ma sát các chi tiết

b bầu lọc dầu:

bầu lọc dầu có nhiệm vụ lọc sạch các tạp chất cơ học do sự mài mòn cơ học của các chi tiết động cơ, các loại bụi từ không khí lẫn vào sản vật cháy có chứa trong dầu Hệ thống bôi trơn của động cơ B230F sử dụng bầu lọc thô Kiểu bầu lọc được dùng là bầu lọc cơ khí loại bầu lọc thấm dùng tấm kim loại

Bầu lọc có lõi lọc gồm các phiến kim loại dập(α)5) và (α)7) sắp xếp xen kẻ nhau tạo thành khe lọc có kích thước bằng chiều dày của phiến cách(α)7) (α)khoảng 0.07-α0.08mm) các phiến gạt cặn(α)6) có cùng chiều dày với phiến cách(α)7) và được lắp với nhau trên một trục

cố định trên nắp đầu lọc còn các tấm(α)5) và(α)7) được lắp trên trục(α)8) có tiết diện vuông và

có tay vặn nên có thể xoay được dầu bẩn theo đường dầu(α)4) vào bầu lọc, đi qua các khe

hở của các tấm(α)5) để lại các cặn tay vặn của trục(α)8), lõi lọc quay theo nên các phiến gạt(α)6) sẽ gạt cặn bẩn bám bên ngoài lõi lọc tránh cho lõi lọc bi tắt

c Két làm mát dầu:

ở chế độ nhiệt làm việc ổn định của động cơ, nhiêt của dầu bôi trơn cần nằm trong

khoảng 80-α90⁰C Nhưng trong sử dụng do nhiệt độ của môi trường tương đối cao, do động cơ phải làm việc ở chế độ phụ tải cao trong thời gian dài nhiệt độ của dầu bôi trơn

sẽ vượt quá giới hạn cho phép và do đó được làm mát trong két làm mát dầu Trên hệ thống bôi trơn của động cơ sử dụng két làm mát dầu kiểu ống được làm mát bằng không khí, bố trí trước két nước của động cơ

d Đồng hồ đo áp suất dầu:

nối với đường đâu chính để kiểm tra tình hình hoạt động của hệ thống

2.3 Hệ thống đánh lửa:

2.3.1 Nhiệm vụ hệ thống đánh lửa:

Tạo tia lửa điện áp từ 12-α14kV để đốt cháy hòa khí trong động cơ vào cuối kỳ nén Để giúp cho sự cháy đạt hiệu quả cao, hệ thống đánh lửa phải đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu ngay tức thì Thời điểm đánh lửa chính xác được tạo ra đúng thời điểm liên quan đến vị trí của piston.Bộ ECU của động cơ sẽ nhận các tín hiệu từ các cảm biến và điều chỉnh thời gian đánh lửa

2.3.2 các chi tiết chính:

Hình21 Sơ đồ hệ thống đánh lửa của động cơ VolvoB230F

Khi động cơ nguội hoặc làm việc ở vùng cao thời điểm đánh lửa được điều khiển hơi sớm

để tối ưu hóa đặc tính của động cơ

2.4 Hệ thống nhiên liệu:

2.4.1 Nhiệm vụ hệ thống nhiên liệu:

Hệ thống nhiên liệu động cơ đóng vai trò rất quan trọng, nó không đơn thuần là hệthống phun nhiên liệu, nhưng nó hợp thành một hệ thống đó là hệ thống điều khiển điện

tử (α)ECU), hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc độ động cơ, tạo ra sự tương trợ lẫn

Bộ giảm rung động

Bình xăng

ống phân phối Vòi phun

Cụm bơm nhiên liệu Bơm xăng

Bộ đo mức nhiên liệu

Bơm xăng Bộ điều áp nhiên liệu

nhau, kim phun hoạt động như các kim phun của các xe đời mới

 Khả năng điều khiển tốt, công suất động cơ tăng, giảm tiêu hao nhiên liệu

 Lượng không khí nạp được lọc sạch khi đi qua lọc không khí và được đo bởi cảm biến lưu lượng không khí

 Tỷ lệ hoà trộn được ECU tính toán và hoà trộn theo tỷ lệ phù hợp nhất Có cảm biến ôxy ở đường ống xả để cảm nhận lượng ôxy dư, điều khiển lượng phun nhiên liệu vào tốt hơn

 Dùng hệ thống nhiên liệu không có đường dầu hồi, bộ điều áp, lọc nhiên liệu và bơm nhiên liệu lắp thành cụm và đặt trong bình xăng

2.4.2 Các chi tiết chính:

Hình 22 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ B230F

2.5 Cơ cấu dẫn động trục cam:

Dẫn động bằng dây đai răng:

-α Ưu điểm:

Gọn nhẹ, truyền động dễ dàng ở khoảng cách lớn

truyền động êm dịu

khi quá tải đột ngột không gây không gây hư hỏng cho các chi tiết bộ truyền

-αNhược điểm:

với các kỳ làm việc khác nhau của động cơ Ngoài ra còn có lo xo xupap giúp xupap chuyển động hồi vị cho đúng trình tự nổ của động cơ

Mặt cắt dọc hệ thống phân phối khí sử dụng trong thiết kế

24

Hình 24 Mặt cắt dọc nắp máy

3.1 Giới thiệu chung hệ thống phân phối khí động cơ B230F:

-α Phương pháp bố trí xupap:

+ Bố trí xupap treo: buồng cháy gọn, diện tích truyền nhiệt nhỏ nên giảm được tổn thất nhiệt Đối với động cơ xăng khi bố trí xupap treo có thể tăng tỷ số nén lên thêm 0.5 – 2, ngoài ra còn tăng hệ số nạp lên 5-α7%

Mỗi xilanh bố trí 2 xupap ,đường xả và đường nạp bố trí cùng một phía để sấy nóng ống nạp để nhiên liệu dễ bay hơi

+ Trục cam đặt trên nắp xilanh dẫn động trực tiếp

+ Xupap bố trí song song với đường tâm xilanh, để tăng kích thước nấm xupap bằng cách đúc lõm nắp xilanh để tạo thành buồng cháy trên nắp

-α Phương pháp dẫn động trục cam: dùng đai răng ,có hệ thống căng dây đai

A A

Ø40 H7 s7

Ø31 H7 g6

Ø13 H7 s6

Ø8 H7 e8

Ø30 12

13

14

15

Hình25 Sơ đồ bố trí dẫn động cam động cơ volvoB230F

3.2 Kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí:

3.2.1 Xupap:

Hình 26 Các kích thước cơ bản của xupap trong catalogue tham khảo

Hình27 Sơ đồ kết cấu xupap thiết kế

+ Vật liệu :xupap thải dùng thép hợp kim X9C2, xupap nạp dùng thép hợp kim cơrôm + Nấm xupap: góc của mặt côn trên nấm xupap α)=45⁰ đảm bảo độ bền và tiết diện lưu thông không khí của xupap

Chiều rộng b của mặt côn b=(α)0.08 – 0.12)d n ,và chiều dày của nấm thì vào khoảng (α)0.08 – 0.12)d n trong đó d nlà đường kính nẫm xupap

Nấm xupap là nấm bằng vì chế tạo đơn giản dùng được cho cả xupap nạp và thải + Thân xupap: đường kính thân xupap d t=(α)0.3-α0.4)d n phải đảm bảo dẫn hướng tốt ,tản nhiệt tốt và xupap gọn nhẹ

Chiều dài thân xupap l t=(α)2.5-α3.5)d n lựa chọn thích hợp để lắp ống dẫn hướng và lò xo xupap

+ Đuôi xupap: đĩa lò xo lắp với xupap bằng hai móng hãm hình côn lắp vào đoạn có đường kính nhỏ trên đuôi xupap Mặt côn ở ngoài móng hãm ăn khớp với mặt côn lỗ đĩa

Hình28.đế xupap chọn trong thiết kế + Vật liệu: thép hợp kim

+ Dùng cho cả đường thải và đường nạp, được ép vào họng thải và nạp trong nắp xilanh

để làm giảm va đập của xupap với họng

+ Kết cấu vòng hình trụ, trên có vát mặt côn để tiếp xúc nấm xupap, mặt ngoài là mặt trụ, có thể tiện rãnh đàn hồi để lắp cho chặt

+ Chiều dày của đế (α)0.08-α0.15)d0, chiều cao của đế(α)0.18-α0.25)d0 với d0 là đường kính họng đế

+ ép đế vào nắp xilanh với độ dôi 0.0015-α0.0035 đường kính ngoài của đế

3.2.3.ống dẫn hướng xupap:

Hình 29 Kết cấu ống dẫn hướng tham khảo catalogue

Hinh30 Ống dẫn hướng xupap chọn trong thiết kế

+ Vật liệu: gang hợp kim CH21-α40

+ đóng ép vào nắp xilanh có độ dôi (α)0.003-α0.005)d1 với d1 là đường kính ngoài của ống dẫn hướng

+ Chiều dày của ống 2.5-α4 mm; chiều dài (α)1.75-α2.5)d n

+ Khe hỡ giữa thân xupap và ống dẫn hướng:

Xupap thân to: 0.004d t đối với xupap nạp; 0.006d t đối với xupap thải

Xupap thân nhỏ: (α)0.005-α0.01)d t đối với xupap nạp; (α)0.008-α0.0012)d t đối với xupap thải

+ Phương pháp gia công: gia công chính xác đường kính ngoài, ép vào nắp xilanh, rồi doa lỗ của ống dẫn hướng đến kích thuocs qui định