BÁO cáo đồ án ĐỘNG cơ đốt TRONG đề tài tính toán thiết kế động cơ GA14DS công suất ne = 56 kw (75 HP) số vòng quay ne = 6000 rpm, dùng cho ô tô con

Trong quá trình làmviệc của động cơ, piston chịu lực rất lớn, nhiệt độ rất cao và ma sát mài mòn lớn, lựctác dụng và nhiệt độ cao do khí thể và lực quán tính sinh ra gây nên ứng suất cơ

111Equation Chapter 1 Section 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Số vòng quay ne = 6000 rpm, dùng cho ô tô con

Ths.Nguyễn Nhựt Duy Lâm Lý Luận – MSSV: B1803279 Nguyễn Nhựt Hào – MSSV: B1803243 Ngành: Cơ Khí Giao thông K44

Tháng 05/2021

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I : 1

PHÂN TÍCH KẾT CẤU ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 1

1.1 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 1

1.2.1 Nhóm piston: 1

1.2.2 Nhóm thanh truyền : 1

1.2.3 Nhóm trục khuỷu : 1

1.2.4 Cơ cấu phân phối khí : 1

1.3 CÁC HỆ THỐNG TRÊN ĐỘNG CƠ 1

1.3.1 Hệ thống bôi trơn : 1

1.3.2 Hệ thống làm mát : 1

1.3.3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bộ chế hòa khí 1

1.3.4 Quá trình đốt cháy nhiên liệu 1

1.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG 4 KỲ 1

1.4.1 Kỳ một- kỳ nạp: 1

1.4.2 Kỳ hai- kỳ nén: 1

1.4.3 Kỳ ba- kỳ cháy và giãn nở: 1

1.4.4 Kỳ bốn- kỳ thải: 1

CHƯƠNG II 1

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH VÀ XÂY DỰNG ĐỒ THỊ 1

2.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 1

2.2 TÍNH TOÁN XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG 1

CHƯƠNG III : 1

CHƯƠNG V : 1

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1

5.1 KẾT LUẬN : 1

5.2 KIẾN NGHỊ : 1

LỜI CẢM ƠN : 1

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án môn học động cơ đốt trong là một khâu quan trọng trong khối kiến thức của ngành cơ khí ô tô, là một kỹ sư thiết kế phải biết và có khả năng thiết

kế Hơn nữa, đất nước ta là một đất nước đang phát triển rất cần phát triển các ngành công nghiệp mà trong đó công nghiệp ô tô giữ một vai trò hết sức quan trọng Trong khi đó, bộ phận quan trọng nhất của một chiếc ô tô là cái sinh ra nguồn động lực cho ô tô – chính là động cơ ô tô Vậy thiết kế động cơ là khâu hết sức quan trọng để có thể phát triển ngành công nghiệp ô tô.

Sau ba năm học ngành cơ khí ô tô, chúng em đã được trang bị nhiều kiến thức về các môn học cơ sở như Nguyên lý máy, Sức bền vật liệu, Vật liệu học

và Nhiệt động lực học cũng như nhiều môn học chuyên ngành khác, Đồ án Thiết

kế Động cơ chính là cơ hội cho chúng em tổng hợp và áp dụng những kiến thức mình đã học.

Trong quá trình thực hiện đồ án em gặp rất nhiều khó khăn trong phương pháp thiết kế và tính toán cũng như việc hoàn thành các bản vẽ của mình, nhờ sự

hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Nhựt Duy cùng sự góp ý của các bạn đã

giúp em hoàn thành đồ án này.

Sau một thời gian làm việc với nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ từ tất cả mọi người, em đã hoàn thành Đồ án thiết kế động cơ đốt trong này Nay em xin

gửi lời cảm ơn chân thành tới giáo viên hướng dẫn Thầy Nguyễn Nhựt Duy,

các thầy trong bộ môn Cơ khí giao thông cùng các bạn trong lớp cơ khí giao thông K44.

Mặc dù em đã cố gắng hết sức nhưng trong quá trình thực hiện khó tránh khỏi thiếu sót, rất mong được sự góp ý chân thành từ phía các thầy và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn.

CHƯƠNG I : PHÂN TÍCH KẾT CẤU ĐỘNG CƠ THAM KHẢO1.1 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ THAM KHẢO.

Động cơ GA14DS là động cơ sử dụng nhiên liệu xăng, động cơ 4 kỳ bố trí 4xilanh thẳng hàng kiểu I, thứ tự làm việc 1-3-4-2 Sử dụng hệ thống phân phối khí loạiDOHC, trục cam lắp trên nắp máy, 16 xupap bố trí hai dãy thẳng hàng, trục cam đượcdẫn động bằng xích

Động cơ có công suất 75 (HP), số vòng quay 6000 (rpm), đường kính xilanh 73,6 (mm) và hành trình piston là 81,8 (mm) Hệ thống nhiên liệu sử dụng bộ chếhòa khí áp, hệ thống bôi trơn cưỡng bức cácte ướt, hệ thống làm mát cưỡng bức, sửdụng môi chất lỏng

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật động cơ tham khảo

Công suất cực đại/số vòng quay[kW/rpm] 56/6000

Hình1.1 Mô tả hệ thống phát lực động cơ tham khảo

Hình1.2 Động cơ ứng dụng trên xe Nissan Sunny B13 1990-1994

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ THAM KHẢO

1.2.1 Nhóm piston:

- Piston là một chi tiết quan trọng của động cơ đốt trong Trong quá trình làmviệc của động cơ, piston chịu lực rất lớn, nhiệt độ rất cao và ma sát mài mòn lớn, lựctác dụng và nhiệt độ cao do khí thể và lực quán tính sinh ra gây nên ứng suất cơ học vàứng suất nhiệt trong piston, còn mài mòn là do thiếu dầu bôi trơn mặt ma sát củapiston với xilanh khi chịu lực

- Piston được làm bằng hợp kim nhôm Phần đầu piston được vát côn để tănghiệu quả quá trình đốt cháy nhiên liệu

- Đường kính piston: 81,8 (mm)

- Piston gồm 2 xéc măng khí và một xéc măng dầu Xéc măng áp lực thấp được

sử dụng dể giảm ma sát, nâng cao tính kinh tế nhiên liệu và chất lượng dầu bôi trơnđược nâng cao

- Chân piston có dạng vành đai để tăng độ cứng vững Để điều chỉnh trọnglượng piston người ta thường cắt bỏ một phần kim loại ở phần chân piston nhưng vẫnđảm bảo được độ cững vững cần thiết cho piston

- Cấu tạo piston :

 Đỉnh piston là phần trên cùng của pit-tông cùng với xylanh và quy-láttạo thành buồng cháy, có vát ở 4 van để giảm thể tích buồng cháy nângcao tỉ số nén

 Đầu pit-tông bao gồm đỉnh pit-tông và vùng đai lắp 2 xecmăng dầu và 1xecmăng khí, làm nhiệm vụ bao kín

 Thân tông là phần phía dưới rãnh xecmăng dầu cuối cùng ở đầu tông, làm nhiệm vụ dẫn hướng pit-tông

pit-Hình 1.2 Mô tả cấu tạo piston động cơ tham khảo

1.2.2 Nhóm thanh truyền :

- Thanh truyền là chi tiết nối piston với trục khuỷu có tác dụng truyền lực tácdụng trên piston xuống trục khuỷu, làm quay trục khuỷu

-Khi động cơ làm việc thanh truyền chịu tác dụng của các lực sau: Lực khí thểtrong xi lanh, lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm piston, lực quán tính củathanh truyền.

- Động cơ sử dụng dạng thanh truyền đơn được làm bằng thép hợp kim dễdàng cho việc chế tạo, đầu to thanh truyền có dạng phân đôi nên cần có bu lông gắngiữa nắp đầu to với thân Mặt phân cách ở giữa nắp và thân có gờ để chống lực cắt bulông

- Tiết diện thanh truyền của động cơ có dạng chữ I

-Đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng và được lắp tự do với chốt piston.-Đầu to thanh truyền được cắt thành hai nửa, phần trên nối liền trục với thân,phần dưới là nắp đầu to thanh truyền và lắp với nhau bằng bu lông thanh truyền Mặtphẳng lắp ghép vuông góc với đường tâm trục thân thanh truyền

-Bu lông thanh truyền là loại bu lông chỉ chịu lực kéo, có mặt gia công đạt độchính xác cao để định vị

- Đầu to của thanh truyền không có lỗ vung dầu vì piston và xilanh được bôitrơn cưỡng bức bởi các đường dầu bôi trơn trên hệ thống

Hình 1.3 Mô tả cấu tạo thanh truyền động cơ tham khảo 1.2.3 Nhóm trục khuỷu :

- Trục khuỷu là trục khuỷu đủ cổ, gồm 5 cổ trục, 4 khuỷu trục Bên trong có cácđường dầu bôi trơn cổ trục, khuỷu trục được lắp trên ổ trục được sử dụng bạc lót đêmgiảm mài mòn Cổ trục và khuỷu trục được gia công với độ bền cao

- Tương tự bạc lót thanh truyền, mặt trong bạc lót cổ trục cung được thiết kế cácrãnh vi mô nhằm gom dầu bôi trơn để tang lượng dầu đi bôi trơn và giảm rung độngcho động cơ, mặt trong các bạc lót phía trên có rãnh dầu bôi trơn

- Đầu trục khuỷu có lắp puly đĩa xích dẫn động 2 trục cam, và bánh răng lượcmáy phát, quạt, bơm dầu, bơm nước làm mát

- Đuôi trục khuỷu có 6 lỗ để lắp bánh đà

- Cấu tạo trục khuỷu bao gồm 6 phần: đầu trục khuỷu, chốt khuỷu, cổ khuỷu,

má khuỷu, đối trọng và đuôi trục khuỷu

+ Chốt khuỷu được gắn chặt vào đầu to thanh truyền Nhiệm vụ của nó là nhậntoàn bộ lực từ thanh truyền

+ Cổ khuỷu có dạng hình trụ, nó là trục quay chính của trục khuỷu

+ Má khuỷu là phần liên kết giữa cổ khuỷu và chốt khuỷu Lực từ chốt khuỷu

sẽ được truyền và cổ khuỷu nhờ chi tiết này

+ Đuôi trục khuỷu là đầu cuối và được gắn với bánh đà trong động cơ

Hình 1.4 Mô tả cấu tạo trục khuỷu động cơ tham khảo

1.2.4 Cơ cấu phân phối khí :

- Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí Thải sạch khíthải khỏi xilanh và nạp đầy khí hổn hợp hoặc không khí mới vào xilanh để động cơlàm việc liên tục Để đảm bảo công suất cực đại của động cơ, cần phải hút càng nhiềuhỗn hợp không khí - nhiên liệu vào xilanh và thải ra càng nhiều khí cháy càng tốt Vìthế, hỗn hợp không khí - nhiên liệu và quán tính khí cháy được tính đến trong quátrình thiết kế tăng tối đa thời gian mở xupap

- Cơ cấu bao gồm: trục cam, giàn cò mổ, xupap nạp, xupáp thải, lò xo xupap,chén chận, móng ngựa Không có con đội, đũa đẩy

- Cơ cấu phân phối khí kiểu DOHC nên sẽ có 16 xupap gồm 8 xupap nạp và 8xupap thải bố trí riêng lẽ nằm song song nhau, được bố trí trên nắp máy

- Trục cam được dẫn động bởi trục khuỷu thông qua bộ truyền xích

Hình 1.5 Mô tả cơ cấu phân phối khí động cơ tham khảo

Trục cam:

- Sử dụng trục cam đôi được gắn trên nắp máy, dẫn động bởi trụckhuỷu thông qua bộ truyền xích Được chế tạo từ thép hợp kim Cácmặt ma sát của trục cam (mặt làm việc của cam, của cổ trục…) đềuthấm than và tôi cứng

Hình 1.6 Mô tả cấu tạo trục cam động cơ tham khảo

Xuppat:

- Gồm tất cả 16 xupap, 8 nạp, 8 thải Được dẫn động bởi cam thông qua cò mổhoặc vấu cam, mà không dung đến đũa đẩy Cả xupap nạp và xả đều có đỉnh nấmxupap dạng bằng

-Xupap có nhiệm vụ đóng mở các đường nạp, xả , đường kính nấm xupap nạplớn hơn xupap xả Xupap nạp làm bằng thép crom, xupap xả làm bằng thép chịu nhiệt.Mặt làm việc của xupap được vát 45o Thân xupáp có kết cấu nhỏ gọn có tác dụnggiảm ma sát của khí nạp và khí xả khi đi vào xilanh động cơ và giúp giảm khối lượng

xu páp

- Khe hở xupap trong động cơ oto rất quan trọng vì mỗi bộ phận của động cơđều bị giãn nở vì nhiệt Cho nên giữa cam và con đội xupap thải đều phải có khe hởnhiệt

+ Khe hở nhiệt của xupap nạp là từ 0,21mm đến 0,49mm

+ Khe hở nhiệt của xupap xả là từ 0,3mm đến 0,58mm

cơ tham khảo

làm bằng thép hợp kim đặc biệt có độ dàn hồi cao Biên độ lò xo khác nhau đảm bảokhông bị cổng hưởng dao động gây hư hỏng cho các chi tiết.

Hình 1.8 Mô tả lò xo xuppat động cơ tham khảo

1.3 CÁC HỆ THỐNG TRÊN ĐỘNG CƠ.

1.3.1 Hệ thống bôi trơn :

- Hệ thống bôi trơn kiểu cưỡng bức dùng để đưa dầu bôi trơn và làm mát các bềmặt ma sát của các chi tiết chuyển động của động cơ Hệ thống bôi trơn gồm có: bơmdầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đường ống Bơm dầu động cơ là bơm rotor được dẫnđộng trực tiếp bởi trục khuỷu khi động cơ khởi động

- Đặc biệt hệ thống bôi trơ được trang bị 2 bơm dầu, một bơm cơ khí kiểu bánhrăng ăn khớp ngoài bơm dầu từ cacte vào hệ thống đường ống bôi trơn và một bơm lytâm được dẩn động từ trục khuỷu để tăng áp suất cho dầu bôi trơn và đủ áp suất đểphun vào các hệ thông như piston xylanh, hệ thống phân phối khí… bôi trơn theo kiểucưỡng bức

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống bôi trơn

 Nguyên lý hoạt động:

- Dầu nhờn chứa trong cácte được bơm dầu hút qua lưới lọc dầu, sau đó dầu điqua lọc dầu, khi đi qua lọc dầu, dầu được lọc sạch các tạp chất, tiếp theo đó dầu nhờnđược đẩy vào đường dầu chính và các đường dầu phụ để bôi trơn cổ trục khuỷu, chốtkhuỷu, thanh truyền Để bôi trơn piston – xylanh và cơ cấu phân phối khí thì động cơGA14DS sử dụng các vòi phun để bôi trơn cưỡng bức Sau đó dầu nhờn được trở vềcácte và thực hiện chu trình tiếp theo

- Nhờ bôi trơn cưỡng bức bằng kin phun nên piston được làm mát tốt nhưngphải tốn nhiều năng lượng hơn để bơn dầu

1.3.2 Hệ thống làm mát :

- Hệ thống làm mát có vai trò giữ các chi tiết trong động cơ ở nhiệt độ ổn định,thích hợp với mọi điều kiện làm việc của động cơ Động cơ có hệ thống làm mát bằngnước kiểu kín, tuần hoàn theo áp suất cưỡng bức Trong đó bơm nước tạo áp lực đẩynước lưu thông vòng quanh động cơ Hệ thống bao gồm: áo nước xi lanh, nắp máy, kétnước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió và các đường ống dẫn nước

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống làm mát

 Nguyên lí làm việc:

- Nước được tuần hoàn nhờ bơm nước, qua các ống phân phối vào khoangchứa của các cylinder Sau khi làm mát cylinder, nước lên làm mát nắp cylinder sau đó

đi đến van hằng nhiệt, ở đây:

+ Nếu nhiệt độ nước làm mát nhỏ hơn nhiệt độ quy định, van hằng nhiệt đóng,nước làm mát sẽ đi về trước bơm tiếp tục làm mát động cơ

+ Nếu nhiệt độ nước làm mát bằng nhiệt độ quy định, van hằng nhiệt mở mộtphần cho một phần nước làm mát vào két nước để làm mát, phần nước làm mát còn lại

sẽ tiếp tục làm mát động cơ

+ Nếu nhiệt độ nước làm mát lớn hơn nhiệt độ quy định, van hằng nhiệt mởhoàn toàn, nước làm mát đi vào két nước làm mát sau đó tiếp tục làm mát động cơ

1.3.3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bộ chế hòa khí.

Động cơ có hệ thống nhiên liệu sử dụng bộ chế hòa khí Hệ thống phun nhiênliệu bao gồm: thùng xăng, bơm chuyển, bình lọc xăng, bộ chế hòa khí, bình lọc khôngkhí, ống dẫn xăng

Hình 1.11 Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu

1.3.4 Quá trình đốt cháy nhiên liệu.

Hình 1.12 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí

 Nguyên lý làm việc: Khi động cơ làm việc, xăng từ thùng xăng được

bơm hút qua bình lọc để lọc tạp chất và đi bộ chế hòa khí Trong kỳ nạpcủa động cơ, không khí đi từ ngoài vào qua họng khuếch tán bị thu hẹp,tại đây do áp suất chân không xăng được hút xăng từ buồng phao thốngqua giclo ra họng khuếch tán hòa trộn với không khí tạo thành hòa khí.Sau đó, theo ống hút, qua xupap nạp vào trong cylinder Sản phẩm cháysau khi giản nở sẽ sinh công trong cylinder được xả ra ngoài qua ống thải

và ống giảm thanh

- Ở động cơ xăng, hỗn hợp cháy được đưa vào động cơ để thực hiện hành trìnhnén và được kích nổ nhờ bu-gi đánh lửa tạo quá trình cháy, giãn nở và sinh công Do

đặc điểm như vậy nên động cơ xăng có thêm hệ thống đánh lửa Trung bình 1 lít xăngcháy hoàn toàn cho khoảng 8.140 calo Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ xăng là260-380g/kWh.

1.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG 4 KỲ.

1.4.1 Kỳ một- kỳ nạp:

- Piston còn nằm ở ĐCT Khi trục khuỷu quay, thanh truyền làm chuyển dịch piston

từ ĐCT đến ĐCD, xupap nạp mở, xupap thải đóng Cùng với sự tăng tốc của piston và

áp suất trong cylinder giảm so với áp suất trong đường ống nạp tạo nên quá trình nạp(hút) hòa khí ở bộ chế hòa khí thông qua đường ống nạp vào cylinder Áp suất môichất đối với động cơ bằng với áp suất khí quyển Trong quá trình nạp, xupap mởthường mở sớm trước khi piston lên ĐTC để đảm bào lượng hòa khí đi vào cylindernhiều hơn

1.4.2 Kỳ hai- kỳ nén:

- Piston chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT, các xupap nạp và xupap thải đều đóng kínhoàn toàn, môi chất bên trong cylinder bị nén lại Đầu kỳ nén, piston từ ĐCD đến ĐCTlàm thể tích cylinder giảm do đó áp suất và nhiệt độ trong xilanh tăng Giá trị của ápsuất cuối quá trình nén, phụ thuộc vào tỷ số, độ kín của buồng đốt, mức độ tản nhiệtcủa thành vách xilanh Việc tự bốc cháy của hỗn hợp khí phải cần một thời gian nhấtđịnh, mặc dù rất ngắn Muốn sử dụng tốt nhiệt lượng do nhiên liêu cháy sinh ra thìđiểm bắt đầu và điểm kết thúc quá trình cháy phải ở lân cận ĐCT Do đó, việc phunnhiên liệu vào xilanh động cơ đều được thực hiện trước khi piston đến ĐCT

1.4.3 Kỳ ba- kỳ cháy và giãn nở:

-Trong quá trình này, xupap nạp và xupap thải đều đóng Đầu kỳ cháy và giãn

nở, hỗn hợp không khí và nhiên liệu được tạo ra ở cuối quá trình nén được bốc cháynhanh Do đó khi piston đến ĐCT có một nhiệt lượng lớn được toả ra, làm nhiệt độ và

áp suất môi chất tăng mạnh Dưới tác dụng đẩy của lực do áp suất môi chất tạo ra,piston tiếp tục đẩy xuống thực hiện quá trình giãn nở của môi chất trong cylinder.Trong quá trình giãn nở môi chất đẩy pittông đi xuống ĐCD thông qua thanh truyềnlàm cho trục khuỷu quay và sinh công, do đó kỳ cháy và giãn nở được gọi là hànhtrình công tác (sinh công)

1.4.4 Kỳ bốn- kỳ thải:

- Trong quá trình này, xupap nạp đóng còn xupap thải mở Động cơ thực hiện quátrình xả sạch khí thải ra khỏi cylinder Piston chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT đẩy khíthải ra khỏi cylinder qua đường xupap thải vào đường ống thải Trước khi kết thúc kỳcháy và giãn nở, xupap thải được mở sớm hơn một chút khi piston đến ĐCD, nhờ vậygiảm được lực cản đối với piston trong quá trình thải khí đồng thời nhờ sự chênh lệch

áp suất lớn tạo nên sự thoát khí dễ dàng từ cylinder ra đường ống thải, do đó giảmđược công tiêu hao để đẩy khí thải ra khỏi cylinder và giảm được lượng khí còn sót lạiđồng thời tăng được lượng hòa khí vào cylinder

-Kỳ thải kết thúc chu trình công tác, tiếp theo piston sẽ lặp lại kỳ nạp theo trình

tự chu trình công tác động cơ nói trên Tóm lại, quá trình động cơ thực hiện hoàn thiệnbốn kỳ xem như là quá trình làm việc của động cơ xăng bốn kỳ nói chung