tính toán động cơ đốt trong đại học bách khoa đà nẵng
XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ X16-021
XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG
1.1Các số liệu ban đầu
THÔNG SỐ KỸ THUẬT KÝ HIỆU GIÁ TRỊ
Số xilanh/ Số kỳ/ Cách bố trí i/ τ 6/ 4/ V -type
Tỷ số nén ε 10 Đường kính × hành trình piston (mm×mm) D×S 94×95
Công suất cực đại/ Số vòng quay (Kw/vg/ph) Ne/ n 176/5200
Áp suất cực đại (MN/m 2 ) Pz 4.7
Khối lượng nhóm piston (kg) mpt 1.0
Khối lượng nhóm thanh truyền (kg) mtt 1.2
Góc phân phối khí (độ) α1 17 α2 30 α3 53 α4 10
Hệ thống nhiên liệu D-EFI
Hệ thống bôi trơn Force-feed lubrication system
Bảng 1.1: Thông số ban đầu
1.2 Các thông số tính toán Để xây dựng đồ thị công ta phải tính toán các thông số sau:
Xác định tốc độ trung bình của động cơ:
Trong đó: S [m] là hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh, n [vòng/phút] là tốc độ quay của động cơ
Vì Cm ≥ 9 m/s: động cơ tốc độ cao hay còn gọi là động cơ cao tốc
Chọn trước: n1=1,32 ÷ 1,39; n2 = 1,25 ÷ 1,29 Chọn chỉ số nén đa biến trung bình n1 1.36, chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2= 1.28
Áp suất cuối kỳ nạp của động cơ 4 kỳ không tăng áp được tính theo công thức pa = (0.8÷0.9)pk Trong đó, lựa chọn pa = 0.9pk tương đương với 0.09 [MN/m²] Đối với động cơ không tăng áp, áp suất có thể gần đúng là pk = po = 0.1 MN/m².
Áp suất cuối kỳ nén: pc = pa.e n1 = 0,09×9,2 1,35 = 1.8 [MN/m 2 ]
Vì là động cơ xăng nên chọn ρ = 1
Áp suất cuối quá trình giản nở:
Hệ thống làm mát Force Circulation Water Coolong
Hệ thống nạp Không tăng áp
Hệ thống phân phối khí 24 valve, DOHC
Vận tốc góc của trục khuỷu 𝜔 = 𝜋.×n
30 = 544.54[𝑟𝑎𝑑/𝑠] Áp suất khí sót: Chọn pth=1.04×pk=1,04×0.1= 0,104 [MN/m 2 ] Vì động cơ cao tốc nên có: pr = (1,05 – 1,10) pth Chọn pr = 1,1×pth = 1,1×0,104= 0,114[MN/m 2 ]
1.3Các thông số chọn Áp suất khí nạp: Pk = 0,1 [MN/m 2 ]
Tỷ số giản nở sớm ρ = 1
1.4 Xây dựng đồ thị công Để xây dựng đồ thị công ta cần phải:
Biểu diễn thể tích buồng cháy: Vcbd = 10, 15, 20 mm Chọn Vcbd [mm]
Tỉ lệ xích biểu diễn thể tích là:
Biểu diễn áp suất cực đại: pzbd = 160-220mm Chọn pzbd = 150 [mm]
Tỉ lệ xích biểu diễn áp suất là: mp zbd z
Vòng tròn Brick có đường kính AB tương ứng với giá trị Vh, tức là AB = Vh [mm] Tỉ lệ xớch của biểu đồ Brick được biểu diễn bằng công thức S = S.
𝑚𝑚] Vậy giá trị biểu diễn là:
1.4.1 Xây dựng đường nén
Ta có phương trình đường nén là: p V n1 = cosnt => pc Vc n1 = pnx Vnx n1
Rút ra ta có: pnx = pc( 𝑉 𝑐
Trong đó: pnx và Vnx là áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường nén, i là tỉ số nén tức thời
1.4.2 Xây dựng đường giản nở
Ta lại có phương trình đa biến của quá trình giãn nở là: P V n = const
Gọi Pgnx, Vgnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của động cơ
Ta có: pz.Vc n2 = pgnx.Vgnx n2 ị P gnx V gnx n 2 = P Z V Z n 2 (với VZ = r.VC =Vc)
(1.4) Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành e khoảng, khi đó i = 5,10,15,20,25……
1.4.3 Xác định các điểm đặc biệt và bảng giá trị đồ thị công
1 Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: (điểm a)
Từ điểm O’ trên đồ thị Brick, chúng ta xác định góc đóng muộn xupap thải 𝛽2 G ° Bán kính này cắt vòng trong Brick tại điểm a, và từ a, một đường song song với trục tung cắt đường Pa tại điểm a Khi nối điểm r trên đường thải (là điểm giao giữa đường pr và trục tung), ta nhận được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp.
2 Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm c’) Áp suất cuối quá trình nén do có hiện tượng phun sớm nên thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết pc đã tính Theo kinh nghiệm ,áp suất cuối quá trính nén thực tế pc được xác định theo công thức như sau: p’c = pc+ 1/3*(0.85 pz - pc)
=> p’c =2.706187258 (Mpa) Điểm c’ được biểu diển trên đồ thị công sẻ có tung độ là:
Yc = p’c /𝜇p = 2.706187258/ 0.29375 = 92.12552369 (mm) Điểm c’ được biểu diển trên đồ thị công sẻ có hoành độ là:
Điểm c” được xác định tại tọa độ c’ (xc; yc) = (15; 92.12552369), là điểm thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết Để xác định điểm c”, cần sử dụng góc đánh lửa sớm 𝜑s ° trên đồ thị Brick và kéo xuống đường nén Cuối cùng, sử dụng cung thích hợp để nối điểm c” với c’.
3 Hiệu đính đạt điểm p z max thực tế: Áp suất pz max thực tế trong quá trình cháy giản nở không đạt trị số lý thuyết do đó ta có cách hiệu đính điểm z của động cơ xăng như sau:
Cắt đồ thị công bới đường 0.85 pz Ta vẻ đường 0.85 pz
Giá trị biểu diển: vx/ 𝜇x = 0.73253214/0.004883548 0 (mm)
Từ đồ thị Brick, xác định góc 10° và kéo thẳng xuống đoạn 0.85 pz để tìm điểm z Sử dụng cung thích hợp để nối điểm c với điểm z, đồng thời lượn sát theo đường giản nở.
4 Hiệu đính điểm bắt đầu thải thực tế:
Hiệu đính điểm b’ căn cứ vào gó mở sớm 𝛽1 của xupap thải
Từ đồ thị Brick, góc mở sớm xupap thải 𝛽1S° được xác định tại một điểm cắt vòng tròn Brick Từ điểm này, một đường song song với trục tung được vẽ, cắt đường giản nở lý thuyết tại b Áp suất cuối của quá trình giản nở thực tế pb’’ thường thấp hơn áp suất cuối của quá trình giản nở lý thuyết do xupap xả mở sớm.
Theo công thức thực nghiệm
Y b” = px/ 𝜇p = 0.170213304 /0.29375 = 5.794495447 (mm) b” (Xb”; Y b”) = (149.8046707; 5.794495447) sau khi xác định được b’ và b” dùng cung thích hợp nối đường thải ta được đồ thị công
Vx Vxbd Px Pxdb dm 3 0.004883548 Mpa 0.029375
Bảng 1.2 : Giá trị biểu diễn của đồ thị công
1.4.4.Vẽ đồ thị Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau:
Chọn tỉ lệ xích như trên
Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xilanh, trục tung biểu diễn áp suất khí thể
Dựa vào các số liệu đã cung cấp, chúng ta có thể xác định tọa độ của các điểm trên hệ trục tọa độ Sau đó, hãy nối các tọa độ này bằng những đường cong phù hợp, bao gồm đường cong nén và đường cong giãn nở.
Để thể hiện quá trình nạp và thải, ta vẽ đường biểu diễn bằng hai đường thẳng song song với trục hoành, đi qua hai điểm Pa và Pr Qua đó, ta có được đồ thị công lý thuyết.
Hiệu chỉnh đồ thị công:
Vẽ đồ thị brick phớa trờn đồ thị cụng Lấy bỏn kớnh cung trũn R bằng ẵ khoảng cách từ Va đến Vc (R=S/2)
Tỉ lệ xích đồ thị brick như đã tính toán ở trên
Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng : OO’
Sử dụng đồ thị Brick để xác định các điểm quan trọng trong quá trình hoạt động của động cơ Điểm mở sớm của xupáp nạp được xác định là r’ tương ứng với α1 0, trong khi điểm đóng muộn của xupáp thải là r’’ ứng với α4 0 Điểm đóng muộn của xupáp nạp là a’ với α20 0, và điểm mở sớm của xupáp thải là b’ tương ứng với α3S 0 Ngoài ra, điểm phun sớm được xác định là c’ với φ s 0 Điểm y có giá trị (Vc, 0,85Pz) = y (0,073253214;3,995) và điểm áp suất cực đại lý thuyết z (Vc, Pz) = z(0.073253214;4.7), trong khi áp suất cuối quá trình nén thực tế là pc’’.
Nối các điểm c’, c’’, z’ lại thành đường cong liên tục và dính vào đường giãn nở.
Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải prx
Nối điểm r với r’’ để xác định r’’ từ đồ thị Brick bằng cách vẽ đường song song với trục tung, tương ứng với góc 4 độ, trên đồ thị Brick cắt đường nạp pax tại r’’.
Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế
Sau khi có các điểm đặc biệt tiến hành vẽ đường thải và đường nạp , tiến hành hiệu chỉnh bo tròn ở hai điểm z’’ và b’’
Sau khi thực hiện các bước trên ta được đồ thị :
Hình 1.1 Đồ thị công ta vẻ được
Đồ thị công có ý nghĩa quan trọng trong việc biểu thị mối quan hệ giữa áp suất và thể tích làm việc của xylanh động cơ tại mỗi vị trí của piston Nó giúp chúng ta hiểu rõ các quá trình nạp, nén, cháy giản nở và thải diễn ra như thế nào Đồng thời, đồ thị này cũng là cơ sở để xác định các đồ thị Pkt.
-α, P1-α, T, N, Z Do đó đồ thị công có ý nghĩa quan trọng tiên quyết, ảnh hưởng đến tính đúng đắn của toàn bộ quá trình tính toán thiết kế động cơ
II XÂY DỰNG ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
Xây dựng đồ thị động học
2.1.1 Đồ thị chuyển vị S = f(α) Để xây dựng đồ thị chuyển vị ta sử dụng phương pháp đồ thị Brick Đầu tiờn ta chọn tỉ lệ xớch: à 𝑆 = 𝑆
Tính giá trị chuyện vị theo công thức
Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hoành biểu diễn khoảng dịch chuyển của piston
Để xác định chuyển vị tương ứng, hãy vẽ các điểm ứng với 10°, 20°, …, 180° trên cung tròn đồ thị brick và cắt các đường kẻ từ những điểm này xuống trục tung của đồ thị x = f(α).
Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston S = f(α)
Đồ thị chuyển vị S = f(α) thể hiện sự dịch chuyển của piston theo góc quay của trục khủy Mỗi giá trị góc quay tương ứng với một hành trình cụ thể của trục khủy Đồ thị này cũng cho phép phân tích vận tốc V(α) trong quá trình hoạt động.
Chọn tỷ lệ xích: à 𝑣 = à 𝑆 *w /1000= 0.703*544,54 = 0.383 [m/s.mm]
Vẽ đường tròn tâm O bán kính R2 với:
Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R 1 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0,1,2 …18
Chia vòng tròn tâm O bán kính R 2 thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’, 1’, 2’…18’ theo chiều ngược lại
TÌM HIỂU KẾT CẤU VÀ HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ THAM KHẢO
ĐẶC ĐIỂM TỔNG QUÁT CỦA ĐỘNG CƠ THAM KHẢO 2GR-FE
Động cơ 2GR-FE trên '06 RAV4 là động cơ xăng 6 xilanh hình V
Cơ cấu phân phối khí theo kiểu DOHC, 3,5 lít, 24 van Động cơ này sử dụng hệ thống Dual VVT-i (Variable Valve Timing-intelligent), DIS (Direct
Ignition System), ACIS (Acoustic Control Induction System) và ETCS-i
(Electronic Throttle Control System-intelligent) Các chức năng điều khiển này đạt được hiệu suất động cơ được cải thiện, tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải
No of Cyls & Arrangement 6-cylinder, V Type
Valve Mechanism 24-valve DOHC, Chain Drive (with Dual
Max Output (SAE-NET)*1 201 kW @ 6200 rpm (269 HP @ 6200 rpm) Max Torque (SAE-NET)*1 333 N.m @ 4700 rpm (247 ft.lbf @ 4700 rpm)
Open - 3° to 37° BTDC Close 71° to 31° ABDC Open 60° to 25° BBDC
Exhaust Valve Close 4° to 39° ATDC
Engine Oil Grade ILSAC multigrade engine oil
Engine Service Mass*2 (Reference) kg (lb)
Hình 2.1 Sơ đồ kết cấu của động cơ 2GR-FE
Động cơ 2GR-FE là một động cơ V6 với hệ thống phân phối khí DOHC, bao gồm bốn xupap cho mỗi xylanh, trong đó có hai xupap nạp và hai xupap thải Động cơ này được thiết kế với các góc phối khí tối ưu để nâng cao hiệu suất hoạt động.
BBDC Đóng 4° đến 39 ° ATDC Bảng thông số mở sớm xupap
Nắp quy lát được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ
Thân máy được thiết kế tương tự như các động cơ cổ điển nhưng đã được cải tiến đáng kể Lốc máy được chế tạo từ thép đúc với cấu trúc gân tăng cứng, giúp giảm thiểu rung động và tiếng ồn hiệu quả.
PISTON
Piston: Piston được làm bằng hợp kim nhôm
Phần đầu piston sử dụng hình dạng taper để đạt hiệu quả đốt cháy nhiên liệu Váy piston được phủ nhựa để giảm tổn thất ma sát
Rãnh của vòng trên cùng được phủ phèn để đảm bảo khả năng chống mài mòn
Bằng cách tăng độ chính xác gia công của đường kính lỗ khoan xi lanh, đường kính ngoài của piston được tạo thành một kích thước
Sécmăng: có 3 Sécmăng loại có ứng suất thấp xéc măng khí số 1 được xử lý mạ Crom, secmăng khí số 2 và Séc măng dầu
Hình 2.3: Cấu tạo piston, xéc măng
1:Piston; 2:Xéc măng khí số 1; 3:Xéc măng khí số 2; 4:Xéc măng dầu
Khe hở cho phép của các xéc măng cho dưới bảng:
Xéc măng Điều kiện tiêu chuẩn Giới hạn thay thế
THANH TRUYỀN
Thanh truyền: Các thanh kết nối đã được rèn cho độ bền cao được sử dụng để giảm trọng lượng
Chân gõ được lắp đặt ở bề mặt giao phối của nắp chịu lực thanh kết nối nhằm giảm thiểu sự dịch chuyển trong quá trình lắp ráp Các thanh và mối nối được chế tạo từ thép cường độ cao, giúp giảm trọng lượng tổng thể Đặc biệt, vòng bi thanh kết nối sử dụng vòng bi nhôm để tăng cường hiệu suất và độ bền.
Vòng bi thanh nối được giảm chiều rộng để giảm ma sát
Hình 2.4: Kết cấu thanh truyền
TRỤC KHỦY
Trục khuỷu: có kết cấu khá đặc biệt, bên trong có đường dầu đi bôi trơn các bạc lót và cổ trục và chốt khuỷu
Hình 2.5: Kết cấu trục khuỷu.
CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
Cơ cấu phối khí là thiết bị quan trọng trong động cơ, giúp thay đổi khí và thải khí thải ra ngoài trong kỳ thải, đồng thời nạp đầy khí mới vào xilanh trong kỳ nạp Động cơ 2GR-FE sử dụng cơ cấu phân phối khí với xupáp treo (DOHC) và trục cam đặt trên nắp máy, giúp tạo ra buồng cháy nhỏ gọn, giảm tổn thất nhiệt và tối ưu hóa đường nạp và thải Tuy nhiên, việc sử dụng xupáp treo cũng có nhược điểm như dẫn động xupáp phức tạp, làm tăng chiều cao động cơ và làm cho cấu trúc nắp xilanh trở nên phức tạp hơn.
Hình 2.6: Các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ 2GR- FE
Mỗi xi lanh của động cơ này được trang bị 2 van nạp và 2 van xả, giúp tăng hiệu quả nạp và xả nhờ tổng diện tích cảng lớn hơn Động cơ sử dụng cò mổ với vòng bi kim tích hợp, giảm ma sát giữa các cam và khu vực đẩy van xuống, từ đó cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu.
Một bộ con đội thủy lực, duy trì giải phóng mặt bằng van bằng không liên tục thông qua việc sử dụng áp suất dầu và lực lò xo
Các trục cam nạp và xả trong động cơ được điều khiển thông qua chuỗi xích và hệ thống Dual VVT-i (Variable Valve Timing-intelligent) Hệ thống này tối ưu hóa thời gian van theo điều kiện lái xe, giúp cải thiện hiệu suất động cơ.
Mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn, hiệu suất động cơ cao hơn và lượng khí thải đảm bảo được yêu cầu.
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
Hình 2.7: Các chi tiết trong hệ thống nhiên liệu động cơ 2GR- FE
2 HỆ THỐNG TRẢ LẠI NHIÊN LIỆU
Hệ thống nhiên liệu này được thiết kế nhằm giảm phát thải bay hơi hiệu quả Bằng cách kết hợp bộ lọc nhiên liệu và bộ điều chỉnh áp suất với cụm bơm nhiên liệu, hệ thống cho phép nhiên liệu quay trở lại từ khu vực động cơ không hoạt động, từ đó ngăn chặn sự tăng nhiệt độ bên trong bình nhiên liệu.
Hình 2.8: Hệ Thống Trả Lại Nhiên Liệu
Bộ lọc nhiên liệu dùng để lọc chất bẩn và các tạp chất ra khỏi nhiên liệu đi cung cấp cho động cơ hoạt động
Trong động cơ đang được khảo sát, loại lọc nhiên liệu sử dụng là lọc thấm với phần tử lọc làm bằng giấy Lọc thấm kiểu giấy có ưu điểm nổi bật là giá thành rẻ và khả năng lọc sạch hiệu quả.
Tuy nhiên loại lọc này cũng có nhược điểm là tuổit thọ thấp chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km
Xăng từ bơm nhiên liệu vào cửa (6) của bộ lọc, sau đó xăng đi qua phần tử lọc
Lõi lọc được chế tạo từ giấy với độ xốp khoảng 10mm, giúp giữ lại các tạp chất có kích thước lớn hơn 10mm Sau khi lọc, xăng sẽ tiếp tục đi qua tấm lọc này.
Các tạp chất có kích thước nhỏ hơn 10mm sẽ bị giữ lại, trong khi xăng sạch sẽ được lọc qua cửa ra của bộ lọc, đảm bảo quá trình nạp cho động cơ diễn ra hiệu quả.
Hình 2.9: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu
1 Thân lọc nhiên liệu; 2 Lõi lọc; 3 Tấm lọc;
4 Cửa xăng ra; 5 Tấm đỡ; 6 Cửa xăng vào ỐNG PHÂN PHỐI NHIÊN LIỆU Ống phân phối nhiên liệu làm bằng nhựa được sử dụng để nhận ra trọng lượng nhẹ
Các đường ống phân phối nhiên liệu bên phải và bên trái được kết nối bằng một ống nylon
Bộ giảm chấn xung được niêm phong bằng vòng chữ O và được bảo đảm bằng giá đỡ
Hình 2.10: Ống phân phối nhiên liệu
BỘ ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT
Nhiệm vụ của bộ điều áp là duy trì và ổn định độ chênh áp trong đường ống
Hình 2.11: Sơ đồ kết cấu bộ ổn định áp suất
1 Khoang thông với đường nạp khí 4 Màng
2 Lò xo 5 Khoang thông với dàn ống xã
3 Van 6 Đường xăng hồi về thùng xăng
VÒI VUN XĂNG ĐIỆN TỬ
Hình 2.12: Vòi phun xăng điện tử 1: Thân vòi phun; 2: giắc cắm điện; 3: gioăng chữ O;
4: đầu vào; 5: cuộn dây; 6: lò xo; 7: piston
Vòi phun là một loại van ép thủy lực được điều khiển bằng nam châm điện, có khả năng phun tơi nhiên liệu một cách nhanh chóng Khi áp suất nhiên liệu trong ống đạt khoảng 300 KPa và điện áp cung cấp cho vòi phun ổn định, thể tích nhiên liệu phun ra sẽ tỷ lệ thuận với thời gian kéo dài xung điện điều khiển từ ECM của động cơ.
Vòi phun được lắp đặt ở phía trên bên phải của động cơ, nằm trong đế chuyên dụng với lỗ cho bộ đảo chiều, và được giữ chặt bởi ống phân phối nhiên liệu thông qua gioăng làm kín.
HỆ THỐNG LÀM MÁT
Hệ thống làm mát là một loại áp lực, lưu thông bắt buộc
Một bộ điều nhiệt với van bỏ qua được đặt trên vỏ đầu vào nước để duy trì phân phối nhiệt độ phù hợp trong hệ thống làm mát
Một hệ thống điều khiển quạt làm mát trong đó ECM điều khiển tối ưu tốc độ quạt làm mát được sử dụng
Phích cắm máy hút máu không khí được cung cấp trên cụm đầu vào nước để cải thiện hiệu quả của việc thay đổi chất làm mát động cơ
Hình 2.13 : Các chi tiết trong hệ thống làm mát động cơ 2GR- FE
Nước được tuần hoàn trong hệ thống làm mát động cơ nhờ bơm nước hút từ két nước, sau đó phân phối qua các ống vào áo nước Để đảm bảo nước làm mát được phân phối đều cho từng xilanh, nước sẽ chảy qua ống phân phối được đúc sẵn trong thân máy Sau khi làm mát xilanh, nước tiếp tục làm mát nắp xilanh, đi qua van hằng nhiệt và cuối cùng đến két làm mát Tại đây, nước được làm mát bởi dòng không khí do quạt làm mát tạo ra, và chu trình này lặp lại liên tục.
Hình 2.14: Nguyên lí làm việc hệ thống làm mát
TÌM HIỂU HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ MẪU 2GR-FE
Hình 2.15: Các chi tiết trong hệ thống bôi trơn động cơ 2GR- FE
YÊU CẦU CHUNG VỀ HỆ THỐNG BÔI TRƠN
Bôi trơn tốt các bề mặt ma sát giúp bảo vệ kim loại, tẩy rửa hạt kim loại bong ra và tạo chêm dầu giữa các piston và xilanh, ngăn ngừa mài mòn và va đập trong động cơ Điều này không chỉ cải thiện hiệu suất làm việc của động cơ mà còn duy trì nhiệt độ cho phép từ 80 đến 160 độ C; nếu vượt quá, dầu có thể bốc cháy Tuy nhiên, nếu dầu bôi trơn làm mát quá mức, hiệu suất nhiệt của động cơ sẽ giảm Hệ thống bôi trơn cần đảm bảo công suất không vượt quá 3-5%, đồng thời dầu bôi trơn phải dễ tìm, dễ thay thế và có thời gian sử dụng lâu dài.
CẤU TẠO, NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG
Trong các động cơ đốt trong hiện nay, hầu hết đều sử dụng hệ thống bôi trơn cưỡng bức, trong đó dầu nhờn được bơm từ nơi chứa đến các bề mặt ma sát dưới áp suất cần thiết Hệ thống này không chỉ đảm bảo hiệu quả bôi trơn mà còn giúp làm mát và tẩy rửa các bề mặt ma sát của ổ trục, đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật.
Hệ thống bôi trơn cưỡng bức và vung tóe giúp cung cấp dầu bôi trơn và làm mát cho các bề mặt ma sát của các chi tiết chuyển động trong động cơ Hệ thống này sử dụng kiểu các-te ướt và có dung tích lên tới 6.5 lít.
Hệ thống bôi trơn của động cơ bao gồm bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu và các đường ống dẫn dầu Dầu được hút từ cácte qua bơm dầu, đi qua lọc dầu và được phân phối vào các đường ống dọc theo thân máy, cung cấp dầu cho trục khuỷu và trục cam Dầu tiếp tục được dẫn vào các bạc biên và bạc trục cam, sau đó chảy về két làm mát và quay trở lại cácte Thành xilanh được bôi trơn theo kiểu vung tóe bằng dầu hồi, đảm bảo hiệu suất hoạt động của động cơ.
SƠ ĐỒ HỆ THỐNG BÔI TRƠN:
Hình 2.16: Sơ đồ hệ thống bôi trơn
Máy bơm dầu rotor cycloid nhỏ gọn hoạt động bằng cách điều khiển trực tiếp từ trục khuỷu Thiết bị này áp dụng phương pháp cứu trợ nội bộ, giúp lưu thông dầu cứu trợ đến đường hút trong bơm Mục tiêu chính là giảm thiểu sự thay đổi nồng độ dầu trong chảo, hạn chế ma sát và giảm tốc độ trộn không khí trong dầu.
Hình 2.17: Máy bơm dầu loại rotor cycloid
MÁY BAY PHẢN LỰC DẦU
Máy bay phản lực dầu sử dụng hệ thống làm mát và bôi trơn cho các piston trong khối xi lanh, với các ống dẫn nằm ở trung tâm của bờ phải và trái Những ống dầu này được trang bị van kiểm tra nhằm ngăn chặn việc cung cấp dầu khi áp suất dầu thấp, giúp duy trì áp suất dầu tổng thể trong động cơ.
Hình 2.18: Máy bay phản lực dầu
Bộ lọc dầu với yếu tố thay thế sử dụng giấy lọc hiệu suất cao, giúp nâng cao hiệu quả lọc Yếu tố này không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn dễ cháy, góp phần bảo vệ môi trường.
Một nắp lọc hợp kim nhôm được sử dụng để kéo dài tuổi thọ của nó
Bộ lọc dầu này được thiết kế đặc biệt để loại bỏ dầu động cơ còn sót lại, ngăn chặn tình trạng dầu chảy ra khi thay thế bộ phận Điều này giúp kỹ thuật viên thực hiện công việc mà không cần tiếp xúc với dầu nóng, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình bảo trì.
Hình 2.19: Các chi tiết trong bộ lọc dầu
HỆ THỐNG NẠP VÀ XẢ
Buồng không khí nạp được sử dụng làm bằng nhựa
Một đa tạp ống xả bằng thép không gỉ được sử dụng để giảm trọng lượng
Hệ thống kiểm soát cửa hút khí được sử dụng để giảm tiếng ồn động cơ Để biết chi tiết, hãy xem trang EG-128
Bộ truyền động ACIS Đa dạng lượng Ống xả
Hình 2.20: Các chi tiết trong hệ thống nhiên liệu động cơ 2GR- FE
Một yếu tố làm sạch không khí loại vải không dệt, đầy đủ được sử dụng
Bộ lọc than hoạt tính giúp hấp phụ hydrocarbon (HC) tích lũy trong hệ thống nạp khi động cơ ngừng hoạt động, đóng vai trò quan trọng trong việc làm sạch không khí và giảm phát thải bay hơi Đặc biệt, bộ lọc này không yêu cầu bảo trì, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.
Các bộ cộng hưởng đã được cung cấp để giảm lượng âm thanh không khí nạp
Hình 2.21: Các chi tiết trong bộ làm sạch không khí
Buồng không khí nạp được làm bằng nhựa để nhận ra trọng lượng nhẹ
Buồng không khí nạp được trang bị van điều khiển không khí nạp, được kích hoạt bởi hệ thống ACIS (Hệ thống cảm ứng điều khiển âm thanh) Van này có chức năng điều chỉnh chiều dài ống nạp nhằm nâng cao hiệu suất động cơ.
Bộ truyền động ACIS tích hợp bộ truyền động điện và được hàn laser vào buồng không khí nạp, giúp tối ưu hóa hiệu suất Đặc biệt, nhiều thành phần được chế tạo từ nhựa nhằm giảm trọng lượng tổng thể của hệ thống.
Hình 2.22 Buồng không khí nạp
4 ỐNG XẢ Ống xả được làm bằng thép không gỉ để cải thiện khả năng chống gỉ
Một bức tường mỏng, loại gốm TWC được sử dụng
Các khớp bóng được lắp đặt tại hai vị trí: một ở khớp ống trung tâm xả và một giữa ống trung tâm xả với ống xả Điều này mang lại cấu trúc đơn giản và độ tin cậy cao cho hệ thống.
Từ điều khiển không khí nạp
THIẾT KẾ CƠ CẤU PISTON, THANH TRUYỀN, TRỤC KHUỶU
PISTON
Piston là một bộ phận thiết yếu của động cơ đốt trong, chịu áp lực và nhiệt độ cao trong quá trình hoạt động Nó phải đối mặt với lực tác dụng lớn và ma sát mài mòn do thiếu dầu bôi trơn, dẫn đến ứng suất cơ học và nhiệt Piston có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo kín buồng cháy, ngăn không cho khí cháy lọt xuống các te và giữ dầu nhờn không tràn vào buồng cháy Đồng thời, piston tiếp nhận lực từ khí thể và truyền lực này cho thanh truyền, giúp quay trục khuỷu trong quá trình nén, đẩy khí thải ra khỏi xilanh trong giai đoạn thải, và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp.
1.2.kết cấu và nhiệm vụ
Piston được chế tạo từ hợp kim nhẹ, giúp giảm khối lượng và lực quán tính trong chuyển động Trên piston có ba rãnh dành cho xéc măng, bao gồm hai xéc măng khí và một xéc măng dầu Đỉnh piston có bề mặt phẳng, làm giảm diện tích tiếp xúc với nhiệt Kích thước của piston có đường kính D 94 mm và hành trình S mm.
Đỉnh piston có thiết kế lõm, giúp tạo ra xoáy lốc mạnh mẽ trong quá trình nén, từ đó hình thành khí hỗn hợp một cách hiệu quả.
+ Đầu piston: lắp các xéc măng dầu và xéc măng khí làm nhiệm vụ bao kín
+Thân piston là phần phía dưới rãnh xéc măng dầu cuối cùng ở đầu piston, làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xylanh và chịu lực ngang N
Chân piston được thiết kế với vành đai nhằm tăng cường độ cứng vững, đồng thời được gọt bớt phần kim loại để giảm khối lượng Điều này giúp tránh hiện tượng va chạm với đối trọng trên trục khuỷu.
Chốt piston là một bộ phận quan trọng trong cơ cấu máy, có nhiệm vụ kết nối piston với thanh truyền Nó đóng vai trò truyền tải lực từ khí thể tác động lên piston đến thanh truyền, giúp chuyển đổi lực này thành chuyển động quay của trục khuỷu.
- Vật liệu làm chốt piston là thép cacbon và thép hợp kim có thành phần cacbon thấp
- Kết cấu của chốt piston rất đơn giản, là hình trụ rỗng để cho nhẹ Bề mặt bên trong chốt có dạng hình trụ nên dễ chế tạo
- Chốt piston được lắp tự do
Xéc măng: Đầu piston bố trí 3 xéc măng gồm 2 xéc măng khí và 1 xéc măng dầu
Xéc măng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy, ngăn không để khí cháy lọt xuống cacte
Xéc măng dầu có nhiệm vụ ngăn dầu nhờn sục lên buồng cháy
1- Xéc măng dầu, 2- Xécmăng khí
- Vật liệu làm xéc măng là gang xám hợp kim
- Xéc măng có kết cấu đơn giản, có dạng một vòng thép hở miệng
Các chi tiết được lắp với piston bao gồm: piston, các xéc măng khí, xéc măng dầu, chốt piston và các chi tiết khác
Vòng chặn có nhiệm vụ khống chế cách bậc tự do của chốt piston, không cho chốt piston di chuyện khi máy làm việc
1.3 Xác định các kích thước cơ bản
Hình 3.2: Sơ đồ tính toán piston
Chiều dày đỉnh có làm mát đỉnh: ( 0,04-0,07 ).D
Khoảng cách c từ đỉnh đến xéc măng thứ nhất: (0.6-1.2)
Ta chọn: h=0,45.94= 42,3 [ mm ] Đường kính chốt dcp: ( 0,25-0.35).D
Ta chọn: dcp = 0,3.94= 28,2 [ mm ] Đường kính bệ chốt db: ( 1,3 – 1,6 ).dcp
Ta chọn: db = 1,5.28,2= 42,3 [ mm ] Đường kính trong chốt d0: ( 0,6 – 0,8 ).dcp
Ta chọn: a1 =1,3.1,5= 2 [ mm ] Đường kính D2=D-2t-2s
THANH TRUYỀN
-Nối piston với trục khuỷu
-Biến đổi chuyển động thẳng của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu
-Truyền lực piston lên trục khuỷu và tạo ra 1 moomen xoắn
Hình 3.3: Các bộ phận chính của thanh truyền
Nhóm thanh truyền gồm có: thanh truyền, bu lông thanh truyền và bạc lót
Trong quá trình làm việc, nhóm thanh truyền truyền lực tác dụng trên piston cho trục khuỷu, làm quay trục khuỷu
Đầu nhỏ thanh truyền là bộ phận chứa chốt piston, thường được lắp với một vòng bạc lót làm từ hợp kim đồng (CuPbSn) Khi chốt piston được lắp tự do, vòng bạc lót sẽ được ép vào đầu nhỏ thanh truyền Nếu chốt piston được kết nối cố định với đầu nhỏ thanh truyền thông qua phương pháp lắp ép nóng, nó sẽ co lại trực tiếp trong đầu nhỏ thanh truyền.
2 Thân thanh truyền : nối đầu nhỏ thanh truyền với đầu to thanh truyền Để nâng độ bền uốn ,tiết diện, thường có dạng I kép
Chiều dài l của thanh truyền phụ thuộc vào thông số λ :
Tiết diện ngang của thân thanh truyền như hình 3.4
Hình 3.4: Tiết diện thân thanh truyền
- Loại thân thanh truyền có tiết diện chữ I hình 3.4 a,b được ứng dụng rỗng rãi trong các động cơ
Thân thanh truyền có tiết diện chữ nhật và ô van là loại thiết kế đơn giản, thường được sử dụng trong các động cơ mô tô, xe máy, xuồng máy và động cơ xăng cỡ nhỏ.
3 Đầu to thanh truyền : cùng với nắp thanh truyền bao quanh ổ đở trục khuỷu
,là loại bạc trượt đc chia đôi
Kết cấu đầu to thanh truyền phải đảm bảo các yêu cầu sau đây :
- Có độ cứng vững lớn để bạc lót không bị biến dạng
Kích thước nhỏ gọn giúp giảm lực quán tính, từ đó giảm tải trọng lên chốt khuỷu và ổ trục Điều này cũng cho phép thu nhỏ kích thước hộp trục khuỷu và đặt trục cam gần hơn với trục khuỷu, tạo điều kiện cho buồng cháy của động cơ sử dụng cơ cấu xupáp nhỏ gọn hơn.
- Chổ chuyển tiếp giữa thân và đầu to phải có góc lượn để tăng độ cứng vững
Việc lắp ghép cụm piston và thanh truyền với trục khuỷu trở nên đơn giản hơn bao giờ hết Hầu hết các động cơ đầu to được chia thành hai phần: phần trên gắn liền với thân động cơ và phần dưới là nắp đầu to thanh truyền.
Hình 3.5: Kết cấu đầu to thanh truyền
1: Bạc lót đầu to thanh truyền
Vật liệu chịu mòn và kết cấu của bạc lót : Vật liệu chịu mòn
Yêu cầu đối với vật liệu chịu mòn:
Có tính chống mòn tốt, có hệ số ma sát nhỏ
Có độ cứng thích đáng và độ dẻo cần thiết
Giữ được dầu bôi trơn
Chóng và khít với bề mặt trục
Dễ đúc và dễ bám với vỏ thép
Các nhóm vật liệu chính
Nhóm kim loại: gồm có babít, đồng thanh - thiết, đồng thanh - chì, hợp kim nhôm, hợp kim kẽm, gang chống mòn
Nhóm phi kim loại: gồm chất dẻo, gỗ ép
Nhóm kim loại gốm: gồm các bột kim loại ép như: sắt - graphit, đồng thanh - graphit
Kết cấu bạc lót Đầu to thanh truyền được chia thành hai nữa nên bac lót cũng được chia thành hai nữa
Bạc lót thanh truyền gồm gộp bạc bằng thép ở phía ngoài và lớp hợp kim chịu mòn tráng lên mặt trong của bạc
Gộp bạc thường được chế tạo từ thép có hàm lượng cacbon thấp, với bề mặt đúc thường chỉ ở dạng thô hoặc được mạ một lớp thiếc Việc định vị bạc lót trên đầu to được thực hiện bằng bu lông thanh truyền.
Theo chiều dày của lớp hợp kim chịu mòn, ta sử dụng bạc lót mỏng với những ưu điểm như sau :
Có điều kiện để sản xuất hàng loạt,có thể lắp lẫn,dễ thay thế
Tốn ít thời gian và vật liệu chịu mòn khi cạo rà nên giảm giá thành sữa chữa Tiếp xúc đều với đầu to thanh truyền
Giảm kích thước,khối lượng đầu to,tăng được đường kính cổ khuỷu
Hình 3.6: Kết cấu bulông thanh truyền
Bulông thanh truyền là một chi tiết nhỏ nhưng rất quan trọng, vì nếu bulông thanh truyền bị đứt, động cơ sẽ hư hỏng nặng
Trong khi làm việc, bulông thanh truyền chịu các lực sau:
Lực xiết ban đầu khi lắp ghép
Lực quán tính của khối lượng vận động tĩnh tiến và lực quán tính ly tâm của khối lượng vận động quay
Hình 3.7: Cấu tạo của cụm thanh truyền
-Áp lực theo chiều dọc do áp suất khí tác dụng lên đỉnh piston
-Lực gia tốc ở dạng lực kéo và lực nén theo chiều dọc do sự thay đổi liên tục của tốc độ piston
Lực uống trong thân thanh truyền phát sinh từ chuyển động lắc liên tục quanh trục chốt piston Để duy trì lực quá tính ở mức tối thiểu, khối lượng của thanh truyền cần được thiết kế nhỏ nhất có thể Vật liệu sử dụng cho thanh truyền cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của hệ thống.
+ Thanh truyền chủ yếu được sản xuất từ hợp kim thép nhiệt luyện được rèn trong khuôn ,hoặc từ hợp kim bột thép thành chi tiết rèn nung kết
2.3.Điều kiện làm việc và tính toán thiết kế thanh truyền
1 Điều kiện làm việc Điều kiện làm việc của thanh truyền
Thanh truyền là chi tiết nối với piston và trục khuỷu nhằm biến chuyển động tĩnh tiến của piston thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu
Trong quá trình làm việc, thanh truyền chịu tác dụng của các lực :
Lực khí thể trong xy lanh
Lực quán tính chuyển động tĩnh tiến cảu nhóm piston
Lực quán tính của thanh truyền
Các lực này thay dổi theo chu kỳ,vì vậy tải trọng tác dụng lên thanh truyền là tải trọng động
Dưới tác động của các lực, thân thanh truyền bị nén và uốn theo chiều dọc cũng như chiều ngang; đầu nhỏ của thanh truyền bị biến dạng méo, trong khi nắp đầu lớn bị uốn và kéo.
2.1 Xác định các kích thước cơ bản đầu nhỏ thanh truyền Đường kính ngoài bạc d1: (1,1 – 1,25 ).dcp
Ta chọn: d1 = 1,1.28,2 = 31,02 (mm) Đường kính ngoài d2 : (1,3-1,7)dcp
Chiều dài đầu nhỏ ld : (0,28-0,32).D
Chiều dày bạc đầu nhỏ : (0,08-0,085)dcp
Hình 3.8: Sơ đồ tính toán đầu nhỏ thanh truyền
2.2 Xác định các kích thước cơ bản đầu to thanh truyền Đường kính chốt khuỷu dck : (0,56-0,75)D
Chiều dày bạc lót tb1 :
Khoảng cách tâm bu lông c : (1,3-1,75)dck
Chiều dài đầu to lđt : (0,45-0,95)dck
TRỤC KHUỶU
3.1 Kết cấu cơ bản của trục khuỷu
Hình 3.9: Kết cấu trục khuỷu
Trục khủy là bộ phận chính của động cơ, bao gồm ba đoạn trục kết nối với các bánh răng dẫn động trục cam, bơm cao áp, bơm nhiên liệu và bơm dầu nhờn Ngoài ra, nó còn kết hợp với các bánh đai để dẫn động quạt gió và bơm nước, đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống động cơ.
+ Chức năng: dùng để trích một phần công suất của động cơ để dẫn động các hệ thống phụ trợ trong động cơ
+ Thân trục khuỷu gồm 4 cổ trục, 6 chốt khuỷu, 9 má khuỷu, bên trong có các đường dầu bôi trơn cổ trục, khuỷu trục và các bạc lót
+ Cổ trục khuỷu và chốt khuỷu được gia công với độ bền cao,
Các chốt khuỷu hình trụ rỗng được thiết kế để đảm bảo momen uốn và momen xoắn hiệu quả Chúng có khoan xiên giúp dễ gia công và được nối với trục khuỷu thông qua các má khuỷu Góc lệch giữa hai chốt khuỷu liên tiếp là 60 độ, tối ưu hóa hoạt động của hệ thống.
Má khuỷu là bộ phận kết nối giữa cổ trục và cổ chốt, có hình dạng ovan và được gắn liền với đối trọng Trong tổng số 9 má khuỷu, có 5 má đi kèm với đối trọng, trong khi 4 má không có Chức năng chính của má khuỷu là đảm bảo sự cân bằng cho các lực momen quán tính, đặc biệt là lực và momen quán tính ly tâm của động cơ.
Bạc lót cổ trục cung được thiết kế với các rãnh vi mô ở mặt trong, giúp tăng cường khả năng bôi trơn và giảm rung động cho động cơ Ngoài ra, mặt trong của các bạc lót phía trên cũng được trang bị rãnh dầu bôi trơn để cải thiện hiệu suất hoạt động.
Dựa vào động cơ tham khảo ta xác định được số cổ trục là
Z =4 Đường kính ngoài của cổ khủy : dct =(0,7-0,85)D
Chiều dài cổ trục khủy: lct=(0,55-0,65)dct lct = 0,6.75,2 = 45,12 (mm) Đường kính ngoài chốt khủy : dch=(0,64-0,72)D
Chiều dài chiều dài chốt: Lch=(0,7-1)dch
Chọn h = 1,1.94 = 103,4 (mm) Đường kính khoan lỗ dầu bôi trơn : d1=(3-8) mm
- Là nơi để truyền công suất ra ngoài, và lắp với bánh đà
- Đồng tâm với trục khuỷu
- Có các bộ phận: vành chắn dầu, ren hồi dầu, đệm chắn
Trục khuỷu có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi lực từ piston thành mô men quay, cung cấp năng lượng cho bộ phận công tác Nó cũng nhận năng lượng từ bánh đà để hỗ trợ các quá trình sinh công Trong quá trình hoạt động, trục khuỷu phải chịu tác động từ lực khí thể, lực quán tính và lực quán tính ly tâm Để đảm bảo hiệu suất làm việc, trục được khoan lỗ dầu bôi trơn, giúp dầu di chuyển đều đến bề mặt các cổ trục.
- Đường kính chốt khuỷu: 52.64 (mm)
- Chiều dài cổ khuỷu: 45.12 (mm)
- Đường kính cổ khuỷu: 75.2 (mm)
BÁNH ĐÀ
Bánh đà là bộ phận quan trọng của động cơ đốt trong, giúp duy trì độ ổn định cho động cơ trong giới hạn cho phép Nó cũng bao gồm các chi tiết của cơ cấu khởi động, như vành răng khởi động, và đánh dấu điểm chết cũng như vạch chia độ góc quay trục khuỷu.
Bánh đà lắp ở đuôi trục khuỷu có vai trò quan trọng trong việc tích trữ năng lượng, giúp trục khuỷu quay đều Ngoài chức năng chính này, bánh đà còn là nơi lắp đặt các chi tiết của cơ cấu khởi động, bao gồm vành răng khởi động.
Bánh đà có cấu tạo hình tròn với khối lượng chủ yếu tập trung ở vành ngoài Trên bánh đà, có lỗ côn để lắp vào trục khuỷu và rãnh then định vị, cùng với dấu chỉ vị trí của piston số một tại điểm chết trên, góc phun hoặc đánh lửa sớm.
Hình 3.10 : Bánh đà dạng đĩa
Hình 3.11: Các chi tiết của bánh đà dạng đĩa
Bánh đà của động cơ tốc độ thấp thường được sản xuất từ gang xám hoặc hợp kim nhôm, trong khi đó, động cơ tốc độ cao thường sử dụng thép có hàm lượng carbon thấp.
PHẦN THYẾT KẾ THÂN MÁY, NẮP MÁY VÀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ X16- 021
Thân máy
- Thân máy là chi tiết lớn nhất của động cơ nó chiếm 30%-70% khối lượng của động cơ tùy theo từng loại động cơ
Hình 4.1: Kết cấu thân máy Kết cấu
- Chứa cách xilanh và hộp trục khuỷu để bố trí các cơ cấu, thường là thành một khối nguyễn
- Loại thân xi lanh hộp trục khuỷu thường dung là loại vỏ thân chịu lực
- để nâng cao độ cứng vững của thân máy, ta sẽ dung các biện pháp sau:
+ làm them nhiều gân tăng cứng
Hạ thấp mặt lắp ghép với nắp cacte thấp hơn mặt chưa ổ trục để đảm bảo lực và momen của trục khuỷu được truyền đều cho thân máy Việc này giúp hộp trục khuỷu có tiết diện ngang và khối lượng kim loại lớn hơn, từ đó nâng cao khả năng chịu lực của xilanh.
+ Dùng loại thân máy có nhiều ổ trục, do ứng suất được phân bố đồng đều dọc theo thân máy
+ Dùng kết cấu hộp trục khuỷu có ổ trục nguyễn khối
1.2 Thông số cơ bản để thuyết kế thân máy:
+ Bán kính qoay trục khuỷu R= 47,5
+ Góc giữa 2 hàng xinh lanh : 60 o
+ Chiều giày giá đỡ trục khuỷu bằng với chiều dài cỗ trục
Nắp máy
Nắp máy là một bộ phận quan trọng, có chức năng đậy kín buồng cháy và lắp ráp các chi tiết khác như vòi phun bugi và cơ cấu dẫn động xupap Trong nắp máy, các đường dẫn nước làm mát, dầu bôi trơn, đường thải và đường nạp được bố trí hợp lý để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Những đặc điểm và kết cấu của nắp xilanh
Loại nắp máy.: loại nắp mà trục cam được gắn trên nắp máy(DOHC- có 2 trục cam )
+ chứa con đội thủy lực
+ số xupap nạp và xupap thải là 4 (để tang công suất động cơ)
Cơ cấu phân phối khí trên nắp máy động cơ X16-021 4 trục cam được thiết kế nhằm đẩy các xupap nạp và xả đi xuống Hệ thống con đội thủy lực sử dụng áp suất dầu để tự động điều chỉnh khe hở giữa các chi tiết, giúp giảm thiểu tiếng ồn trong quá trình hoạt động.
2.2 Các thông số cơ bản của nắp máy
+ Các kích thước cơ bản khác phụ thuộc vào thân máy và cơ cấu phân phối khí
Dựa vào thông số tính ở phần Phân phối khí, ta có một vài thông số sơ bộ như sau:
+ Chiều dài nắp Ln= 509.48mm
+ Chiều rộng nắp Hn = 170mm
+ Chiều cao các giá đỡ trục cam h= 60mm
+ Khoản cách giữa các giá đỡ lgd= 115,21mm
III Cơ cấu phân phối khí
DOHC, hay cơ cấu phối khí hai trục cam trên đỉnh, là hệ thống mà xupap nạp và xupap xả được điều khiển bởi hai trục cam riêng biệt Có hai loại cơ cấu DOHC: loại có sử dụng cò mổ và loại không có cò mổ Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào loại có cò mổ để có thể lắp thêm con đội thủy lực.
Là động cơ V6 ta có 4 trục cam và 24 xupap trong đó 12 xupap nap và 12 xupap thải
Hình 4.2: Hệ thống phân phối khí DOHC
3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu và nguyên lý làm việc
Cơ cấu phân phối khí trong động cơ có vai trò quan trọng trong việc thay đổi khí, giúp thải sạch khí thải và nạp đầy hỗn hợp khí nạp hoặc không khí Điều này đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục và hiệu quả.
- Đảm bảo chất lượng quá trình thay đổi khí: chất lượng thải sạch và chất lượng nạp đầy
- Tránh không cho khí thải trên đường thải trở lại trong xilanh
- Ít mòn, ít tiếng kêu
- Đơn giản, dễ chế tạo
Cơ cấu phân phối khí hoạt động dựa trên hai quá trình chính: đầu tiên là quá trình vấu cam đẩy mở xupáp, tiếp theo là quá trình lò xo giãn đóng kín xupáp.
Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp diễn ra khi động cơ hoạt động, khiến trục khuỷu quay thông qua cơ cấu dẫn động phân phối khí bằng bánh xích Điều này làm cho trục cam quay theo, và khi vấu cam tiếp xúc với con đội, con đội sẽ di chuyển, ép lò xo nén lại và làm xupáp mở cửa nạp, cho phép môi chất mới vào buồng đốt Đồng thời, cửa thải cũng được mở trong quá trình thải, giúp khí cháy thoát ra ngoài môi trường.
Quá trình đóng kín xupáp diễn ra khi trục cam quay đến vị trí mà đỉnh của vấu cam vượt qua một đầu của con đội Lúc này, lò xo giãn ra, thông qua chén chặn, đẩy xupáp trở về vị trí ban đầu để hoàn tất quá trình đóng kín.
Hệ thống phân phối khí đóng vai trò quan trọng trong việc thay đổi khí trong động cơ, đảm bảo thải khí ra khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp khí hoặc không khí sạch, giúp động cơ hoạt động liên tục và ổn định với công suất thiết kế tối đa Để đạt được hiệu quả tối ưu, hệ thống này cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như quá trình thay đổi khí hoàn hảo, nạp đầy và thải sạch, đóng mở xupáp đúng thời gian quy định, độ mở lớn để giảm trở lực cho dòng khí lưu thông, và đảm bảo xupáp đóng kín để duy trì áp suất nén, ngăn ngừa hiện tượng cháy do lọt khí Ngoài ra, hệ thống cũng cần hạn chế va đập, tránh mòn, dễ dàng hiệu chỉnh và sửa chữa, đồng thời thiết kế đơn giản, dễ chế tạo và có giá thành hợp lý.
Hình 4.3: Bố trí trục cam
Hệ thống phân phối khí động cơ kiểu treo mang lại nhiều lợi ích, bao gồm việc tạo ra buồng cháy gọn gàng và giảm thiểu nhiệt độ Thiết kế đường nạp và thải đồng đều trên nắp giúp dòng khí lưu thông tốt hơn, từ đó tăng hệ số nạp Đối với động cơ xăng, hệ thống này có thể cải thiện hệ số nạp từ 5 đến 7% so với kiểu xupáp đặt Hệ thống phân phối khí kiểu treo cũng cho phép bố trí xupáp theo nhiều hình thức khác nhau, tùy thuộc vào hình dạng buồng cháy và cấu trúc hệ thống phân phối khí, chẳng hạn như nhiều xupáp cho một xilanh và cách đặt trục cam.
Hệ thống phân phối khí kiểu treo có một số khuyết điểm, bao gồm việc dẫn động phức tạp làm tăng chiều dài động cơ, cùng với cấu trúc nắp xilanh phức tạp gây khó khăn trong quá trình đúc và gia công.
3.2.1 Phương án dẫn động trục cam
Trục cam được trục khuỷu dẫn động bằng Xích Vì động cơ có số vòng qoay cao N = 5200
Hình 4.4: Dẫn động trục cam
Xupáp là bộ phận quan trọng trong việc điều chỉnh dòng khí vào buồng đốt và thải khí ra ngoài Trong quá trình hoạt động, xupáp phải chịu tải trọng cơ học và nhiệt độ cao, dẫn đến nguy cơ biến dạng do mặt nấm xupáp thường xuyên va chạm mạnh với đế xupáp.
Xupáp thải thường xuyên tiếp xúc với khí thải có nhiệt độ cao, dẫn đến tình trạng quá nóng và dễ bị ăn mòn hóa học Trong khi đó, xupáp nạp được làm mát nhờ dòng khí nạp, do đó chịu nhiệt độ thấp hơn xupáp thải Cấu trúc của xupáp bao gồm ba phần chính: phần nấm xupáp, phần thân và phần đuôi xupáp.
Nấm xupáp thải tiếp xúc với khí thải có nhiệt độ cao, với mặt côn có góc α từ 15-45 độ Góc α nhỏ giúp tăng lưu thông nhưng làm giảm độ cứng vững của nấm, có thể gây cong vênh và không kín khít với đế xupáp Ngược lại, góc α lớn giúp nấm bền hơn và khí thải thoát dễ dàng hơn, vì vậy đối với động cơ, nên chọn α là 45 độ Chiều rộng b của mặt côn trên nấm xupáp được tính theo công thức b = (0,05-0,12)dn, trong đó dn là đường kính nấm xupáp, và b cũng phụ thuộc vào vật liệu chế tạo xupáp Nấm xupáp bằng được ưa chuộng do chế tạo đơn giản và có thể sử dụng cho cả xupáp thải và nạp.
Thân xupáp cần có đường kính phù hợp để đảm bảo dẫn hướng và tản nhiệt hiệu quả, đồng thời chịu được lực nghiêng khi xupáp hoạt động Để giảm nhiệt độ, thường tăng đường kính thân xupáp và kéo dài cốc dẫn hướng gần nấm xupáp Đường kính lớn giúp xupáp chịu lực ngang tốt hơn, và để tránh kẹt khi nóng, phần nối tiếp với nấm thường nhỏ hơn hoặc khoét rộng lỗ dẫn hướng Chiều dày thân xupáp thay đổi tùy theo bố trí, thường trong khoảng l=(2,5-3,5)dn, cần đủ để lắp ống dẫn hướng và lò xo Phần đuôi xupáp làm việc trong điều kiện va đập mạnh nên phải được tôi cứng, và có rãnh để lắp móng hãm, giúp chặn lò xo phía trên kết nối với xupáp.
2 móng hãm hình côn lắp vào đoạn có đường kính nhỏ trên đuôi Mặt phía l dn dh b
Móng hãm được thiết kế để ăn khớp với mặt côn của đĩa lò xo, giúp phân bố lực đều và không tạo ra ứng suất tập trung trên đuôi xupáp, mang lại hiệu quả cao trong quá trình vận hành.
Hình 4.6: Loxo và đầu xupap 1-Chén chặn; 2- Phớt đuôi xupap; 3- Bệ tựa lò xo; 4- Lò xo xupap