Đồ án Thiết kế động cơ đốt trong - Động cơ D1 V4 - 0415

340 5.93 71.1 -44.33 26.77 580 10.12 0.7 28.32 29.02 100 1.75 -0.6 16.01 15.41 350 6.11 129.1 -47.80 81.30 590 10.30 0.7 26.89 27.59 110 1.92 -0.6 20.91 20.31 360 6.28 160.1 -48.98 111.12 600 10.47 0.7 24.49 25.19 120 2.09 -0.6 24.49 23.89 370 6.46 197.1 -47.80 149.30 610 10.65 0.6 20.91 21.51 130 2.27 -0.5 26.89 26.39 380 6.63 140.1 -44.33 95.77 620 10.82 0.6 16.01 16.61 140 2.44 -0.5 28.32 27.82 390 6.81 94.1 -38.83 55.27 630 11.00 0.6 9.80 10.40 150 2.62 -0.5 29.04 28.54 400 6.98 58.1 -31.72 26.38 640 11.17 0.6 2.40 3.00 160 2.79 -0.5 29.32 28.82 410 7.16 38.6 -23.49 15.11 650 11.34 0.6 -5.90 -5.30 170 2.97 -0.5 29.38 28.88 420 7.33 27.4 -14.69 12.71 660 11.52 0.6 -14.69 -14.09 180 3.14 -0.5 29.39 28.89 430 7.50 19.9 -5.90 14.00 670 11.69 0.6 -23.49 -22.89 190 3.32 -0.5 29.38 28.88 440 7.68 15.1 2.40 17.50 680 11.87 0.6 -31.72 -31.12 200 3.49 -0.3 29.32 29.02 450 7.85 11.8 9.80 21.60 690 12.04 0.6 -38.83 -38.23 210 3.67 -0.2 29.04 28.84 460 8.03 9.5 16.01 25.51 700 12.22 0.6 -44.33 -43.73 220 3.84 -0.1 28.32 28.22 470 8.20 8 20.91 28.91 710 12.39 0.6 -47.80 -47.20 230 4.01 0.5 26.89 27.39 480 8.38 6.9 24.49 31.39 720 12.57 0.6 -48.98 -48.38 Từ bảng số liệu, ta vẽ được đồ thị khai triển pkt, Pj , P1 như sau: Hình 2-8: Đồ thị khai triển pkt , Pj và P1 2.2.3 Xây dựng đồ thị T, Z, N-α 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 . Nó tác dụng lên chốt Piston và đẩy thanh truyền: P1 = Pkt + Pj + Phân tích P1 ra làm hai thành phần lực: Ptt _ lực tác dụng trên đường tâm thanh truyền. N _ tác dụng trên phương thẳng góc với đường tâm xylanh. + Từ quan hệ lượng giác,ta có thể xác định được trị số của Ptt và N : + Phân tích Ptt làm hai thành phần lực : lực tiếp truyến T và lực pháp tuyến Z : Trong đó: sinb = lsina Þb = arcsin(lsina) Hình 2-9: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền Ta có bảng giá trị các thành phần lực T, Z, N theo α như sau: Bảng 2-2: Bảng giá trị các lực T, Z và N theo α α[độ] α [rad] β[rad] P1 T Tbd Z Zbd N Nbd 0 0.00 0.00 -48.38 0.00 0.00 -1.50 -48.38 0.00 0.00 10 0.17 0.04 -48.00 -0.32 -10.39 -1.45 -46.90 -0.06 -2.09 20 0.35 0.09 -44.73 -0.59 -18.90 -1.26 -40.72 -0.12 -3.84 30 0.52 0.13 -39.33 -0.74 -23.96 -0.98 -31.59 -0.15 -4.96 40 0.70 0.16 -32.32 -0.77 -24.81 -0.66 -21.38 -0.16 -5.26 50 0.87 0.19 -24.09 -0.67 -21.47 -0.37 -11.88 -0.15 -4.70 60 1.05 0.22 -15.29 -0.46 -14.94 -0.15 -4.71 -0.11 -3.39 70 1.22 0.24 -6.50 -0.21 -6.64 -0.02 -0.75 -0.05 -1.57 80 1.40 0.25 1.80 0.06 1.85 0.00 -0.14 0.01 0.46 90 1.57 0.25 9.20 0.29 9.20 -0.07 -2.37 0.07 2.37 100 1.75 0.25 15.41 0.45 14.50 -0.20 -6.53 0.12 3.91 110 1.92 0.24 20.31 0.54 17.40 -0.36 -11.56 0.15 4.91 120 2.09 0.22 23.89 0.56 18.04 -0.51 -16.53 0.16 5.30 130 2.27 0.19 26.39 0.52 16.91 -0.65 -20.91 0.16 5.15 140 2.44 0.16 27.82 0.45 14.41 -0.75 -24.22 0.14 4.53 150 2.62 0.13 28.54 0.35 11.16 -0.82 -26.51 0.11 3.60 160 2.79 0.09 28.82 0.23 7.53 -0.87 -27.93 0.08 2.47 170 2.97 0.04 28.88 0.12 3.78 -0.89 -28.66 0.04 1.26 180 3.14 0.00 28.89 0.00 0.00 -0.90 -28.89 0.00 0.00 190 3.32 -0.04 28.88 -0.12 -3.78 -0.89 -28.66 -0.04 -1.26 200 3.49 -0.09 29.02 -0.24 -7.58 -0.87 -28.12 -0.08 -2.49 210 3.67 -0.13 28.84 -0.35 -11.27 -0.83 -26.79 -0.11 -3.63 220 3.84 -0.16 28.22 -0.45 -14.62 -0.76 -24.57 -0.14 -4.59 230 4.01 -0.19 27.39 -0.54 -17.55 -0.67 -21.70 -0.17 -5.34 240 4.19 -0.22 25.89 -0.61 -19.55 -0.56 -17.92 -0.18 -5.74 250 4.36 -0.24 22.81 -0.61 -19.55 -0.40 -12.98 -0.17 -5.51 260 4.54 -0.25 18.11 -0.53 -17.04 -0.24 -7.68 -0.14 -4.60 270 4.71 -0.25 13.20 -0.41 -13.20 -0.11 -3.41 -0.11 -3.41 280 4.89 -0.25 6.70 -0.21 -6.89 -0.02 -0.51 -0.05 -1.70 290 5.06 -0.24 0.70 -0.02 -0.72 0.00 0.08 -0.01 -0.17 300 5.24 -0.22 -3.79 0.11 3.71 -0.04 -1.17 0.03 0.84 310 5.41 -0.19 -7.89 0.22 7.03 -0.12 -3.89 0.05 1.54 320 5.59 -0.16 -7.12 0.17 5.46 -0.15 -4.71 0.04 1.16 330 5.76 -0.13 3.27 -0.06 -1.99 0.08 2.62 -0.01 -0.41 340 5.93 -0.09 26.77 -0.35 -11.32 0.76 24.37 -0.07 -2.30 350 6.11 -0.04 81.30 -0.55 -17.60 2.46 79.46 -0.11 -3.53 360 6.28 0.00 111.12 0.00 0.00 3.44 111.12 0.00 0.00 370 6.46 0.04 149.30 1.00 32.32 4.52 145.91 0.20 6.49 380 6.63 0.09 95.77 1.25 40.48 2.70 87.19 0.25 8.22 390 6.81 0.13 55.27 1.04 33.66 1.38 44.38 0.22 6.96 400 6.98 0.16 26.38 0.63 20.25 0.54 17.45 0.13 4.30 410 7.16 0.19 15.11 0.42 13.47 0.23 7.46 0.09 2.95 420 7.33 0.22 12.71 0.38 12.41 0.12 3.91 0.09 2.82 430 7.50 0.24 14.00 0.44 14.32 0.05 1.61 0.10 3.38 440 7.68 0.25 17.50 0.56 18.01 -0.04 -1.34 0.14 4.45 450 7.85 0.25 21.60 0.67 21.60 -0.17 -5.58 0.17 5.58 460 8.03 0.25 25.51 0.74 24.00 -0.34 -10.81 0.20 6.48 470 8.20 0.24 28.91 0.77 24.77 -0.51 -16.45 0.22 6.99 480 8.38 0.22 31.39 0.73 23.70 -0.67 -21.72 0.22 6.96 490 8.55 0.19 32.89 0.65 21.07 -0.81 -26.06 0.20 6.42 500 8.73 0.16 33.62 0.54 17.42 -0.91 -29.27 0.17 5.47 510 8.90 0.13 33.94 0.41 13.27 -0.98 -31.53 0.13 4.28 520 9.08 0.09 33.22 0.27 8.68 -1.00 -32.19 0.09 2.85 530 9.25 0.04 32.38 0.13 4.24 -1.00 -32.14 0.04 1.41 540 9.42 0.00 31.69 0.00 0.00 -0.98 -31.69 0.00 0.00 550 9.60 -0.04 31.08 -0.13 -4.07 -0.96 -30.85 -0.04 -1.35 560 9.77 -0.09 30.22 -0.24 -7.90 -0.91 -29.28 -0.08 -2.59 570 9.95 -0.13 29.84 -0.36 -11.66 -0.86 -27.72 -0.12 -3.76 580 10.12 -0.16 29.02 -0.47 -15.03 -0.78 -25.27 -0.15 -4.72 590 10.30 -0.19 27.59 -0.55 -17.67 -0.68 -21.86 -0.17 -5.38 600 10.47 -0.22 25.19 -0.59 -19.02 -0.54 -17.43 -0.17 -5.59 610 10.65 -0.24 21.51 -0.57 -18.43 -0.38 -12.24 -0.16 -5.20 620 10.82 -0.25 16.61 -0.48 -15.63 -0.22 -7.04 -0.13 -4.22 630 11.00 -0.25 10.40 -0.32 -10.40 -0.08 -2.68 -0.08 -2.68 640 11.17 -0.25 3.00 -0.10 -3.09 -0.01 -0.23 -0.02 -0.76 650 11.34 -0.24 -5.30 0.17 5.42 -0.02 -0.61 0.04 1.28 660 11.52 -0.22 -14.09 0.43 13.77 -0.13 -4.34 0.10 3.13 670 11.69 -0.19 -22.89 0.63 20.40 -0.35 -11.29 0.14 4.47 680 11.87 -0.16 -31.12 0.74 23.88 -0.64 -20.58 0.16 5.07 690 12.04 -0.13 -38.23 0.72 23.29 -0.95 -30.70 0.15 4.82 700 12.22 -0.09 -43.73 0.57 18.48 -1.23 -39.81 0.12 3.75 710 12.39 -0.04 -47.20 0.32 10.22 -1.43 -46.12 0.06 2.05 720 12.57 0.00 -48.38 0.00 0.00 -1.50 -48.38 0.00 0.00 Từ bảng số liệu, ta có đồ thị T, Z, N-α như sau: Hình 2-10: Đồ thị T, Z, N-α 2.2.4 Xây dựng đồ thị ΣT-α Để vẽ đồ thị ΣT-α ta thực hiện theo những bước sau: + Lập bảng xác định góc ứng với góc lệch các khuỷu theo thứ tự làm việc. + Góc lệch công tác: + Thứ tự làm việc của động cơ là: 1-3-4-2 + Sau khi lập bảng xác định góc ứng với các khuỷu theo thứ tự làm việc. Lấy tỉ lệ xích [MN/(m2.mm)] và lập được bảng tính . Trị số của ta đã tính, căn cứ vào đó tra bảng các giá trị đã tịnh tiến theo α . Cộng tất cả các giá trị của ta có ΣT. Với giá trị ΣT được tính theo μΣT, ta có bảng giá trị sau: Bảng 2-3: Bảng giá trị ΣT α1[độ] T1 [mm] α2[độ] T2 [mm] α3[độ] T3 [mm] α4[độ] T4 [mm] ΣT [mm] 0 0.00 180 0.00 540 0.00 360 0.00 0.00 10 -10.39 190 -3.78 550 -4.07 370 32.32 14.08 20 -18.90 200 -7.58 560 -7.90 380 40.48 6.09 30 -23.96 210 -11.27 570 -11.66 390 33.66 -13.23 40 -24.81 220 -14.62 580 -15.03 400 20.25 -34.21 50 -21.47 230 -17.55 590 -17.67 410 13.47 -43.22 60 -14.94 240 -19.55 600 -19.02 420 12.41 -41.10 70 -6.64 250 -19.55 610 -18.43 430 14.32 -30.31 80 1.85 260 -17.04 620 -15.63 440 18.01 -12.80 90 9.20 270 -13.20 630 -10.40 450 21.60 7.20 100 14.50 280 -6.89 640 -3.09 460 24.00 28.51 110 17.40 290 -0.72 650 5.42 470 24.77 46.88 120 18.04 300 3.71 660 13.77 480 23.70 59.22 130 16.91 310 7.03 670 20.40 490 21.07 65.41 140 14.41 320 5.46 680 23.88 500 17.42 61.18 150 11.16 330 -1.99 690 23.29 510 13.27 45.72 160 7.53 340 -11.32 700 18.48 520 8.68 23.38 170 3.78 350 -17.60 710 10.22 530 4.24 0.64 180 0.00 360 0.00 720 0.00 540 0.00 0.00 Từ bảng, ta có đồ thị ΣT-α như sau: Hình 2-11: Đồ thị ΣT-α 2.2.5 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu: Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu. Sau khi có đồ thị này, ta tìm được trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, cũng có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và bé nhất, dùng đồ thị phụ tải có thể xác định được khu vực chịu tải ít nhất để xác định vị trí lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ổ trục. Các bước tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu được tiến hành như sau: + Vẽ hệ trục toạ độ TO’Z trong đó trục hoành O’T có chiều dương từ tâm O’ về phía phải, còn trục tung O’Z có chiều dương hướng xuống dưới. + Chọn tỉ lệ xích: [MN/(m2.mm)] + Dựa vào bảng giá trị , , ta có được toạ độ các điểm ứng với các góc α = 100 ; 2007200. Cứ tuần tự như vậy ta xác định được các điểm từ cho đến . + Nối các điểm đã xác định trên hệ trục toạ độ bằng một đường cong thích hợp, ta có đồ thị biểu diễn phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Hình 2-12: Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu + Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính trên đơn vị diện tích của piston). Từ công thức: Với: m2 _khối lượng của thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu, ứng với một đơn vị diện tích đỉnh piston. Ta có khối lượng thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu là: [kg] => Vậy: [N/m2] [MN/m2] +Từ gốc tọa độ O’ của đồ thị, lấy điểm O trên chiều dương của O’Z , sao cho: [mm] => O là tâm chốt khuỷu, từ tâm chốt khuỷu, ta kẻ đường tròn tượng trưng cho chốt khuỷu, giá trị của lực tác dụng lên chốt khuỷu là vectơ có gốc O và ngọn là một điểm bất kỳ nằm trên đường biểu diễn đồ thị phụ tải. 2.2.6 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền Để vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền, ta thực hiện theo các bước như sau: + Vẽ tượng trưng đầu to thanh truyền lên tờ giấy bóng, đầu nhỏ hướng xuống, tâm của đầu to là O, trục tung OZ’ trùng với đường tâm thanh truyền và hướng xuống dưới, trục hoành OT’ hướng sang phải. + Vẽ một vòng tròn bất kì tâm O. Giao điểm của trục tung OZ’ với vòng tròn tâm O tại điểm 0o. + Lấy điểm 0 ứng với điểm 0o đó, sau đó, chia tiếp trên vòng tròn tâm O các điểm từ 1, 2, 3, 36 theo chiều quay trục khuỷu (cùng chiều kim đồng hồ) và lần lượt tương ứng với các góc ; ; ... ; Từ giá trị góc β tính theo α ở phần trước ta có bảng xác định các góc như sau: Bảng 2-4: Bảng xác định giá trị các góc α+β α[độ] β[độ] α+β[độ] α[độ] β[độ] α+β[độ] α[độ] β[độ] α+β[độ] 0 0.00 0.00 240 -12.5 227.5 480 12.5 492.5 10 2.49 12.49 250 -13.6 236.4 490 11.0 501.0 20 4.9 24.9 260 -14.3 245.7 500 9.2 509.2 30 7.2 37.2 270 -14.5 255.5 510 7.2 517.2 40 9.2 49.2 280 -14.3 265.7 520 4.9 524.9 50 11.0 61.0 290 -13.6 276.4 530 2.5 532.5 60 12.5 72.5 300 -12.5 287.5 540 0.0 540.0 70 13.6 83.6 310 -11.0 299.0 550 -2.5 547.5 80 14.3 94.3 320 -9.2 310.8 560 -4.9 555.1 90 14.5 104.5 330 -7.2 322.8 570 -7.2 562.8 100 14.3 114.3 340 -4.9 335.1 580 -9.2 570.8 110 13.6 123.6 350 -2.5 347.5 590 -11.0 579.0 120 12.5 132.5 360 0.0 360.0 600 -12.5 587.5 130 11.0 141.0 370 2.5 372.5 610 -13.6 596.4 140 9.2 149.2 380 4.9 384.9 620 -14.3 605.7 150 7.2 157.2 390 7.2 397.2 630 -14.5 615.5 160 4.9 164.9 400 9.2 409.2 640 -14.3 625.7 170 2.5 172.5 410 11.0 421.0 650 -13.6 636.4 180 0.0 180.0 420 12.5 432.5 660 -12.5 647.5 190 -2.5 187.5 430 13.6 443.6 670 -11.0 659.0 200 -4.9 195.1 440 14.3 454.3 680 -9.2 670.8 210 -7.2 202.8 450 14.5 464.5 690 -7.2 682.8 220 -9.2 210.8 460 14.3 474.3 700 -4.9 695.1 230 -11.0 219.0 470 13.6 483.6 710 -2.5 707.5 + Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, sao cho tâm O trên tờ giấy bóng trùng với tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, đường tâm thanh truyền O’Z trùng với trục OZ’ của đồ thị. Lần lượt xoay tờ giấy bóng sao cho các điểm 0; 1; 2; 3; ; 36 trùng với trục O’Z về phần dương (xoay tờ giấy bóng theo chiều ngược chiều kim đồng hồ), đồng thời đánh dấu các điểm mút của véc tơ , , ,,¼ của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0;10;20...Vì đây là động cơ 4 kỳ nên ta quay thêm một vòng nũa, tức là đến điểm ...720. + Nối các điểm lại bằng một đường cong thích hợp cho ta đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền. Cụ thể như sau: Hình 2-13: Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền Cách xác định lực trên đồ thị phụ tải như sau: Giá trị của lực tác dụng lên đầu to là độ dài đoạn thẳng nối từ tâm O đến điểm trên đường vừa vẽ xong nhân với tỷ lệ xích. Chiều của lực hướng từ tâm O ra ngoài. Điểm đặt lực là giao điểm của đường nối từ tâm O đến điểm tính với vòng tròn tượng trưng cho đầu to thanh truyền. 2.2.7 Xây dựng đồ thị khai triển Qch-α Ta có: Trong đó: vuông góc với và và lại ngược chiều nhau Do đó: Chọn tỉ lệ xích: Ta có bảng giá trị sau: Bảng 2-5: Bảng giá trị Qch-α α Z T Qch Qch [mm] α Z T Qch Qch [mm] 0 -1.50 0.00 2.31 74.51 360 3.44 0.00 2.63 84.99 10 -1.45 -0.32 2.29 73.76 370 4.52 1.00 3.85 124.07 20 -1.26 -0.59 2.15 69.46 380 2.70 1.25 2.27 73.26 30 -0.98 -0.74 1.94 62.49 390 1.38 1.04 1.19 38.29 40 -0.66 -0.77 1.66 53.59 400 0.54 0.63 0.68 22.03 50 -0.37 -0.67 1.35 43.65 410 0.23 0.42 0.71 23.02 60 -0.15 -0.46 1.06 34.26 420 0.12 0.38 0.79 25.44 70 -0.02 -0.21 0.86 27.68 430 0.05 0.44 0.88 28.39 80 0.00 0.06 0.82 26.33 440 -0.04 0.56 1.02 32.84 90 -0.07 0.29 0.93 29.95 450 -0.17 0.67 1.19 38.36 100 -0.20 0.45 1.11 35.73 460 -0.34 0.74 1.37 44.05 110 -0.36 0.54 1.29 41.51 470 -0.51 0.77 1.53 49.26 120 -0.51 0.56 1.44 46.32 480 -0.67 0.73 1.66 53.40 130 -0.65 0.52 1.55 49.98 490 -0.81 0.65 1.74 56.27 140 -0.75 0.45 1.62 52.37 500 -0.91 0.54 1.80 58.07 150 -0.82 0.35 1.67 53.80 510 -0.98 0.41 1.83 59.16 160 -0.87 0.23 1.69 54.57 520 -1.00 0.27 1.83 58.96 170 -0.89 0.12 1.70 54.92 530 -1.00 0.13 1.81 58.41 180 -0.90 0.00 1.71 55.01 540 -0.98 0.00 1.79 57.81 190 -0.89 -0.12 1.70 54.92 550 -0.96 -0.13 1.77 57.12 200 -0.87 -0.24 1.70 54.77 560 -0.91 -0.24 1.73 55.97 210 -0.83 -0.35 1.68 54.10 570 -0.86 -0.36 1.71 55.09 220 -0.76 -0.45 1.64 52.76 580 -0.78 -0.47 1.66 53.54 230 -0.67 -0.54 1.58 50.94 590 -0.68 -0.55 1.59 51.13 240 -0.56 -0.61 1.49 48.19 600 -0.54 -0.59 1.47 47.53 250 -0.40 -0.61 1.36 43.72 610 -0.38 -0.57 1.32 42.56 260 -0.24 -0.53 1.17 37.85 620 -0.22 -0.48 1.14 36.66 270 -0.11 -0.41 1.00 32.35 630 -0.08 -0.32 0.95 30.63 280 -0.02 -0.21 0.85 27.51 640 -0.01 -0.10 0.82 26.53 290 0.00 -0.02 0.81 26.05 650 -0.02 0.17 0.85 27.28 300 -0.04 0.11 0.85 27.54 660 -0.13 0.43 1.04 33.43 310 -0.12 0.22 0.96 30.83 670 -0.35 0.63 1.32 42.62 320 -0.15 0.17 0.97 31.31 680 -0.64 0.74 1.63 52.46 330 0.08 -0.06 0.73 23.58 690 -0.95 0.72 1.90 61.41 340 0.76 -0.35 0.35 11.45 700 -1.23 0.57 2.12 68.47 350 2.46 -0.55 1.74 56.16 710 -1.43 0.32 2.26 72.97 2.2.8 Xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu Đồ thị mài mòn chốt khuỷu là đồ thị biểu diễn trạng thái chịu lực của chốt khuỷu trong một chu trình công tác của động cơ, đồng thời phản ánh dạng mài mòn lý thuyết của chốt khuỷu, xác định vùng chịu lực bé nhất để khoan lỗ dầu bôi trơn, đảm bảo đưa dầu nhờn vào bôi trơn ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ là lớn nhất. Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng. Để xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta dùng các giả thuyết sau: Tính toán động cơ ở tốc độ định mức. Độ mài mòn chốt khuỷu tại một vị trí tỷ lệ với lực tác dụng lên chốt khuỷu tại vị trí đó. Tại mỗi điểm trên chốt khuỷu, lực tác dụng sẽ gây ảnh hưởng lên điểm đó và vùng lân cận về cả hai phía của điểm đó trong phạm vi 1200 (mỗi phía 600). Để vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu ta thực hiện theo các bước như sau: + Từ tâm O của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ đường tròn tâm O, với bán kính R tùy ý (vòng tròn đặc trưng mặt chốt khuỷu). + Chia đường tròn thành 24 phần bằng nhau, đánh số thứ tự theo chiều quy ước ngược chiều kim đồng hồ. + Tính hợp lực ∑Q’: từ các điểm 0, 1, 2...23 trên vòng tròn tâm O, ta kẻ đường thẳng qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải tại một hoặc một số điểm, và có bao nhiêu giao điểm như vậy thì có bấy nhiêu lực tác dụng lên điểm đó. Nên ta có: ∑Q’i= Qi1+ Qi2+ Qi3.....+ Qin Với: i _ điểm chia bất kỳ, n _ số giao điểm của tia chia và đồ thị phụ tải. + Ghi kết quả tính được vào bảng trong pham vi tác dụng 1200. + Tính ∑Q theo dòng: ∑Q = ∑Q’0 + ∑Q’1 +.....+∑Q’23 + Chọn tỷ lệ xích: [MN/(m2.mm)]. Có được ta tiến hành thực hiện các bước vẽ đồ thị như sau: Vẽ đường tròn tượng trưng cho chốt khuỷu. Chia đường tròn thành 24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0,1,223 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Đặt các giá trị từ đường tròn hướng về tâm theo thứ tự các điểm. Nối các điểm lại với nhau bằng một đường cong thích hợp ta được đường cong thể hiện đồ thị mài mòn chốt khuỷu. Ta có bảng giá trị sau: Bảng 2-6: Bảng giá trị đồ thị mài mòn chốt khuỷu Lực [mm] Điểm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 ΣQ0 293.8 293.8 293.8 293.8 293.8 293.8 293.8 293.8 293.8 ΣQ1 280.7 280.7 280.7 280.7 280.7 280.7 280.7 280.7 280.7 ΣQ2 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 ΣQ3 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 ΣQ4 11.8 11.8 11.8 11.8 11.8 11.8 11.8 11.8 11.8 ΣQ5 11.2 11.2 11.2 11.2 11.2 11.2 11.2 11.2 11.2 ΣQ6 12 12 12 12 12 12 12 12 12 ΣQ7 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 ΣQ8 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 ΣQ9 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 ΣQ10 32.5 32.5 32.5 32.5 32.5 32.5 32.5 32.5 32.5 ΣQ11 60.5 60.5 60.5 60.5 60.5 60.5 60.5 60.5 60.5 ΣQ12 86 86 86 86 86 86 86 86 86 ΣQ13 129 129 129 129 129 129 129 129 129 ΣQ14 82.5 82.5 82.5 82.5 82.5 82.5 82.5 82.5 82.5 ΣQ15 52.6 52.6 52.6 52.6 52.6 52.6 52.6 52.6 52.6 ΣQ16 38.7 38.7 38.7 38.7 38.7 38.7 38.7 38.7 38.7 ΣQ17 30.6 30.6 30.6 30.6 30.6 30.6 30.6 30.6 30.6 ΣQ18 25.5 25.5 25.5 25.5 25.5 25.5 25.5 25.5 25.5 ΣQ19 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 ΣQ20 22 22 22 22 22 22 22 22 22 ΣQ21 22.3 22.3 22.3 22.3 22.3 22.3 22.3 22.3 22.3 ΣQ22 104.2 104.2 104.2 104.2 104.2 104.2 104.2 104.2 104.2 ΣQ23 237.6 237.6 237.6 237.6 237.6 237.6 237.6 237.6 237.6 Σ[mm] 999.4 988.6 978.3 897.6 686.5 416.2 168 214 288 404.7 476 516.6 531.8 535.9 537.9 528.3 489.8 426.1 401.3 556.4 797.6 1040 1024 1011 Σ(thực) 30.98 30.65 30.33 27.83 21.28 12.90 5.21 6.63 8.91 12.55 14.76 16.01 16.49 16.61 16.67 16.38 15.18 13.21 12.44 17.25 24.73 32.23 31.73 31.33 Σbd[mm] 41.3 40.9 40.4 37.1 28.4 17.2 6.9 8.8 11.9 16.7 19.7 21.4 22.0 22.2 22.2 21.8 20.2 17.6 16.6 23.0 33.0 43.0 42.3 41.8 Từ bảng số liệu, ta có đồ thị mài mòn chốt khuỷu như sau: Hình 2-14: Đồ thị mài mòn chốt khuỷu PHẦN II PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO 2.1 CHỌN ĐỘNG CƠ THAM KHẢO: Động cơ D1 V4-0415 là loại động cơ I4, thứ tự làm việc là 1-3-4-2. Dung tích xylanh của động cơ là 1.4 lít, hệ thống phối khí chỉ gồm 1 trục cam bố trí trên đỉnh piston, gồm 8 van xả và van nạp ( mỗi xylanh có 1 van xả và 1 van nạp). Động cơ này được lắp trên xe với các thông số kỹ thuật sau: Thông số kỹ thuật Động cơ chọn Yanmar 4JH-DTE Động cơ yêu cầu Nhiên liệu Diesel Diesel Số xilanh - cách bố trí 4 - Inline 4 - Inline Số kỳ 4 4 Đường kính x Hành trình piston (mm x mm) 78.0 x 86.0 75.0 x 77.0 Công suất cực đại/ số vòng quay (kW/vg/ph) 56.7 / 3600 64.7 / 3890 Hệ thống nhiên liệu Bosch PE inline pump Bosch PE inline pump Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cácte ướt Cưỡng bức cácte ướt Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng Hệ thống phân phối khí 8 valve, SOHC 8 valve, SOHC Tỉ số nén ( ε ) 15.9 17.4 Một số hình ảnh tổng quan về động cơ Yanmar 4JH-DTE Hình 1-1: Động cơ Yanmar 4JH-DTE Hình 1-2: Hình chiếu động cơ Yanmar 4JH-DTE ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA MỘT SỐ CƠ CẤU, HỆ THỐNG CỦA ĐỘNG CƠ 2.2.1 Cơ cấu piston, thanh truyền, trục khuỷu: * Nhóm piston: Các chi tiết được lắp với piston bao gồm: piston, các xéc măng khí, xéc măng dầu, chốt piston và các chi tiết khác. Cấu tạo của piston được thể hiện trên hình 2-1: Hình 2-1: Piston động cơ Yanmar 4JH-DTE Vai trò: Vai trò chủ yếu của piston là cùng với các chi tiết khác như xylanh, nắp xylanh tham gia bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền lực khí thể cho thanh truyền, cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén khí. Điều kiện làm việc: Điều kiện làm việc của piston rất khắc nhiệt. Trong quá trình làm việc, piston phải chịu tải trọng cơ học lớn có chu kỳ, nhiệt độ cao. Do đó, piston của động cơ thường được chế tạo bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt. Trên phần đầu piston có xẻ 3 rãnh để lắp các xéc măng khí và xéc măng dầu. Khe hở giữa phần đầu piston và thành xylanh nằm trong khoảng 0,4 -0,6 mm. Thân piston có dạng hình côn, tiết diện ngang hình ôvan và có hai bệ để đỡ chốt pít tông, trên thân có phay rãnh phòng nở để tránh bó kẹt piston. Hình 2-2: Xéc măng khí và xéc măng dầu - Xéc măng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy của động cơ và dẫn nhiệt từ đỉnh piston ra thành xylanh và tới nước làm mát. Mỗi piston được lắp 2 xéc măng khí vào hai rãnh trên cùng của đầu piston. Để xéc măng rà khít với thành xylanh nó được mạ một lớp thiếc. Xéc măng khí phía trên được mạ crôm để giảm mài mòn. Vật liệu chế tạo xéc măng khí là thép hợp kim cứng. - Xéc măng dầu được làm từ thép chống gỉ. Xéc măng dầu có nhiệm vụ san đều lớp dầu trên bề mặt làm việc và gạt dầu bôi trơn thừa từ thành xy lanh về cácte. Xéc măng dầu trong động cơ là xéc măng dầu tổng hợp có cấu tạo như hình 2-2 * Chốt piston: Chốt piston là chi tiết nối piston và đầu nhỏ thanh truyền. Tuy có kết cấu đơn giản nhưng chốt piston có vai trò rất quan trọng để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ. Hình 2-3: Chốt piston Chốt piston có dạng hình trụ rỗng. Các mối ghép giữa chốt piston và piston, thanh truyền theo hệ trục để đảm bảo lắp ghép dễ dàng. Chốt piston được lắp tự do ở cả hai mối ghép. Khi lắp ráp mối ghép giữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng, còn mối ghép với bệ chốt là mối ghép trung gian, có độ dôi. * Thanh truyền: Là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu. Nó có nhiệm vụ truyền lực khí thể tác dụng lên piston cho trục khuỷu và truyền lực từ trục khuỷu cho piston ở các hành trình còn lại. Được chế tạo từ thép hợp kim. Cấu tạo thanh truyền gồm: 1- Đầu nhỏ thanh truyền, 2- Thân thanh truyền, 3- Bulong thanh truyền, 4- Đai ốc, 5- Đai ốc khóa, 6- Nắp đầu to. Đầu nhỏ thanh truyền để lắp chốt khuỷu. Thân thanh truyền có mặt cắt dạng chữ I và có tiết diện thay đổi tăng dần từ đầu nhỏ đến đầu to thanh truyền. Đầu to thanh truyền gồm hai nửa được nối với nhau bởi bulong. Bác lót thanh truyền cũng gồm hai nửa ngăn cách giữa bề mặt khuỷu trục và thanh truyền. Hình 2-4: Thanh truyền * Trục khuỷu: Trục khuỷu có nhiệm vụ: nhận lực từ piston để tạo ra mô men quay, sinh công đưa ra bộ phận công tác và nhận năng lượng từ bánh đà truyền lại cho piston để thực hiện các quá trình sinh công. Ngoài ra trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính và lực quán tính ly tâm. Hình 2-5: Trục khuỷu Đặc điểm: đây là loại trục khuỷu nguyên khối, gồm có năm cổ trục chính. Trên trục có khoan lỗ dầu bôi trơn, đảm bảo cho dầu bôi trơn di chuyển đều tới bề mặt các cổ trục trong quá trình làm việc. Cơ cấu phân phối khí * Nhiệm vụ - yêu cầu: Cơ cấu phối khí bao gồm tất cả các cụm, các chi tiết và các kết cấu, với chức năng đảm bảo quá trình trao đổi khí giữa xylanh động cơ với môi trường bên ngoài trong các quá trình nạp khí vào xy lanh và thải các sản phẩm cháy từ xylanh ra môi trường bên ngoài. Yêu cầu đối với cơ cấu phối khí đó là: -Nạp đầy và thải sạch ở mọi chế độ làm việc của động cơ. -Tiếng ồn thấp, khả năng bao kín tốt. -Độ bền và độ tin cậy làm việc cao. -Dễ dàng lắp ráp thay thế chi tiết và sửa chữa bảo dưỡng điều chỉnh. Với cơ cấu phối khí xu páp treo bảo đảm cho buồng cháy nhỏ gọn, chống cháy kích nổ tốt nên có thể tăng được tỉ số nén và làm cho dạng đường thải, nạp thanh thoát, khiến sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời do có thể bố trí xu páp hợp lí hơn nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí khiến hệ số nạp tăng. Cấu tạo cơ cấu phối khí gồm các chi tiết chính sau : trục cam, xu páp Trên động cơ Yanmar 4JH-DTE gồm 4 xu páp nạp và 4 xu páp xả. Các xu páp được dẫn động từ trục cam thông qua con đội và đũa đẩy. Các xu páp làm việc trong điều kiện rất xấu, chịu tải động và phụ tải nhiệt rất lớn nhất là đối với xu páp thải. Hình 2-6: Trục cam, con đội và đũa đẩy * Xu páp nạp Giữa thân và tán nấm có bán kính góc lượn lớn để cải thiện tình trạng lưu thông của dòng khí nạp vào xi lanh, đồng thời tăng độ cứng vững cho xu páp, giảm được trọng lượng. Phần đuôi được tôi cứng. * Xu páp thải Xu páp thải làm bằng thép chịu nhiệt. Phần đuôi được tôi cứng để tránh mòn và có rãnh để lắp móng hãm giữa đuôi xu páp và lò xo xu páp. Móng hãm hình côn gồm 2 nửa với kiểu lắp này có kết cấu đơn giản, độ an toàn cao, và không gây nên ứng suất tập trung trên đuôi xu páp. Để dễ sửa và tránh hao mòn cho nắp xi lanh ở chỗ lắp xu páp người ta lắp ống dẫn hướng.ống dẫn hướng có dạng hình trụ rỗng được đóng ép vào nắp xi lanh đến một khoảng cách nhất định. + Đế xu páp hình ống, mặt trong được vát góc theo góc vát của tán nấm và được đóng trên nắp máy + Lò xo xu páp hình trụ hai đầu được quấn sít với nhau và mài phẳng. * Trục cam: Trục cam được chế tạo bằng thép hợp kim thành phần các bon thấp. Trên trục cam có 4 cam nạp và 4 cam thải. Các cam nạp và các cam thải được làm liền trục. Trục cam được dẫn động từ trục khuỷu bằng bộ truyền đai. + Ống dẫn hướng xu páp: Ống dẫn hướng có chức năng dẫn hướng cho xu páp chuyển động tịnh tiến qua lại khi đóng mở. Ống được chế tạo bằng gang hợp kim hoặc gang dẻo nhiệt luyện. Ống có kết cấu hình trụ rỗng có vát mặt đầu để dễ lắp ráp. + Lò xo xu páp: Lò xo xu páp có kết cấu hình trụ, hai đầu mài phẳng để lắp ráp với đĩa xu páp. 2.2.3 Hệ thống bôi trơn, làm mát Hệ thống bôi trơn: Nhiệm vụ hệ thống bôi trơn: Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt làm việc của các chi tiết để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ cũng như tăng tuổi thọ của các chi tiết. Động cơ Yanmar 4JH-DTE sử dụng phương pháp bôi trơn cưỡng bức. Dầu trong hệ thống bôi trơn được bơm đẩy đến các bề mặt ma sát với áp suất nhất định, do đó hoàn toàn có thể đủ lưu lượng để bảo đảm bôi trơn làm mát và tẩy rửa các bề mặt ma sát. Sơ đồ hệ thống bôi trơn được thể hiện trên hình 2-7: Hình 2-7: Sơ đồ hệ thống bôi trơn Nguyên lý làm việc: Dầu trong các te dầu được hút vào bơm qua phao hút dầu. Phao hút dầu có lưới chắn để lọc sơ bộ những tạp chất có kích thước lớn. Dầu được bơm đẩy qua bộ làm mát dầu, tại đây dầu được làm mát rồi tiếp tục đến đường dầu chính, rồi đến cốc lọc, dầu theo các nhánh đi bôi trơn trục khuỷu sau đó lên bôi trơn đầu to thanh truyền, chốt pít tông, và đi bôi trơn trục cam Các chi tiết chính: + Bơm dầu: Bơm dầu có nhiệm vụ cung cấp dầu dưới áp suất cao vào đường dầu chính của động cơ và đến két làm mát. Hệ thống bôi trơn của động cơ sử dụng kiểu bơm bánh răng ăn khớp trong. Hình 2-8: Bơm bánh răng ăn khớp trong + Bầu lọc dầu Bầu lọc dầu có nhiệm vụ lọc sạch các tạp chất cơ học do sự mài mòn cơ học các chi tiết của động cơ, các loại bụi từ không khí lẫn vào các sản vật cháy có chứa trong dầu. Kiểu bầu lọc được dùng là kiểu bầu lọc cơ khí loại bầu lọc thấm dùng tấm lọc kim loại. Bầu lọc dùng cho động cơ Yanmar 4JH-DTE như hình 2-9: Hình 2-9: Bầu lọc dầu bôi trơn + Két làm mát dầu Ở chế độ nhiệt làm việc ổn định của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn cần nằm trong giới hạn 80-90 0C. Nhưng trong sử dụng do nhiệt độ của môi trường tương đối cao, do động cơ thường phải làm việc ở những 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 cần 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. + Van an toàn Van an toàn dùng để đảm bảo hệ thống không bị hư hỏng khi áp suất dầu quá lớn, vượt quá khả áp suất dầu cho phép của hệ thống. Hệ thống làm mát Nhiệm vụ hệ thống làm mát Khi động cơ làm việc, các chi tiết của động cơ nhất là các chi tiết trong buồng cháy tiếp xúc với khí cháy nên có nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ đỉnh pít tông có thể đến 600 0C còn nhiệt độ xu páp thải có thể lên đến 900 0C. Nhiệt độ các chi tiết cao có thể dẫn đến các tác hại đối với các động cơ: - Giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ các chi tiết; - Bó kẹt giữa các cặp chi tiết chuyển động như piston - xylanh, cổ trục - bạc lót - Giảm hệ số nạp nên giảm công suất động cơ; - Gây hiện tượng kích nổ trong động cơ. Hệ thống làm mát có tác dụng tản nhiệt khỏi các chi tiết, giữ cho nhiệt độ của các chi tiết không vượt quá giới hạn cho phép và do đó bảo đảm điều kiện làm việc của động cơ. Trên động cơ Yanmar 4JH-DTE sử dụng hệ thống làm mát bằng nước, kiểu kín tuần hoàn cưỡng bức nhờ bơm nước. Nguyên lí của hệ thống làm mát được trình bày như sau: Khi động cơ làm việc, thông qua cơ cấu dẫn động làm cho bơm nước làm việc. Nước lạnh từ két mát được bơm nước đẩy vào các đường dẫn vào các khoang trong nắp máy rồi theo các đường dẫn trên nắp máy trở về két mát và bơm nước. Để duy trì nhiệt độ nước làm mát trong hệ thống được ổn định trên hệ thống làm mát có bố trí van hằng nhiệt . Khi nhiệt độ nước trong hệ thống nhỏ hơn 70 0C thì van hằng nhiệt đóng đường nước ra két mát. Nước được tuần hoàn cưỡng bức từ bơm nước đến các khoang trên nắp máy để làm mát cho hệ thống. Khi nhiệt độ nước làm mát lớn hơn 80 0C, dưới tác dụng của nhiệt độ, van hằng nhiệt mở hoàn toàn. Nước từ bơm nước vào các khoang trên nắp máy. Khi ra khỏi nắp máy nước có nhiệt độ cao được dẫn vào trong két mát nhờ van hằng nhiệt mở . Sau khi qua két nước, nước được làm mát quay trở về bơm nước thực hiện chu trình tiếp theo Để kiểm tra nhiệt độ của nước làm mát trên bảng đồng hồ có lắp đồng hồ báo nhiệt độ nước. Ngoài ra còn lắp một bộ cảm biến báo lên đèn nguy hiểm trên ca bin buồng lái, khi đèn sáng là báo hiệu động cơ quá nóng. Hình 2-10: Hệ thống làm mát * Các chi tiết chính: +Bơm nước và quạt gió Bơm nước trên hệ thống làm mát của động cơ là bơm cánh guồng, 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. Hình 2-11: Bơm nước Quạt gió có nhiệm vụ tạo ra dòng khí hút đi qua két nước để tăng hiệu quả làm nguội nước nóng sau khi đã làm mát cho động cơ. Quạt gió được lắp trên đầu phía trước của trục bơm nước. Các 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. +Két nước làm mát Két nước là thiết bị trao đổi nhiệt dùng để truyền nhiệt từ nước làm mát cho dòng không khí chuyển động qua. Hình 2-12: Két nước làm mát 1. Nắp két nước, 2. Ống nước hồi, 3. Ống nước đi. Két nước làm mát bao gồm các ống dẫn bằng đồng đỏ. Các ống này được hàn với các cánh tản nhiệt hình gợn sóng nhằm tăng tiết diện tiếp xúc với không khí để tăng khả năng toả nhiệt của két làm mát. Ngăn trên có miệng đổ nước và được đậy bằng nắp. +Van hằng nhiệt Van hằng nhiệt có nhiệm vụ rút ngắn thời gian sấy nóng khi động cơ bắt đầu khởi động và tự động duy trì chế độ nhiệt của động cơ trong giới hạn cho phép. Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn 75 0C, hỗn hợp chất lỏng trong hộp chưa bị giãn nở, van đóng và nước sẽ đi qua đường dẫn trở về bơm mà không qua két làm mát. Khi nhiệt độ nước tăng cao hơn 75 0C, hỗn hợp chất lỏng trong hộp giãn nở, áp suất tăng nên đẩy cán lên làm mở van, nước theo đường ống đến két làm mát. Khi nhiệt độ nước băng 80 0C thì van được mở hoàn toàn. 2.2.4 Hệ thống nhiên liệu: Động cơ Yanmar 4JH-DTE sử dụng bơm Bosch PE inline để cung cấp nhiên liệu diesel cho động cơ hoạt động. Bơm cao áp đảm bảo các yêu cầu sau đây: Nhiên liệu có áp suất cao, tạo được chênh lệch áp suất lớn trước và sau lỗ phun. Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm và đúng theo quy luật mong muốn. Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xylanh động cơ. Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình, sao cho phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. Cấu tạo bơm Bosch PE: Phần chính của bơm là cặp bộ đôi siêu chính xác piston – xylanh bơm cao áp, lắp khít nhau. Khi làm việc, piston được cam đây lên thông qua con đội và vít điều chỉnh. Hành trình đi xuống của piston là nhờ lò xo bơm cao áp và đĩa lò xo. Ngạnh chữ thập ở đuôi piston được ngàm trong rãnh dọc của ống xoay, vành răng được bắt chặt trên ống xoay, ăn khớp với thanh răng. Khi dịch chuyển thanh răng thì sẽ làm xoay piston. Phần đầu piston có xẻ một rãnh nghiêng, không gian bên dưới rãnh nghiêng đó thông với không gian phía trên đỉnh piston nhờ rãnh dọc. Hình 2-13: Bơm Bosch PE inline Nguyên tắc hoạt động: Piston đi xuống nhờ lực lò xo, van cao áp đóng kín. Nhờ độ chân không tạo ra trong không gian phía trên đỉnh piston, khi piston mở các lỗ a, b thì nhiên liệu được nạp đầy vào không gian này cho đến khi piston ở vị trí thấp nhất. Piston đi lên nhờ cam đội, lúc đầu, nhiên liệu bị đẩy qua các lỗ a, b thoát ra ngoài; khi đỉnh piston che kín 2 lỗ a và b thì nhiên liệu trong không gian phía trên đỉnh piston sẽ bị nén làm tăng áp suất. Khi đạt giá trị áp suất nhất định, nhiên liệu đẩy van cao áp mở ra, nhiên liệu vào đường cao áp và đến vòi phun. Quá trình cấp nhiên liệu cứ diễn ra cho đến khi rãnh nghiên trên đầu piston mở lỗ xả b. Từ lúc ấy, nhiên liệu từ không gian phía trên đỉnh piston theo rãnh dọc, qua lỗ xả b thoát ra ngoài khiên áp suất trong xylanh giảm đột ngột và van cao áp đóng lại. Do hiện tượng tiết lưu của lỗ hút a và lỗ xả b, do tính chịu nén của nhiên liệu và do tính đàn hồi của đường ống cao áp, nên thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình cấp nhiên liệu thực tế có thể sai khác chút ít so với thời điểm đóng mở theo kích thước hình học của lỗ và của piston. PHẦN III THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ D1 V4-0415 3.1 NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 3.1.1 Nhiệm vụ Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel có các nhiệm vụ sau: Dự trữ nhiên liệu đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định, không cần cấp thêm nhiên liệu; lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu; giúp nhiên liệu chuyển động thông thoáng trong hệ thống. Cung cấp nhiên liệu cho động cơ đảm bảo tốt các yêu cầu sau: Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làm việc của động cơ Phun nhiên liệu vào đúng thời điểm, đúng quy luật mong muốn. Lưu lượng nhiên liệu vào các xylanh phải đồng đều. Phải phun nhiên liệu vào xylanh qua lỗ phun nhỏ với chênh lệch áp lớn phía trước và sau lỗ phun, để nhiên liệu được xé tơi tốt. Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồng cháy và với cường độ và phương hướng chuyển động của môi chất trong buồng cháy để hòa khí được hình thành nhanh và đều. 3.1.2 Yêu cầu Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel phải thỏa mãn các yêu cầu sau: Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao. Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa. Dễ chế tạo, giá thành hạ. 3.2 SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý Sơ đồ nguyên lý động cơ diesel được trình bày ở hình 1-1: Chú thích: Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lí hệ thống nhiên liệu động cơ diesel Thùng nhiên liệu 2. Lưới lọc 3. Đường nhiên liệu đến bơm chuyển 4. Bơm chuyên nhiên liệu 5. Đường nhiên liệu đến bầu lọc 6. Bầu lọc nhiên liệu 7. Đường nhiên liệu về 8. Đường nhiên liệu đến BCA 9. Cụm BCA 10. Đường nhiên liệu cao áp 11.Vòi phun 3.2.2 Nguyên lý hoạt động Nhiên liệu tuần hoàn trong hệ thống là nhờ hoạt động của bơm chuyên nhiên liệu 4. Nhiên liệu từ thùng 1 được lọc ban đầu nhờ lưới lọc 2, sau đó theo đường ống đến bơm chuyển 4. Nhờ có bơm chuyển, nhiên liệu tiếp tục theo đường ống đến bầu lọc 5. Tại đây, nhiên liệu được lọc sạch lần hai, loại bỏ những tạp chất nhỏ, sau đó, nhiên liệu theo đường ống đến cụm BCA 9. Theo hoạt động của cụm BCA, nhiên liệu được nén lên áp suất cao, đi vào đường ống cao áp 10 trước khi đến vòi phun 11. Tại vòi phun, nhiên liệu áp suất cao được phun qua lỗ nhỏ, xé tơi và hòa trộn với không khí trong xylang động cơ, tạo thành hòa khí và cháy, giãn nở sinh công. Nhiên liệu vào vòi phun nhưng không phun hết được đưa trở lại thùng thông qua hệ thống đường dầu hồi 7. 3.3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG Tính toán bơm cao áp 3.3.1 Lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 xylanh trong 1 chu trình công tác của động cơ: Ta có: [mm3] Trong đó: Ne là công suất của động cơ [kW] ge là suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ ở công suất đó [g/(kW.h)] τ là số kỳ của một chu trình công tác n là số vòng quay ở công suất đó [vòng/phút] i là số xylanh động cơ ρnl là khối lượng riêng của nhiên liệu [g/cm3] [mm3] Khi động cơ hoạt động ở Nemax thì: [mm3] Chọn: gemax = 1,1 ge , ta có: [mm3] 3.3.2 Lưu lượng nhiên liệu theo lý thuyết bơm phải cung cấp để đảm bảo cho động cơ hoạt động: Ta có: [mm3] Trong đó: là độ tăng thể tích nhiên liệu do rò rỉ là độ tăng thể tích nhiên liệu do giãn nở đường ống là thể tích nhiên liêu thoát về khoang cửa nạp Đặt: Chọn: Với bơm cao áp là loại bơm piston thì hiệu suất của bơm là: Chọn: [mm3] 3.3.3 Xác định đường kính piston bơm cao áp: Ta có, đường kính piston BCA được xác định theo công thức: [mm] Trong đó: ρ là tỷ số hành trình lớn nhất và đường kính piston bơm cao áp đối với động cơ tăng áp Chọn: Khi đó: [mm] [mm] Dựa vào chuỗi kích thước có sẵn, ta chọn được: 3.3.4 Hành trình có ích của piston: [mm] 3.4 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CÁC CỤM CHI TIẾT ĐƯỢC GIAO 3.4.1 Cụm bơm cao áp: 3.4.1.1 Nhiệm vụ, cấu tạo chung và nguyên tắc hoạt động của cụm BCA a) Nhiệm vụ cụm bơm cao áp: Bơm cao áp có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho xylanh động cơ đảm bảo: Nhiên liệu có áp suất cao, tạo chênh áp lớn trước và sau lỗ phun. Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm và đúng quy luật mong muốn. Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xylanh động cơ. Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình, sao cho phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. b) Cấu tạo bơm Bosch: Phần chính của bơm là cặp bộ đôi siêu chính xác piston – xylanh bơm cao áp, lắp khít nhau. Khi làm việc, piston được cam đẩy lên thông qua con đội và vít điều chỉnh. Hành trình đi xuống của piston là nhờ lò xo bơm cao áp và đĩa lò xo. Ngạnh chữ thập ở đuôi piston được ngàm trong rãnh dọc của ống xoay, vành răng được bắt chặt trên ống xoay, ăn khớp với thanh răng. Khi dịch chuyển thanh răng thì sẽ làm xoay piston. Phần đầu piston có xẻ một rãnh nghiêng, không gian bên dưới rãnh nghiêng đó thông với không gian phía trên đỉnh piston nhờ rãnh dọc. Cấu tạo một nhánh bơm cao áp được thể hiện ở hình 4-1. c) Nguyên tắc hoạt động: Piston đi xuống nhờ lực lò xo, van cao áp đóng kín. Nhờ độ chân không tạo ra trong không gian phía trên đỉnh piston, khi piston mở các lỗ a, b thì nhiên liệu được nạp đầy vào không gian này cho đến khi piston ở vị trí thấp nhất. Piston đi lên nhờ cam đội, lúc đầu, nhiên liệu bị đẩy qua các lỗ a, b thoát ra ngoài; khi đỉnh piston che kín 2 lỗ a và b thì nhiên liệu trong không gian phía trên đỉnh piston sẽ bị nén làm tăng áp suất. Khi đạt giá trị áp suất nhất định, nhiên liệu đẩy van cao áp mở ra, nhiên liệu vào đường cao áp và đến vòi phun. Quá trình cấp nhiên liệu cứ diễn ra cho đến khi rãnh nghiên trên đầu piston mở lỗ xả b. Từ lúc ấy, nhiên liệu từ không gian phía trên đỉnh piston theo rãnh dọc, qua lỗ xả b thoát ra ngoài khiên áp suất trong xylanh giảm đột ngột và van cao áp đóng lại. Trục cam và cam đội Con đội con lăn Đai ốc hãm Vít điều chỉnh Đĩa dưới chặn lò xo Lò xo bơm cao áp Piston bơm cao áp Ống xoay Đĩa trên chặn lò xo Xylanh bơm cao áp Đế van cao áp Van cao áp Lò xo van cao áp Nắp chụp van cao áp Lỗ hút Lỗ xả Do hiện tượng tiết lưu của lỗ hút a và lỗ xả b, do tính chịu nén của nhiên liệu và do tính đàn hồi của đường ống cao áp, nên thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình cấp nhiên liệu thực tế có thể sai khác chút ít so với thời điểm đóng mở theo kích thước hình học của lỗ và của piston. Mép trên của đầu piston quyết định thời điểm bắt đầu cấp nhiên liệu, còn mép rãnh xiên ở đầu piston quyết định thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu . Với bơm Bosch động cơ Yanmar 4JH-DTE, đỉnh piston bằng và rãnh chéo nằm phía dưới, nên thời điểm bắt đầu cấp nhiên liệu luôn luôn không thay đổi. Muốn thay đổi lượng nhiên liệu của chu trình, cần phải thay đổi hành trình có ích Se, tức là thay đổi thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu. Trên xylanh bơm cao áp của động cơ này, chỉ bố trí 1 lỗ cho cả xả và hút. Hình 4-1: Cấu tạo một nhánh bơm cao áp Hình 4-2: Kết cấu đầu piston bơm Bosch động cơ Yanmar 4JH-DTE 3.4.1.2 Đặc điểm cấu tạo các cụm chi tiết chính trong bơm Bosch a) Bộ đôi piston và xylanh bơm cáo áp: Để có thể tạo áp suất cao và hoạt động lâu bền, piston và xylanh bơm cao áp cần phải được chế tạo chính xác và dùng vật liệu có độ chống mòn tốt. Cụ thể: Vật liệu chế tạo là thép hợp kim dùng làm ổ bi hoặc làm dụng cụ cắt gọt kim loại như X15, 25X5M. Nếu bộ đôi làm bằng thép X15 thì sẽ có hình dạng và kích thước ổn định vì cấu trúc tế vi của nó ổn định. Nếu dùng thép 24X5M thì phải thấm nitơ. Nhiệt luyện để các bề mặt ma sát đạt độ cứng không nhỏ hơn HRC58, các mặt đầu không nhỏ hơn HRC55. Điều kiện kỹ thuật của bộ đôi piston và xylanh bơm cao áp như sau: + Độ bóng các bề mặt ma sát không nhỏ hơn , mặt đầu xylanh không nhỏ hơn . + Các mép gờ đỉnh, gờ rãnh nghiêng, gờ lỗ thoát, lỗ hút phải sắc cạnh. + Sai lệch hình dạng hình học đối với đỉnh và gờ xả của piston không quá 0,02 trên chiều dài làm việc. + Độ côn của piston và xylanh không quá 0,0006 trên chiều dài 20mm mặt làm việc. + Độ ovan không quá 0,0005mm. + Không được có vết xước trên bề mặt làm việc của bộ đôi. + Khe hở của bộ đôi được xác định nhờ thiết bị thủy lực đo độ kín. + Khi hỏng thì phải thay cả cặp bộ đôi. Một số hình ảnh bộ đôi piston và xylanh bơm cao áp động cơ Yanmar 4JH-DTE Hình 4-3: Bộ đôi piston và xylanh khi lắp ghép và piston khi tháo rời. b) Bộ đôi van cao áp và đế van: Van cao áp và đế van cao áp là cặp chi tiết chính xác thứ hai của bơm cao áp, có nhiệm vụ sau: Ngăn không cho khí thể từ buồng cháy vào xylanh bơm cao áp (nếu dùng loại vòi phun hở) Giúp quá trình cung cấp nhiên liệu được ổn định (nếu dùng vòi phun kín). Giảm áp và dập tắn dao động áp suất trên đường ống cao áp sau khi kết thúc cấp nhiên liệu. Hiệu chỉnh đặc tính cung cấp tốc độ của bơm cao áp. Hình 4-4: Bộ đôi van cao áp và đế van Điều kiện kỹ thuật bộ đôi van cao áp và đến van: Vật liệu chế tạo: dùng hợp kim X15. Độ cứng sau nhiệt luyện: mặt van đạt HRC 56-62, đế van đạt HRC 60-64. Van và đế van phải mài rà với nhau. Kiếm tra độ kín khít của van: thường dùng khí nén có áp suất dư 0,4-0,5Mpa để thử, khi nhúng vào thùng dầu hỏa không được sủi bọt khí. Khi hỏng phải thay cả cặp. c) Trục cam bơm cao áp: Quy luật cung cấp nhiên liệu của bơm cao áp thể hiện qua hàm lưu lượng thay đổi theo góc quay trục khuỷu, phụ thuộc chính vào biên dạng cam. Đối với động cơ Yanmar 4JH-DTE, vấu cam bơm cao áp có biên dạng cam lồi nhiều cung tròn (biên dạng tạo nên từ nhiều cung tròn giao nhau). Cụ thể như hình 4-5: Hình 4-5: Biên dạng cam trục cam bơm cao áp động cơ Yanmar 4JH-DTE Trục cam bơm cao áp được dẫn động bởi bánh răng, truyền momen nhờ then bán nguyệt. Hình 4-6: Rãnh then bán nguyệt trên trục cam bơm cao áp Thay đổi lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình công tác: Muốn thay đổi lượng nhiên liệu chu trình gct của bơm Bosch thì cần phải dịch chuyển thanh răng bơm cao áp, làm quay ống xoay. Vì ngạnh chữ thập của piston bơm cao áp được ngàm trong rãnh của ống xoay nên khi ống này bị thanh răng kép xoay đi, thì kéo theo piston bơm cao áp xoay theo. Qua đó, khoảng cách giữa mép rãnh nghiêng với đầu piston tại vị trí lỗ xả bị thay đổi theo. Khoảng cách này thực chất chính là hành trình có ích của piston bơm cao áp. Hình 4-7: Vị trí tương đối của rãnh nghiêng so với lỗ nạp (xả) Piston ở vị trí bất kì Vị trí piston khi tăng tải Vị trí piston khi giảm tải Vị trí piston khi không tải 3.4.2 Bầu lọc nhiên liệu Bầu lọc nhiên liệu cho hệ thống nhiên liệu động cơ diesel là bầu lọc đã được tiêu chuẩn hóa. Thường thì chọn bầu lọc theo khả năng thông qua của nó, sao cho lượng nhiên liệu có khả năng thông qua bầu lọc sẽ bằng khoảng hai lần lượng nhiên liệu thực tế đi qua bầu lọc khi làm việc. Trong động cơ Yanmar 4JH-DTE, bầu lọc thô được thay thế bằng lưới lọc, đặt ngay trong bình nhiên liệu của hệ thống. Còn bầu lọc tinh kiểu thấm, được đặt trên đường ống, nối từ bơm chuyển nhiên liệu đến bơm cao áp. Hình 4-7 và 4-8, giới thiệu ví trí lưới lọc và bình lọc tinh trong hệ thống nhiên liệu. Hình 4-7: Lưới lọc bố trí trong thùng nhiên liệu động cơ diesel Hình 4-8: Bầu lọc tinh nằm giữa bơm chuyển và bơm cao áp Với động cơ Yanmar, nhiên liệu được lọc sạch khi đi qua lõi lọc bằng giấy, do đó, sau một thời gian làm việc của lõi lọc là 300 giờ thì phải thay mới lõi lọc, để đảm bảo khả năng thông qua của bầu lọc. Để giữ cố định lõi lọc giấy, người ta dùng 2 vành kim loại ở trên và dưới để đỡ lõi lọc. Bên trong lõi lọc có ống thép mỏng, đục nhiều lỗ để làm giá đỡ lõi lọc, tạo không gian lưu thông cho nhiên liệu bên trong lõi lọc. Hình dạng thực tế và cấu tạo lõi lọc được thể hiện ở hình 4-9 Hình 4-9: Hình dạng thực tế và cấu tạo bầu lọc tinh Cửa vào của nhiên liệu chưa lọc Cửa ra của nhiên liệu đã được lọc Lỗ để nhiên liệu chưa lọc đi vào thân bầu lọc Lỗ mà nhiên liệu đã lọc từ thân bầu lọc đi ra Lõi lọc bằng giấy Giá đỡ bên trong lõi lọc Van an toàn Trong trường hợp lõi lọc bị tắc, không đảm bảo khả năng thông qua yêu cầu, thì van an toàn bố trí trong bầu lọc sẽ hoạt động. Khi lõi lọc bị tắc, áp suất chênh lệch giữa bên ngoài và bên trong lõi lọc sẽ tăng lên, khi độ chênh áp này đủ để thắng lò xo van an toàn, thì van bị đội lên, cho phép nhiên liệu chưa lọc đi qua, đảm bảo cho động cơ hoạt động bình thường. MỤC LỤC PHẦN I: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ D1 V4-0415 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG 1.1 Các thông số cho trước 1.2 Các thông số chọn: 1.3 Vẽ đồ thị công: 1.3.1 Xây dựng đường nén: 1.3.2 Xây dựng đường giãn nở: 1.3.3 Lập bảng xác định các điểm trên đường nén và đường giãn nở: Xác định các điểm đặc biệt: 2. Xây dựng đồ thị động học và động lực học: 2.1 Xây dựng đồ thị động học: 2.1.1 Xây dựng đồ thị chuyển vị S=f(α) 2.1.2 Xây dựng đồ thị vận tốc v=f(α) 2.1.3 Xây dựng đồ thị gia tốc j=f(x) 2.2 Xây dựng đồ thị động lực học: 2.2.1 Xây dựng đồ thị lực quán tính Pj 2.2.2 Xây dựng đồ thị Pkt, Pj và P1 2.2.2.1 Đồ thị khai triển Pkt-α 2.2.2.2 Đồ thị Pj-α 2.2.2.3 Đồ thị P1-α 2.2.3 Xây dựng đồ thị T, Z, N-α 2.2.4 Xây dựng đồ thị ΣT-α 2.2.5 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu: 2.2.6 Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 2.2.7 Xây dựng đồ thị khai triển Qch-α 2.2.8 Xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu PHẦN II PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ THAM KHẢO CHỌN ĐỘNG CƠ THAM KHẢO ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA MỘT SỐ CƠ CẤU, HỆ THỐNG CỦA ĐỘNG CƠ 2.2.1 Cơ cấu piston, thanh truyền, trục khuỷu Cơ cấu phân phối khí 2.2.3 Hệ thống bôi trơn, làm mát 2.2.4 Hệ thống nhiên liệu PHẦN III THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ D1 V4-0415 3.1 NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 3.1.1 Nhiệm vụ 3.1.2 Yêu cầu 3.2 SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý 3.2.2 Nguyên lý hoạt động 3.3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG 3.3.1 Lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 xylanh trong 1 chu trình công tác của động cơ: 3.3.2 Lưu lượng nhiên liệu theo lý thuyết bơm phải cung cấp để đảm bảo cho động cơ hoạt động 3.3.3 Xác định đường kính piston bơm cao áp: 3.3.4 Hành trình có ích của piston 3.4 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CÁC CỤM CHI TIẾT ĐƯỢC GIAO 3.4.1 Cụm bơm cao áp: 3.4.1.1 Nhiệm vụ, cấu tạo chung và nguyên tắc hoạt động của cụm BCA 3.4.1.2 Đặc điểm cấu tạo các cụm chi tiết chính trong bơm Bosch 3.4.2 Bầu lọc nhiên liệu