Đồ án Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (DM4-0112)

cứu tính toán động học và động lực học của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là cần thiết để tìm quy luật vận động của chúng và để xác định lực quán tính tác dụng lên các chi tiết trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền nhằm mục đích tính toán cân bằng ,tính toán bền của các chi tiết và tính toán hao mòn động cơ .. Trong động cơ đốt trong kiểu piston cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có 2 loại loại giao tâm và loại lệch tâm . Ta xét trường hợp cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm . 1.2.1 Động học của cơ cấu giao tâm : a b R C l O CD CT A B B' S O - Giao điểm của đường tâm xi lanh và đường tâm trục khuỷu. C - Giao điểm của đường tâm thanh truyền và đường tâm chốt khuỷu. B' - Giao điểm của đường tâm xy lanh và đường tâm chốt piston. A - Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCT B - Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCD R - Bán kính quay của trục khuỷu (m) l - Chiều dài của thanh truyền (m) S - Hành trình của piston (m) x - Độ dịch chuyển của piston tính từ ĐCT ứng với góc quay trục khuỷu a (m) b - Góc lắc của thanh truyền ứng với góc a (độ) Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xilanh trực giao với đường tâm trục khuỷu tại 1 điểm (hình vẽ). Hình 1- 2:Sơ đồ cơ cấu KTTT giao tâm 1.2.1.1. Xác định độ dịch chuyển (x) của piston bằng phương pháp đồ thị Brick -Theo phương pháp giải tích chuyển dịch x của piston được tính theo công thức : . -Các bước tiến hành vẽ như sau: + Từ tâm O’ của đồ thị brick kẻ các tia ứng với 100 ; 200…1800. Đồng thời đánh số thứ tự từ trái qua phải 0;1,2…18. + Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hoành biểu diễn khoảng dịch chuyển của piston. + Gióng các điểm ứng với 100 ; 200…1800 đã chia trên cung tròn đồ thị brick xuống cắt các đường kẻ từ điểm 100 ; 200…1800 tương ứng ở trục tung của đồ thị x=f(α) để xác định chuyển vị tương ứng. + Nối các giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình của piston x = f(α). 1.2.1.2. Đồ thị biểu diễn tốc độ của piston v=f(α). * Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng. + Xác định vận tốc của chốt khuỷu: ω = = (rad/s) + Chọn tỷ lệ xích=0,542. 440= 238,04(m/s.mm) + Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R1 phía dưới đồ thị x(a) với R1 = R.w =45,75. 440 = 20313,5 (mm/s). Giá trị biểu diễn: R1bd = + Vẽ đường tròn tâm O bán kính R2 với: R2 = R. = = 10,14(mm) + Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2 …18. + Chia vòng tròn tâm O bán kính thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’; 1’; 2’…18’ theo chiều ngược lại. + Từ các điểm 0;1;2…kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các đường song song với AB kẻ từ các điểm 0’;1’;2’…tương ứng tạo thành các giao điểm. Nối các giao điểm này lại ta có đường cong giới hạn vận tốc của piston. Khoảng cách từ đường cong này đến nửa đường tròn biểu diễn trị số tốc độ của piston ứng với các góc a. a V S( a) m a = 2 âäü/mm m v = 0.240 m/s.mm ÂÄÖTHË CHUYỂN VË VÁÛN TÄÚC 0 2'' 3'' 4'' 5'' 6'' 7'' 8'' 1' 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 9' 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1'' 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 9'' 10'' 11'' 12'' 13'' 14'' 15'' 16'' 17'' 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 17 18 V( S ) 15 Vmax Hình 1-3: Đồ thị chuyển vị và Đồ thị vận tốc Biểu diễn v = f(x) Để khảo sát mối quan hệ giữa hành trình piston và vận tốc của piston ta đặt chúng cùng chung hệ trục toạ độ. Trên đồ thị chuyển vị x = f(α) lấy trục Ov ở bên phải đồ thị song song với trục Oα, trục ngang biểu diễn hành trình của piston. Từ các điểm 00, 100, 200,...,1800 trên đồ thị Brick ta gióng xuống các đường cắt đường Ox tại các diểm 0, 1, 2,...,18. Từ các điểm này ta đặt các đoạn tương ứng từ đồ thị vận tốc, nối các điểm của đầu còn lại của các đoạn ta có đường biểu diễn v = f(x). 1.2.1.2. Đồ thị biểu diễn gia tốc . Để vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston ta sử dụng phương pháp Tole. + Chọn hệ trục tọa độ với trục Ox là trục hoành, trục tung là trục biểu diễn giá trị gia tốc. + Chọn tỉ lệ xích: (mm/s2 /mm) + Trên trục Ox lấy đoạn AB = S=2R= 91,5 mm Giá trị biểu diễn: AB= (mm) Tính: . . EF = -3.R.λ.ω2 = -3.45,75.0,24.4402 = -6494003,8(mm/s2). + Từ điểm A tương ứng với điểm chết trên lấy lên phía trên một đoạn AC =. Từ điểm B tương ứng với điểm chết dưới lấy xuống dưới một đoạn BD =. Nối C với D Đường thẳng CD cắt trục hoành Ox tại E. Từ E lấy xuống dưới một đoạn EF= . Nối CF và FD, đẳng phân định hướng CF thành 8 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0;1;2…đẳng phân định FD thành 8 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0’;1’;2’…vẽ các đường bao trong tiếp tuyến 11’;22’;33’…Ta có đường cong biểu diễn quan hệ . Hình 1-5: Đồ thị gia tốc 1.2.2. Tính toán động lực học. 1.2.2.1. Đường biểu diễn lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến . Vẽ theo phương pháp Tole với trục hoành đặt trùng với ở đồ thị công, trục tung biểu diễn giá trị . Vẽ đường biểu diễn lực quán tính được tiến hành theo các bước như sau: + Chọn tỉ lệ xích trùng với tỉ lệ xích đồ thị công: mpj = mp =0,052 ( MN/ m2. mm ) + Xác định khối lượng chuyển động tịnh tiến: m’ = mpt + m1 Trong đó: m’ - Khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg). mpt = 0,8(kg) - Khối lượng nhóm piston. m1- Khối lượng thanh truyền qui về tâm chốt piston (kg). Theo công thức kinh nghiệm: m1 = (0,275 ÷ 0,350).mtt. Lấy m1 = 0,32.1 = 0,32 (kg). Với mtt = 0,6 (kg) - Khối lượng nhóm thanh truyền. => m’ = 0,8 + 0,32= 1,12 (kg). Để đơn giản hơn trong tính toán và vẽ đồ thị ta lấy khối lượng trên một đơn vị diện tích của một đỉnh piston: m = = = 207 (kg/m2) Áp dụng công thức tính lực quán tính: pj = - m.j , ta có: pjmax = -m.jmax = -207.11184117,8.10-9 = -2,315(MN/m2). pjmin = -m.jmin = -207.( -6854781,9).10-9 = 1,42(MN/m2) Đoạn: EF = - m.jEF = -207. (-6854781,8)10-9 = 1,344(MN/m2) Giá trị biểu diễn: pjmax = pjmax/0.052= -44,5 ( mm ) pjmax = pjmin/0.052 = 27,3( mm ) EF = EF/0.052 = 25,9 ( mm ) 1.2.2.2. Khai triển các đồ thị. a) Khai triển đồ thị công trên tọa độ p-V thành p=f(α). Để biểu diễn áp suất khí thể pkt theo góc quay của trục khuỷu α ta tiến hành như sau: + Vẽ hệ trục tọa độ p - α. Trục hoành đặt ngang với đường biểu diễn trên đồ thị công. + Chọn tỉ lệ xích: (độ/mm). . + Dùng đồ thị Brick để khai triển đồ thị p-v thành p-α. + Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, dựng các đường song song với trục Op cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn quá trình: nạp, nén, cháy - giãn nở, xả. + Qua các giao điểm này ta kẻ các đường song song với trục hoành gióng sang hệ toạ độ p-α . Từ các điểm chia tương ứng 00, 100, 200,… trên trục hoành của đồ thị p-α ta kẻ các đường thẳng đứng cắt các đường trên tại các điểm ứng với các góc chia trên đồ thị Brick và phù hợp với các quá trình làm việc của động cơ. Nối các điểm lại bằng đường cong thích hợp ta được đồ thị khai triển p-α. b) Khai triển đồ thị thành . Đồ thị biểu diễn đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng tốc độ của động cơ. Khai triển đường thành cũng thông qua đồ thị brick để chuyển tọa độ. Việc khai triển đồ thị tương tự khai triển P-V thành P=f(α). Nhưng lưu ý ở tọa độ p-α phải đặt đúng trị số dương của pj. c) Vẽ đồ thị . Theo công thức . Ta đã có pkt=f(α) và . Vì vậy việc xây dựng đồ thị được tiến hành bằng cách cộng đại số các toạ độ điểm của 2 đồ thị pkt=f(α) và .lại với nhau ta được tọa độ điểm của đồ thị p1=f(α) . Dùng một đường cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta được đồ thị p1=f(α). 1.2.2.3. Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến , lực pháp tuyến và lực ngang . Các đồ thị: T = f(α), Z = f(α), N = f(α) được vẽ trên cùng một hệ toạ độ. Áp dụng các công thức: . β được xác định theo quan hệ: Sinβ = lSinα => β = arcsin(lsinα) Quá trình vẽ các đường này được thực hiên theo các bước sau: + Chọn tỉ lệ xích: (độ/mm). . α (độ) α (rad) sinα β (rad) P1 tgβ N (mm) Cos(α+β)/ cosβ Z Sin(α+β)/ cosβ T 0 0 0 0 -43 0 0 1,00 -43 0,00 0 10 0,17 0,17 0,04 -41,5 0,04 -1,73 0,98 -40,57 0,21 -8,91 20 0,35 0,34 0,08 -39 0,08 -3,21 0,91 -35,55 0,42 -16,36 30 0,52 0,50 0,12 -33 0,12 -3,99 0,81 -26,58 0,60 -19,95 40 0,70 0,64 0,15 -28 0,16 -4,37 0,67 -18,64 0,76 -21,35 50 0,87 0,77 0,18 -19 0,19 -3,55 0,50 -9,49 0,89 -16,84 60 1,05 0,87 0,21 -11 0,21 -2,34 0,32 -3,48 0,97 -10,69 70 1,22 0,94 0,23 -2 0,23 -0,46 0,12 -0,25 1,02 -2,04 80 1,40 0,98 0,24 4 0,24 0,97 -0,07 -0,26 1,03 4,11 90 1,57 1 0,24 11 0,25 2,72 -0,25 -2,72 1,00 11,00 100 1,75 0,98 0,24 15 0,24 3,65 -0,41 -6,20 0,94 14,14 110 1,92 0,94 0,23 21 0,23 4,86 -0,56 -11,75 0,86 18,07 120 2,09 0,87 0,21 25 0,21 5,31 -0,68 -17,10 0,76 18,89 130 2,27 0,77 0,18 26 0,19 4,86 -0,79 -20,44 0,65 16,79 140 2,44 0,64 0,15 28 0,16 4,37 -0,87 -24,26 0,52 14,65 150 2,62 0,50 0,12 29 0,12 3,51 -0,93 -26,87 0,40 11,46 160 2,79 0,34 0,08 29 0,08 2,39 -0,97 -28,07 0,26 7,67 170 2,97 0,17 0,04 30 0,04 1,25 -0,99 -29,76 0,13 3,98 180 3,14 0 0 30,3 0 0 -1,00 -30,30 0,00 0,00 190 3,32 -0,17 -0,04 30 -0,04 -1,25 -0,99 -29,76 -0,13 -3,98 200 3,49 -0,34 -0,08 29 -0,08 -2,39 -0,97 -28,07 -0,26 -7,67 210 3,67 -0,50 -0,12 29,2 -0,12 -3,53 -0,93 -27,05 -0,40 -11,54 220 3,84 -0,64 -0,15 28,2 -0,16 -4,40 -0,87 -24,43 -0,52 -14,75 230 4,01 -0,77 -0,18 26,4 -0,19 -4,94 -0,79 -20,75 -0,65 -17,05 240 4,19 -0,87 -0,21 25,5 -0,21 -5,42 -0,68 -17,44 -0,76 -19,37 250 4,36 -0,94 -0,23 21,7 -0,23 -5,02 -0,56 -12,14 -0,86 -18,67 260 4,54 -0,98 -0,24 16 -0,24 -3,89 -0,41 -6,61 -0,94 -15,08 270 4,71 -1 -0,24 14 -0,25 -3,46 -0,25 -3,46 -1,00 -14,00 280 4,89 -0,98 -0,24 7 -0,24 -1,70 -0,07 -0,46 -1,03 -7,19 290 5,06 -0,94 -0,23 3 -0,23 -0,69 0,12 0,37 -1,02 -3,06 300 5,24 -0,87 -0,21 -3 -0,21 0,64 0,32 -0,95 -0,97 2,92 310 5,41 -0,77 -0,18 -6 -0,19 1,12 0,50 -3 -0,89 5,32 320 5,59 -0,64 -0,15 -4 -0,16 0,62 0,67 -2,66 -0,76 3,05 330 5,76 -0,50 -0,12 9 -0,12 -1,09 0,81 7,25 -0,60 -5,44 340 5,93 -0,34 -0,08 33 -0,08 -2,72 0,91 30,08 -0,42 -13,84 350 6,11 -0,17 -0,04 81 -0,04 -3,38 0,98 79,18 -0,21 -17,39 360 6,28 0 0 118,5 0 0 1,00 118,5 0,00 0,00 370 6,46 0,17 0,04 156 0,04 6,51 0,98 152,50 0,21 58,72 380 6,63 0,34 0,08 140 0,08 11,53 0,91 127,61 0,42 62,07 390 6,81 0,50 0,12 84 0,12 10,15 0,81 67,67 0,60 50,79 400 6,98 0,64 0,15 43 0,16 6,71 0,67 28,62 0,76 32,78 410 7,16 0,77 0,18 26 0,19 4,86 0,50 12,99 0,89 12,04 420 7,33 0,87 0,21 21 0,21 4,46 0,32 6,64 0,97 20,42 430 7,50 0,94 0,23 16 0,23 3,70 0,12 1,99 1,02 16,30 440 7,68 0,98 0,24 21 0,24 5,11 -0,07 -1,38 1,03 21,57 450 7,85 1 0,24 24 0,25 5,93 -0,25 -5,93 1,00 24,00 460 8,03 0,98 0,24 25 0,24 6,08 -0,41 -10,33 0,94 23,56 470 8,20 0,94 0,23 30 0,23 6,94 -0,56 -16,79 0,86 25,82 480 8,38 0,87 0,21 32 0,21 6,80 -0,68 -21,89 0,76 24,31 490 8,55 0,77 0,18 32 0,19 5,99 -0,79 -25,15 0,65 20,67 500 8,73 0,64 0,15 33 0,16 5,15 -0,87 -28,59 0,52 17,26 510 8,90 0,50 0,12 33 0,12 3,99 -0,93 -30,57 0,40 13,05 520 9,08 0,34 0,08 32 0,08 2,6 -0,97 -30,97 0,26 8,47 530 9,25 0,17 0,04 32 0,04 1,33 -0,99 -31,75 0,13 4,24 540 9,42 0 0 31,3 0 0 -1,00 -31,30 0,00 0,00 550 9,60 -0,17 -0,04 30 -0,04 -1,25 -0,99 -29,76 -0,13 -3,98 560 9,77 -0,34 -0,08 29 -0,08 -2,39 -0,97 -28,07 -0,26 -7,67 570 9,95 -0,50 -0,12 28 -0,12 -3,38 -0,93 -25,94 -0,40 -11,07 580 10,12 -0,64 -0,15 26 -0,16 -4,06 -0,87 -22,53 -0,52 -13,60 590 10,30 -0,77 -0,18 24 -0,19 -4,49 -0,79 -18,87 -0,65 -15,50 600 10,47 -0,87 -0,21 23 -0,21 -4,89 -0,68 -15,73 -0,76 -17,47 610 10,65 -0,94 -0,23 19 -0,23 -4,40 -0,56 -10,63 -0,86 -16,35 620 10,82 -0,98 -0,24 13 -0,24 -3,16 -0,41 -5,37 -0,94 -12,25 630 11,00 -1 -0,24 9 -0,25 -2,23 -0,25 -2,23 -1,00 -9,00 640 11,17 -0,98 -0,24 2 -0,24 -0,49 -0,07 -0,13 -1,03 -2,05 650 11,34 -0,94 -0,23 -4 -0,23 0,93 0,12 -0,50 -1,02 4,08 660 11,52 -0,87 -0,21 -13 -0,21 2,76 0,32 -4,11 -0,97 12,64 670 11,69 -0,77 -0,18 -21 -0,19 3,93 0,50 -10,49 -0,89 18,61 680 11,87 -0,64 -0,15 -30 -0,16 4,68 0,67 -19,97 -0,76 22,87 690 12,04 -0,50 -0,12 -35 -0,12 4,23 0,81 -28,20 -0,60 21,16 700 12,22 -0,34 -0,08 -41 -0,08 3,38 0,91 -37,37 -0,42 17,20 710 12,39 -0,17 -0,04 -42 -0,04 1,77 0,98 -41,55 -0,21 9,13 720 12,57 0 0 -43 0 0 1,00 -43,00 0,00 0,00 Bảng 1-2: Bảng giá trị T, N, Z-a + Vẽ hệ trục tọa Decac trong đó trục hoành biểu thị giá trị góc quay trục khuỷu, trục tung biểu diễn giá trị của T,N,Z. Từ bảng 2 ta xác định được tọa độ các điểm trên hệ trục, nối các điểm lại bằng các đường cong thích hợp cho ta đồ thị biểu diễn: ; . + Việc vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến , lực pháp tuyến và lực ngang Trên hệ tọa độ T-α, Z-α, N-α, ta xác định các trị số T, Z, N ở các góc độ α = 00, α =100, α = 200,…, α =7200.Trị số của T, Z, N như đã lập ở bảng 1-2 được tính theo công thức đã chứng minh ở trên,ta sẽ có được các điểm 0, 1, 2,…,72.Dùng đường cong nối các điểm ấy lại,ta có đồ thị lực T, Z, N cần xây dựng. 1.2.2.4. Vẽ đồ thị biểu diễn momen tổng ST: Thứ tự làm việc của động cơ: 1-3-4-2. Góc công tác: . Ta tính ST trong 1 chu kỳ góc công tác: + Khi trục khuỷu của xylanh thứ nhất nằm ở vị trí . thì trục khuỷu của xylanh thứ hai nằm ở vị trí . trục khuỷu của xylanh thứ ba nằm ở vị trí . trục khuỷu của xylanh thứ tư nằm ở vị trí . Tính momen tổng : ST = T1 + T2 + T3 + T4. Tính giá trị của bằng công thức: Trong đó : : công suất chỉ thị của động cơ; Với ; chọn Þ [kw] n: là số vòng quay của động cơ; n = 4240 (v/ph). : là diện tích đỉnh piston; . R: là bán kính quay trục khuỷu; . : là hệ số hiệu đính đồ thị công; , chọn Þ . . Với tỷ lệ xích là : Bảng 1.3 Bảng tính xây dựng đồ thị ST Tỷ lệ xích mST = mT = 0.052[MN/m2.mm]. Thứ tự làm việc: 1-3-4-2 α1(độ) T1(mm) α2(độ) T2(mm) α3(độ) T3(mm) α4(độ) T4(mm) ST(mm) 0 0,00 180 0,00 360 0,00 540 0,00 0,00 10 -8,91 190 -3,98 370 -3,98 550 34,14 17,28 20 -16,36 200 -7,67 380 -7,67 560 62,07 30,37 30 -19,95 210 -11,54 390 -11,07 570 50,79 8,23 40 -21,35 220 -14,75 400 -13,60 580 32,78 -16,92 50 -16,84 230 -17,05 410 -15,50 590 23,04 -26,35 60 -10,69 240 -19,37 420 -17,47 600 20,42 -27,13 70 -2,04 250 -18,67 430 -16,35 610 16,30 -2,07 80 4,11 260 -15,08 440 -12,25 620 21,57 -1,66 90 11,00 270 -14,00 450 -9,00 630 24,00 12,00 100 14,14 280 -7,19 460 -2,05 640 23,56 28,46 110 18,07 290 -3,06 470 4,08 650 25,82 44,91 120 18,99 300 2,92 480 12,64 660 24,31 58,86 130 16,79 310 4,43 490 18,61 670 20,67 60,50 140 14,65 320 9,91 500 22,87 680 17,26 64,70 150 11,46 330 -5,44 510 21,16 690 13,05 40,23 160 7,67 340 -20,13 520 17,20 700 8,47 13,21 170 3,98 350 -17,39 530 9,13 710 4,24 -0,05 180 0,00 360 0,00 540 0,00 720 0,00 0,00 2.2.6. Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu : - Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu. Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và lực bé nhất. Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ở trục. - Khi vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu có thể chưa cần xét đến lực quán tính chuyển động quay của khối lượng thanh truyền m2 quy về tâm chốt khuỷu vì phương và trị số của lực quán tính này không đổi. sau khi vẽ xong ta xét. - Vẽ hệ toạ độ T - Z gốc toạ độ trục 0’Z có chiều dương hướng xuống dưới. - Chọn tỉ lệ xích : . - Đặt giá trị của các cặp (T.Z) theo các góc a tương ứng lên hệ trục toạ độ T - Z. Ứng với mỗi cặp giá trị (T.Z) ta có một điểm. đánh dấu các điểm từ ứng với các góc a từ nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụ tải tác dung lên chốt khuỷu. - Dịch chuyển gốc toạ độ. Trên trục 0’Z (theo chiều dương) ta lấy điểm 0 với (lực quán tính ly tâm). + Lực quán tính ly tâm :. m2 :khối lượng thanh truyền quy dẫn về đầu to : Þ Với tỷ lệ xích ta dời gốc toạ độ 0’ xuống 0 một đoạn 0’0. . + Đặt lực về phía dưới tâm 0’. ta có tâm 0 đây là tâm chốt khuỷu. - Từ tâm O vẽ vòng tròn tượng trưng chốt khuỷu. + Xác định . giá trị, phương chiều và điểm đặt lực. Giá trị của lực là độ dài véctơ tính từ gốc 0 đến vị trí bất kì mà ta cần. Chiều của lực hướng từ tâm 0 ra ngoài. Điểm đặt của lực là giao của phương kéo dài về phía 0 của véctơ lực và đường tròn tượng trưng cho chốt khuỷu. . . a : là điểm bất kỳ trên đồ thị. Qa : là hợp lực của các lực tác dụng lên chốt khuỷu. 2.2.7.Khai triển đồ thị phụ tải trong hệ toạ độ cực thành đồ thị Q - a: - Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q - rồi tính phụ tải trung bình . - Vẽ hệ trục Q -. Chọn tỉ lệ xích . . Trên các điểm chia của trục 0 -. ta lần lượt đặt các véctơ tương ứng với các góc a từ . Với và trị số của được lấy ở đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Nối các đầu nút véctơ lại ta sẽ có đường cong biểu diển đồ thị khai triển . Bảng 4 - Bảng tính xây dựng đồ thị Q-a α Qi α Qi α Qi α Qi 0.000 62,77 190.000 49,69 380.000 122,79 570.000 47,03 10.000 60,99 200.000 48,45 390.000 69,82 580.000 44,43 20.000 57,69 210.000 48,22 400.000 33,96 590.000 41,63 30.000 50,47 220.000 46,60 410.000 24,02 600.000 39,57 40.000 43,94 230.000 43,96 420.000 24,28 610.000 34,52 50.000 33,76 240.000 41,95 430.000 24,12 620.000 27,97 60.000 25,59 250.000 36,97 440.000 30,21 630.000 23,77 70.000 20,12 260.000 30,39 450.000 35,17 640.000 20,01 80.000 20,45 270.000 27,12 460.000 38,23 650.000 20,67 90.000 25,04 280.000 21,47 470.000 44,75 660.000 27,02 100.000 29,57 290.000 19,64 480.000 48,23 670.000 35,53 110.000 36,33 300.000 20,92 490.000 49,45 680.000 45,85 120.000 41,48 310.000 23,38 500.000 51,35 690.000 52,43 130.000 43,57 320.000 30,10 510.000 52,01 700.000 61,99 140.000 46,40 330.000 13,65 520.000 51,44 710.000 62,77 150.000 48,03 340.000 17,26 530.000 51,69 720.000 105.155 160.000 48,45 350.000 61,91 540.000 51,07 170.000 49,69 360.000 98,73 550.000 49,69 180.000 50,07 370.000 136,89 560.000 48,45 Để tính và . Xác định trị số đơn vị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu: và là phụ tải cực đại, cực tiểu và trung bình được xác định trên đồ thị Q -. đơn vị là . . . . (MN/m2/mm) - Hệ số va đập biểu thị mức độ va đập của phụ tải: ; hệ số thoả mãn 2.2.8.Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền: Dựa trên nguyên lý lực và phản lực tác dụng tại một điểm bất kỳ trên chốt khuỷu và đầu to thanh truyền và xét đến sự chuyển động tương đối giữa chúng. ta có thể xây dựng được đồ thị phụ tải tác dụng lên trục khuỷu. Sau khi vẽ được đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta căn cứ vào đó để vẽ đồ thị phụ tải của ổ trượt ở đầu to thanh truyền. Cách vẽ như sau : - Chiều của lực tác dụng lên chốt khuỷu. ngược chiều với lực tác dụng lên đầu to thanh truyền nhưng trị số của chúng bằng nhau. Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên một tờ giấy bóng, tâm của đầu to thanh truyền là O. Vẽ một vòng tròn bất kỳ, tâm O. Giao điểm của đường tâm phần thân thanh truyền với vòng tâm O là điểm 00. Từ điểm 00, ghi trên vòng tròn các điểm 1, 2, 3, ..., 72 theo chiều quay trục khuỷu và tương ứng với các góc a100 + b100, a200 + b200, a300 + b300, ..., a7200 + b7200.  Đem tờ giấy bóng này đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu. Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm 0, 1, 2, 3, ..., 72 trùng với trục (+Z) của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu. Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véctơ Q0, Q1, Q2, ..., Q72 của đồ thị phụ tải chốt khuỷu hiện trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0, 1, 2, 3, ..., 72. Nối lần lượt các điểm vừa đánh dấu trên tờ giấy bóng theo đúng thứ tự ta được đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền. - Xác định giá trị . phương chiều. và điểm đặt lực : + Giá trị là độ dài của véctơ tính từ tâm O đến bất kỳ vị trí nào ta cần xác định trên đồ thị. + Chiều của lực từ tâm O đi ra. + Điểm đặt là giao điểm của véctơ và vòng tròn tượng trưng cho đầu to thanh truyền. Bảng 5 - Bảng tính giá trị góc b φ λsinφ β=acsin(λsinφ) φ+β 0.000 0.000 0.000 0.000 10.000 0.043 3.000 13.000 20.000 0.086 5.000 25.000 30.000 0.125 8.000 38.000 40.000 0.161 10.000 50.000 50.000 0.192 12.000 62.000 60.000 0.217 14.000 74.000 70.000 0.235 15.000 85.000 80.000 0.246 15.000 95.000 90.000 0.250 16.000 106.000 100.000 0.246 15.000 115.000 110.000 0.235 15.000 125.000 120.000 0.217 14.000 134.000 130.000 0.192 12.000 142.000 140.000 0.161 10.000 150.000 150.000 0.125 8.000 158.000 160.000 0.086 5.000 165.000 170.000 0.043 3.000 173.000 180.000 0.000 0.000 180.000 190.000 -0.043 -3.000 187.000 200.000 -0.086 -5.000 195.000 210.000 -0.125 -8.000 202.000 220.000 -0.161 -10.000 210.000 230.000 -0.192 -12.000 218.000 240.000 -0.217 -14.000 226.000 250.000 -0.235 -15.000 235.000 260.000 -0.246 -15.000 245.000 270.000 -0.250 -16.000 254.000 280.000 -0.246 -15.000 265.000 290.000 -0.235 -15.000 275.000 300.000 -0.217 -14.000 286.000 310.000 -0.192 -12.000 298.000 320.000 -0.161 -10.000 310.000 330.000 -0.125 -8.000 322.000 340.000 -0.086 -5.000 335.000 350.000 -0.043 -3.000 347.000 360.000 0.000 0.000 360.000 370.000 0.043 3.000 373.000 380.000 0.086 5.000 385.000 390.000 0.125 8.000 398.000 400.000 0.161 10.000 410.000 410.000 0.192 12.000 422.000 420.000 0.217 14.000 434.000 430.000 0.235 15.000 445.000 440.000 0.246 15.000 455.000 450.000 0.250 16.000 466.000 460.000 0.246 15.000 475.000 470.000 0.235 15.000 485.000 480.000 0.217 14.000 494.000 490.000 0.192 12.000 502.000 500.000 0.161 10.000 510.000 510.000 0.125 8.000 518.000 520.000 0.086 5.000 525.000 530.000 0.043 3.000 533.000 540.000 0.000 0.000 540.000 550.000 -0.043 -3.000 547.000 560.000 -0.086 -5.000 555.000 570.000 -0.125 -8.000 562.000 580.000 -0.161 -10.000 570.000 590.000 -0.192 -12.000 578.000 600.000 -0.217 -14.000 586.000 610.000 -0.235 -15.000 595.000 620.000 -0.246 -15.000 605.000 630.000 -0.250 -16.000 614.000 640.000 -0.246 -15.000 625.000 650.000 -0.235 -15.000 635.000 660.000 -0.217 -14.000 646.000 670.000 -0.192 -12.000 658.000 680.000 -0.161 -10.000 670.000 690.000 -0.125 -8.000 682.000 700.000 -0.086 -5.000 695.000 710.000 -0.043 -3.000 707.000 720.000 0.000 0.000 720.000 ÂÄÖ THË LÆÛC TAÏC DUÛNG LÊN ÂÁÖU TO THANH TRUYỀN m T = m Z = 0.052 [ MN/ m 2 . .mm] Z T 720 10 20 30 40 50 60 70 80 430 90 410 420 400 440 100 450 110 460 120 470 130 480 390 140 500 490 510 520 530 360 540 550 190 180 200 560 210 570 230 590 600 240 610 250 260 620 270 630 640 280 650 300 660 310 320 330 670 680 690 700 710 340 350 170 160 380 370 29 7 4 5 6 30 31 35 34 33 3 2 1 36 32 12 11 10 9 8 28 27 26 21 20 19 18 17 16 15 O 1 24 13 23 22 14 25 150 220 580 290 2.2.9. Đồ thị mài mòn chốt khuỷu: Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu ( hoặc cổ trục khuỷu ... ) thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục. Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúng nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất. Ap suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng. Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây : + Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ n định mức. + Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200. + Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải. + Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép + Các bước tiến hành vẽ như sau: - Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ vòng tròn bất kỳ và chia thành 24 phần bằng nhau tức là chia theo 15o. theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. bắt đầu tại điểm 0 tai giao điểm của vòng tròn với trục OZ (theo chiều dương) tiếp tục đánh số thứ tự 0.1.2.....23. - Từ các điểm chia vòng tròn này. ta kẻ các tia qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải phụ tải tai nhiều điểm, có bao nhiêu điểm cắt đồ thị thì sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại vị trí đó. Do đó ta có : Lập bảng ghi kết quả vào bảng. - Tính theo các dòng: . - Chọn tỉ lệ xích : - Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu. vẽ các tia ứng với số lần chia. lần lượt đặt các giá trị lên các tía tương ứng theo chiều từ ngoài vào tâm vòng tròn. Nối các đầu mút lại ta có dạng đồ thị mài mòn chốt khuỷu. Các hợp lực được tính theo bảng sau: Lực 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 S'Q0 247 247 247 247 247 247 247 247 247 S'Q1 234,5 234,5 234,5 234,5 234,5 234,5 234,5 234,5 234,5 S'Q2 143 143 143 143 143 143 143 143 143 S'Q3 11 11 11 11 11 11 11 11 11 S'Q4 10 10 10 10 10 10 10 10 10 S'Q5 10 10 10 10 10 10 10 10 10 S'Q6 11 11 11 11 11 11 11 11 11 S'Q7 13 13 13 13 13 13 13 13 13 S'Q8 18 18 18 18 18 18 18 18 18 S'Q9 26 26 26 26 26 26 26 26 26 S'Q10 39 39 39 39 39 39 39 39 39 S'Q11 63 63 63 63 63 63 63 63 63 S'Q12 105 105 105 105 105 105 105 105 105 S'Q13 140 140 140 140 140 140 140 140 140 S'Q14 125 125 125 125 125 125 125 125 125 S'Q15 74 74 74 74 74 74 74 74 74 S'Q16 44 44 44 44 44 44 44 44 44 S'Q17 33 33 33 33 33 33 33 33 33 S'Q18 29 29 29 29 29 29 29 29 29 S'Q19 24 24 24 24 24 24 24 24 24 S'Q20 23 23 23 23 23 23 23 23 23 S'Q21 25 25 25 25 25 25 25 25 25 S'Q22 47 47 47 47 47 47 47 47 47 S'Q23 257 257 257 257 257 257 257 257 257 S'Q 997.5 984.5 970.5 936.5 697.5 476.5 281 201 295 425 540 603 634 649 652 637 597 517 424 556 729 919.5 1029.5 1011.5 S'Qbd 34.597 34 34 32 24 17 9.7 7 10 15 19 21 22 22 23 22 21 18 15 19 25 32 37.71 35.08  S'Qthuc 51.896 51 50 49 36 25 15 10 15 22 28 31 33 34 34.2 33 31 27 22 29 38 48 53.56 52.62 2. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHON THAM KHẢO. 2.1. THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ CHỌN TƯƠNG ĐƯƠNG. Loại động cơ Chọn 2KD - FTV Yêu cầu Số xy lanh – cách bố trí 4 xylanh – thẳng hàng 4 xylanh – thẳng hàng Số kỳ 4 4 Loại nhiên liệu Diesel Diesel Công suất cực đại/số vòng quay (KW/vg/ph) 75/3600 80/4240 Tỷ số nén 18,5 17,9 Đườg kính X hành trình piston (mm x mm) 92 x 93,8 83,0 x 91,5 Góc phun sớm (độ) 12 7 Góc phân phối khí (độ) Mở sớm xupap nạp 2 12 Đóng muộn xupap nạp 31 53 Mở sớm xupap thải 30 42 Đóng muộn xupap thải 0 10 Hệ thống nhiên liệu CRDI CRDI 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 24 valve - DOHC 24 valve - DOHC 2.2. CÁC CƠ CẤU CỦA ĐỘNG CƠ 2KD-FTV. Động cơ 2KD-FTV lắp trên xe Hiace của hãng TOYOTA là loại động cơ diesel, 4 xy lanh thẳng hàng, trục cam kép DOHC 24 xupap và trục cam được bố trí trên nắp xilanh,mỗi piston có bốn xupáp,hai xupáp nạp và hai xupáp thải được bố trí thẳng hàng thành một dãy. Cơ cấu phân phối khí gồm 2 trục cam được dẫn động bằng dây đai răng.Ở đây chúng ta sẻ khảo sát một số hệ thống mang đặc điểm chung nhất và nổi trội của động cơ: Hình 2.1.1. Mặt cắt ngang động cơ cơ 2JZ - GTE Hình 2.1.2. Mặt cắt dọc động cơ cơ 2JZ - GTE Động cơ cơ 2JZ - GTE là động cơ 6 xy lanh thẳng hàng có hệ thống cam kép (DOHC) gồm bốn xupap cho mỗi xylanh hai xupap nạp và hai xupap thải Bảng 2-1 Nạp Mở 30 BTDC Đóng 520 ABDC Xả Mở 530 BTDC Đóng 40 ABDC 2.2.1. PISTON Piston được làm bằng hợp kim nhôm có kết cấu đặc biệt đỉnh piston vát hình nón cụt. Rãnh piston trên cùng có tráng lớp ôxit axit, phần đuôi piston có tráng nhựa. Sécmăng- có 3 Sécmăng loại có ứng suất thấp secmăng khí số 1 được xử lý PVD*, secmăng khí số 2 được mạ crôm và Sécmăng dầu. Hình 2.1.3. Cấu tạo piston, secmăng 1-Piston; 2-Secmăng khí số 1; 3-Secmăng khí số 2; 4-Secmăng dầu. Khe hở cho phép của các secmăng cho dưới bảng: Bảng 2-7 Secmăng Điều kiện tiêu chuẩn số 1 0,22 đến 0,34mm số 2 0,45 đến 0,57mm dầu 0,1 đến 0,4mm 2.2.2. THANH TRUYỀN. Thanh truyền được đúc bằng thép hợp kim . Hình 2.1.4. Kết cấu thanh truyền. 1-Thân thanh truyền; 2-Bu lông thanh truyền; 3-Nắp đầu to. 2.2.3. TRỤC KHUỶU. Trục khuỷu có kết cấu khá đặc biệt, bên trong có đường dầu đi bôi trơn các bạc lót và cổ trục. .. Hình 2.1.5. Kết cấu trục khuỷu. 2.2.3.1 Đầu trục : Trên đầu trục có lắp đai ốc khởi động, puly,bơm nước, bộ phận chắn dầu và bánh răng phân phối. 2.2.3.2 Cổ trục Tất cả các cổ chính có cùng một đường kính, từ cổ chính dầu bôi trơn theo các lổ khoan trong má để đi bôi trơn các cổ biên. Các chỗ chuyển tiếp của cổ chính và cổ biên đến má trục có góc lượn. Để giảm bớt trọng lượng của các phần không được cân bằng và của cả trục nói chung ta chế tạo trục khuỷu có cổ biên rỗng. * Má khuỷu : Má khuỷu là bộ phần nối liền cổ trục và cổ chốt. Để lợi dụng vật liệu hợp lý và phân bố đồng đều áp suất ta chọn thiết kế dạng má khuỷu hình ô van. * Chốt khuỷu : là nơi lắp thanh truyền, là bộ phận quan trọng truyền chuyển động xuống trục khuỷu tạo mômen quay . 2.2.3.3 Đuôi trục khuỷu :Đuôi trục khuỷu thường lắp với các chi tiết máy của động cơ truyền dẫn công suất ra ngoài máy công tác.Là nơi truyền công suất ra ngoài và trên đuôi trục khuỷu có lắp bánh đà. Ta chọn phương pháp lắp bánh đà lên đuôi bằng mặt bích. Ở đuôi trục khuỷu ta bố trí các bộ phận sau : Bánh đà . Đệm chắn di động dọc trục ….. 2.2.3.4 Đối trọng : Đối trọng dùng để : Cân bằng các lực và mômen quán tính không cân bằng của động cơ, chủ yếu là lực và mômen quán tính ly tâm. Giảm phụ tải cho ổ trục nhất là ổ giữa và tránh biến dạng của trục khuỷu khi làm việc. Đối trọng được đúc liền với má khuỷu. 2.2.3 Bánh đà : Bánh đà có nhiệm vụ làm đồng đều tốc độ góc của động cơ đến mức cần thiết cho phép. Trong quá trình làm việc, bánh đà có nhiệm vụ tích năng lượng ( khi mômen quay lớn hơn mômen cản) và phóng năng lượng ( khi mômen cản lớn hơn mômen quay ). Ngoài ra, bánh đà là nơi ghi ký hiệu ĐCT, ĐCD, góc đánh lửa. Bánh đà được chế tạo bằng gang xám, ta chế tạo bánh đà dạng đĩa, loại này có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Vành ngoài của bánh đà được ép lên một vành răng khởi động. 2.1.4 Bạc lót : Ta dùng bạc lót mỏng vì có ưu điểm sau : Sức bền cơ học cao. Độ cứng cao. Hệ số dẫn nhiệt lớn. Thích hợp dễ dàng với điều kiện sản xuất hàng loạt theo các cốt sửa chữa quy định. Điều này cho phép lắp lẫn bạc lót mà không cần nguyên công cạo bạc. Do không cần cạo bạc nên giảm được thời gian sửa chữa, mặt khác ít tốn nguyên liệu. Khi lắp ghép bạc mỏng, mặt lưng bạc tiếp xúc tốt với đầu to tạo điều kiện truyền nhiệt tốt. Giảm được kích thước đầu to thanh truyền, tạo khả năng tăng đường kính chốt khuỷu. 2.2.4. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ. Cơ cấu phối khí bao gồm: cò mổ loại con lăn, cơ cấu điều chỉnh khe hở xu páp thủy lực, trục cam kép DOHC 24 xupap dẫn động bằng dây đai răng. Cò mổ loại con lăn dùng 1 vòng bi kim giúp giảm ma sát, do đó cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu. Hình 2.1.6. Kết cấu cò mổ 1-Ổ bi kim; 2-Cò mổ. Cơ cấu điều chỉnh khe hở thủy lực duy trì khe hở xu páp luôn bằng “0” nhờ áp lực của dầu và lực lò xo. Hình 2.1.7. Kết cấu con đội thủy lực 1-Piston đẩy; 2-Buồng áp suất thấp; 3-Đường dầu; 4-Lò xo; 5-Buồng dầu áp suất cao; 6-Lò xo van bi; 7-Van bi. Cam quay sẽ nén bộ pitton đẩy và dầu trong buồng áp suất cao. Khi đó cò mổ sẽ ép tới xu páp bằng cách dùng bộ điều chỉnh khe hở thủy lực làm điểm tựa. Lò xo đẩy piston đẩy đi lên, van 1 chiều sẽ mở ra và dầu sẽ điền đầy vào từ buồng áp suất thấp. Do piston được đẩy lên, và khe hở xu páp sẽ được duy trì không đổi bằng không. 2.3. CÁC HỆ THỐNG CỦA ĐỘNG CƠ 2jz-ge 2.3.1. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2jz-ge Hệ thống nhiên liệu động cơ 2jz-ge đóng vai trò rất quan trọng, nó không đơn thuần là hệ thống phun nhiên liệu, nhưng nó hợp thành một hệ thống đó là hệ thống điều khiển điện tử (ECU), hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc độ động cơ, tạo ra sự tương trợ lẫn nhau, kim phun hoạt động như các kim phun của các xe đời mới. Khả năng điều khiển tốt, công suất động cơ tăng, giảm tiêu hao nhiên liệu. Lượng không khí nạp được lọc sạch khi đi qua lọc không khí và được đo bởi cảm biến lưu lượng không khí. Tỷ lệ hoà trộn được ECU tính toán và hoà trộn theo tỷ lệ phù hợp nhất. Có cảm biến ôxy ở đường ống xả để cảm nhận lượng ôxy dư, điều khiển lượng phun nhiên liệu vào tốt hơn. Hình 2.2.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 2JZ-GE 2.3.2. HỆ THỐNG XẢ. Khí xả được thải ra ngoài môi trường qua ống xả. Hệ thống xả gồm: ống góp xả và ống xả nối với nhau bằng khớp cầu. Trên ống xả có các bộ trung hòa khí xả để làm cho các chất độc hại CO (cacbon oxit), HC (Hiđrô cacbon) và NOx (Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H2O, CO2, N2) khi luồng khí xả đi qua, với các chất xúc tác platin, pladini, iridi, rodi. Để khí xả ra ngoài môi trường không độc hại đối với sức khỏe con người. Hình 2.2.4. Sơ đồ hệ thống xả động cơ 2JZ-GE 1-Bộ trung hòa khí xả; 2-Bộ tiêu âm. 2.3.3. HỆ THỐNG BÔI TRƠN. Hệ thống bôi trơn kiểu cưỡng bức dùng để đưa dầu bôi trơn và làm mát các bề mặt ma sát của các chi tiết chuyển động của động cơ. Hệ thống bôi trơn gồm có: bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đường ống... dầu sẽ từ cácte được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào các đường dầu dọc thân máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạc biên, theo các lỗ phun lên thành xylanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo các đường dẫn dầu tự chảy về cácte. 2.3.4. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA. Hệ thống đánh lửa được điều khiển bằng điện tử ECU đánh lửa trực tiếp. Mỗi xylanh có một bugi loại đầu dài và một cuộn dây đánh lửa được điều khiển bằng mạch bán dẫn dùng transitor. Hệ thống đánh lửa điện tử luôn luôn gắn liền với hệ thống phun nhiên liệu, nó điều khiển tia lửa, góc đánh lửa luôn phù hợp với góc phun của nhiên liệu nhờ các cảm biến để thực hiện quá trình đốt cháy tốt hơn và nhiên liệu được cháy hoàn toàn, ít tốn nhiên liệu, tăng công suất động cơ, chất thải ít độc hại. Hình 2.2.5 Sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ 2JZ-GTE . ECU căn cứ vào tín hiệu nhận được từ cảm biến vị trí trục khuỷu và căn cứ vào góc đánh lửa cơ sở đã ghi sẵn trong bộ nhớ cũng như trong các thông số hiệu chỉnh để xác định góc đánh lửa sớm cho động cơ. Việc tạo ra các tín hiệu dạng xung để cung cấp dòng điện cho cuộn dây đánh lửa được lập trình sẵn để các cuộn dây cung cấp dòng điện trong thời gian định mức trước với giá trị tính toán để đảm bảo cho: Từ thông sinh ra trong các cuộn dây đạt giá trị lớn nhất, đảm bảo cuộn dây đủ năng lượng để đánh lửa. Điều khiển sự phát ra và chấm dứt tia lửa được ECU tính toán sau khi các dữ liệu được nhập vào bởi: + Tốc độ động cơ. + Cảm biến vị trí trục khuỷu. + Cảm biến vị trí trục cam. + Cảm biến nhiệt độ động cơ. + Cảm biến vị trí bướm ga. + Cảm biến vị trí bàn đạp ga. + Cảm biến kích nổ. 2.3.5. HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG. Hệ thống khởi động bằng điện với phương pháp điều khiển gián tiếp bằng rơle điện từ .Để tránh khả năng không kịp tách bánh răng ra khi động cơ đã nổ, người ta làm kiểu truyền động một chiều bằng khớp truyền động hành trình tự do loại cơ cấu cóc. Hình 2.2.6. Kết cấu máy khởi động 1-Bánh răng máy khởi động; 2-Cuộn giữ; 3-Cuộn đẩy; 4-Vành tiếp điểm; 5-Ắc quy. Khi người lái đóng khóa điện, dòng điện sẽ đi vào cuộn đẩy mà lõi thép của nó được nối với cần gạt. Cuộn dây có điện trở thành nam châm hút lõi thép sang phải, đồng thời làm quay cần gạt dịch chuyển bánh răng truyền động vào ăn khớp với bánh đà. Khi bánh răng của khớp truyền động đã vào ăn khớp với bánh đà, thì vành tiếp điểm cũng nối các tiếp điểm, đưa dòng điện vào các cuộn dây của máy khởi động. Máy khởi động quay, kéo trục khuỷu của động cơ quay theo. Khi động cơ đã nổ thì người lái nhả khóa điện, các chi tiết trở về trạng thái ban đầu dưới tác dụng của lò xo hồi vị 2.3 Hệ thống làm mát : Nhiệm vụ của hệ thống làm mát là thực hiện việc truyền nhiệt nhanh từ khí cháy đến môi chất làm mát để đảm bảo các chi tiết có chế độ nhiệt tối ưu khi làm việc, tránh hiện tượng bị bó kẹt, bị cháy hỏng hoặc giảm tính năng cơ lý. Hệ thống làm mát trên động cơ 2JZ_GTE là hệ thống làm mát cưỡng bức sử dụng dung môi chất lỏng. Ở hệ thống này, nhiệt độ từ xilanh truyền qua chất lỏng chứa trong các áo nước bao quanh xilanh, sau đó nước qua két nước làm mát. Dòng không khí được cung cấp bởi quạt gió và nhờ sự chuyển động của nước tuần hoàn qua bề mặt ngoài của két nước để mang nhiệt từ nước làm mát toả ra môi trường. * Nguyên lý làm việc: Bơm ly tâm đẩy nước qua ống phân phối nước vào các khoang chứa làm mát các chi tiết máy trong động cơ rồi lên nắp xilanh đến van hằng nhiệt. Từ van hằng nhiệt nước được chia ra hai dòng : một phần nước qua van ly tâm đến két làm mát và nước được làm nguội ở đây; một phần nước theo ống phân phối nước trở về động cơ. Lưu lượng các dòng này phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát và do van hằng nhiệt tự động điều chỉnh. Để thải bỏ nước làm mát ra khỏi hệ thống, mở vòi xả nước ở đường nước về bơm . 2.4 Cơ cấu phối khí : Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ điều khiển quả trình thay đổi môi chất công tác trong động cơ, thải sạch khí thải ra khỏi xi lanh và nạp đầy hỗn hợp không khí mới vào xi lanh động cơ . Động cơ Lancia sử dụng cơ cấu phối khí xupáp treo:có mười sáu xupáp treo và trục cam được bố trí trên nắp xilanh,mỗi piston có bốn xupáp,hai xupáp nạp và hai xupáp thải được bố trí thẳng hàng thành một dãy.Trong cơ cấu này, xupáp nạp và xupáp thải được điều khiển bởi hai trục cam riêng biệt,không sử dụng cò mổ Cơ cấu DOHC cho phép thiết kế dạng buồng đốt ưu việt hơn loại SOHC. Khả năng đáp ứng và hoạt động của xupap cũng nhanh hơn và chính xác hơn so với loại SOHC. Do vậy, cơ cấu này được áp dụng cho các loại động cơ cần tính năng cao, tốc độ cao Hình 2.7 - Các chi tiết trong cơ cấu phối khí. Trong đó: 1–xupáp xả; 2–lò xo xupáp; 3–trục cam; 4–đĩa tựa; 5–bulông điều chỉnh; 6–thân xupáp rỗng; 7–vành tựa; 8–mặt trụ; 9–đĩa tựa lò xo; Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupáp thể hiện trên hình vẽ (Hình 2.7). Khi trục cam đặt trên nắp xylanh, và cam trực tiếp điều khiển việc đóng, mở xupáp, không qua con đội, đũa đẩy, đòn gánh… Nó có ưu điểm là làm việc êm hơn, ít gây tiếng ồn. Bởi vì cơ cấu này không có chi tiết làm việc theo chuyển động tịnh tiến có điểm dừng như trường hợp có đòn gánh và đũa đẩy. 3. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 3.1. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 1: Bình xăng; 2-lọc xăng; 3- Ống kiểm tra nhiên liệu 4- Van phân phối 5- Cảm biến lưu lượng nạp ga 6- Van ổn định áp suất Bộ phun xăng điện tử được hệ thống máy tính kiểm soát quá trình cung cấp nhiên liệu. Cụm ECU lần lượt đọc các tín hiệu của cảm biến khác nhau trên xe. Qua những thông tin thu thập được, nó xác định bao nhiêu nhiên liệu cần thiết cho việc hoạt động tối ưu của xe. Máy tính dựa trên các số liệu từ cảm biến của vòng tua, nhiệt độ động cơ, nhiệt độ không khí, vị trí trục khuỷu, vị trí bướm ga… để lập trình tính toán nhiên liệu, sau đó tiến hành đóng mở kim phun xăng. Nhiên liệu được hút từ thùng chứa 7 bằng bơm xăng 2 đưa đi dưới áp suất qua lọc nhiên liệu đến ống phân phối 6 và đuọc phun ra các vòi phun 5 theo tín hiệu điều khiển của ECU. Áp suất và lưu lượng của bơm nhiên liệu được thiết kế vượt quá yêu cầu của động cơ. Bộ ổn định áp suất 4 được lắp trên đường về của nhiên liệu, nó cho phép mọt lượng nhiên liệuu về khi cần thiết để di trì nhiên liệu của các vòi phun không đổi. 3.2. CÁC CỤM CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG LÀM NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2JZ-GTE 3.2.1) Bơm nhiên liệu Kết cấu và nguyên lý hoạt động: Bơm nhiên liệu là loại bơm cánh gạt được đặt trong thùng xăng, do đó loại bơm này ít sinh ra tiếng ồn và rung động hơn so với loại trên đường ống. Các chi tiết chính của bơm bao gồm: Mô tơ, hệ thống bơm nhiên liệu, van một chiều, van an toàn và bộ lọc được gắn liền thành một khối. Hình 5-5 Kết cấu của bơm xăng điện 1: Van một chiều; 2: Van an toàn; 3: Chổi than; 4: Rôto; 5: Stato; 6,8: Vỏ bơm; 7,9: Cánh bơm; 10: Cửa xăng ra; 11: Cửa xăng vào Rôto (4) quay, dẫn động cánh bơm (7) quay theo, lúc đó cánh bơm sẽ gạt nhiên liệu từ cửa vào (11) đến cửa ra (10) của bơm, do đó tạo được độ chân không tại cửa vào nên hút được nhiên liệu vào và tạo áp suất tại cửa ra để đẩy nhiên liệu đi. Van an toàn (2) mở khi áp suất vượt quá áp suất giới hạn cho phép (khoảng 6 kG/cm2). Van một chiều (1) có tác dụng khi động cơ ngừng hoạt động. Van một chiều kết hợp với bộ ổn định áp suất duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu khi động cơ ngừng chạy, do vậy có thể dễ dàng khởi động lại. Nếu không có áp suất dư thì nhiên liệu có thể dễ dàng bị hoá hơi tại nhiệt độ cao gây khó khăn khi khởi động lại động cơ. Ðiều khiển bơm nhiên liệu: Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Ðiều này tránh cho nhiên liệu không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khóa điện bật ON nhưng động cơ chưa chạy. Hiện nay có nhiều phương pháp điều khiển bơm nhiên liệu Khi động cơ đang quay khởi động. Dòng điện chạy qua cực ST2 của khóa điện đến cuộn dây máy khởi động (kí hiệu ST) và dòng diện vẫn chạy từ cực STA của ECU (tín hiệu STA). Khi tín hiệu STA và tín hiệu NE được truyền đến ECU, transitor công suất bật ON, dòng điện chạy đến cuộn dây mở mạch (C/OPN), rơle mở mạch bật lên, nguồn điện cấp đến bơm nhiên liệu và bơm hoạt động. Khi động cơ đã khởi động. Sau khi động cơ đã khởi động, khóa điện được trở về vị trí ON (cực IG2) từ vị trí Start cực (ST), trong khi tín hiệu NE đang phát ra (động cơ đang nổ máy), ECU giữ Tr bật ON, rơle mở mạch ON bơm nhiên liệu được duy trì hoạt động Khi động cơ ngừng. Khi động cơ ngừng, tín hiệu NE đến ECU động cơ bị tắt. Nó tắt Transistor, do đó cắt dòng điện chạy đến cuộn dây của rơle mở mạch. Kết quả là, rơle mở mạch tắt ngừng bơm nhiên liệu. Hình 5-6 Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu 1:Cầu chì dòng cao; 2,6,8,9: Cầu chì; 3,4,10:Rơ le; 5: Bơm; 7: Khóa điện; 11: Máy khởi động 2) Bộ lọc nhiên liệu Lọc nhiên liệu lọc tất cả các chất bẩn và tạp chất khác ra khỏi nhiên liệu. Nó được lắp tại phía có áp suất cao của bơm nhiên liệu. Ưu điểm của loại lọc thấm kiểu dùng giấy là giá rẻ, lọc sạch. Tuy nhiên loại lọc này cũng có nhược điểm là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km. Hình 5-7 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 Xăng từ bơm nhiên liệu vào cửa (6) của bộ lọc, sau đó xăng đi qua phần tử lọc (2). Lõi lọc được làm bằng giấy, độ xốp của lõi giấy khoảng 10mm. Các tạp chất có kích thước lớn hơn 10mm được giữ lại đây. Sau đó xăng đi qua tấm lọc (3) và xăng đi qua cửa ra (5) của bộ lọc là xăng tương đối sạch cung cấp quá trình nạp cho động cơ. 3) Bộ giảm rung động Áp suất nhiên liệu được duy trì tại 2,55 hoặc 2,9 kg/cm2 tùy theo độ chân không đường nạp bằng bộ ổn định áp suất. Tuy nhiên vẫn có sự dao động nhỏ trong áp suất đường ống do phun nhiên liệu. Bộ giảm rung động có tác dụng hấp thụ các dao động này bằng một lớp màng. 4) Bộ ổn định áp suất Bộ điều chỉnh áp suất được bắt ở cuối ống phân phối. Nhiệm vụ của bộ điều áp là duy trì và ổn định độ chênh áp trong đường ống. Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu cấp đến vòi phun phụ thuộc vào áp suất trên đường ống nạp. Lượng nhiên liệu được điều khiển bằng thời gian của tín hiệu phun, nên để lượng nhiên liệu được phun ra chính xác thì mức chênh áp giữa xăng cung cấp đến vòi phun và không gian đầu vòi phun phải luôn luôn giữ ở mức 2,9 kg/cm2 và chính bộ điều chỉnh áp suất bảo đảm trách nhiệm này. Hình 5-8 Kết cấu bộ ổn định áp suất 1: Khoang thông với đường nạp khí; 2: Lò xo; 3: Van; 4: Màng; 5: Khoang thông với dàn ống xăng; 6: Ðường xăng hồi về thùng xăng Nguyên lý làm việc của bộ ổn định. Nhiên liệu có áp suất từ dàn ống phân phối sẽ ấn màng (4) làm mở van (3). Một phần nhiên liệu chạy ngược trở lại thùng chứa qua đường nhiên liệu trở về thùng (6). Lượng nhiên liệu trở về phụ thuộc vào độ căng của lò xo màng, áp suất nhiên liệu thay đổi tuỳ theo lượng nhiên liệu hồi. Ðộ chân không của đường ống nạp được dẫn vào buồng phía chứa lò xo làm giảm sức căng lò xo và tăng lượng nhiên liệu hồi, do đó làm giảm áp suất nhiên liệu. Nói tóm lại, khi độ chân không của đường ống nạp tăng lên (giảm áp), thì áp suất nhiên liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm áp suất đó. Vì vậy áp suất của nhiên liệu A và độ chân không đường nạp B được duy trì không đổi. Khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động, lò xo (2) ấn van (3) đóng lại. Kết quả là van một chiều bên trong nhiên liệu và van bên trong bộ điều áp duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu. 5) Vòi phun xăng điện từ Vòi phun trên động cơ 1TR-FE là loại vòi phun đầu dài, trên thân vòi phun có tấm cao su cách nhiệt và giảm rung cho vòi phun, các ống dẫn nhiên liệu đến vòi phun được nối bằng các giắc nối nhanh. Vòi phun hoạt động bằng điện từ, lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu phụ thuộc vào tín hiệu từ ECU. Vòi phun được lắp vào nắp quy lát ở gần cửa nạp của từng xy lanh qua một tấm đệm cách nhiệt và được bắt chặt vào ống phân phối xăng. Kết cấu và nguyên lý hoạt động của vòi phun. Khi cuộn dây (5) nhận được tín hiệu từ ECU, piston (7) sẽ bị kéo lên thắng được sức căng của lò xo. Do van kim và piston là cùng một khối nên van cũng bị kéo lên tách khỏi đế van của nó và nhiên liệu được phun ra. Hình 3-3: Kết cấu vòi phun. 1- Lọc xăng. 2- Đầu nối điện. 3- Cuộn dây kích từ. 4-Lỗi kích từ. 5- Kim phun. 6- Đầu kim phun. Lượng phun được điều khiển bằng khoảng thời gian phát ra tín hiệu của ECU. Do độ mở của van được giữ cố định trong khoảng thời gian ECU phát tín hiệu, vậy lượng nhiên liệu phun ra chỉ phụ thuộc vào thời gian ECU phát tín hiệu. Mạch điện điều khiển vòi phun: Hiện có 2 loại vòi phun, loại có điện trở thấp (1,5-3)W và loại có điện trở cao 13,8W, nhưng mạch điện của hai loại vòi phun này về cơ bản là giống nhau. Điện áp ắc quy được cung cấp trực tiếp đến các vòi phun qua khóa điện. Các vòi phun được mắt song song. trạng thiếu nhiên liệu. 3.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU Ta có thể chia EFI ra làm 3 hệ thống nhỏ : hệ thống điều khiển điện tử,hệ thống nhiên liệu và hệ thống nạp khí.Nguyên lý hoạt động của hệ thống có thể được thể hiện dưới dạng sơ đồ khối như hình dưới: Hình 3-10: Sơ đồ khối hệ thống nhiên liệu Hê thống điều khiển điện tử là đảm bảo hỗn hợp khí cháy có tỷ lệ lý tưởng (15:1).Bộ phận chính của hệ thống điều khiển điện tử là bộ điều khiển trung tâm (ECU),nó nhận thông tin từ các cảm biến (nhiệt độ nước,nhiệt độ khí nạp,vị trí bướm ga,tín hiệu khởi động và cảm biến oxy) cùng với tín hiệu đánh lửa và thông tin từ bộ phận đo lượng khí nạp.Sau khi xử lý các tín hiệu thu được ECU sẽ phát tín hiệu điều khiển vòi phun (thông tin về thời điểm phun và lượng phun).Nhờ đó mà lượng nhiên liệu phun vào luôn luôn tỷ lệ với lượng khí nạp. Hệ thống nhiên liệu : Bao gồm một bơm điện,nó hút xăng từ thùng chứa và đẩy vào hệ thống qua một bầu lọc.Như vậy,khi động cơ hoạt động,trong đường ống phân phối nhiên liệu tới vòi phun luôn luôn thường trực một áp suất không đổi (khoảng 2.5 ,3 kG/cm2),đây cũng chính là áp suất phun.Khi nhận được tín hiệu điều khiển từ ECU,van điện mở và nhiên liệu được phun vào trong đường ống nạp.Để giữ áp suất ổn định trên đường ống nhiên liệu cấp tới vòi phun,người ta bố trí một van điều áp. Ngoài ra đường ống nhiên liệu còn được nối với vòi phun khởi động nguội bố trí trong buồng khí nạp.Tín hiệu điều khiển vòi phun này được lấy từ công tắc báo khởi động nguội.Công tắc này đặt trong áo nước của xi lanh và đóng,mở tùy theo nhiệt độ nước. Hệ thống nạp khí : bắt đầu từ một bộ lọc khí,sau khi đi qua nó không khí được lọc sạch và được dẫn qua một bộ đo lưu lượng khí nạp (lưu lượng kế hoặc cảm biến đo lưu lượng) rồi đi qua bướm ga,đi tiếp tới buồng khí và đi vào cụm ống nạp của động cơ.Tại đây,nhiên liệu được phun vào hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp rồi được hút vào các xi lanh. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] – Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong tập I, II ,III; Hồ Tấn Chuẩn – Nguyễn Đức Phú – Nguyễn Tất Tiến; NXB Giáo dục 1996 . [2] – Giáo trình môn học kết cấu động cơ đốt trong; biêm soạn Dương Việt Dũng ; Đà Nẵng 2007. [3] – Tính toán và thiết kế hệ dẫn động cơ khí , tập I,II – Trịnh Chất; Lê Văn Uyển (Nhà xuất bản giáo dục). [4] – Dung sai lắp ghép - Ninh Đức Tốn Ngoài ra còn có tham khảo một số tài liệu: Giáo trình giảng dạy của các thầy trong bộ môn động cơ đốt trong – Khoa cơ khí giao thông – ĐHBK Đà Nẵng và một số tài liệu lấy từ trên mạng internet về.