MỤC LỤC

MỤC LỤC....................................................1

LỜI NÓI ĐẦU………………………..………………………………………...4

CHƯƠNG IGIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ TOYOTA 7M-GE…....……………..….5

1.1 Giới thiệu động cơ Toyota 7M-GE…………………….……………………5

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH KẾT CẤU ĐỘNG CƠ TOYOTA 7M-GE…….......7

2.1 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền…………………………….……………….7

             2.1.1 Nhiệm vụ cơ cấu khuỷu trục thanh truyền……….……………….7

             2.1.2 Các chi tiết chính……………………………...…………………..7

2.2 Cơ cấu phối khí..………………………………….………………………...14

             2.1.1 Nhiệm vụ cơ cấu phối khí…………………………………….....14

             2.2.2 Các chi tiết chính………………………………….……….…….15

2.3 Hệ thống làm mát……………………………………………………….….18

             2.3.1 Nhiệm vụ hệ thống làm mát………………………………….….18

2.3.2 Các chi tiết chính……………………….…………………….….19

2.4 Hệ thống bôi trơn…………………………………….………………….….22

             2.4.1 Nhiệm vụ hệ thống bôi trơn……………………………….…….22

             2.4.2 Các chi tiết chính………………………….……………….…….23

2.5 Hệ thống đánh lửa………………………………………………….………25

   2.5.1 Nhiệm vụ hệ thống đánh lửa………….....................……………25

   2.5.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa……………...………………25

2.6 Hệ thống kiểm soát khí thải……………………………….………………..26

             2.6.1 Nhiệm vụ hệ thống kiểm soát khí thải…………………….…….26

             2.6.2 Các chi tiết chính……………………………………..…………26

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM ĐỘNG CƠ CHẾ ĐỘ N_emax......................30

3.1 Mục đích tính toán…………………………………………………….…....30

3.2 Lựa chọn các số liệu ban đầu………………………………………………30

3.3 Tính toán các quá trình của chu trình công tác…………..…………………31

             3.3.1 Tính toán quá trình trao đổi khí……………….…………………31

.3.3.2 Tính toán quá trình nén…………………….……………………33

             3.3.3 Tính toán quá trình cháy………………………………...………33

             3.3.4 Tính toán quá trình giãn nở………………………………...……37

             3.3.5 Kiểm tra kết quả tính toán……………………………….………37

   3.4 Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ………………38

             3.4.1 Các thông số chỉ thị…………………………………………......38

             3.4.2 Các thông số có ích………………………………………...……39

3.5 Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác…………………....………40

            3.5.1 Khái quát…………………………………………………………40

            3.5.2 Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết………………………..………41

             3.5.3 Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành thực tế………..…42

3.6 Dựng đường đặctiính ngoài của động cơ……………………...……………44

CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH BẢO DƯỠNG VÀ THÁO LẮP CƠ CẤU PHỐI KHÍ………………………49

          4.1 Các bước tháo lắp cơ cấu phối khí…………………..………………49

             4.1.1 Các bước tháo……………………………………………………49

             4.1.2 Các bước lắp…………………………………..…………………50

          4.2 Quy trình bảo dưỡng………………………………...………………53

             4.2.1 Ống dẫn hướng……………………………………..……………53

             4.2.2 Xupap và đế xupap………………………………………………55

             4.2.3 Lò xo xupap…………………………………………………...…66

             4.2.4 Trục cam…………………………………………………………68

KẾT LUẬN………………………………………………………………………69

TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………70

LỜI NÓI ĐẦU

     Ngày nay, ngành công nghiệp ô tô đang dần đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của ngành kinh tế xã hội. Nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật tiên tiến đã được nhanh chóng áp dụng trong công nghiệp chế tạo ô tô. Các tiến bộ khoa học được áp dụng nhằm mục đích giảm cường độ lao động cho người lái, tăng tính an toàn cho người lái và hàng hóa, tăng vận tốc cũng như tính kinh tế nhiên liệu cho xe.

    Nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển, nhiều loại xe hiện đại đã và đang được sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam, với các thông số kỹ thuật phù hợp với điều kiện khí hậu, địa hình Việt Nam. Ở nước ta hiện tại chủ yếu là khai thác và sử dụng các thế hệ xe sản xuất tại nước ngoài với nhiều chủng loại khác nhau. Do vậy việc tìm hiểu, đánh giá, kiểm nghiệm các hệ thống, cụm, cơ cấu cho xe là hết sức cần thiết để có được biện pháp khai thác xe hiệu quả nhất.

    Theo sự phân công của bộ môn Động cơ - Khoa Động lực - Học viện Kỹ thuật Quân sự, em được giao nhiệm vụ làm đồ án tốt nghiệp “Khai thác động cơ Toyota 7M-GE”.

    Trong quá trình làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo và các bạn cùng lớp, đặc biệt là : PGS TS: ……...………Do thời gian làm đồ án có hạn và kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên trong quá trình làm đồ án vẫn còn tồn tại nhiều thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự  góp ý và chỉ bảo của các thầy giáo để em có thể hoàn thiện đồ án hơn.

    Em xin chân thành cảm ơn!

                                                                                 Hà Nội, ngày .... tháng ....năm 20...

                                                                                Sinh viên thực hiện

                                                                               ………………….

Chương 1

GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ TOYOTA 7M-GE

1.1. Giới thiệu động cơ Toyota 7M-GE

Động cơ Toyota 7M-GE được sản xuất từ năm 1986 đến 1992 được lắp trên các xe Toyota Cresica Supra, Toyota Cressida. Động cơ Toyota 7M-GE là động cơ 1 hàng 6 xy lanh, thứ tự đánh lửa 1-5-3-6-2-4, dung tích xy lanh 3,0l sử dụng 24 xu pap(4 xu pap cho 1 xy lanh) cho phép tăng hiệu quả trao đổi khí nhưng không làm tăng đường kính xy lanh quá lớn. Nắp máy được làm từ hợp kim nhôm. Sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu phun xăng điện tử EFI, xy lanh được đúc liền thân máy, thân máy thuộc nhóm vỏ thân chịu lực.

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật của động cơ Toyota 7M-GE

Mặt cắt dọc động cơ được thể hiện trên hình 1.1

Hình 1.1.Mặt cắt dọc động cơ Toyota 7M-GE

Các hệ thống trên động cơ bao gồm:

-         Hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức một vòng tuần hoàn khép kín.

-         Hệ thống đánh lửa điện tử (ESA), tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm nhờ tín hiệu ECU của động cơ.

-         Hệ thống bôi trơn.

-         Hệ thống tự động chuẩn đoán ODB được tích hợp với hệ thống cung cấp nhiên liệu EFI và hệ thống tự động điều chỉnh đánh lửa sớm ESA giúp người sử dụng nhanh chóng phát hiện tình trạng hỏng hóc của động cơ.

-         Hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử gián tiếp một điểm trước xupap nạp EFI tích hợp với hệ thống đánh lửa điện tử ESA giúp động cơ đạt hiệu suất lớn nhất ở mọi chế độ làm việc.

Các cơ cấu chính của động cơ gồm:

-         Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền.

-         Cơ cấu phối khí

Chương 2

PHÂN TÍCH KẾT CẤU ĐỘNG CƠ TOYOTA 7M-GE

2.1. Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

2.1.1.  Nhiệm vụ cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền là cơ cấu chính trong động cơ, nó có nhiệm vụ nhận và biến đổi lực khí thể do đốt cháy nhiên liệu thành momen quay của trục khuỷu, nó bao gồm hai nhóm chi tiết là nhóm chi tiết cố định và nhóm chi tiết chuyển động. Nhóm chi tiết cố định gồm thân máy, nắp xylanh và các te dầu. Nhóm chi tiết chuyển động gồm nhóm piston, thanh truyền, bánh đà.

2.1.2.  Các chi tiết chính

2.1.2.1.      Thân máy

Thân máy cùng với nắp xylanh là nơi lắp đặt và bố trí hầu hết các cụm, các chi tiết của động cơ. Cụ thể trên thân máy bố trí xylanh hệ trục khuỷu, và các bộ phận truyền động để dẫn động các cơ cấu và hệ thống khác của động cơ như trục cam, bơm nhiên liệu, bơm nước, quạt gió, bơm dầu…

Thân máy động cơ 7M-GE được giới thiệu trên hình 2.1

Hình 2.1 Thân máy

Thân máy của động cơ là loại thân xylanh – hộp trục khuỷu. Khối thân xylanh của động cơ được chế tạo liền với nửa trên hộp trục khuỷu theo hình thức vỏ thân xylanh chịu lực.

Thân máy của động cơ được chế tạo bằng gang đúc, có tính dẫn nhiệt tốt.

2.1.2.2.      Nắp xy lanh

Nắp xylanh đậy kín một đầu xylanh, cùng với piston và xylanh tạo thành  buồng cháy, buồng cháy động cơ Toyota 7M-GE có dạng đỉnh lõm. Nhiều bộphậncủa động cơ được lắp trên nắp xylanh như bugi, vòi phun, cụm xupap,... Ngoài ra trên nắpxylanh còn bố trí ccác đường nạp, thải, đường nước làm mát, dầu bôi trơn, ...Do đó kết cấu của nắp xylanh rất phức tạp.

Nắp xylanh động cơ 7M-GE được giới thiệu trên hình 2.2

Hình 2.2.Nắp xylanh và đệm nắp máy

Điều kiện làm việc của nắp xylanh rất khắc nhiệt như nhiệt độ cao, áp suất khí thể rất lớn và bị ăn mòn hóa học bởi các chất ăn mòn trong sản phẩm cháy.

Nắp xylanh của động cơ Toyota 7M-GE là một dạng nắp chung một khối cho 6 xylanh. Nó được chế tạo bằng hợp kim nhôm, có ưu điểm là nhẹ, tản nhiệt tốt, giảm được khả năng kích nổ. Nắp được lắp với thân máy qua đệm nắp máy bằng các gu giông.

2.1.2.3.      Nhóm piston

Các chi tiết của piston bao gồm: piston, các xéc măng khí, xéc măng dầu, chốt piston và các chi tiết khác.

Nhóm piston của động cơ Toyota 7M-GE được giới thiệu trên hình 2.3.

Hình 2.3 Nhóm piston

a)    Piston

Vai trò: cùng với các chi tiết khác như xylanh, nắp xylanh 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 kện 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.

Piston của động cơ được chế tạo bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt.

Piston có dạng đỉnh lõm, do đó có thể tạo xoáy lốc nhẹ tạo thuận lợi cho quá trình hình thành hỗn hợp cháy. Trên phần đầu piston có xẻ 3 rãnh để lắp các xéc măng khí và các xéc măng dầu. Khe hở giữa phần đầu piston và thành xy lanh nằm trong khoảng 0,4 ÷ 0,6 mm.

Thân piston có dạng hình cô, tiết diện ngang hình ô vân và có hai bệ để đỡ chốt piston, trên thân có phay rãnh phòng nở để tránh bó kẹt piston. THân piston có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xylanh.

Để đảm bảo cho piston chuyển động dễ dàng trong xylanh, khe hở giữa phần thân piston và thành xylanh ở chế độ khi nước làm mát 80 ÷ 90  nằm trong khoảng 0,004 ÷ 0,008 mm.

b)    Xéc măng

Xéc măng động cơ Toyota 7M-GE được giới thiệu trên hình 2.4.

Hình 2.4 Xéc măng động cơ 7M-GE

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 pistn được lắp 2 xéc măng khí vào hai rãnh trên cùng của đầu piston. Để xéc măng rà khít với thành xy lanh nó được mạ bởi 1 lớp thiếc. Xéc măng khí phía trên được mạ crôm để giảm mài mòn. Khi lắp, khe hở miệng của xéc măng sẽ nằm trong khoảng 0,25 ÷ 0,6 mm để giảm hiện tượng lọt khí xuống các te,khi lắp đặt miệng xéc măng phải lệch nhau 180 . 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 sanđều các lớp dầu trên bề mặt làm việc và gạt dầu bôi trơn thừa từ thành xylanh về các te. Xéc măng dầu có các lỗ dầu và được lắp vào rãnh dưới cùng của piston. Trong rãnh có lỗ nhỏ ăn thông với khoảng trống phía trong piston. Khi lắp khe hở miệng xéc măng nằm trong khoảng 0,25 ÷ 0,6 mm.

c)     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 tròn quan trọng để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ. Trong quá trình làm việc của mình chốt piston chịu lực va đập tuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện bôi trơn khó khăn.

Chốt piston của động cơ Toyota 7M-GE được giới thiệu trên hình 2.5

Hình 2.5 Chốt piston

Chốt piston được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần hợp kim như crôm, mangan với thành phần cacbon thấp, chốt piston được xử lý tăng cứng và được mài bóng.

Chốt piston có dạng 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 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. Phương pháp lắp này làm cho chốt mòn đều hơn và chịu mỏi tốt hơn nhưng khó bô trơn, mối ghép phải có kết cấu hạn chế di chuyển dọc trục của chốt.

d)    Thanh truyền

Thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu. Trog quá trình làm việc thanh truyền chịu lực khí thể, lực quán tính của nhóm piston và lực quán tính của bản thân thanh truyền. Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va đập.

Trong quá trình làm việc của động cơ, thanh truyền thực hiện hai chuyển động phức tạp: chuyển động tịnh tiến dọc theo thân xylanh và chuyển động lắc tương đối so với trục của chốt piston. Thanh truyền được chế tạo bằng thep hợp kim, trong thân thanh truyền có khoan rãnh dẫn dầu bôi trơn lên bề mặt bạc đầu nhỏ và chốt piston.

Dấu định vị trên nhóm piston thanh truyền được giới thiệu trên hình 2.6

Hình 2.6 Vạch dấu định vị trên nhóm piston thanh truyền

Bạc đầu nhỏ thanh truyền bằng đồng thanh có dạnh hình trục rỗng, trên bạc có lỗ dẫn dầu tương ứng với lỗ trên dầu nhỏ thanh truyền.

Bạc đầu to là loại thanh mỏng và lắp lẫn được. Bạc lót gồm hai nửa được dập ghép từ thép mềm và được phủ một lớp chịu mòn là hợp kim nhôm có hàm lượng thiếc cao, chiều dầy của bạc lót sau khi phủ là 1,6mm, chiều rộng là 25mm, bạc có gờ khớp với rãnh ở nửa trên và nắp dưới của đầu to để chống xoay.

Để đảm bảo cân bằng cơ cấu khủy trục – thanh truyền, khối lượng của thanh truyền lựa chọn khi lắp không chênh lệch quá 6-8 gam.

e)     Trục khuỷu

Vai trò của trục khuỷu: trục khuỷu nhận lực tác dụng từ piston tạo mômen quay kéo các máy công tác và nhận năng lượng của bánh đà; sau đó truyền cho thanh truyền và piston thực hiện quá trình nén cũng như trao đổi khí trong xylanh.

          Điều kiện làm việc của trục khuỷu hết sức khắc nhiệt nó phải chịu lực T, Z do lực khí thể và lực quán tính của nhóm piston thanh truyền gây ra. Ngoài ra trục khuỷu còn chịu lực quán tính ly tâm của các khối lượng quay lệch tâm của bản thân trục khuỷ và của thanh truyền. Những lực này gây uốn xoắn dao động xoắn và dao động ngang của trục khuỷu trên các ổ đỡ.

          Trục khuỷu của động cơ Toyota 7M-GE được giới thiệu trên hình 2.7

Hình 2.7 Trục khuỷu động cơ 7M-GE

          Trục khuỷu của động cơ được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần mănggan, vômphram… Phôi trục khuỷu chế tạo bằng phương pháp rèn khuôn hoặc rèn tự do. Sau đó phôi được ủ và thường hoá trước khi gia công cơ. Tiếp theo gia công cơ trục khuỷu được nhiệt luyện và xử lý bề mặt rồi gia công lần chính sác các bề mặt làm việc, cổ trục chính và cổ khuỷu.

          Trên trục khuỷu gồm có đầu trục, các cổ khuỷu, má khuỷu,  đối trọng và đuôi trục. Trục khuỷu gồm có 6 chốt khuỷu và 4 cổ trục. Trục khuỷu của động cơ toyota 7M-GE có 8 đối trọng đúc liền.

          Trên đầu trục có then để lắp puli dẫn động quạt gió, bơm nước cho hệ thống làm mát, có bánh răng trục khuỷu để dẫn động trục cam, bơm dầu.

          Cổ trục khuỷu  được gia công và xử lý bề mặt đạt độ cứng và độ bóng cao. Các cổ trục đều có chung một đường kính.Cổ khuỷu được làm rỗng để làm rãnh dần dầu bôi trơn đến các cổ và chốt khác của trục khuỷu.

          Chốt khuỷu cũng được gia công và xử lý bề mặt để đạt độ cứng và độ bóng cao. Đường kính chốt nhỏ hơn đường kính cổ. Chốt khuỷu cũng được làm rỗng để giảm trọng lượng và chứa dầu bôi trơn.

          Các đối trọng được làm liền với má. Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà và được làm rỗng để lắp vòng bi đỡ trục sơ cấp của hộp số.

f)      Bánh đà

        Bánh đà của động cơ có kết cấu dạng đĩa như hình 2.9

Hình 2.9 Bánh đà

         Bánh đà giữ cho độ chuyển động không đồng đều của trục khuỷ động nằm trong giới hạn cho phép và dự trữ động năng cho quá trình nén và thải, la nơi nắp các chi tiết của cơ cấu khởi động như vành răng khởi động và là nơi đánh dấu tương ứng với điểm chết và khắc vạch chia độ góc quay trục khuỷu. Bánh đà được chế tạo từ gang xám và được cân bằng động cùng với trục khuỷu.

2.2.   Cơ cấu phối khí

2.2.1.  Nhiệm vụ cơ cấu phối khí

         Cơ cấu phối khí (hình 2.10) 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 xylanh 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. Cơ cấu phối khí dùng trong động cơ là cơ cấu phối khí dùng xupáp treo.

         Cơ cấu phối khí của động cơ Toyota 7M-GE được gới thiệu trên hình 2.10

Hình 2.10 Cơ cấu phối khí

1.Phớt chắn dầu đầu trục cam,  2 .Nắp Trục cam,  3. Trục cam, 4, Bạc tì vấu cam 5. Chụp đuôi supap,  6. Móng hãm, 7. Đĩa lò xo, 8. Lò xo supap, 9.  Phớt chắn dầu bôi trơn, 10.Đế lò xo,  11. Ống dẫn hướng, 12. Đế đặt supap, 13.Supap. 12.Móng hãm,  16.Phớt chăn dầu.

2.2.2.  Các chi tiết chính

2.2.2.1.      Trục cam

         Trục cam dùng để dẫn động supáp đóng mở theo quy luật nhất định phù hợp với thứ tự làm việc của động cơ.             

         Điều kiện làm việc: Về mặt tải trọng trục cam không phải chịu điều kiện làm việc nặng nhọc. Các bề mặt làm việc của cam tiếp xúc thường ở dạng trượt nên dạng hỏng chủ yếu là mài mòn.

         Trục cam được chế từ thép hợp kim, các bề mặt làm việc của cam và các cổ trục được thấm than và tôi cứng với độ thấm cứng tôi khoảng 0,7  2 mm đạt độ cứng 52  65 HRC Trong động cơ Toyota 7M-GE có hai trục cam được lắp ở trên nắp xylanh, các cam được làm liền với trục. Trên mỗi trục có 12 cam có dạng cam lồi.         

         Trục cam được dẫn động từ trục khủy, thông qua truyền động đai răng các bánh răng đai đẫn động cần phải ăn khớp với puly ở vị trí xác định đã được đánh dấu để đảm bảo pha phối khí và thứ tự làm việc của động cơ.

         Cổ trục và cam được bôi trơn bằng dầu bôi trơn được dẫn từ ống dầu bên trong trục cam qua cửa dầu.

2.2.2.2.      Xupap

          Xupap là chi tiết trực tiếp đóng mở các cửa nạp và thải để thực hiện quá trình nạp thải và bao kín buồng cháy theo yêu cầu làm việc của từng xylanh, trên động cư sử dụng hai xupap nạp và hai xupap thải cho mỗi xylanh.

         Xupap là chi tiết làm việc trong điều kiện nặng nề nhất của cơ cấu phối khí. Do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy nên các xupap chịu áp lực rất lớn và nhiệt độ cao nhất là đối với supap thải. Khi xupap đóng mở nấm xupap va đập với đế nên nấm dễ bị biến dạng cong vênh và mòn rỗ bề mặt nấm. Do vận tốc lưu động của môi chất qua xupap rất lớn. Đối với xupap thải vận tốc này có thể đạt 400  600m/s gây ăn mòn cơ học bề mặt nấm và đế.

         Xupap thải của động cơ được chế tạo bằng thép hợp kim chịu nhiệt có các thành phần như silic, crôm, mănggan. Đối với xupap nạp cũng sử dụng thép hợp kim crôm, mănggan. Tuy nhiên khả năng chịu nhiệt không cao như đối với xupap thải.

          Theo kết cấu supap được chia làm 3 phần: nấm, thân và đuôi

         Xuppa động cơ Toyota 7M-GE được gới thiệu trên hình 2.11

Hình 2.11Kết cấu các phần của supap và lắp ghép suppa với đế

1.Đuôi supap, 2.Thân supap, 3.Nấm supap

         Nấm xupap có chức năng là đóng kín vì vậy phần quan trọng nhất của nấm là bề mặt làm việc của nấm với góc vát  = 45⁰. Cả xupap thải và nạp của động cơ đều có kết cấu dạng nấm bằng. Ưu điểm của nấm bằng là đơn giản dễ chế tạo và có diện tích chịu nhiệt nhỏ. Độ cứng vững của tán nấm khá cao nên có thể giảm bán kính góc lượn từ phần tán nấm tới phần thân để giảm khối lượng. Thân xupap có tiết diện ngang là hình tròn. Thân xupap có nhiệm vụ dấn hướng và tản nhiệt cho nấm supap. Phần nối tiếp giữa nấm và thân được làm nhỏ lại để dễ gia công và tránh bị kẹt xupap trong ống dẫn hướng vì phần dưới của thân có nhiệt độ cao hơn phần trên.

         Phần đuôi xupap có chỗ thắt để ăn khớp với các gờ của móng hãm. Có lắp chụp và bạc tì để nhận chuyền động từ trục cam qua các vấu cam.

         Để tránh hiện tượng giãn nở làm kênh xupap nên có khe hở nhiệt. Khe hở nhiệt được xác định bằng căn lá có độ dày  bằng khe hở quy định đặt vào đuôi xupap khi điều chỉnh. Phương pháp điều chỉnh khe hở nhiệt đối với động cơ Toyota 7M-GE là thay đổi chiều dày của bạc tì ở phía trên chụp đuôi xupap cho phép thay thế bạc mà không cần phải tháo trục cam, khi điều chỉnh khe hở nhiệt xupap phải đảm bảo đóng kín. Khi khe hở nhiệt quá lớn, các xupap mở không hoàn toàn, do đó làm giảm chất lượng quá trình nạp và thải, gây ra va đập, ngược lại khi khe hở nhiệt quá nhỏ, các xupap đóng không hoàn toàn do đó dẫn đến lọt khí, tạo muội trên mặt đế xupap, khe hở nhiệt cần phải đảm bảo từ 0,25 – 0,3 mm đối với xupap thải, 0,15 - 0,2 mm đối với xupap nạp.

         Đế xupap là một chi tiết mặt côn để đảm bảo đóng kín xupap. Yêu cầu đối với đế xupap là phải có tuổi thọ cao, khả năng tạo ra sự kín khít tốt với mặt côn tán nấm xupap để tránh lọt khí cũng như phải dẫn nhiệt tốt để giảm được nhiệt độ phần tán nấm. Đế xupap của động cơ được chế tạo rời bằng thép hợp kim rồi nắp vào nắp máy.

2.2.2.3.      Ống dẫn hướng xupap

         Để thuận lợi cho việc gia công, đại tu, sửa chữa và kéo dài tuổi thọ lắp xylanh giữa thân xupap và nắp xylanh có một chi tiết trung gian là ống dẫn hướng. Ống dẫn hướng lắp lỏng với thân supap và có chức năng dẫn hướng cho xupap chuyển động tịnh tiến qua lại khi đóng mở. Ống được ép căng vào lỗ gia công trong nắp xylanh. 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.

2.2.2.4.      Lò xo xupap

         Xupap tì chặt lên đế đóng kín đường thông là nhờ lực đẩy của lò xo. Trên mỗi supap có lắp một lò xo. Lò xo xupap được chế tạo bằng thép lò xo (thép crom sillic) sau đó được ram cứng. Giúp cho lò xo supap đảm bảo ngay cả ở tốc độ động cơ cao. Lò xo xupap có kết cấu hình trụ, hai đầu mài phẳng để lắp ráp với đĩa xupap.

2.3.   Hệ thống làm mát

2.3.1.  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 piston có thể đến 600⁰C còn nhiệt độ supap thải có thể lên đến 900⁰C. 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, trục khuỷ - bạc lót…

-   Giảm hệ số nạp nên giảm công suất động cơ.

-   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.

          Tuy nhiên nếu cường độ làm mát lớn quá, nhiệt độ các chi tiết thấp dẫn đến hiện tượng hơi nhiên liệu ngưng tụ và đọng bám trên bề mặt các chi tiết, rửa trôi dầu bôi trơn nên các chi tiết bị mài mòn dữ dội. Đồng thời độ nhớt của dầu bôi trơn thấp nên ma sát giữa các chi tiết chuyển động tăng.

2.3.2.  Các chi tiết chính

          Trên động cơ Toyota sử dụng hệ thống làm mát bằng nước lưu thông tuần hoàn cưỡng bức nhờ bơm nước có các chi tiết chính trên hình 2.12 Trong hệ thống này tốc độ lưu động của nước chủ yếu do bơm quyết định.

          Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát bằng nước của động cơ Toyota 7M-GE được giới thiệu trên hình 2.12

Hình 2.12.Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng

1.Thân máy,  2.Náp xylanh, 3.Đường nước ra khỏi động cơ, 4. Ống dẫn bọt nước,5.Van hằng nhiệt,  6.Nắp rót nước,  7.Két làm mát,  8.Quạt gió,  9.puli, 10. Ống nước nối tắt về bơm,  11. Đường nước vào động cơ,  12.Bơm nước, 13.két làm mát dầu,  14. Ống phân phối nước

2.3.2.1.      Bơm nước và quạt gió

         Bơm nước trên hệ thống làm mát của động cơ là bơm ly tâm có nhiệmvụ cung cấp nước tuần hoàn cưỡng bức trong hệ thống làm mát của động cơ. Được dẫn động bằng đai từ trục khuỷ động cơ.

          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.

2.3.2.2.      Két nước

          Két nước là thiết bị trao đổi nhiệt dùng để truyền nhiệt từ nước làm mát cho dòng không khí chuyển động qua.

         Két làm măt nước của động cơ Toyota 7M-GE được giới thiệu trên hình 2.13

Hình 2.13. 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..

          Nắp két nước có hai van (hình2.14). Van xả 1 có tác dụng giảm áp khi áp suất trong hệ thống cao (khoảng 1,15  1.25 kG/cm²) do bọt hơi sinh ra trong hệ thống, nhất là khi động cơ quá nóng. Còn van hút 2 sẽ mở để bổ sung không khí khi áp suất chân không trong hệ thống lớn hơn giá trị cho phép (khoảng 0,05  0,1 kG/cm²).

         Nắp két nước của động cơ Toyota 7M-GE được giới thiệu trên hình

Hình 2.14. Nắp két nước

1.     Van xả,  2.Van hút

2.3.2.3.      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.

         Van hằng nhiệt của động cơ Toyota 7M-GE được giới thiệu trên hình 2.15.

Hình 2.15.Van hằng nhiệt

1.Hộp xếp,  2.Đường về bơm,  3.Van về bơm, 4.Van ra két,

5.Đường ra két, 6.Đường nước nóng đến từ động cơ,  7.Thân van

         Trên hệ thống làm mát của động cơ sử dụng van hằng nhiệt với chất giãn nở là hỗn hợp gồm 30% rượu Etylic và 70% nước cất.

         Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn 75⁰C, hỗn hợp chất lỏng trong hộp (1) chưa bị giãn nở, van đóng (4) và nước sẽ đi qua đường dẫn (2) trở về bơm mà không qua két làm mát.

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

          Khi nhiệt độ nước băng 90⁰c thì van được mở hoàn toàn.

2.4.   Hệ thống bôi trơn

2.4.1.  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.

          Dầu bôi trơn có nhiều công dụng trong đó một số công dụng quan trọng nhất của dầu bôi trơn là:

         Bôi trơncác bề mặt có chuyển động trượt giữa các chi tiết nhằm giảm ma sát do đó giảm mài mòn tăng tuổi thọ các chi tiết.

         Rửa sạch bề mặt ma sát của các chi tiết. Trên bề mặt ma sát trong quá trình làm việc thường có các vẩy rắn tróc ra khỏi bề mặt. Dầu bôi trơn sẽ cuốn trôi các vảy tróc, sau đó được giữ lại trong các phần tử lọc của hệ thống bôi trơn, tránh cho bề mặt ma sát bị cào xước.

         Làm mát một số chi tiết.

         Bao kín khe hở giữa các chi tiết như cặp piston – xylanh – xecmăng để giảm lọt khí.

         Động cơ Toyota 7MGE 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 dồ cấu tạo HT bôi trơn của động cơ Toyota 7M-GE được gới thiệu trên hình 2.16.

Hình 2.16Sơ đồ cấu tạo hệ thống bôi trơn

1.Cốc lọc   2.Két làm mát dầu,  3.Bơm dầu,  4. Lưới lọc

          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 2, 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 khuỷ sau đó lên bôi trơn đầu to thanh truyền, chốt piston, và đi bôi trơn trục cam…

2.4.2.  Các chi tiết chính

2.4.2.1.      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 Toyota 7MGE sử dụng kiểu bơm bánh răng ăn khớp ngoài.

         Bơm dầu của đông cơ Toyota 7M-GE được giới thiệu trên hình 2.17.

Hình 2.17. Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

2.4.2.2.      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. Hệ thống bôi trơn của động cơ Toyota 7M-GE sử dụng bầu lọc thô. Kiểu bầu lọc được dùng là kiểu bầu lọc cơ khí loại bầu lọc thấm dùng tấm kim loại.

         Cấu tạo bầu lọc dầu của động cơ toyota 7M-GE được giới thiệu trên hình 2.18.

Hình 2.18 Bầu lọc thấm dùng tấm kim loại

1.Nắp bầu lọc,  2.Đường dầu ra,  3.Thân bầu lọc,  4.Đường dầu vào,

  5.Phiến lọc,  6.Phiến gạt,  7.Phiến cách, 8. Trục của lưới lọc.

         Bầu lọc có lõi lọc gồm các phiến kim loại dập (5) và (7) sắp xếp xen kẽ nhau tạo thành khe lọc có kích thước bằng chiều dày của phiến cách (7) (khoảng 0,07 ¸  0,08mm). Các phiến gạt cặn (6) có cùng chiều dày với phiến cách (7) và được lắp với nhau trên một trục cố định trên nắp bầu lọc. Còn các tấm (5) và (7) được lắp trên trục (8) có tiết diện vuông và có tay vặn nên có thể xoay được. Dầu bẩn theo đường dầu (4) vào bầu lọc, đi qua các khe hở giữa các tấm (5) để lại các cặn bẩn có kích thước lớn hơn khe hở rồi theo đường dầu (2) ra đi bôi trơn.Khi xoay tay vặn của trục (8), lõi lọc quay theo nên các phiến gạt (6) sẽ gạt cặn bẩn bám bên ngoài lõi lọc tránh cho lõi lọc bị tắc.

2.4.2.3.      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 ¸ 90⁰C. 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.

2.5.   Hệ thống đánh lửa

2.5.1.  Nhiệm vụ  hệ thống đánh lửa

          Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ tạo tia lửa điện cao áp từ 12  14 kV để đốt cháy hoà khí trong động cơ vào cuối kỳ nén. Để giúp cho sự cháy đạt hiệu quả cao, hệ thống đánh lửa phải đốt cháy hỗn hợp không khí nhiên liệu ngay tức thì. Thời điểm đánh lửa chính xác được tạo ra vào đúng ngay thời điểm liên quan đến vị trí của piston. Bộ ECU động cơ nhận các tín hiệu từ các cảm biến liên quan và điều chỉnh thời điểm đánh lửa.

2.5.2.  Sơ đồ hệ thống đánh lửa

         Sơ đồ hệ thống đánh lửa của động cơ Toyota được thể hiện trên hình 2.19

Hình 2.19.Sơ đồ hệ thống đánh lửa của động cơ toyota 7M-GE

         Khi động cơ nguội hoặc làm việc ở vùng cao thời điểm đánh lửa được điều khiển hơi sớm hơn để tối ưu hoá đặc tính của động cơ.

2.6.   Hệ thống  kiểm soát khí thải

2.6.1.  Nhiệm vụ của hệ thống kiểm xoát khi thải

         Hệ thống kiểm soát khí thải của động cơ bao gồm hệ thống kiểm soát khí thoát ra từ cacte , hệ thống điều khiển sự bốc hơi nhiên liệu , hệ thống hồi lưu khí xả và bộ xử lý khí thải. Nhiệm vụ chung của toàn bộ hệ thống là giảm đến mức tối đa lượng  khí độc hại gây ô nhiễm môi trường như: oxit cacbon , Hidrocacbon , oxit nitơ , và các chất khí khác .

2.6.2.  Các hệ thống chính

2.6.2.1.      Hệ thống kiểm soát hơi khí thoát từ cacte trục khuỷu

         Là hệ thống có nhiệm vụ giảm tối đa lượng hỗn hợp khí từ các te động cơ thoát ra bầu khí quyển. Khi động cơ hoạt động , không khí sạch được đưa từ bộ lọc gió vào trong cacte trục khuỷu qua ống thông hơi để được hoà trộn với các khí lọt ở bên trong cacte trục khuỷu. Các khí lọt xuống ở bên trong cacte trục khuỷu được rút vào của họng nạp qua van thông hơi (PCV).

         Van PCV được thiết kế để  điều hòa lượng khí thông hơi thích hợp, piston của van PVC có thể dịch chuyển tương ứng với độ chân không của họng nạp. Khi động cơ hoạt động ở chế độ tải thấp hay hoạt động ở chế độ cầm chừng, lượng khí đi qua van PVC được hạn chế để duy trì sự hoạt động ổn định của động cơ.

         Khi động cơ hoạt động ở tải lớn hay toàn tải, lượng không khí đi qua van PVC tăng lên đảm bảo cho quá trình thông hơi trong các te động cơ.

          Sơ đồ hệ thống kiểm soát khí thoát từ các te trục khuỷu của động cơ Toyota 7M-GE được giới thiệu trên hình 2.20.

Hình 2.20sơđồ hệ thống kiểm soát khí thoát từ các te trục khuỷu.

2.6.2.2.      Hệ thống hồi lưu khí xả (EGR)

         Hệ thống hồi lưu khí xảcó nhiệm vụ giảm lượng ôxit nitơ (NO_x) sinh ra trong quá trình cháy thoát ra ngoài môi trường. Khi nhiệt độ cháy của hỗn hợp cháy cao,  một lượng lớn khí oxit nitơ sẽ được tạo ra ở trong buồng cháy. Vì vậy hệ thống ERG hồi lại một phần khí xả từ đường ống xả đoạn lắp trên nắp máy vào trong buồng đốt thông qua họng nạp. Khi khí xả được trộn lẫn với hỗn hợp cháy thì sự lan truyền ngọn lửa trong buồng đốt bị chậm lại, bởi vì phần lớn khí xả là trơ không cháy được. Nhiệt độ cháy do đó giảm xuống và làm giảm lượng NO_x sinh ra vì khí trơ hấp thụ nhiệt toả ra.

          Hệ thống hồi lưu khí xả của động cơ toyota 7M-GE được giới thiệu trên hình 2.21.

Hình 2.21Sơ đồ hệ thống hồi lưu khí xả.

2.6.2.3.      Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu

         Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu(EVAP) tạm thời hấp thụ hơi nhiên liệu vào bộ lọc than hoạt tính và dẫn nó vào động cơ để đốt cháy, nhờ thế mà ngăn không cho nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu lọt ra ngoài khí quyển.

         Hoạt động theo nguyên lý: hơi nhiên liệu bốc lên từ bình nhiên liệu(4), đi qua van một chiều (1) và đi vào bộ lọc than hoạt tính, than sẽ hấp thụ hơi nhiên liệu lượng hơi đựoc hấp thụ này sẽ được hút vào cửa lọc của họng gió vào xylanh để đốt cháy khi động cơ đang chạy. Van một chiều (2) và van chân không(3) của nắp bình nhiên liệu được mở ra để hút không khí từ bên ngoài vào bình nhiên liệu khi trong thùng có áp suất chân không (do nhiệt độ bên ngoài thấp)

          Trên động cơ toyota 7M-GE ECU điều khiển dòng khí bằng cách điều chỉnh độ mở của van VSV.

         Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu trên động cơ toyota 7M-GE được giới thiệu trên hình 2.22

Hình 2.22hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu trên động cơ toyota 7M-GE

1,5. van một chiều, 2. thùng chứa than hoạt tính,

 3.van chân không của thùng nhiên liệu, 4.Thùng nhiên liệu.

Chương 3

TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM ĐỘNG CƠ  Ở

CHẾ ĐỘ N_emax

3.1.         Mục đích tính toán

Để tính toán kiểm nghiệm động cơ ta sử dụng phương pháp khi tính toán chu trình công tác được giới thiệu trong sách “Hướng dẫn đồ án môn học động cơ đốt trong”.

Mục đích của việc tính toán là xác định các chỉ tiêu về kinh tế, hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc của động cơ ở Việt Nam. Kết quả tính toán cho phép xây dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình.

Chế độ làm việc của động cơ được đặc trưng bằng các thông số cơ bản như công suất có ích, mô men xoắn có ích, tốc độ quay và nhiều thông số khác. Các thông số ấy có thể ổn định hoặc thay đổi trong phạm vi rộng tùy theo công dụng của động cơ.

Trong chương 3 sẽ trình bày nội dung tính toán kiểm nghiệm động cơ 7M-GE ở chế độ N_emax. Ta lựa chọn các số liệu ban đầu phù hợp với động cơ để phục vụ cho quá trình tính toán kiểm nghiệm.

3.2.         Lựa chọn các số liệu ban đầu

            Bảng 3.1. Bảng các thông số ban đầu

3.3.         Tính toán các quá trình của chu trình công tác

3.3.1.  Tính toán quá trình trao đổi khí

           Mục đích: xác định các thông số cuối quá trình nạp như áp suất p_a và nhiệt độ T_a.

           - Hệ số khí sót γ_r:

           Hệ số được xác định theo công thức:

           Thay số vào ta được:

           - Nhiệt độ cuối quá trình nạp T_a:

           Giá trị của T_a được xác định theo công thức:

                                                                              [⁰K]

           Thay số vào ta được:

                                                          [⁰K]

           - Áp suất cuối quá trình nạp p_a:

           Giá trị của p_a được xác định theo công thức:

                                                                 [MPa]

           Thay số vào ta được:

                              [MPa]

3.3.2.  Tính toán quá trình nén

           Mục đích: xác định các thông số như áp suất p_c và nhiệt độ T_c ở cuối quá trình nén.

           - Áp suất cuối quá trình nén p_c:

           Giá trị của p_c được xác định theo công thức sau:

                                                                                           [MPa]

           Thay số vào ta được:

                                             [MPa]

           - Nhiệt độ cuối quá trình nén T_c:

           Giá trị của T_c được xác định theo công thức sau:

                                                                                            [⁰K]

           Thay số vào ta được:

                                                                         [⁰K]

3.3.3.  Tính toán quá trình cháy

           Mục đích tính toán: xác định các thông số cuối quá trình cháy như áp suất p_z và nhiệt độ T_z­.

           Việc tính toán được chia làm hai giai đoạn:

           + Tính toán tương quan nhiệt hóa:

           Mục đích việc tính toán tương quan nhiệt hóa là xác định những đại lượng đặc trưng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hóa để làm cơ sở cho việc tính toán nhiệt động.

           - Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu thể lỏng là:

           Trong đó: g_C, g_H, g_O là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng của cácbon, hydro và ô xy tương ứng chứa trong 1kg nhiên liệu. Trị số các thành phần đó với xăng được lấy gần đúng như sau:

           g_C = 0,855; g_H = 0,145; g_O = 0.

           Thay số vào ta được:

           - Lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ ứng với 1kg nhiên liệu M_t được xác định theo công thức:

           Thay số vào ta được:

           - Lượng hỗn hợp cháy M₁ tương ứng với lượng không khí thực tế M_t đối với động cơ xăng được tính theo công thức:

           Trong đó: μ_nl là trọng lượng phân tử của nhiên liệu. Đối với xăng

μ_nl = 110 ÷ 114 [Kg/Kmol], chọn μ_nl = 114 [kg/kmol]

           Thay số vào ta được:

           - Số mol của sản vật cháy M₂ khi α ≥ 1 được tính theo công thức:

           Thay số vào ta được:

           - Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β₀ được tính theo công thức:

           Thay số vào ta được:

           - Hệ số thay đổi phân tử thực tế β được tính theo công thức sau:

           Thay số vào ta được:

           + Tính toán tương quan nhiệt động:

           - Xác định nhiệt độ cuối quá trình cháy T_z­. Để xác định T_z ta sử dụng phương trình nhiệt động:

                                (*)

           Trong đó:

           * μ_cvc là nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình nén;

           * μ_cvz là nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại điểm z;

           * ΔQ_T là tổn thất nhiệt do nhiên liệu cháy không hoàn toàn.

           Đối với động cơ xăng, khi 0,7 ≤ α ≤ 1 thì giá trị của μ_cvz được xác định theo biểu thức sau:

                     μ_cvz = 18,423 + 2,596α + (1,55 + 1,38α).10^-3.T_z    

                   Thay số vào ta được:

           Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình nén:

           Thay số vào ta được:

           Tổn thất nhiệt do nhiên liệu cháy không hoàn toàn ΔQ_T được tính theo công thức sau:

                                        ΔQ_T = 120.10³.(1 – α).M₀                                          

                   Thay số vào ta được:

                               ΔQ_T = 120.10³.(1 – 0,9).0,512 = 6144               

           Thay μ_cvc, μ_cvz, ΔQ_T vào phương trình (*) ta được:

Rút gọn phương trình trên ta được:

                             3,07.10^-3.T_z² + 22,836.T_z– 85702,78 = 0

           Giải phương trình và bỏ nghiệm âm ta được T_z = 2757              [⁰K]

           - Tỷ số tăng áp suất λ_p được xác định theo công thức sau:

           Thay số vào ta được:

           - Áp suất cuối quá trình cháy p_z được xác định theo công thức sau:

                                                     p_z = λ_p.p_c                                                                  [MPa]

           Thay số vào ta được:

                                         p_z = 3,83.1,1915 = 7,334                           [MPa]

3.3.4.  Tính toán quá trình dãn nở

           Mục đích: xác định các giá trị áp suất p_b và nhiệt độ T_b ở cuối quá trình dãn nở.

           - Áp suất cuối quá trình dãn nở p_b được tính theo công thức sau:

                                                                                             [MPa]

           Thay số vào ta được:

                                                                      [MPa]

           - Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở T_b được tính theo công thức sau:

                                                                                              [⁰K]

           Thay số vào ta được

                                                                          [⁰K]

3.3.5.  Kiểm tra kết quả tính toán

           Để kiểm tra kết quả tính toán các quá trình của chu trình công tác, ta sử dụng công thức kinh nghiệm sau:

                                                                                               [⁰K]

           Thay số vào ta được:

                                                                              [⁰K]

           Với T_r = 1100 ⁰K đã chọn thì sai số như sau:

           Kết luận: Với sai số ΔT_r = 1% < 3%, các thông số đã chọn là hợp lý.

3.4.         Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ

3.4.1.  Các thông số chỉ thị

           - Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p_i^¢ được xác định theo công thức:

                                   [MPa]

           Thay số vào ta được:

  [MPa]

           - Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p_i được xác định theo công thức:

                                                     p_i = p_i^¢.φ_đ                                        [MPa]

           Với φ_đ là hệ số điền đầy đồ thị công, đối với động cơ xăng 4 kỳ:

           φ_đ = 0,90 ÷ 0,96, chọn φ_đ = 0,96. Thay số vào ta được:

                                         p_i = 1,396.0,95 = 1,2692                           [MPa]

           - Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g_i được tính theo công thức:

           Thay số vào ta được:

           - Hiệu suất chỉ thị η_i được xác định theo công thức:

           Trong đó: Q_T được tính bằng [KJ/kgnl] và g_i [kg/KWh]

           Thay số vào ta được:

3.4.2.  Các thông số có ích

           Các thông số có ích là những thông số đặc trưng cho sự làm việc của động cơ. Để tính các thông số có ích ta phải tính áp suất tổn hao cơ khí trung bình p_cơ và hiệu suất η_cơ.

           - Áp suất tổn hao cơ khí trung bình p_cơ:

           Động cơ xăng có i = 6 và S/D = 0,864 < 1, do đó khi mở hết bướm ga ta có p_cơ = 0,05 + 0,012.C_TB [MPa]

           Thay số vào ta được:

                                                          [MPa]

           - Áp suất có ích trung bình p_e được tính theo công thức sau:

                                                    p_e = p_i - p_cơ                                      [MPa]

           Thay số vào ta được:

                                     p_e = 1,2692 – 0,332 = 0,9371                        [MPa]

           - Hiệu suất cơ khí η_cơ được tính theo công thức sau:

           Thay số vào ta được:

           - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g_e được tính theo công thức sau:

           Thay số vào ta được:

           - Hiệu suất có ích η_e được xác định theo công thức sau:

                                                     η_e = η_i.η_cơ

           Thay số vào ta được:

           - Công suất có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán N_e:

                                                                                      [kW]

           Trong đó đơn vị tính của các thông số trong biểu thức trên như sau:

           p_e [MN/m²]; V_h [dm³]; n[v/ph]; đối với động cơ 4 kỳ τ = 4.

           Ta có dung tích công tác của động cơ là 2952cm³ = 2,952dm³

                   V_h = 2,952/6 = 0,492 dm³

           Thay số vào ta được:

                                                             [kW]

           - Mô men xoắn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán M_e:

                                                                                     [Nm]

           Trong đó Ne được tính bằng [kW] và n [v/ph], thay số ta được:

                                                                    [Nm]

           - So sánh N_emax và N_e tính toán:

           Thay số vào ta được:

           Kết luận: Với sai số ΔN_e = 1,4% < 10%, các thông số đã chọn ban đầu là hợp lý.

3.5.         Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác

3.5.1.  Khái quát

Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn quá trình của chu trình công tác xảy ra trong xy lanh động cơ trên hệ tọa độ p-V. Việc dựng đồ thị được chia làm hai bước:

- Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết: được dựng theo kết quả tính toán chu trình công tác khi chưa xét các yếu tố ảnh hưởng của một số quá trình làm việc thực tế trong động cơ.

- Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết để được đồ thị công chỉ thị thực tế: Đồ thị công chỉ thị thực tế là đồ thị đã kể đến các yếu tố ảnh hưởng khác nhau như góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm nhiên liệu, góc mở sớm và đóng muộn các xu páp cũng như sự thay đổi thể tích khi cháy.

3.5.2.  Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết

           - Thể tích cuối quá trình nén V_c

           Giá trị của V_c được xác định theo công thức sau:

                                                                                            [dm³]

           Thay số vào ta được:

                                                                               [dm³]

           - Thể tích cuối quá trình nạp V_a

           Giá trị của V_a được xác định theo công thức sau:

                                                  V_a = V_c + V_h                                      [dm³]

           Thay số vào ta được:

                                       V_a = 0,061 + 0,492 = 0,553                          [dm³]

           Theo kết quả tính phần tính toán nhiệt, ta có:

           Áp suất cuối quá trình nạp: p_a = 0,093 MPa;

           Áp suất cuối quá trình nén: p_c = 2,24 MPa;

           Áp suất cuối quá trình cháy: p_z = 7.334 MPa;

           Áp suất cuối quá trình dãn nở: p_b = 0,52 MPa.

           Ta xác định được tọa độ các điểm a (p_a, V_a), c (p_c, V_c), y (p_z, V_c), b (p_b, V_a) và r (p_r, V_c) trên hệ tọa độ p-V là:

           Bảng 3.2. Bảng giá trị các điểm đặc biệt

           Bảng 3.3. Bảng xác định các điểm trên đường nén và dãn nở đa biến

3.5.3.  Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế

Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế khi kể đến các yếu tố ảnh hưởng như góc đánh lửa sớm, góc mở sớm, góc đóng muộn xu páp cũng như ảnh hưởng của sự thay đổi thể tích khi cháy. Để tiến hành hiệu chỉnh đồ thị ta xác định các điểm sau:

-Điểm c¢ là điểm được xác định theo góc đánh lửa sớm và nhờ vòng tròn Brích.

- Điểm c¢¢ được xác định theo quan hệ sau:

p_c¢¢ = 1,2p_c = 1,2.1,915 = 2,298 [MPa]

- Điểm y’ biểu thị áp suất p_z¢:

p_z¢ = 0,9p_z = 0,9.7,334 = 6,601 [MPa]

- Điểm b¢ trên đường dãn nở được xác định theo góc mở sớm xu páp thải nhờ vòng tròn Brích.

Dựng điểm b¢¢ ở giữa đoạn a-b. Từ a và r kẻ các đường song song với trục hoành. Chọn điểm b¢¢¢  trên đường thải cưỡng bức sao cho đường cong không bị gấp khúc. Dựng điểm r¢¢ theo góc đóng muộn của xu páp thải nhờ vòng tròn Brích. Vẽ đường cong lượn đều từ r¢¢ lên r và đường cong lượn đều qua các điểm b¢, b¢¢, b¢¢¢ sao cho các đường cong ấy không bị gãy khúc. Từ đó ta có đồ thị công chỉ thị thực tế của chu trình công tác.

3.6.         Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

Mục đích của việc dựng đường đặc tính ngoài của động cơ là để biểu thị sự phụ thuộc của các chi tiết như công suất có ích N_e, mô men xoắn có ích M_e, lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ G_nl và suất tiêu hao nhiên liệu có ích g_e vào số vòng quay của trục khuỷu n [v/ph] khi bướm ga mở hoàn toàn. Qua đó để đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chính của động cơ khi tốc độ quay trục khuỷu thay đổi.

Để dựng đường đặc tính, ta chọn trước thông số giá trị trung gian của tốc độ quay n trong giới hạn giữa n_min và n_max rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của N_e, M_e, g_e theo các biểu thức sau:

                                            [kW]

                                                      [Nm]

Trong đó:

      N_emax là công suất có ích lớn nhất tính được, [kW];

      n_N: số vòng quay ứng với công suất lớn nhất, [v/ph];

      : mô men xoắn có ích ứng với số vòng quay n_N, [Nm];

      : suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với số vòng quay n_N,

      N_e, M_e, g_e: là các giá trị biến thiên của công suất, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với từng giá trị số vòng quay tương ứng với từng giá trị số vòng quay được chọn trước.

Giá trị biến thiên của G_nl được xác định theo từng cặp giá trị tương ứng của g_e và N_e theo biểu thức sau:

                                         G_nl = g_e.N_e                                       

Trong đó g_e được tính bằng  và N_e [KW].

Từ các thông số ban đầu và tính toán ở trên ta có các thông số sau:

      Công suất có ích lớn nhất tính được:

                                   N_emax = 139 [KW];

      Số vòng quay ứng với công suất lớn nhất:

                                   n_N = 6000 [v/ph];

      Mô men xoắn có ích ứng với số vòng quay n_N:

                                  = 245,52 [Nm];

      Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với số vòng quay n_N:

                                 = 274,41

Chọn các giá trị của n biến thiên từ n_min = 600 [v/ph] đến n_max = 6000 [v/ph]. Kết quả tính toán N_e, M_e, g_e và G_nl ứng với từng giá trị của n được ghi trong bảng sau:

Bảng 3.4. Kết quả tính toán các chỉ tiêu

Tỷ lệ xích trên bản vẽ:

         [kW]/mm;

         [Nm]/mm;

          [g/kWh]/mm;

         [kg/h]/mm.

Chương 4

QUY TRÌNH BẢO DƯỠNG, THÁO LẮP CƠ CẤU PHỐI KHÍ

4.1.         Các bước tháo, lắp cơ cấu phân phối khí

4.1.1.  Các bước tháo

- Chuẩn bị dụng cụ, giẻ lau, giá chuyên dùng;

- Tháo các chi tiết liên quan đến nắp máy: Như các đường ống nạp, các đường ống xả.;

- Tháo trục dàn đòn gánh, cò mổ đặt lên giá chuyên dùng không để lẫn các chi tiết khác;

- Cạo sạch nấm  xupáp xem  xét đã có dấu chưa, nếu chưa thì phải đánh dấu lại bằng chấm đánh  dấu

- Tháo nắp máy đưa ra ngoài đặt lên giá chuyên dùng (lưu ý tháo nắp máy đúng trình tự kỹ thuật);

- Dùng vam tháo chuyên dùng để tháo móng hãm xupáp, móng hãm tháo ra phải gói lại cẩn thận;

Hình 4.1. Dùng vam nén lò xo xupáp

- Đưa xupáp ra ngoài đặt lên giá chuyên dùng (để từng cặp tránh để lẫn lộn);         

- Dùng tuốc nơ vít đẩy lấy lò xo và vòng đệm  xupáp ra ngoài;

- Tháo đũa đẩy, con đội ra ngoài (tránh để cùng với các vật có trọng lượng);

Hình 4.2 Tháo bu lông bắt gối đỡ trục cam

- Dùng clê tháo bánh tì và tháo lấy đai răng ra ngoài;

- Dùng tuýp tháo bulông bắt mặt bích của trục bánh răng cam rồi đưa bánh răng cam, trục cam ra ngoài. Trước khi tháo phải kiểm tra dấu ăn khớp của hai bánh răng trục cam và bánh răng trục cơ đã có dấu chưa nếu chưa thì phải đánh dấu lại (dấu trùng ở vạch “0” Hình 4.3).

Hình 4.3. Kiểm tra dấu trên bánh răng trục cơ và trục cam.

4.1.2.  Các bước lắp

Sau khi bảo dưỡng, sửa chữa cơ cấu phân phối khí ta tiến hành lắp ráp theo trình tự sau:

- Làm sạch kỹ các chi tiết cần lắp;

- Bôi dầu bôi trơn sạch vào các chi tiết quay, chuyển động;

- Lắp các phớt chắn dầu mới vào ống dẫn hướng xupáp;

+ Đẩy phớt chắn dầu vào đúng vị trí cần lắp;

                   + Xoay các phớt chắn dầu xem đã lắp đúng chưa;

- Lắp xupáp

+ Kiểm tra thứ tự của các xupáp theo dấu;

+ Bôi dầu vào thân xupáp, đưa xupáp vào ống dẫn hướng;

+ Kiểm tra xem xupáp đã lắp đúng thứ tự chưa;

+ Lắp đĩa lò xo, lò xo vào nắp máy;

+ Dùng vam nén lò xo xupáp lại;

+ Lắp móng hãm vào đuôi xupáp;

+ Tháo vam ra, lật nghiêng nắp máy, dùng búa nhựa gõ nhẹ vào đuôi xupáp xem móng hãm có nằm chắc chắn trong rãnh không. Nếu móng hãm chưa nằm đúng rãnh, khi gõ nó sẽ bị bật ra.

Hình 4.4. Kiểm tra móng hãm sau khi lắp

- Lắp cụm cò mổ, trục cò mổ và gối đỡ vào nắp máy

+ Lắp các cò mổ, gối đỡ, lò xo vào trục cò mổ;

+ Lắp chốt hãm đầu trục;

+ Đưa cụm cò mổ, trục cò mổ và gối đỡ vào nắp máy, bắt các bu lông gối đỡ;

+ Siết chặt các bu lông lắp gối đỡ trục cò mổ theo thứ tự ngược với khi tháo và

 đúng mô men quy định.

Mô men siết ốc quy định 210Kg.cm

- Lắp trục cam

+ Lau thật sạch bề mặt cổ trục và gối đỡ;

+ Bôi dầu bôi trơn mới vào cổ trục cam và gối đỡ;

+ Đặt trục cam lên nắp máy và lắp các nắp gối đỡ trục.

Chú ý: Lắp đúng thứ tự  và đúng chiều các nắp gối đỡ trục

                   + Lắp các bu lông bắt gối đỡ với nắp máy;

+ Siết chặt đều các bu lông theo thứ tự và đúng mô men quy định;

Mô men siết ốc quy định 200Kg.cm

Hình 4.5. Thứ tự siết bu lông bắt gối đỡ trục cam

- Lắp nắp máy lên động cơ theo trình tự ;

- Đặt cam theo trình tự ;

- Điều chỉnh khe hở nhiệt xupáp;

- Lắp nắp che dàn cò mổ, xupáp.