MỤC LỤC

MỤC LỤC....

LỜI NÓI ĐẦU......

PHẦN 1: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ XZ4-022......

1.1. Xây dựng đồ thị công......

1.1.1. Các số liệu chọn trước khi tính toán.........

1.1.2. Xây dựng đường cong nén.........

1.1.3. Xây dựng đường cong nở.........

1.1.4. Tính V_a, V_h, V_c.........

1.2. Động học và động lực học cảu cơ cấu trục khuỷu thanh truyền........

1.2.1. Động lực học cảu cơ cấu giao tâm........

1.2.1.1 Xác định độ dịch chuyển (X) của piston bằng phuuwong pháp đồ thị brick.........

1.2.1.2. Đồ thị biểu diễn tốc độ cảu piston V=f(α)............

1.2.1.3 Đồ thị biểu diễn 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 tính tiến.........

1.2.2.2. Khai triển các đồ thị.........

1.2.2.3. Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T = f(α), lực pháp tuyến Z=f(α) và lực ngang N = f(α)..........

1.2.2.4. Vẽ đồ thị biểu diến ΣT = f(α)...........

1.2.2.5. Đồ thị tải tác dụng lên chốt khuỷu...........

1.2.2.6. Đồ thị phụ tác dụng lên đầu to thanh truyền...........

1.2.2.7. Đồ thị khai triển véc tơ phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền.........

1.2.2.8. Vẽ đồ thị mài mòn trục khuỷu...........

PHẦN 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO.........

2.1. Thông số động cơ chọn tương đương...........

2.2. Trục khuỷu.........

2.3 Thanh truyền..........

2.4. Pistong........

2.5. Nhóm than máy, nắp máy...........

2.6. Cơ cấu phân phối khí...........

2.7. Hệ thống bôi trơn...........

2.8. Hệ thống làm mát..........

2.9. Hệ thống đánh lửa...........

2.10. Hệ thống nhiên liệu.........

2.11. Hệ thống khởi động..........

PHẦN 3: THIẾT KẾ NHÓM PISTON-THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ XZ4-022............

3.1. Nhóm pistong.............

3.1.1. Nhiệm vụ, điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo piston..............

3.1.1.1. Nhiệm vụ, điều kiện làm việc............

3.1.1.2. Vật liệu chế tạo piston............

3.1.2. Phân tích kết cấu piston.............

3.1.3. Xác định các kích thước cơ bản của piston............

3.1.4. Chốt piston.............

3.1.4.1. Trạng thái làm việc và yêu cầu đối với chốt piston.............

3.1.4.2. Kết cấu và kiểu lắp ghép chốt piston.............

3.1.4.3. Xác định các thông số kích thước chốt piston ............

3.1.5. Kết cấu và tính toán xécmăng............

3.1.5.1. Điều kiện làm việc............

3.1.5.2. Vật liệu chế tạo xéc măng...........

3.1.5.3. Phân tích kết cấu xec măng.............

3.2. Nhóm thanh truyền.............

3.2.1. Phân tích điều kiện làm việc và đặc điểm kết cấu thanh truyền...........

3.2.2. Các thông số kích thước cơ bản nhóm thanh truyền..............

3.2.2.1. Các thông số kích thước cơ bản đầu nhỏ thanh truyền..........

3.2.2.2. Các thông số kích thước cơ bản đầu to thanh truyền .............

3.2.2.3. Bạc lót đầu to thanh truyền...............

PHẦN 4: THIẾT KẾ NHÓM TRỤC KHUỶU - BÁNH ĐÀ ĐỘNG CƠ XZ4-022............

4.1. Phân tích đặc điểm kết cấu..............

4.1.1. Đặc điểm kết cấu của trục khuỷu.............

4.1.1.1. Nhiệm vụ..............

4.1.1.2. Điều kiện làm việc.............

4.1.1.3. Yêu cầu khi thiết kế và chế tạo..............

4.1.1.4. Kết cấu trục khuỷu.............

4.1.3. Đặc điểm kết cấu của bánh đà..............

PHẦN 5: THIẾT KẾ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ NHÓM XUPAP - TRỤC CAM - HỆ DẪN ĐỘNG ĐỘNG CƠ XZ4-022.............

5.1. Sơ đồ bố trí xupáp và nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí...............

5.2. Dẫn động trục cam.............

5.3. Kết cấu xup áp............

5.3.1. Đế xu páp............

5.3.2 Ống dẫn hướng xu páp..........

5.3.3. Lò xo xu páp...........

5.3.4. Kết cấu con đội..........

5.4 Kết cấu trục cam...........

5.4.1. Phân tích chọn dạng cam..........

5.4.1.1. Yêu cầu.............

5.4.1.2. Dựng hình cam lồi.............

PHẦN 5: THIẾT KẾ NHÓM THÂN MÁY NẮP MÁY............

5.1 Thân máy và nắp máy............

5.1.1. Thân máy............

5.1.2. Nắp máy............

5.1.3. Các-te...........

KẾT LUẬN............

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........

LỜI NÓI ĐẦU

  Trong xã hội hiện đại công nghiệp ngày nay, không ai có thể phủ nhận vai trò quan trọng của động cơ đốt trong. Động cơ đốt trong xuất hiện trong nhiều lĩnh vực thiết yếu của cuộc sống như: sản xuất công nghiệp, nông nghiệp hay giao thông vận tải. Ở các nước có nền công nghiệp mạnh đều có một nền công nghiệp sản xuất, chế tạo động cơ tiên tiến, không những để đáp ứng nhu cầu trong nước mà còn để xuất khẩu.

Trong chương trình đào tạo kỹ sư ô tô của trường, đồ án môn học Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong là một môn học khá quan trọng, nhằm trang bị cho sinh viên về phương pháp luận để thiết kế động cơ đốt trong cũng như những hiểu biết sâu sắc về kết cấu và tính toán thiết kế động cơ. Để giúp sinh viên nắm vững những lý thuyết đã học cũng như để làm quen với trình tự thiết kế động cơ theo như thực tế ở bên ngoài, vì vậy bộ môn ô tô đã đưa vào môn học Đồ án thiết kế động cơ đốt trong này.

Vì đây là lần đầu tiên thực hiện một đồ án chuyên ngành về động cơ đốt trong nên chắc chắn em không tránh khỏi những sai sót, em kính mong quý Thầy (Cô) góp ý và chỉ ra những thiếu xót, khuyết điểm của em trong Đồ án này, để em có thể rút kinh nghiệm và cố gắng hoàn thiện tốt hơn kiến thức chuyên ngành của mình.

Em xin chân thành cám ơn quý thầy cô!

                                                                                                                TP HCM, ngày…tháng…năm 20…

                                                                                                             Sinh viên thực hiện

                                                                                                             …………….

PHẦN 1: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ XZ4-022.

1.1. Xây dựng đồ thị công

Cho i tăng từ 1 đến e ta lập được bảng xác định tọa độ các điểm trên đường nén và đường giãn nở.

Thông số giá trị đồ thị công được thể hiện nhưu bảng 1.1.

* Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công:

+) Điểm r(V_c,P_r)

V_c- thể tích buồng cháy V_c=0,049 [l]

P_r- áp suất khí sót, phụ thuộc vào tốc độ động cơ, chọn P_r=0,108 [MN/m²].

Vậy : r(0,049 ;0,108)

+) Điểm a(V_a ;P_a)

Với: V_a=ε.V_c=9,2.0,049=0,451 [l].

        P_a=0,080 [MN/m²]

Vậy điểm a(0,451 ;0,080).

+) Điểm b(V_a;P_b).

Vậy điểm b(0,451;0,320).

Các điểm đặc biệt:

r(V_c ; p_r)  = (0,049 ; 0,108) ;   a(V_a ; p_a) = (0,451 ; 0,080)

b(V_a ; p_b) = (0,451 ; 0,320) ;   c(V_c ; p_c) = (0,049 ; 1,60)

z(V_c ; p_z) = (0,049 ; 5,2).

* Vẽ đồ thị công:

Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau:

+ Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xi lanh, trục tung biểu diễn áp suất khí thể.

+  Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ. Nối các tọa độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và đường cong giãn nở.

+ Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song song với trục hoành đi qua hai điểm P_a và P_r. Ta có được đồ thị công lý thuyết.

+ Hiệu chỉnh đồ thị công:

- Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị công. Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng cách từ V_a đến V_c (R=S/2).

- Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm:

+  Đánh lửa sớm (c’).

+  Mở sớm (b’) đóng muộn (r’’) xupap thải.

+  Mở sớm (r’) đóng muộn (d ) xupap hút.

-  Áp suất cực đại của chu trình thực tế thường nhỏ hơn áp suất cực đại trong tính toán :

p_z’ = 0,85.p_z = 0,85.5,2 = 4,42 (MN/m²)

Vẽ đường đẳng áp p_z’ = 4,42 (MN/m²).

Điểm z’ được xác định bằng trung điểm  của đoạn thẳng giới hạn bởi đường đẳng tích V_c và đường cháy giản nở.

- Nối điểm r với r’’, r’’ xác định từ đồ thị Brick bằng cách gióng đường song song với trục tung ứng với góc 3 độ trên đồ thi Brick cắt đường nạp p_ax tại r’’.

*) Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế:

1.2. Động học và động lực học cảu cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Động cơ đốt trong kiểu piston thường có vận tốc lớn ,nên việc nghiên cứu tính toán động học và động lực học của cơ cấu trục khuỷu  thanh truyền (KTTT)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 KTTT 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 KTTT có 2 loại loại giao tâm và loại lệch tâm .

Ta xét trường hợp cơ cấu KTTT giao tâm .

1.2.1. Động lực học cảu cơ cấu giao tâm

Cơ cấu KTTT giao tâm là cơ cấu mà đường tâm xilanh trực giao với đường tâm trục khuỷu tại 1 điểm (hình vẽ).

Qua sơ đồ ta thấy:

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 xi 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)

1.2.1.1 Xác định độ dịch chuyển (X) của piston bằng phuuwong pháp đồ thị brick.

+ 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 cảu piston V=f(α).

* Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng của Nguyễn Đức Phú.

+ Xác định vận tốc của chốt khuỷu: ω =  632,5 (rad/s)

+ Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R₁ phía dưới đồ thị x(a) với: R₁ = R ω.=43.632,5=27197,5 (mm/s).

+  Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính thành 18 phần bằng nhau và đánh số thứ tự 0,1,2 …18.

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 α.

*) 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).

1.2.1.3 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.                              

+ Trên trục Ox lấy đoạn AB = S=2R=86 mm.

EF = -3.R.λ.ω² = -3.0,043.0,24.632,5² = -12385,7(m/s²).

1.2.2. Tính toán động lực học

1.2.2.1. Đường biểu diễn lực quán tính của khối lượng chuyển động tính tiến

+  Xác định khối lượng chuyển động tịnh tiến:

m’ = m_pt + m₁

Trong đó:  

m’ - Khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg).

m_pt = 0,7 (kg) - Khối lượng nhóm piston.

m₁- Khối lượng thanh truyền qui về tâm chốt piston (kg).

Theo công thức kinh nghiệm:  

m₁ = (0,275 ÷ 0,35).m_tt. Lấy m₁ = 0,28.0,8 = 0,224 (kg).

m_tt = 0,8 (kg) - Khối lượng nhóm thanh truyền.

=>   m’ = 0,7 + 0,224 = 0,924   (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 = 198,4 (kg/m²)

Áp dụng công thức tính lực quán tính: p_j = - m.j , ta có:

p_jmax = - m.j_max = -198,4. 21331 = -4,23 (MN/m²).

p_jmin  = -m.j_min  =  198,4.13073,8  =   2,59 (MN/m²)

Đoạn: EF = - m.j_EF  =  198,4.12385,7  =  2,46 (MN/m²)

Giá trị biểu diễn:

AC=162,7 mm

BD= -99,6 mm

EF= -94,6 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 p_kt 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 p₀ trên đồ thị công.

+ Chọn tỉ lệ xích: u = 2 (độ/mm).

+  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.

1.2.2.3. Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T = f(α), lực pháp tuyến Z=f(α) và lực ngang N = f(α).

Các đồ thị: T = f(α), Z = f(α), N = f(α) được vẽ trên cùng một hệ toạ độ.

+  Căn cứ vào trị số i = 0,24.Tra các bảng phụ lục 2p, 7p, 11p trong sách Kết Cấu Và Tính Toán Động Cơ đốt Trong - Tập 1 .

Cac giá trị T, N, Z-α thể hiện như bảng 1.2.

+  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 1-2 ta xác định được tọa độ các điểm trên hệ trục.

1.2.2.5. Đồ thị tải tác dụng lên chốt khuỷu

Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của chốt khuỷu. Sau khi có đồ thị này ta tìm được trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, cũng có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất và bé nhất, dùng đồ thị phụ tải có thể xác định được khu vực chịu tải ít nhất để xác định vị trí lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền ổ trục. 

Các bước tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu được tiến hành như sau:

+  Vẽ hệ trục toạ độ TO’Z trong đó trục hoành O’T có chiều dương từ tâm O’ về phía phải còn trục tung O’Z có chiều dương hướng xuống dưới.

+  Nối các điểm trên hệ trục toạ độ bằng một đường cong thích hợp, ta có đồ thị biểu diễn phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.

+  Trong quá trình vẽ để dễ dàng xác định các toạ độ điểm ta nên đánh dấu các toạ độ điểm đồng thời ghi các số thứ tự tương ứng kèm theo.

+  Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính trên đơn vị diện tích của piston).

Với:  m₂ - Khối lượng đơn vị của thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu.

Ta có khối lượng thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu là: m₂’ = m_tt – m₁ = 0,8 – 0,224 = 0,576 (kg)

1.2.2.6. Đồ thị phụ tác dụng lên đầu to thanh truyền

Để vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền ta thực hiện theo các bước như sau:

+  Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên tờ giấy bóng, tâm của đầu to là O.

+  Vẽ một vòng tròn bất kì tâm O. Giao điểm của đường tâm phần thân thanh truyền với vòng tròn tâm O tại 0^o.

+  Nối các điểm lại bằng một đường cong thích hợp cho ta đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền.

Cách xác định lực trên đồ thị phụ tải như sau:

+ Giá trị của lực tác dụng lên đầu to là dộ dài đoạn thẳng nối từ tâm O đến điểm trên đường vừa vẽ xong nhân với tỷ lệ xích.

+ Chiều của lực hướng từ tâm O ra ngoài.

+ Điểm đặt lực là giao điểm của đường nối từ tâm O đến điểm tính với vòng tròn tượng trưng cho đầu to thanh truyền.

Giá trị Q(α) như bảng 1.6.

+  Vẽ đồ thị:

- Vì ở đây giá trị của Q có đơn vị là (mm). Do vậy để nhận được giá trị thật của Q.

- Vẽ hệ trục toạ độ OQα. Đặt các toạ độ điểm lên hệ trục toạ độ, dùng một đường cong thích hợp nối các toạ độ điểm lại với nhau ta nhận được đồ thị khai triển véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.

1.2.2.8. Vẽ đồ thị mài mòn trục 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. Áp 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 N_e 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 .

PHẦN 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO

2.1. Thông số động cơ chọn tương đương

Động cơ 1NZ-FE được lắp trên xe Toyota Vios. Xe Toyota Vios là loại xe du lịch 5 chỗ ngồi với ba loại Vios Limo, Vios 1.5E (sử dụng hộp số thường C50) và Vios 1.5G (sử dụng hộp số tự động U340E) Khả năng giảm xóc, chống rung tốt, hệ thống điều khiển phanh điện tử ABS, hệ thống lái trợ lực điện tạo cảm giác thoải mái và êm dịu cho mọi hành khách trong xe trên mọi nẻo đường.

2.2. Trục khuỷu

Trục khuỷu của động cơ 1NZ-FE được chế tạo gồm một khối liền, vật liệu chế tạo bằng thép cacbon, các bề mặt gia công đạt độ bóng cao, có 5 cổ trục và 4 cổ biên, má có dạng hình ôvan. Đường kính và bề rộng của chốt khuỷu và cổ trục chính được giảm để giảm khối lượng.

2.4. Pistong

Piston của động cơ 1NZ-FE được làm bằng hợp kim nhôm, phần đỉnh được thiết kế đặc biệt để cải thiện chất lượng cháy. Séc măng áp lực thấp được sử dụng để giảm ma sát và nâng cao tính kinh tế nhiên liệu và chất lượng dầu bôi trơn được nâng cao.

Chân pittông có dạng vành đai để tăng độ cứng vững. Để điều chỉnh trọng lượng của pittông, người ta thường cắt bỏ một phần kim loại ở phần chân pittông nhưng vẫn đảm bảo được độ cứng vững cần thiết cho pittông .

2.5. Nhóm than máy, nắp máy

Nắp máy được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ, các trục cam đều được phân bố trên đầu nắp máy. Lắp đặt kim phun trong cửa nạp khí của nắp máy kết quả là sự tiếp xúc của nhiên liệu đập vào thành cửa nạp được tối thiếu hoá và tính kinh tế nhiên liệu được nâng cao. Áo nước được lắp đặt giữa cửa xả và lỗ bu gi trên nắp máy để giữ nhiệt độ đồng đều cho thành buồng cháy, điều này nâng cao chất lượng làm mát cho buồng cháy và khu vực xung quanh bu gi.

2.7. Hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa đầu đến bôi trơn các bề mặt ma sát, làm giảm tổn thất ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát và bao kín khe hỡ giữa piston với xylanh, giữa xecmăng với piston, ngoài ra trong động cơ 1NZ-FE dầu bôi trơn còn tham gia điều khiển thời điểm trục cam. Loại dầu bôi trơn sử dụng trên động cơ 1NZ-FE là loại dầu API SM, SL, hay ILSAC. Dầu bôi trơn từ cacte được lưu thông qua vỉ lọc, bơm dầu, bầu lọc dầu rồi đến đường ống dẫn dầu chính, sau đó dầu sẽ đi bôi trơn các bộ phận công tác như sơ đồ.

2.8. Hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát được thiết kế để giữ các chi tiết trong động cơ ở nhiệt độ ổn định, thích hợp mọi điều kiện làm việc của động cơ. Động cơ 1NZ-FE có hệ thống làm mát bằng nước kiểu kín, tuần hoàn theo áp suất cưỡng bức trong đó bơm nước tạo áp lực đẩy nước lưu thông vòng quanh động cơ. Hệ thống bao gồm: áo nước xi lanh, nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió và các đường ống dẫn nước. Nếu nhiệt độ nước làm mát vượt quá nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệt sẽ mở để lưu thông nước làm mát đi qua két nước để giải nhiệt bằng gió. Hệ thống làm mát sử dụng nước làm mát siêu bền chính hiệu toyota SLLC ( là dung dịch pha sẵn 50% chất làm mát và 50% nước sạch).

2.10. Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu động cơ 1NZ-FE đóng vai trò rất quan trọng, nó không đơn thuần là hệ thống phun nhiên liệu độc lập, mà nó còn liên kết với các 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 tối ưu hoá cho quá trình hoạt động của động cơ. Kim phun 12 lỗ được sử dụng để nâng cao tính phun sương của nhiên liệu, điều khiển cắt nhiên liệu khi túi khí hoạt động. Đường ống dẫn nhiên liệu với các giắc đấu nối nhanh để nâng cao khả năng sửa chữa. Bình xăng làm bằng chất dẻo sáu lớp với bốn loại vật liệu có bộ lọc than hoạt tính trong bình. 

2.11. Hệ thống khởi động

Hệ thống khởi động sử dụng trên động cơ là hệ thống khởi động điện được điều khiển bằng ECU. Ngay khi công tắc điện xoay sang vị trí Start, chức năng điều khiển máy khởi động sẽ điều khiển mô tơ khởi động mà không cần giữ tay ở vị trí Start. Khi ECU nhận được tín hiệu khởi động từ chìa khoá điện, hệ thống sẽ theo dõi tín hiệu tốc độ động cơ (Ne) để vận hành máy khởi động tới khi động cơ  được xác định đã khởi động. Khi tốc độ động cơ đạt tới 500 v/p, hệ thống sẽ đánh giá là động cơ đã khởi động thành công.

PHẦN 3: THIẾT KẾ NHÓM PISTON-THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ XZ4-022.

3.1. Nhóm pistong

Nhóm piston gồm có piston, chốt piston, vòng hãm chốt piston, xéc măng khí, xéc măng dầu.

3.1.1. Nhiệm vụ, điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo piston.

3.1.1.1. Nhiệm vụ, điều kiện làm việc.

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhóm piston có nhiệm vụ chính sau:

 + Bảo đảm bao kín buồng cháy, giữ không cho khí chảy lọt xuống cátte và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy.

 + Tiếp nhận lực khí thể thông qua thanh truyền, truyền xuống trục khuỷu làm quay trục khuỷu trong quá trình cháy và giãn nở,nén khí trong quá trình nén; đẩy khí ra khỏi xylanh trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp. Trong quá trình làm việc của động cơ piston chịu lực rất lớn, nhiệt độ rất cao và ma sát mài mòn lớn, do lực khí thể, lực quán tính và do piston tiếp xúc với sản vật cháy ở nhiệt độ cao.

 + Ma sát và ăn mòn hoá học: trong qúa trình làm việc piston chịu ma sát lớn do thiếu dầu bôi trơn, do lực ngang N ép piston vào xylanh ngoài ra do lực khí thể, lực quán tính và nhiệt độ cao làm piston biến dạng làm tăng ma sát. Do piston luôn tiếp xúc với sản vật cháy ở nhiệt độ cao nên bị sản vật cháy ăn mòn.Do các điều kiện trên nên khi chế tạo piston phải đảm bảo các điều kiện sau:

- Đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt, đảm bảo bao kín.

- Tản nhiệt tốt, tránh kích nổ, giảm ứng suất nhiệt.

- Trọng lượng nhỏ  để giảm lực quán tính.

- Đủ bền, đủ độ cứng vững để tránh biến dạng quá lớn.

- Chịu mài mòn tốt.

3.1.1.2. Vật liệu chế tạo piston.

Để bảo đảm các điều kiện làm việc của piston như trên  nên vật liệu chế tạo  piston phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Có sức bền lớn ở nhiệt độ cao và tải trọng thay đổi.

+ Trọng lượng riêng nhỏ.

+ Hệ số giãn nở nhỏ, hệ số dẫn nhiệt lớn.

3.1.4. Chốt piston.

3.1.4.1. Trạng thái làm việc và yêu cầu đối với chốt piston.

Chốt piston là chi tiết máy nối piston với thanh truyền nó truyền lực tác dụng của khí thể trên piston cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu. Tuy là chi tiết đơn giản nhưng rất quan trọng. Trong quá trình làm việc, chốt piston chịu lực khí thể và lực quán tính rất lớn. Các lực này thay đổi có chu kỳ đồng thời có tính va đập mạnh, nhất là trong động cơ cao tốc. Do nhiệt độ làm việc của chốt piston tương đối cao mà chốt piston lại khó chuyển động xoay tròn trong bệ chốt nên rất khó bôi trơn. Ma sát dạng nửa ướt, chốt piston dễ bị mòn. Với điều kiện làm việc như vậy nên chốt piston phải được chế tạo bằng vật liệu tốt để đảm bảo sức bền và độ cứng vững. 

 3.1.4.2. Kết cấu và kiểu lắp ghép chốt piston.

Kết cấu của chốt piston rất đơn giản, đều là hình trụ rỗng để cho nhẹ. Các loại chốt chỉ khác nhau ở mặt trong chốt. Mặt bên trong có dạng hình trụ, các dạng côn,bậc…

- Chốt piston: được chế tạo bằng thép hợp kim . Chốt piston được lắp tự do, các vòng hãm lắp trong bệ chốt piston giữ cho nó khỏi dịch chuyển dọc trục.Trong quá trình làm việc,chốt piston có thể xoay tự do quanh đường tâm của chốt.

3.2. Nhóm thanh truyền

3.2.1. Phân tích điều kiện làm việc và đặc điểm kết cấu thanh truyền.

Trong quá trình làm việc của động cơ nhóm thanh truyền có nhiệm vụ truyền lực tác dụng lên piston cho trục khuỷu, làm quay trục khuỷu.

- Khi động cơ làm việc thanh truyền chịu tác dụng của các lực sau: Lực khí thể trong xylanh ; Lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm piston; Lực quán tính của thanh truyền.

- Đầu nhỏ thanh truyền bị biến dạng dưới tác dụng của lực quá tính, đầu to thanh truyền chịu tác dụng của lực quán tính của nhóm piston và thanh truyền, thân thanh truyền chịu nén dưới tác dụng của lực khí thể  và chịu uốn trong mặt phẳng lắc của nó dưới tác dụng của lực quán tính. Khi động cơ làm việc thì các lực khí thể và lực quán thay đổi theo chu kỳ cả về trị số và hướng, tải trọng tác dụng lên thanh truyền là tải trọng thay đổi và có tính chất va đập.

3.2.2. Các thông số kích thước cơ bản nhóm thanh truyền

Khi động cơ làm việc, đầu nhỏ thanh truyền chịu các lực sau : Lực quán tính của nhóm piston; Lực khí thể ; Lực do biến dạng gây ra. Ngoài ra khi lắp ghép bạc lót, đầu nhỏ thanh truyền còn chịu thêm ứng suất phụ do lắp ghép bạc lót có độ dôi gây ra. Các lực trên sinh ra ứng suất uốn, kéo, nén trên đầu nhỏ.

3.2.2.3. Bạc lót đầu to thanh truyền.

Trong động cơ ôtô máy kéo cũng như trong động tàu thủy, tĩnh tại… đa số ổ trục và chốt là ổ trượt. Vì vậy đầu to thanh truyền cũng như ở ổ trục khuỷu đều thường dùng bạc lót dày hoặc bạc lót mỏng có tráng lớp hợp kim chịu mòn. Do đầu to thanh truyền thường cắt thành hai nửa nên bạc lót đầu to cũng chia làm hai nửa. Bạc lót thanh truyền gồm có gộp bạc bằng thép ở phía ngoài và lớp hợp kim chịu mòn tráng lên mặt trong của bạc.

* Yêu cầu đối với bạc lót.

- Có tính chống mòn tốt.

- Có độ cứng thích đáng và độ dẻo hợp lý.

- Chóng rà khít với bề mặt trục.

- Ở nhiệt độ cao sức bền ít giảm đi.

* Kết cấu của bạc lót.

Tùy theo chiều dày của lớp hợp kim chịu mòn, bạc lót có thể chia thành hai loại: bạc lót dày và bạc lót mỏng. Chọn bạc lót là loại bạc lót mỏng. Bạc lót mỏng  gồm có hai phần: gộp bạc và lớp hợp kim chịu mòn tráng lên mặt trong của gộp bạc. Bạc lót được chế tạo thành chi tiết máy riêng rồi đem lắp căng với đầu to thanh truyền. Bạc lót mỏng có chiều dày gộp bạc từ 0,9 – 3mm, lớp hợp kim chịu mòn thường chỉ dày khoảng 0,4 – 0,7mm. Lắp bạc lót  lên đầu to thanh truyền thường dùng bulông thanh truyền để định vị. Cũng có khi dùng chốt đóng lên nắp đầu to định vị bạc lót. Chiều dày vỏ bạc lót thường nằm trong khoảng s₂=(0,03 ÷ 0,05)d_ck,chọn s₂=3mm. Khe hở giữa bạc lót và chốt khuỷu nằm trong khoảng:  Ñ=(0,00045÷0,0015)d_ck. chọn Ñ=0,0058 mm. 

PHẦN 4: THIẾT KẾ NHÓM TRỤC KHUỶU - BÁNH ĐÀ ĐỘNG CƠ XZ4-022

4.1. Phân tích đặc điểm kết cấu

4.1.1. Đặc điểm kết cấu của trục khuỷu

Trục khuỷu là một chi tiết rất quan trọng, cường độ làm việc rất lớn, chiếm giá thành chế tạo cao nhất của động cơ.

4.1.1.1. Nhiệm vụ

Nhận lực khí cháy truyền từ thanh truyền và biến chuyển động song phẳng của thanh truyền truyền qua thành chuyển động quay của động cơ.

Dẫn động các cơ cấu khác của động cơ chuyển động.

4.1.1.2. Điều kiện làm việc

Trong quá trình làm việc trục khuỷu chịu tác dụng của lực và mômen do lực khí thể,lực quán tính chuyển động quay,lực quán tính chuyển động tịnh tiến.Các lực này có giá trị rất lớn  và luôn thay đổi gây ra ứng suất uốn và xoắn,đồng thời gây nên dao động dọc và dao động xoắn,làm cho động cơ rung động và mất cân bằng. Ngoài ra các lực nói trên còn gây ra hiện tượng mài mòn trên các bề mặt ma sát của cổ trục và chốt khuỷu.

4.1.1.4. Kết cấu trục khuỷu.

 + Đầu trục khuỷu :

Đầu trục khuỷu thường dùng để lắp bánh răng dẫn động trục phân phối ,bánh răng truyền động bơm dầu, puli để dẫn động quạt gió và đai ốc khởi động để khởi động cơ bằng tay quay.Các bánh răng lắp với đầu trục bằng then bán nguyệt.Trên đầu trục có lắp tấm chắn dầu.

+ Cổ trục khuỷu:

Trục khuỷu có năm cổ chính,cổ trục ở đuôi trục nơi lắp bánh đà có chiều dài lớn nhất.

Cổ trục được mài bóng và tôi cứng,độ côn,độ ôvan không vượt quá 0,01mm.

Cổ trục được đúc đặc và có khoan lổ dầu bôi trơn chốt khuỷu.

Kích thước cổ trục:

Đường kính cổ trục chọn theo kết quả tính toán sức bền ,điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, quy định về thời gian sử dụng và số lần sửa chữa lớn của động cơ.

Kích thước của cổ trục của động cơ xăng thường nằm trong phạm vi:

- Đường kính cổ trục:

D_ct =(0,63¸0,75)D =47,88¸57[mm]

D_ct =54[mm]

- Chiều dài cổ trục:

l_ct   =(0,5¸0,7)D_ct=27¸37,8[mm]

l_ct  =32 [mm].

Kích thước chốt khuỷu của động cơ xăng chữ V thường nằm trong phạm vi: Đường kính chốt khuỷu:

 D_ck=(0,56¸0,66)D =42,56¸50,16[mm]

D_ck=48[mm]

Chiều dài chốt khuỷu:    

l_ck=(0,8¸1,0)D_ck=38,4¸48[mm]

l_ck=46[mm]

+  Má khuỷu:

Má khuỷu là bộ phận nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu .

Hình dạng má khuỷu phụ thuộc vào loại động cơ,trị số của áp suất khí thể và tốc độ quay của trục khuỷu.

Để phù hợp với động cơ xăng chữ V,và tính công nghệ,ta chọn má khuỷu dạng cung tròn tiếp tuyến Ôval.Và má khuỷu được đúc liền với trụckhuỷu.

Kích thước má khuỷu:

Để giảm ứng suất tập trung,tại phần chuyển tiếp giữa má khuỷu với chốt,má khuỷu với cổ trục ta làm thành các gó lượnvới bán kính r:

r= (0,06¸0,08)D_ck=2,88¸3,84[mm]

Ta chọn r=3[mm]

Chiều rộng má khuỷu:

h=(1¸1,25)D=76¸95[mm]

Chọn h=84[mm]

+  Đối trọng:

Nhiệm vụ:- Cân bằng lực và mômen quán tính không cân bằng của động cơ,chủ yếu là lực quán tính ly tâm và quán tính chuyển động tịnh tiến của động cơ chữ V có góc giữa hai hàng xilanh bằng 90⁰.

-  Giảm phụ tải cho cổ trục.

Phương pháp chế tạo:  Đúc liền với má khuỷu.

4.1.3. Đặc điểm kết cấu của bánh đà

Bánh đà có công dụng chủ yếu là làm đồng đều tốc độ trục khuỷu (tốc độ góc không đổi).Trên bánh đà có ghi các ký hiệu:ĐCT,ĐCD,góc đánh lửa sớm,...

Trong quá trình làm việc bánh đà tích trử năng lượng dư sinh ra trong hành trình sinh công để bù đắp phần năng lượng thiếu hụt trong hành trình tiêu hao công khiến cho trục khuỷu quay điều hơn,giảm được biên độ giao động của tốc độ góc trục khuỷu.

PHẦN 5: THIẾT KẾ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ NHÓM XUPAP - TRỤC CAM - HỆ DẪN ĐỘNG ĐỘNG CƠ XZ4-022

5.1. Sơ đồ bố trí xupáp và nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí.

Cơ cấu phân phối khí của động cơ dùng xupáp treo vì cơ cấu phân phối khí này có nhiều ưu điểm hơn so với cơ cấu phân phối khí xupáp đặt. Ưu điểm của kiểu bố trí này là làm cho buồng cháy động cơ nhỏ gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt. Khả năng chống kích nổ được cải thiện nhiều nên có thể tăng tỷ số nén lên 0,5 - 2 so với khi dùng cơ cấu phân phối khí xupáp đặt. Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo làm cho đường thải và đường nạp thanh thoát hơn làm cho sức cản khí động giảm nhỏ. Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bởi 4 xupáp (2 hút, 2 xả) làm tăng diện tích tiết diện lưu thông, hệ số nạp tăng lên 5 -7% và giảm được đường kính nấm xupáp, khiến cho các xupáp không bị quá nóng và tăng được sức bền.

* Nguyên lý làm việc: Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí được chia làm hai quá trình cơ bản sau: Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp và quá trình lò xo giãn đóng kín xupáp.

Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp: Khi động cơ làm việc trục khuỷu quay làm cho bánh xích dẫn động cơ cấu phân phối khí lắp ở đầu trục khuỷu quay theo, thông qua bộ truyền động xích trung gian (6) dẫn động các bánh xích (10) lắp ở đầu các trục cam do đó làm cho các trục cam đóng mở xupáp quay. Khi các vấu cam tiếp xúc với con đội (13).  Con đội bắt đầu chuyển động đi xuống tác động vào đuôi xupáp (4) ép lò xo xupáp (15) nén lại đồng thời xupáp chuyển động đi xuống làm mở các cửa nạp (nếu trong giai đoạn nạp khí vào xilanh động cơ) và cửa thải (trong quá trình thải) thực hiện quá trình nạp môi chất mới và thải khí cháy ra ngoài.

5.2. Dẫn động trục cam

Trục cam được bố trí phía trên nắp xilanh, khoảng cách giữa trục cam và trục khuỷu là rất lớn, nếu dùng phương pháp dẫn động bằng bánh răng sẽ rất phức tạp, cơ cấu dẫn động trở nên cồng kềnh, khi làm việc sẽ có tiếng ồn, vì thế trong trường hợp này  trục cam được sẽ được dẫn động bằng xích.

5.3. Kết cấu xup áp

 Xupáp là chi tiết trực tiếp cho dòng khí nạp vào buồng đốt và thải khí cháy ra ngoài với một thời gian ngắn trong một chu kì làm việc của pittông. Trong quá trình làm việc xupáp chịu phụ tải động và phụ tải nhiệt rất lớn.

* Phần nấm:

Kết cấu của nấm xupáp chẳng những có ảnh hưởng quyết định đến giá thành chế tạo xupáp mà còn ảnh hưởng đến độ bền, trọng lượng và tình trạng của dòng khí lưu động qua họng đế xupáp nữa. Nấm xupáp của động cơ Z6 được ta chọn là loại nấm bằng. Ưu điểm của loại này là đơn giản dễ chế tạo, có thể dùng cho cả xupáp xả và xupáp nạp.

* Phần thân xupáp:

Thân xupáp có đường kính thích đáng để dẫn hướng tốt, tản nhiệt tốt và chịu được lực nghiêng khi xupáp đóng mở. Để giảm nhiệt độ cho xupáp người ta có xu hướng tăng đường kính của thân xupáp và kéo dài ống dẫn hướng đến gần nấm xupáp. Nhưng do phải đảm bảo tiết diện lưu thông và gọn nhẹ nên thân xupáp cũng không thể làm quá lớn..

Thân xupáp nạp và thải có dạng hình trụ dài. Chỗ chuyển tiếp giữa thân và nấm có góc lượn

- Đường kính thân xupáp nạp: d_tn = (0,16  0,25) d_n = 0,198.28 = 5,5 (mm).

- Đường kính thân xupáp xả: d_tt = (0,16  0,25) d_n = 0,223.25 = 5,5(mm).

- Chiều dài của thân xupáp tùy thuộc vào cách bố trí xupáp. Nó thường thay đổi

- trong phạm vi khá lớn l_t = (2,5  3,5) d_n. Chiều dài của thân xupáp cần lựa chọn đủ để lắp ống dẫn hướng và lò xo xupáp.

- Chiều dài thân của xupáp nạp: l_tn = 2,5.28 = 70(mm).

- Chiều dài thân của xupáp xả: l_tt = 2,75.25 = 68,75 (mm).

5.3.1. Đế xu páp

Cơ cấu phân phối khí của động cơ đang thiết kế dùng xupáp treo, đường thải và đường nạp bố trí trong nắp xilanh. Để giảm hao mòn cho thân máy và nắp xi lanh khi chịu lực va đập của xupáp, người ta dùng đế xupáp ép vào họng đường thải và đường nạp. Vì thân máy và nắp xilanh được chế tạo bằng hợp kim nhôm nên đế xupáp được ép cho cả đường nạp và đường thải.

Mặt ngoài của đế là hình trụ trên có vát mặt côn để tiếp xúc với mặt côn của nấm xupáp. Đế được chế tạo bằng thép hợp kim chịu mài mòn.

- Đường kính họng đế xupáp nạp d_hn = 29,12 (mm).

- Đường kính họng đế xupáp xả d_ht = 24,74 (mm).

- Chiều cao của đế xupáp nạp h_n = (0,18 - 0,25) d_h = 0,25.29,12 = 7,28 (mm).

- Chiều cao của đế xupáp xả h_t = (0,18 - 0,25) d_h = 0,25.24,74 = 6,185 (mm).

5.3.3. Lò xo xu páp

Lò xo xupáp dùng để đóng kín xupáp trên đế xupáp và đảm bảo xupáp chuyển động theo đúng quy luật của cam phân phối khí, do đó trong quá trình mở đóng xupáp không có hiện tượng va đập trên mặt cam. Lò xo chịu tải trọng thay đổi theo chu kỳ và chịu dao động.Vật liệu chế tạo lò xo xupáp thường dùng dây thép có đường kính 3 - 5(mm), ta chọn 3 (mm) loại thép C65.

Kết cấu lò xo của xupáp nạp và xả trong động cơ là giống nhau. Lò xo có tổng cộng 8 vòng. Số vòng công tác là 6 (không kể 2 vòng đầu của lò xo). Nếu số vòng công tác của là xo càng ít thì mỗi vòng của lò xo biến dạng càng nhiều vì vậy lò xo chịu ứng suất xoắn càng lớn. Ngược lại, nếu số vòng công tác nhiều quá, lò xo quá dài, độ cứng của lò xo giảm, tần số dao động tự do thấp dễ bị cộng hưởng, sinh va đập với mặt cam.

5.3.4. Kết cấu con đội

Con đội là chi tiết máy truyền lực trung gian. Kết cấu của con đội gồm hai phần: phần dẫn hướng (thân con đội) và phần mặt tiếp xúc.

Động cơ XZ4-022 ta chọn loại con đội hình trụ vì loại con đội hình nấm dược dùng chủ yếu trong cơ cấu phân phối xupáp đặt. Khi dùng con đội hình trụ này thì dạng cam phân phối khí phải là cam lồi. Đường kính mặt tiếp xúc với cam phải có đường kính lớn để tránh hiện tượng kẹt.

- Đường kính đáy và chiều dài thân của con đội của xupáp nạp và xupáp thải như nhau.

- Đường kính thân con đội: d = 29,96  (mm).

- Chiều dài thân con đội: l = 27,5 (mm).

5.4 Kết cấu trục cam

Trục cam dẫn động trực tiếp xupáp. Động cơ thiết kế gồm 2 trục cam: Trên mỗi trục cam có các cam nạp và xả. Trên các trục cam có cam nạp dẫn động xupáp nạp và cam thải dẫn động xupáp thải riêng biệt, và các cổ trục. Ở đầu mỗi trục cam có gắn các bánh răng dẫn động trục cam. Để giảm bớt độ trượt giữa bánh răng dẫn động cam với cam ta lắp thêm vòng đệm ma sát.

Trục cam chịu hầu hết các lực của cơ cấu phân phối khí như: lực lò xo xupáp, lực quán tính con đội, lực khí thể bắt đầu thải, chịu mài mòn,… Vì vậy đòi hỏi trục cam phải có độ cứng vững, độ bền tốt.

* Cam nạp và cam xả:

Trên 2 trục cam, cam nạp và cam xả được bố trí liền trục nhau. Kích thước của các cam lớn hơn kích thước trục. Hình dạng của cam phụ thuộc vào pha phân phối khí và quy luật đóng mở xupáp.

- Số cam nạp: 8 cam.

- Số cam thải: 8 cam.

- Chiều cao cam nạp h_n =  45 (mm).

* Cổ trục và ổ trục cam:

Số cổ trục cam: Z = 5.

Các trục cam được cố định trên nắp máy bằng các ổ trục cam. Ổ trục cam được cắt thành hai nữa, dùng bulông để bắt chặt hai nữa ổ trục.

*Vòng đệm ma sát:

Khi cơ cấu phân phối làm việc sẽ xảy ra sự trượt tương đối giữa bánh răng dẫn động và trục cam. Điều này gây sai lệch pha phân phối khí làm giảm công suất động cơ. Vì vậy trong động cơ 1NZ - FE ở mỗi đầu trục cam nạp và thải, giữa các bánh xích dẫn động và đầu trục cam còn có lắp một vòng đệm ma sát. Với vòng ma sát này làm nhiệm vụ định vị bánh xích vào trục cam dễ dàng hơn, cản trở sự trượt tương đối giữa trục cam và bánh xích mang lại hiệu quả cao khi động cơ làm việc.

a) Xupáp nạp :

-  Đường kính họng đế xupáp nạp, d_hn=29,12 mm.

-  Đường kính lớn nhất của mặt nấm, d_nm=30 mm

-  Đường kính thân xupáp nạp  d_t = 5,5 mm

-  Góc nghiêng của mặt nấm      a=45^o

b) Xupáp thải :

-  Đường kính họng đế xupáp thải d_ht=24,74 mm

-  Đường kính mặt nấm lớn nhất  d_mn=25 mm

-  Đường kính thân xupáp thải  d_tt  = 5,5 mm

-  Góc nghiêng mặt nấm a  =45^o

c) Trục cam và biên dạng cam .

-  Đường kính Trục cam :d = 25 mm

-  Đường kính cổ Trục cam :d_ct= 33 mm

-  Chiều dài Trục cam :L=161 mm

-  Bề rộng mặt cam: b =12 mm

-  Bán kính vòng tròn chuẩn R=12,5 mm

5.4.1. Phân tích chọn dạng cam

5.4.1.1. Yêu cầu

Khi chọn dạng cam, cần phải xét các điểm sau:* Dạng cam phải đảm bảo cơ cấu phối khí có trị số “thời gian – tiết diện” lớn nhất nghĩa là khả năng lưu thông dòng khí lớn nhất. Vì vậy cam phải mở xupáp thật nhanh, giữ cho xupáp mở ở vị trí lớn nhất thật lâu và khi đóng thì đóng thật nhanh xupáp.

* Dạng cam phải thích hợp để giai đoạn mở và đóng xupáp có gia tốc và vận tốc nhỏ nhất. Do đó cơ cấu phân phối khí làm việc êm, ít va đập và hao mòn.

* Dạng cam phải đơn giản, dễ chế tạo.

Trên cơ sở đảm bảo 3 yêu cầu trên, động cơ ta thiết kế dùng loại cam lồi.

Cam của động cơ TOYOTA 1NZ-FE được ta chọn là loại cam thiết kế trên cơ sở định sẵn dạng cam. Với phương pháp này, mặt cam là tập hợp của những cung tròn, cung parabol hoặc đường thẳng.v.v. để dễ gia công. Sau đó căn cứ vào quy luật nâng đã định, đạo hàm hai lần với góc quay của trục cam để tìm quy luật gia tốc rồi kiểm tra xem có phù hợp với yêu cầu về gia tốc của cơ cấu phân phối khí hay không.

5.4.1.2. Dựng hình cam lồi.

Đường kính trục cam: d_c = 25 (mm).

Độ nâng lớn nhất của con đội: h = 7,86.(mm).

Bán kính lưng cam: R₁ = (1,52,5) h = 2,1.7,86 = 16,5 (mm).

Để thõa mãn dạng cam lồi của xupáp ta phải có điều kiện chọn h < r < h/2 - 7,86 < r < 3,93. Ta chọn bán kính cung đỉnh cam nạp: r = 4 (mm).

+ Vẽ vòng tròn tâm O bán kính R₁ = 16,5 (mm), xác định góc AOA’.

+ Trên đường phân giác của góc AOA’ ta lấy EC = h (E thuộc vòng tròn bán kính R₁).

+ Vẽ vòng tròn đỉnh cam có tâm O₁ bán kính r = 4 (mm) nằm trên đường phân giác đó. Vòng tròn này đi qua điểm C.

Kẻ O₁M vuông góc với OA. Xét tam giác vuông O₁MO₂ có:

(O₁O₂)² = (O₁M)² + (O₂M)².

Đặt D = R₁ + h_max – r = 16,5 + 7,86 – 4 = 20,36 (mm).

Kẻ O₁M vuông góc với OA. Xét tam giác vuông O₁MO₂ có:

 (O₁O₂)² = (O₁M)² + (O₂M)².

Đặt D = R₁ + h_max – r = 16,5 + 7,422 – 4 = 19,922 (mm).

PHẦN 5: THIẾT KẾ NHÓM THÂN MÁY NẮP MÁY

5.1 Thân máy và nắp máy

Thân máy và nắp máy là những chi tiết cố định và rất phức tạp để lắp hầu hết các cơ cấu và các hệ thống khác của động cơ. Hình dạng và kết cấu của chúng phụ thuộc chủ yếu vào yếu tố sau:

- Kiểu kết cấu (liền hay rời), kiểu loại động cơ (xăng, diesel, công suất nhỏ hay lớn, loại buồng cháy, cách bố trí vòi phun, cách bố trí xupap..)

- Phương  pháp làm mát ( bằng nước hay không khí)

- Phương pháp chế tạo( đúc hay hàn)..

* Cấu tạo thân - nắp máy và các-te:

Thân động cơ (hay còn gọi là thân  máy) là chi tiết cố định, là nơi chứa và lắp đặt các cơ cấu và hệ thống của động cơ. Những bộ phận này có thể được lắp ghép ở bên trong hoặc bên ngoài thân động cơ.

Có cấu tạo đa dạng, có thể liền khối hoặc nối bằng bulong hoặc gugiong

Thân động cơ có cấu tạo rất phức tạp, nó thường được chia 2 phần:

Chia 2 phần:

+ Phần lắp xylanh gọi là thân xylanh.

+ Phần lắp trục khuỷu gọi là các-te hoặc hộp khuỷu.

5.1.1. Thân máy

* Công dụng:

- Là nơi gá lắp các chi tiết của động cơ, thân máy bố trí xy lanh, hộp trục khuỷu, các bộ phận dẫn động trục cam, bơm dầu, bơm nhiên liệu, quạt gió...

- Lấy nhiệt từ thành vách xylanh toả ra môi trường xung quanh làm mát cho động cơ trong quá trình làm việc.

* Cấu tạo:

- Đúc bằng hợp kim nhôm: Hiện nay được dùng đa số trên các động cơ xe ô tô vì nó có ưu điểm là nhẹ, khi đó các ống lót xylanh được chế tạo bằng gang hoặc thép hợp kim; được gia công chính xác rồi ép vào các lỗ ở thân máy tạo thành các xylanh

- Đúc bằng gang: Các động cơ động loại này thường là động cơ Diesel tĩnh tại (máy phát điện, máy bơm…hoặc một số loại động cơ xăng trên ô tô đời cũ. Thân máy chế tạo bằng gang xám hoặc gang hợp kim. Sau khi đúc xong thân máy có các lỗ xylanh; các xylanh được gia công bằng các phương pháp công nghệ như mài, doa…để đạt độ chính xác về kích thước và độ bóng

5.1.2. Nắp máy

* Công dụng:

Nắp máy còn gọi là nắp xylanh cùng với xylanh và đỉnh piston tạo thành buồng cháy của động cơ.

Nắp máy còn dùng để lắp các chi tiết và cụm chi tiết bugi (động cơ xăng) hoặc vòi phun và một số chi tiết của cơ cấu phối khí, bố trí đường ống nạp, thải, áo nước làm mát, cánh tản nhiệt.

* Cấu tạo:

Cấu tạo nắp  tùy thuộc vào việc lắp đặt các chi tiết và cụm chi tiết trên đó.

Nắp máy động cơ làm mát bằng nước dùng cơ cấu phối khí xupap treo có cấu tạo khá phức tạp do phải cấu tạo đường ống nạp, thải và lỗ lắp các xupap.

Nắp máy động cơ làm mát bằng không khí dùng cơ cấu phân phối khí dùng cơ cấu phân phối khí xupap đặt hoặc động cơ hai kỳ có cấu tạo đơn giản hơn.

5.1.3. Các-te

* Công dụng:

Chứa dầu bôi trơn, bảo vệ phía dưới thân máy, bảo vệ trục khuỷu và làm mát động cơ. Đảm bảo cung cấp đủ dầu trong quá trình tăng tốc hoặc khởi hành.

* Phân loại:

Các te có hai loại đúc liền với thân máy và loại đúc rời rồi ghép lại với thân máy bằng bulong

* Cấu tạo:

Các-te là nơi lắp trục khuỷu của động cơ và nhiều bộ phận khác. Trục khuỷu có thể được lắp trên các ổ đỡ bằng bi hoặc bạc. Để tiện cho việc tháo lắp các ổ bằng bạc thường được chế tạo thành 2 nửa: nửa trên  đúc liền với thân máy, còn nửa dưới rời và được bắt vào nủa trên các bulong. Ngoài ra trong các-te của động cơ còn có thể lắp bơm dầu bôi trơn, trục cam của cơ cấu phối khí, trục dẫn động bộ chia điện của hệ thống đánh lửa...Đối với các động cơ làm mát bằng không khí thì thân máy không có phần block xylanh mà chỉ có phần các-te. Các xylanh cùng với bộ cánh tản nhiệt được chế tạo riêng biệt và được lắp lên các-te nhờ các bulong.

KẾT LUẬN

Do đây là lần đầu tiên thực hiện một đồ án chuyên ngành về động cơ nên chắc chắn em còn mắc nhiều sai sót trong tính toán, vẽ hình, lựa chọn thông số, kết cấu cũng như không đủ thời gian để có thể tìm hiểu thêm các tài liệu tham khảo và các thiết kế chi tiết trong hệ thống.

Em xin chân thành cảm ơn thầy: TS….....……… đã tận tình hướng dẫn làm việc, chỉ bảo em trong quá trình thực hiện đồ án, giúp em củng cố những kiến thức đã học cũng như cung cấp thêm những kiến thức thực tế rất bổ ích. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn đã nhiệt tình trả lời những thắc mắc của em trong quá trình thực hiện đồ án.

   Kính chúc quí thầy cô dồi dào sức khoẻ!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Văn Thị Bông - Vy Hữu Thành - Nguyễn Đình Hùng, Hướng dẫn đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia TP. HCM.

[2]. Hồ Tấn Chuẩn - Nguyễn Đức Phú - Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến, Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong (Tập II), Nhà xuất bản giáo dục Hà Nội.

[3]. Ninh Đức Tốn, Dung sai và lắp ghép, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"