Đồ án động cơ đốt trong 2 GR-FE

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ
Động cơ 2GR-FE là động cơ đặt ngang, sử dụng trên xe ô tô toyota camry.
Đây là loại động cơ dung tích 3.5 lít; bố trí chữ V6( góc nghiêng 60 độ); sử dụng
24 xu páp; trục cam kép DOHC với hệ thống VVT-i kép.

1.1: Tham số kỹ thuật của động cơ.
- Tên,ký hiệu động cơ: Động cơ Toyota 2GR-FE.
- Chủng loại: Động ơ xăng bốn kỳ.
- Cách bố trí xy lanh: Kiểu chữ V-6 xy lanh.
- Phương thức làm mát: Tuần hoàn cưỡng bức.
- Địa chỉ ứng dụng: Sử dụng trên xe Toyota camry 2007.
- Các tham số S/D: 83/94.
- Công suất cực đại Nemax: 277 ml.
- Tốc độ trục khuỷu tương ứng n: 6200 v/ph.
- Mô men xoắn lớn nhất Memax: 346 Nm.
- Tốc độ trục khuỷu tương ứng n: 4700 v/ph.
- Suất tiêu hao nhiên liệu thấp nhất:
- Suất tiêu hao dầu bôi trơn:
- Cách bố trí: Xu páp được bố trí trên nắp máy.
- Cách dẫn động xu páp: Dẫn động bằng xích, khe hở xu páp tự động điều chỉnh.
- Cơ cấu xu páp: 24 xu páp DOHC, VTT-i kép.
- Nhiên liệu: Xăng


- Hệ thống phun nhiên liệu: EFI, phun nhiên liệu đa điểm.
- Hệ thống đánh lửa: DIS-6
- Hệ thống làm mát: Hệ thống làm lạnh cổ điển.
1.2: Cơ cấu khuỷu trục-thanh truyền .
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền làm nhiệm vụ dẫn lực từ khí sinh ra buồng
cháy và biến đổi chuyển động tịnh tiến của pittons thành chuyển động quay.
Cơ cấu chính của trục khuỷu thanh truyền là: nhóm chi tiết cố định, nhóm

piton, nhóm thanh truyền và nhóm trục khuỷu
1.2.1. Nhóm chi tiết cố định.
- Thân máy: Các khối xy lanh được làm bằng hợp kim nhôm. Góc giữ hai hàng
xylanh γ = 60o. Hộp trục khuỷu được đúc liền với khối thân xy lanh. Khoảng cách
giữa đường tâm 2 xy lanh cùng một hàng là 105,5 cm. Khoảng cách giữa đường
tâm 2 xy lanh theo thứ tự ở hai hàng là 36,6 cm. . Kết quả là làm kích thước động
cơ nhỏ gọn hơn. Nước được cung cấp vào các lỗ khoan giữa các xylanh để làm mát
và cho phép xây dựng nhiệt độ của các bức ngăn được thống nhất

- Nắp qui lát: : Nắp che đậy quy lát bằng nhôm trọng lượng nhẹ, sức bền không
cao. Dùng hộp trục cam để đơn giản hóa kết cấu của nắp qui lát. Nắp trục cam nạp
và xả được đúc thành một chi tiết. Để cải thiện áp suất khí nạp, ống nạp được làm
đường kính nhỏ dần về phía buồng đốt. Nắp có đường ống dẫn dầu để cung cấp
dầu bôi trơn.
- Gioăng nắp máy (Quy lát): Gioăng nắp máy được làm bằng những lá thép mỏng
có tác dụng nâng cao độ kín khít, hiệu suất và độ bền.


- Ống lót xy lanh: Ống lót xylanh là loại có ngạnh, là ống lót xylanh khô,đã được
chế tạo có hình dạng bên ngoài của chúng tạo thành một bề mặt không đều lớn để
tăng cường độ bám dính giữa các ống lót và xylanh nhôm, giúp cải thiện quá trình
tản nhiệt dẫn đến nhiệt độ tổng thể thấp hơn và giảm biến dạng nhiệt các vách
xylanh.
- Ổ đỡ: Ổ đỡ được làm bằng hợp kim nhôm.
- Nhược điểm: Việc bố trí động cơ V6, đặt ngang khiến sửa chữa,tiếp cận động cơ
khó khăn. Trong một số trường hợp phải treo động cơ để sửa chữa.
1.2.2: Nhóm pít tông.
Trong các chi tiết chuyển động của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, các chi
tiết thuộc nhóm pít tông- thanh truyền là các chi tiết chịu phụ tải lớn cả về cơ và
nhiệt, các chi tiết chịu mài mòn nhanh gồm pít tông, xéc măng và bạc lót ở đầu

nhỏ, bạc lót ở đầu to thanh truyền.
A: Pít tông
- Pít tông được làm bằng hợp kim nhôm.
- Đầu pít tông có dạng lóc côn để thực hiện hiệu quả việc đốt cháy nhiên liệu
- Pít tông được làm bóng để giảm ma sát khi làm việc và tăng khả năng truyền
nhiệt, tăng tuổi thọ của động cơ.
- Các rãnh của vòng trên cùng được phủ một lớp oxit anot để cải thiện khả năng
chịu mài mòn và chống ăn mòn của pit tông.
- Tất cả các pít tông đều có cùng kích thước và trọng lượng.
B. Chốt pít tông.
-Chốt pít tông được làm bằng thép cacbon,được thấm than,nito hóa và sử dụng các
biện pháp nhiệt luyện để tăng độ cứng. Chốt pít tông được lắp kiểu bơi.
- Chốt pít tông được làm bằng thép cacbon, được thấm than, nitơ hóa…. Và sử
dụng các biện pháp nhiệt luyện để tăng độ cứng. Choốt pít tông được lắp kiểu tự
do (bơi). Hai đầu của chốt có hai khóa hãm để hạn chế dịch chuyển dọc trục của
chốt. Khi lắp cần nung nóng pít tông trong dầu ở 80-90 độ C.
C. Xéc măng.
- Xéc măng được chế tạo từ gang hợp kim,trên bề mặt có mạ crom để tăng khả
năng chịu mài mòn. Mỗi xy lanh sử dụng 2 xéc măng khí và 1 xéc măng dầu.
1.2.3: Nhóm thanh truyền.
- Thanh truyền có độ bền cao, dùng 2 bu lông để siết chặt 2 nửa đầu to.
- Vòng bi nhôm được sử dụng cho các vòng bi thanh truyền.


- Bề mặt của bạc lót thanh truyền có dạng vi cam để nhận ra một lượng tối ưu của
dầu giải phóng. Từ đó hiệu suất làm nguội động cơ được cải thiện,giảm rung chấn
trong quá trình làm việc.
- Động cơ có sáu thanh truyền, góc lệch giữa 2 hàng thanh truyền là 60 độ.
1.2.4: Nhóm trục khuỷu.
- Trục khuỷu được làm bằng thép, có khả năng chịu lực tốt, có bốn cổ trục và năm

đối trọng được giữ bởi các bu lông gồm bốn bu lông chính và hai bu lông bên
nhằm tăng tối đa độ cứng vững.

- Gia công góc lượn giữa cổ trục, chốt khuỷu ,má khuỷu để giảm tập trung ứng suất
giúp tăng sức bền trục khuỷu.
1.3: Cơ cấu phân phối khí.
- Cơ cấu cam nạp xả với hai trục cam phía trên xy lanh –DOHC
- Sử dụng hệ thống DVVT-i - Dual Variable Valve Timing with Intelligence: Hệ
thống điều khiển xu-páp kép với góc mở biến thiên thông minh.
- Các trục cam được chế tạo bằng hợp kim gang
- Các trục cam nạp được đều khiển bởi trục khuỷu thông qua truyền động xích
chính. Trục cam cửa nạp của hàng xylanh tương ứng kéo theo trục cam thải thông
qua truyền động xích thứ hai. Các xu páp được điều khiển trực tiếp bởi 4 trục cam.
Bộ điều khiển VVT-i được cài đặt trên cả trục nạp và trục xả. Khoảng thời gian
thay đổi là -40độ đối với lượng và 35độ đối với khí thải. Ống dẫn dầu được chế tạo
trong trục cam để cung cấp dầu động cơ tới hệ thống DVVT-i. Một rô to điều chỉnh
thời gian được chế tạo phía trước của bộ điều khiển DVVT-I để phát hiện các vị trí
thực tế của trục cam nạp.


1.4: Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí.
- Sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử EFI, phun nhiên liệu đa điểm.
-Sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu không đường hồi.
- Sử dụng kim phun nhiên liệu loại 12 lỗ nhỏ để cải thiện việc phun tơi nhiên liệu.
- Sử dụng ACIS- hệ thống nạp khí cso chiều dài hiệu dụng thay đổi.

1.5: Hệ thống làm mát.
- Sử dụng hệ thống làm lạnh cổ điển. Làm mát dưới hình thức áp lực lưu thông
cưỡng bức. Sử dụng dây đai serpentine, cánh quạt bằng thép không rỉ, nhiệt độ cơ
khí (80-84 độ C). Cơ chế bướm ga được làm nóng để chống lại sự đóng băng. Một

số phiên bản được trang bị bộ làm mát dầu. Động cơ được trang bị bộ điều khiển
động cơ quạt riêng, cho phép điều chỉnh tốc độ quạt tùy thuộc vào nhiệt độ làm
mát, áp suất lạnh,tốc độ động cơ,tốc độ xe.
- Sử dụng dung dịch làm mát chính hãng Toyota SLLC ( Super Long Life
Coolant).


1.6: Hệ thống bôi trơn.
- Bơm dầu được điều khiển trực tiếp bởi trục khuỷu,dầu dư thừa không thoát
xuống các-te mà được bơm ngược trở lại đầu bơm. Đầu phun dầu sử dụng để bôi
trơn và làm mát cho piston. Các vòi phun dầu để làm mát và bôi trơn các pít tông
được thiết kế ở giữa 2 dãy xylanh trong khối xylanh. Các bộ lọc dầu được gắn trên
một khung lọc dầu được đặt trên bờ trái, do đó các bộ lọc dầu có thể được thay dễ
dàng.


1.7: Hệ thống khởi động.
- Sử dụng hệ thống khởi động mới- 1,7 kW với bánh răng hành tinh,nam châm
vĩnh cửu.


PHẦN II: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC
CỦA ĐỘNG CƠ.
I. Mục đích tính toán.
+ Mục đích của việc tính toán chu trình công tác là xác định các chỉ tiêu về
kinh tế, hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc của động cơ.
+ Kết quả tính toán cho phép xây dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình để
làm cơ sở cho việc tính toán động lực học, tính toán sức bền và sự mài mòn các chi
tiết của động cơ.
+ Phương pháp chung của việc tính toán chu trình công tác có thể áp dụng

để kiểm nghiệm động cơ sẵn có, động cơ được cải tiến hoặc thiết kế mới.
+ Việc tính toán kiểm nghiệm động cơ sẵn có cho ta các thông số để kiểm tra
tính kinh tế và hiệu qủa của động cơ khi môi trường sử dụng hoặc chủng loại nhiên
liệu thay đổi. Đối với trường hợp này ta phải dựa vào kết cấu cụ thể của động cơ
và môi trường sử dụng thực tế để chọn các số liệu ban đầu.
+ Đối với động cơ được cải tiến hoặc được thiết kế mới, kết quả tính toán
cho phép xác định số lượng và kích thước của xy lanh động cơ cũng như mức độ
ảnh hưởng của sự thay đổi về mặt kết cấu để quyết định phương pháp hoàn thiện
các cơ cấu và hệ thống của động cơ theo hướng có lợi. Khi đó phải dựa vào kết quả
của việc phân tích thực nghiệm đối với các động cơ có kết cấu tương tự để chọn
các số liệu ban đầu.
+ Việc tính toán chu trình công tác còn được áp dụng khi cường hoá động cơ
và xây dựng đặc tính tốc độ bằng phương pháp phân tích lý thuyết nếu các chế độ
tốc độ khác nhau được khảo sát.
II. Chọn các số liệu ban đầu.
- Công suất có ích lớn nhất Nemax=277 ml tại n=6200 v/ph
- Momen xoắn có ích lớn nhất Memax=346 Nm tại n=4700 v/ph
- Số vòng quay trong 1 phút của trục khuỷu n=4700 v/ph
- Tốc độ trung bình của piston: 13m/s
- Số xylanh của động cơ: 6
- Tỷ số giữa hành trình piston và đường kính xylanh S/D: 83/94
- Hệ số kết cấu λ: 1/4
- Tỷ số nén: 10,8
- Hệ số dư lượng không khí : 1.1
- Nhiệt độ môi trường T0: 240C=297oK
- Áp suất của môi trường p0: 0,103 Mpa
- Hệ số khí nạp ηv: 0,75
- Áp suất khí thể cuối quá trình thải cưỡng bức pr: 0,12 MPa
- Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr: 1000oK

- Độ sấy nóng khí nạp ΔT = 30oK
- Chỉ số nén đa biến trung bình n1 = 1,37
- Hệ số sử dụng nhiệt: ζz = 0,85.
- Nhiệt trị thấp nhất của nhiên liệu: QT = 44x103 (KJ/Kgnl).
- Tỷ số giãn nở đa biến trung bình: n2 = 1,25.
- Áp suất khí quét: Pk = 0,18 Mpa.
- Tỷ số nén đa biến trung bình của không khí: m= 1,65.
III. Tính toán các quá trình của chu trình công tác.
1. Tính toán quá trình trảo đổi khí .
- Hệ số khí sót γr
γr =
- Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta
Ta =
- Áp suất cuối quá trình nạp pa
2.
Tính toán quá trình nén.
- Áp suất cuối quá trình nén:
pc = pa.εn1 = 0,096 10,81,37 = 2,5 (Mpa)
- Nhiệt độ cuối quá trình nén:
Tc = Ta.εn1-1 =357,10 x 10,80,37 = 861.3 (oK)
3. Tính toán quá trình cháy.
* Tính toán tương quan nhiệt hóa.
-Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu thể
lỏng:
Mo=
=
- Lượng khôn gkhis thực tế nạp vào xylanh động cơ ứng với 1kg nhiên liệu lỏng:
Mt = α Mo = 1,1 x 0,512 = 0, 563 (Kmol/kgnl)
- Lượng hỗn hợp cháy M1 tương ứng với lượng không khí thực tế Mt đối với động

cơ xăng:
M1 = Mt +

= 0,563 +

= 0,572 (Kmol/kgnl)


- S mol ca sn vt chỏy:
M2= Mo+
= 0, 563+
- H s thay i phõn t lý thuyt o

= 0,599(Kmol/kgnl)

o = M2/M1 =
= 1,047
- H s thay i phõn t thc t :
=
=
* Tớnh toỏn tng quan nhit ng.
àcvc = 20,223 + 1,742.10-3 Tc

=20,233 + 1,742 . 10-3 . 861.3= 21.731
- Nhit dung mol ng tớch trung bỡnh ca khớ th ti im z.

àcvz

=20,098+ 0,837+(1,55+1.254). .

=20,935+2,804..
- Nhiệt độ cuối quá trình cháy T z đợc xác định theo phơng
trình nhiệt động của quá trình cháy sau:

Trong đó : A = 2.93., B = 21.87, C = 80607.546
Sau khi giải phơng trình bậc 2 ta đợc 2 nghiệm là:


Tz1= -10121.38(L); Tz2= 2705.27 (TM)
Vậy nhiệt độ cuối quá trình cháy là Tz = 2705.27oK
- Tỷ số tăng áp:

=1,05.

= 3.14

- p sut cui quỏ trỡnh chỏy pz:
pz = p pc = 3,14 x 2,5 = 7.85 (Mpa)
4: Tớnh toỏn quỏ trỡnh dón n:
- p sut cui quỏ trỡnh dón n Pb:
Pb =
=
= 0,37 (Mpa)
- Nhit cui quỏ trỡnh dón n Tb:
Tb =
=
=1492.29 (oK)
5: Kim tra kt qu tớnh toỏn:

Tr = Tb/

= 1492.29 /

= 1025 oK

Kim nghim : Tr =
= 2.5 % < 3% (tha món)
IV: Xỏc nh cỏc thụng s ỏnh giỏ chu trỡnh cụng tỏc v s lm vic ca ng
c:
1: Cỏc thụng s ch th:
- p sut ch th trung bỡnh lý thuyt: Pi

Pi =

=
=1.5 (Mpa)
- p sut ch th trung bỡnh thc t: Pi
Pi = P i x


Với φđ = 0,96
- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị: gi

gi =
- Hiệu suất chỉ thị: ηi

(MPa)

=

=209.53 (g/KWh)

ηi =
=
2: Các thông số có ích:
- Áp suất tổn hao cơ khí trung bình: pcơ
Pcơ = 0,04+0,0135CTB
Với CTB =

=

=0,56

=13 (m/s)
= 0,2155

- Áp suất có ích trung bình: Pe
pe = pi - pcơ = 1,44 – 0,2155 = 1.22 (MPa)
- Hiệu suất cơ khí: ηcơ

ηcơ =
=
= 0,84
- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích: ge

ge =

=

=287,03 (g/KWh)

Hiệu suất có ích ηe =ηcơ .ηi = 0,84 x 0,46 = 0,47
- Thể tích công tác của động cơ:

- Công suất có ích: Ne

Với τ = 4, I = 6


- Mô mem xoắn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán: Me

- Me =

Kiểm nghiệm:
(Thỏa mãn)
V: Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác:
a) Khái quát :
+ Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn các quá trình của chu trình công tác xảy ra
trong xy lanh động cơ trên hệ toạ độ p-V. Việc dựng đồ thị được chia làm hai bước:
dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết và hiệu chỉnh đồ thị đó để được đồ thị công chỉ
thị thực tế.
+ 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.
+ 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.
b) Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết
+ ở đồ thị công chỉ thị lý thuyết, ta thấy là chu trình kín a-c-y-z-b-a. Trong đó quá
trình cháy nhiên liệu được thay bằng quá trình cấp nhiệt đẳng tích c-y và cấp nhiệt

đẳng áp y-z, quá trình trao đổi khí được thay bằng quá trình rút nhiệt đẳng tích b-a.
Thứ tự tiến hành dựng đồ thị như sau:
+ Thống kê giá trị của các thông số đã tính ở các quá trình như áp suất khí thể ở
các điểm đặc trưng pa, pc, pz, pb, chỉ số nén đa biến trung bình n 1, chỉ số dãn nở đa
biến trung bình n2, tỷ số nén ε , thể tích công tác Vh, thể tích buồng cháy Vc và tỷ
số dãn nở sớm ρ.
Theo kết quả phần tính toán nhiệt, ta có:
-Nhiệt độ cuối quá trình nạp:
Ta=357,1

[0K]

- Áp suất cuối quá trình nạp:
pa= 0,096
- Nhiệt độ cuối quá trình nén:

[MN/m2]


[0K]

Tc= 861,3
- Áp suất cuối quá trình nén:

[MN/m2]

pc= 2,5
- Nhiệt độ cuối quá trình cháy:
Tz= 2705.27

[0K]

- Áp suất cuối quá trình cháy:
[MN/m2]

pz= 7.85
- Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở:
Tb= 1492.29

[0K]

- Áp suất cuối quá trình giãn nở:
[MN/m2]

pb= 0,37

Tỷ số dãn nở sớm
AB(mm)

==
Vh(dm )

83

OO’ (mm)
10

μp (Mpa/mm)

3.6.10-3

0,03

-Thể tích cuối quá trình nén Vc
Giá trị của Vc được xác định theo công thức sau:

[dm3]

Vc=
Thay số vào ta được:

Vc=

=0,05877

μv (dm /mm)

[dm3]


- Thể tích cuối quá trình nạp Va
Giá trị của Va được xác định theo công thức sau:
[dm3]

Va=Vc+Vh
Thay số vào ta được:

[dm3]

Va=0,05877+0,576=0,634

e1(e2 Vn,d= pn=pa.e1^n pd=pb.e2^n
pn
pd
)
Va/e1,2
1
2
(mm)
(mm)
1
0.634
0.096
0.370
3.200 12.333
2
0.317
0.248
0.880
8.271 29.334
3
0.211
0.432
1.461
14.415 48.695
4
0.159
0.641
2.093
21.378 69.768

5
0.127
0.871
2.766
29.023 92.213
6
0.106
1.118
3.474
37.258 115.816
7
0.091
1.381
4.213
46.019 140.428
8
0.079
1.658
4.978
55.256 165.937
9
0.070
1.948
5.768
64.933 192.258
10
0.063
2.250
6.580
75.015 219.321

10,8
0.059
2.501
7.244
83.357 241.468

Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công thực tế.
pz' = 0,9pz

= 0,9. 7,85 = 7,065

[MPa]

=> pb = 7,065/ (10,8 1,25)= 0,36
pc'' = 1,25pc = 1,25.2,5

= 3.125

[MPa]
[MPa]

Vẽ vòng tròn Brich để xác định và dựa vào góc đánh lửa sớm ; và các góc
mở sớm, đóng muộn xupap nạp, thải ( Bảng dưới). Lần lượt xác định được các
điểm c’ ,f, ao, b’,d trên hình vẽ.
Supap nạp
Mở sớm (f)

Đóng muộn
(ao)

Supap thải
Mở sớm (b’)

Đóng muộn (d)


Giá trị

30o

300

400

200

VI. Dựng đặc tính ngoài của động cơ:
Để dựng đặc tính ta chọn trước 1 số giá trị trung gian của số vòng quay n
trong giới hạn giữa nmin và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng theo các
biểu thức sau:
Mục đích của việc dựng đường đặc tính ngoài của động cơ là để biểu thị sự
phự thuộc của các chỉ tiêu như công suất có ích N e , mô men xoắn có ích Me, lượng
tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Gnl và suất tiêu hao nhiên liệu có ích g e vào tốc độ
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 quay trục khuỷu thay đổi
Để dựng đường đặc tính, ta chọn trước thông một số giá trị trung gian của tốc
độ quay n trong giới hạn giữa n min và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng
của Ne, Me, ge theo các biểu thức sau:

*

[kW]

*

[Nm]

*

[g/KW.h]
Trong đó:
: Công suất có ích lớn nhất [kW].
: Tốc độ quay ứng với công suất có ích lớn nhất [v/ph].
: Mô men xoắn lớn nhất ứng với tốc độ quay nN [Nm].


: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với tốc độ quay n N [g/kW

,

,

: Là các giá trị biến thên của công suất, mô men xoắn và suất tiêu

hao nhiên liệu có ích ứng với tốc độ quay được chọn trước.
* Giá trị biến thên của Gnl được xác định theo từng cặp giá trị tương ứng của
ge và Ne theo biểu thức:
Gnl = ge Ne

[kg/h]

Trong đó: ge được tính bằng [kg/KW.h] và Ne [KW].
* Chọn giá trị của n biến thiên từ n min = 600 [v/ph] đến nmax = 4700 [v/ph].
Kết quả tính toán của

,

,

, Gnl ứng với từng giá trị của n được ghi trong

bảng sau:

TT

n (v/ph)

Ne (kW)

Me (Nm)

ge (g/kWh)

Gnl (kg/h)

1

600

39.300

375.107

311.536

12.243


2

800

53.808

385.191

302.233

16.263

3

1000

68.808

394.053

293.761

20.213

4

1200

84.170

401.693

286.120

24.083

5

1400

99.767

408.110

279.312

27.866

6

1600

115.471

413.305

273.335

31.562

7

1800

131.154

417.278

268.189

35.174

8

2000

146.687

420.028

263.875

38.707

9

2200

161.942

421.556

260.393

42.169

10

2400

176.793

421.862

257.742

45.567

11

2600

191.109

420.945

255.923

48.909

12

2800

204.764

418.806

254.936

52.202

13

3000

217.629

415.444

254.780

55.447

14

3200

229.576

410.861

255.455

58.646

15

3400

240.478

405.055

256.963

61.794

16

3600

250.205

398.026

259.302

64.879

17

3800

258.631

389.775

262.472

67.883

18

4000

265.626

380.302

266.474

70.783

19

4200

271.064

369.607

271.308

73.542

20

4400

274.815

357.689

276.973

76.116

21

4600

276.752

344.548

283.470

78.451

22

4700

277.000

337.520

287.030

79.507

Đồ thị đường đặc tính của ngoài động cơ 2GR-FE:


PHẦN III: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC
III.1: Mục đích:
- Phần tính toán động lực học của đồ án nhằm xác định quy luật biến thiên
của lực khí thể, lực quán tính và hợp lực tác dụng lên pít tông cũng như các lực
tiếp tuyến và pháp tuyến tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu. Trên cơ sở đó sẽ xây dựng
đồ thị véc tơ lực tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu, cổ trục và bạc đầu to thanh truyền
cũng như đồ thị mài mòn bề mặt.Từ các đồ thị véc tơ phụ tải ta biết được 1 cách

định tính tình trạng chịu lực của bề mặt và mức độ độ đột biến của tải thông qua hệ
số va đập.
III.2: Triển khai đồ thị p – V thành đồ thị lực khí thể P k tác dụng lên pít tông
theo góc quay α
Đồ thị công chỉ thị thể hiện sự biến thiên áp suất tuyệt đối bên trong Xylanh
theo sự thay đổi thể tích của xylanh trong suốt một chu trình công tác (hai vòng
quay của trục khuỷu- tương ứng với 4 hành trình của Piston đối với động cơ 4 kỳ).
Lực khí thể được tạo bởi sự chênh áp suất giữa bề mặt trên và dưới đỉnh
Piston và được xác định như sau:

[MN]
Trong đó:


p : áp suất khí thể trong Xylanh [MPa];
p0 : áp suất phía dưới đỉnh Piston [MPa]
Chọn p0=0,103[MPa]≈ áp suất môi trường.
D: Đường kính danh nghĩa của Piston, [m].
Lực Pk được coi như tập trung thành một véc tơ tác dụng theo phương đường
tâm Xylanh và cắt đường tâm chốt Piston (bỏ qua hệ số lệch tâm k để đơn giản cho
quá trình tính toán).
Ta triển khai đồ thị công thành đồ thị lực khí thể theo góc quay của trục khuỷu
như sau:
* Dựng trục hoành (trục góc quay ) ngang bằng với đường nằm ngang thể
hiện áp suất po của môi trường trên đồ thị công.

* Trục tung thể hiện lực Pk với một tỷ lệ xích µP =µp
Trong đó:

µp tỷ lệ xích áp suất trên đồ thị công

D: Đường kính Xylanh.
Ta có D=94 [mm]

Với µp = 0, 03
Thay số vào ta có:

µP =0,03

Do đó: µP = 0, 000208


Việc xác định quan hệ giữa chuyển vị Piston và góc quay α có thể thực hiện
bằng phương pháp vòng tròn Brich, các bước như sau:
- Về phía dưới trục hoành đồ thị công p- V, tâm O, (đường kính AB này tương
ứng với hành trình Piston S= 2R= 83.10 -3 [m]

của

động cơ thực; A tương ứng với

điểm chết trên, B ứng với điểm chết dưới).
⇒ AB = 83 mm

- Về phía điểm chết dưới, xác định điểm OO’ sao cho

Với λ =

=

≈ 0,25 ⇒ OO = 10 [mm]

- Từ O' dựng tia tạo góc α với O'A, tia này cắt vòng tròn Brich tại một điểm.
Từ đó dựng đường song song với trục áp suất, cắt đồ thị công tại các điểm tương
ứng với quá trình nạp, nén, giãn nở hoặc thải). Từ giao điểm đó gióng sang ngang
đồ thị lực khí thể và cắt đường thẳng tương ứng gióng từ trục α lên. Giao điểm dó
chính là độ lớn của lực khí thể tại góc α tương ứng trên đồ thị lực khí thể Pk-α.
- Lần lượt lấy các góc α lớn dần α= 15o, 25o, 35o,…. Và tiến hành tương tự
như trên ta dược tập hợp các diểm trên đồ thị Pk - α.
- Nối các giao điểm nhận được bằng đường cong liên tục ta được dồ thị biến
thiên của lực khí thể theo góc quay α của trục khuỷu trong một chu trình công tác
của Xylanh.
- Đối với động cơ 2GR-FE, trục hoành thể hiện góc α từ 0o đến 720o
Minh họa triển khai đồ thị công p-V thành đồ thị lực khí thể Pk - α
TT

α (Độ)

p (Mpa)

Pk (MN)

Pk (mm)

1

0

0.102

-0.000007

-0.023133

2

15

0.096

-0.000049

-0.161928

3

30

0.096

-0.000049

-0.161928


4

45

0.096

-0.000049

-0.161928

5

60

0.096

-0.000049

-0.161928

6

75

0.096

-0.000049

-0.161928

7

90

0.096

-0.000049

-0.161928

8

105

0.096

-0.000049

-0.161928

9

120

0.096

-0.000049

-0.161928

10

135

0.096

-0.000049

-0.161928

11

150

0.096

-0.000049

-0.161928

12

165

0.096

-0.000049

-0.161928

13

180

0.096

-0.000049

-0.161928

14

195

0.099

-0.000028

-0.092530

15

210

0.111

0.000056

0.185061

16

225

0.129

0.000180

0.601447

17

240

0.153

0.000347

1.156630

18

255

0.183

0.000555

1.850608

19

270

0.216

0.000784

2.613983

20

285

0.267

0.001138

3.793745

21

300

0.399

0.002054

6.847248

22

315

0.630

0.003657

12.190877

23

330

1.119

0.007051

23.502715

24

345

2.529

0.016836

56.119673

25

360

7.056

0.048252

160.840925

26

375

5.667

0.038613

128.709752

27

390

3.474

0.023394

77.979974

28

405

2.058

0.013567

45.224221

29

420

1.353

0.008675

28.915742

30

435

0.939

0.005802

19.338849

31

450

0.774

0.004657

15.521971


32

465

0.660

0.003865

12.884855

33

480

0.558

0.003158

10.525330

34

495

0.477

0.002595

8.651590

35

510

0.393

0.002013

6.708452

36

525

0.273

0.001180

3.932541

37

540

0.204

0.000701

2.336392

38

555

0.204

0.000701

2.336392

39

570

0.165

0.000430

1.434221

40

585

0.141

0.000264

0.879039

41

600

0.129

0.000180

0.601447

42

615

0.126

0.000160

0.532050

43

630

0.126

0.000160

0.532050

44

645

0.126

0.000160

0.532050

45

660

0.123

0.000139

0.462652

46

675

0.123

0.000139

0.462652

47

690

0.123

0.000139

0.462652

48

705

0.120

0.000118

0.393254

49

720

0.120

0.000118

0.393254

III.3: Quy dẫn khối lượng chuyển động:
Với D = 94 mm
chọn tham khảo mã hiệu động cơ n-16
Khối lượng nhóm pittong (g)
Pittong
920

Xéc măng

Xéc măng

Vòng đàn

Chốt

khí

dầu

hồi

pittong

24,0

21,0

_

300

Vòng hãm
2


Khối lượng nhóm thanh truyền (g)
Bạc lót

Thanh

đầu

truyền

nhỏ

920

70

Nắp
đầu to
380

Bạc lót

Bu
lông

62

Khối lượng

Khối lượng quy

quy dẫn về đầu

dẫn về đầu nhỏ

52

to
1151

447

Khối lượng tổng : 1598(g)
Khối lượng trục khủy (g)
Trục khủy

Bánh đà

10000

32600

Khối lượng chuyển động tịnh tiến mj :
Khối lượng chuyển động tịnh tiến mj được xác định theo công thức sau:
mj = m p + m c + m g + m 1 + m x

[kg]

Trong đó:
mp = 0.92

: Khối lượng toàn bộ Piston, [kg].

mx = 0,045 : Khối lượng các Xéc-măng, [kg].
mc = 0,302 : Khối lượng chốt Piston và khóa hãm, [kg].
m1 = 0,447 : Khối lượng thanh truyền quy dẫn về đường tâm chốt Piston,
[kg]
mg = 0: Khối lượng guốc trượt (không có), [kg].
=> mj = 0.92+0.045+0.302+0.447=1.714[kg].

III.4: Lực quán tính và tổng lực, lực tiếp tuyến và pháp tuyến:
Lực quán tính do khối lượng chuyển động tịnh tiến mj gây nên thường được
gọi tắt là lực quán tính chuyển động tịnh tiến:
Pj = - mj. Rω2 (cosα + λ cos 2α). 10-6

[MN]


Trong đó:

Bán kính quay của trục khuỷu: R = 0.0415 [m];

Vận tốc góc của trục khuỷu: ω =

=

=491.933

[

]

λ = 0,25

Hệ số kết cấu:

Khối lượng chuyển động tịnh tiến: mj = 1.714 [kg]
Lực Pj thay đổi trong suốt chu trình công tác của động cơ và được coi như có
phương tác dụng trùng với phương của lực khí thể Pk .
Tổng lực khí thể và lực quán tính chuyển động tịnh tiến:
PΣ = Pk + Pj [MN]
Dựa trên kết quả tính lực Pj trong bảng, tiến hành xây đường cong biến thiên
lực Pj trên đồ thị Pk-α với cùng tỷ lệ xích μP như đối với lực khí thể.
Cộng trực tiếp hai đồ thị Pk và Pj hoặc dựa vào bảng biến thiên PΣ để xây
dựng đồ thị lực PΣ.
Với khối lượng thanh truyền quy dẫn về tâm đầu to thanh truyền m 2
m2 = 1.151[kg]
Lực quán tính Pr2:
Pr2 = -m2.Rω2.10-6 =-1151.10-3.41,5.10-3.(491.933)2.10-6= - 0,0115 [MN]
Lực tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu:
Qck=

[MN]

Ta xác định các trị số tức thời của lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z theo
công thức:

T= P .

: Z= P .

Trong đó: chuyển vị góc β được xác định theo công thức: