BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ( CƠ CẤU SINH LỰC)

BÁO CÁO
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Đề tài: Thiết kế mô phỏng cơ cấu sinh lực động cơ V6
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Nguyễn Văn Nhanh

TP. Hồ Chí Minh, ngày… tháng ... năm 2020


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU

1

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ HÌNH ẢNH

2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

4

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

4

1.2 MỤC TIÊU VẤN ĐỀ

4

1.3 NỘI DUNG

4

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

5

1.5 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN

5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

6

2.1 CƠ CẤU SINH LỰC

6

2.1.1 Yêu cầu

6

2.1.2 Nhiệm vụ

6

2.1.3 Cấu tạo

6

2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

11

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG CƠ CẤU SINH LỰC V6

15

3.1 PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

15

3.2 BẢN VẺ MÔ PHỎNG CÁC CHI TIẾT

15

3.3 BẢN VẼ MÔ PHỎNG CƠ CẤU SINH LỰC VÀ ĐỘNG CƠ V6

28

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

36

4.1 KẾT LUẬN

36

4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

36

Tài liệu tham khảo

37


LỜI MỞ ĐẦU




Động cơ đốt trong đang ngày càng phát triển rất mạnh mẽ cả về số lượng lẫn chất
lượng, nó đóng vai trị quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hôi, khoa học công
nghệ,… Là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ôtô, máy kéo, tàu thủy, máy
bay,… Và đặc biệt là ngành ôtô hiện nay cực kỳ phát triển mang đến nhiều tiềm năng.
Đối với một sinh viên kỹ thuật ôtô, đồ án “động cơ đốt trong” đóng một vai trị rất
quan trọng, nhằm cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ sở về kết cấu và chi tiết hoạt
động, tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết
một vấn đề cụ thể của ngành.
Đề tài đồ án được thầy giao là “Thiết kế mô phỏng cơ cấu sinh lực động cơ V6” trên
xe Mercedes-E350 sử dụng động cơ V6-M276. Tuy là một đề tài quen thuộc nhưng đối với
sinh viên đó là một đề tài với mục đích thiết thực, nó khơng những giúp cho sinh viên có
điều kiện để củng cố lại kiến thức ở trường mà cịn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn

thông qua việc tiếp xúc thực tế. Động cơ V6-M276 có rất nhiều ưu điểm vượt bậc. Do đó
việc thiết kế mơ phỏng của động cơ này mang đến cho chúng em nhiều kiến thức cực kỳ
bổ ích. Và kết quả của đồ án này đánh giá một cách chính xác về q trình học tập thời gian
qua đã mang đến cho sinh viên những gì ? Và khả năng tiếp thu kiến thức cũng như áp dụng
kiến thức vào đồ án.

1


DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Cụm cơ cấu sinh lực .......................................................................................... 6
Hình 2.2 Thân máy ........................................................................................................... 7
Hình 2.3 Piston ................................................................................................................. 8
Hình 2.4 Thanh truyền ..................................................................................................... 8
Hình 2.5 Xéc mang .......................................................................................................... 9
Hình 2.6 Trục khuỷu ...................................................................................................... 10
Hình 2.7 Bánh đà ........................................................................................................... 10
Bảng 2.8 Chu trình otto ................................................................................................................... 11
Hình 2.9 Cấu tạo buồng đốt ........................................................................................... 12
Bảng 2.10 Thứ tự nổ động cơ V6 ................................................................................... 13
Hình 2.11 Vị trí và góc lệch cơng tác giữa các xylanh .................................................. 14
Hình 3.1 Mơ phỏng bánh đà ........................................................................................... 15
Hình 3.2 Bản vẽ chi tiết bánh đà .................................................................................... 16
Hình 3.3 Mơ phỏng trục khuỷu ...................................................................................... 16
Hình 3.4 Mơ phỏng trục khuỷu ...................................................................................... 17
Hình 3.5 Bản vẽ chi tiết trục khuỷu ............................................................................... 17
Hình 3.6 Mơ phỏng nắp bạc trục khuỷu......................................................................... 18
Hình 3.7 Bản vẽ chi tiết nắp bạc trục khuỷu .................................................................. 18
Hình 3.8 Mơ phỏng nắp bạc trục khuỷu......................................................................... 19
Hình 3.9 Bản vẽ chi tiết nắp bạc trục khuỷu .................................................................. 19

Hình 3.10 Mơ phỏng thanh truyền ................................................................................. 20
Hình 3.11 Bản vẽ chi tiết thanh truyền .......................................................................... 21
Hình 3.12 Bản vẽ chi tiết đầu to thanh truyền ............................................................... 21
Hình 3.13 Mơ phỏng piston ........................................................................................... 22
Hình 3.14 Bản vẽ chi tiết piston ..................................................................................... 22
Hình 3.15 Mơ phỏng xéc măng ...................................................................................... 23
Hình 3.16 Bản vẽ chi tiết xéc măng ............................................................................... 24
Hình 3.17 Mơ phỏng cụm piston thanh truyền .............................................................. 24
2


Hình 3.18 Mơ phỏng cụm piston thanh truyền .............................................................. 25
Hình 3.19 Mơ phỏng cụm piston thanh truyền .............................................................. 25
Hình 3.20 Mơ phỏng thân máy ...................................................................................... 26
Hình 3.21 Mơ phỏng thân máy ...................................................................................... 26
Hình 3.22 Bản vẽ chi tiết thân máy ................................................................................ 27
Hình 3.23 Mơ phỏng cơ cấu sinh lực ............................................................................. 28
Hình 3.24 Mơ phỏng cơ cấu sinh lực ............................................................................. 29
Hình 3.25 Mô phỏng chi tiết bên trong cơ cấu sinh lực ................................................. 30
Hình 3.26 Mơ phỏng chi tiết bên trong cơ cấu sinh lực ................................................. 31
Hình 3.27 Mơ phỏng động cơ V6 .................................................................................. 32
Hình 3.28 Mơ phỏng các cơ cấu bên trong động V6 .................................................... 32
Hình 3.29 Mơ phỏng các cơ cấu bên trong động V6 ..................................................... 33
Hình 3.30 Mơ phỏng các cơ cấu bên trong động V6 ..................................................... 33
Hình 3.31 Mô phỏng các cơ cấu bên trong động V6 ..................................................... 34
Hình 3.32 Mơ phỏng động cơ hồn chỉnh...................................................................... 34
Hình 3.33 Mơ phỏng động cơ hồn chỉnh...................................................................... 35
Hình 3.34 Mơ phỏng động cơ hoàn chỉnh...................................................................... 35

3

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:
“Thiết kế mô phỏng cơ cấu sinh lực động cơ V6”
Lý do chọn đề tài:
- Trải qua chặng đường cả thế kỷ động cơ đốt trong đang được trang bị trên ôtô ngày
nay đã được cải tiến rất nhiều để tăng hiệu quả làm việc, hiệu suất, tính tiết kiệm nhiên
liệu,.. nhưng có một điều trong suốt q trình phát triển đó nó vẫn khơng đổi, đó là các chu
trình hoạt động của động cơ. Động cơ đốt trong được trang bị trên ơtơ dù có hiện đại đến
đâu cũng phải thực hiện 4 quá trình hoạt động “nạp – nén – nổ - xả”. Và kết quả của quá
trình này là sinh ra momen xoắn, và chúng ta sử dụng momen xoắn đó để ứng dụng vào
cuộc sống. Để xuất hiện được momen xoắn thì khơng thể thiếu được cơ cấu sinh lực nên
việc thiết kế mô phỏng cơ cấu sinh lực để giúp hiểu hơn về việc sản sinh ra momen xoắn
của động cơ.
Cơ cấu sinh lực động cơ:
- Cơ cấu sinh lực là cụm chi tiết giúp sản sinh ra momen xoắn giúp động cơ hoạt động
và tạo ra lực và chúng ta sử dụng lực đó để ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.
Ý nghĩa của đề tài:
- Cơ cấu sinh lực được thiết kế để thực hiện quá trình tạo ra momen xoắn ứng với quá
trình Nổ của động cơ, giúp động cơ hoạt động và tạo ra lực để ứng dụng vào ô tô.

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:
- Hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cơ cấu sinh lực.
- Thiết kế, mô phỏng được cơ cấu sinh lực bằng phần mềm SOLIDWORKS 2017.

1.3 NỘI DUNG:
- Tìm hiểu chi tiết về: nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, cấu tạo, nguyên lý hoạt động.
- Mô phỏng các chi tiết của cơ cấu sinh lực.

- Viết báo cáo đồ án.
4


1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
- Phương pháp tìm kiếm tài liệu trên internet hay thực tiễn, sách vở.
- Phương pháp tổng hợp, so sánh, phân tích.
- Phương pháp mơ phỏng.

1.5 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN:
- GỒM 5 CHƯƠNG:
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG CƠ CẤU SINH LỰC V6.
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN.

5


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1: CƠ CẤU SINH LỰC
2.1.1 Yêu cầu:
- Cơ cấu sinh lực là một bộ phận quan trong nhất trong các cụm chi tiết làm cho động
cơ xe ơtơ chuyển động. Với mục đích như vậy, mỗi một bộ phận được chế tạo từ các chi
tiết chính xác cao.
2.1.2 Nhiệm vụ:
- Tạo ra momen xoắn khi động cơ hoạt động.
- Truyền momen xoắn đó đến các tải cần sử dụng.
2.1.3 Cấu tạo:

2.1.3.1 Cụm hệ thống sinh lực:

Hình 2.1: Cụm cơ cấu sinh lực
6


a) Thân máy-Xylanh

Hình 2.2: Thân máy
- Thân máy là nơi lắp đặt hầu hết các chi tiết của động cơ. Cụ thể trên thân máy bố trí
xylanh, hệ trục khuỷu và các bộ phân truyền động để dẫn động các cơ cấu và hệ thống
khác.
- Trong quá trình làm việc thân máy đảm nhận truyền nhiệt giữa môi chất công tác và
môi trường để làm mát động cơ, trên thân máy được bố trí các đường dầu bơi trơn để dẫn
đến các chi tiết, vị trí cần bơi trơn.
- Thân máy thường được đúc nguyên khối và sử dụng hợp kim nhơm, hợp kim gang hoặc
các loại thép định hình.

7


b) Piston

Hình 2.3: Piston
- Cơng dụng chủ yếu là cùng với các chi tiết khác như xylanh, nắp máy bao kín tạo thành
buồng cháy, đồng thời truyền lực nén khí thể cho thanh truyền cũng như nhận lực từ
thanh truyền để nén khí.
- Do là một chi tiết quan trong của động cơ và làm việc trong điều kiện tải trọng cơ học
lớn, nhiệt độ cao, ma sát lớn và ăn mịn hóa học… nên piston thường được chế tạo từ
các vật liệu có độ bền cao như: gang, thép, hợp kim nhơm, …

c) Thanh truyền

Hình 2.4: Thanh truyền
8


- Thanh truyền là chi tiết kết nối giữa piston và trục khuỷu, nó nhằm biến chuyển động
tịnh tiến của piston thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu và ngược lại.
- Thanh truyền làm việc trong môi trường chịu nhiều áp lực từ: lực khí thể trong q
trình nén và nổ, lực qn tính của nhóm piston, lực qn tính của bản thân thanh truyền,
vì vậy cần sử dụng vật liệu có độ bền cao như: thép cacbon, thép hợp kim, ...
d) Xéc măng (segmant)

Hình 2.5: Xéc măng
- Xéc măng khí: ngăn khơng cho khí cháy lọt xuống cacte (cịn ở kỳ nén thì khơng cho
mơi chất xuống cacte).
- Xéc măng dầu: gạt dầu về cacte không cho dầu lên buồng đốt và hình thành một lớp
dầu bơi trơn piston và xylanh.
- Xéc măng làm việc trong điều kiện xấu: chịu nhiệt độ cao, chịu va đập mạnh, bị ăn mịn
hóa học cao và lực ma sát lớn. Nên xéc măng thường được chế tạo từ gang xám hợp kim
và mạ thêm Cr hay Sn để chống mòn.

9


e) Trục khuỷu

Hình 2.6: Trục khuỷu
- Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất của động cơ. Giá thành gần bằng
30% giá của động cơ và chiếm gần 15% khối lượng của động cơ.

- Trục khuỷu nhận lực tác dụng từ piston tạo momen kéo các máy cơng tác và nhận năng
lượng từ bánh đà, sau đó truyền cho thanh truyền và piston để thực hiện quá trình nén
cũng như trao đổi khí trong xylanh.
- Trục khuỷu ở động cơ tốc độ thấp thường được chế tạo từ thép cacbon trung bình, cịn
trục khuỷu của động cơ cao tốc thường được chế tạo từ thép hợp kim crom, niken, …
f) Bánh đà

Hình 2.7: Bánh đà

10


- Đảm bảo trục khuỷu động cơ quay đều.
- Tích trữ năng lượng trong q trình sinh cơng để bù đắp phần thiếu hụt trong q trình
tiêu hao cơng.
- Ngồi ra, bành đà còn là nơi lắp đặt các chi tiết như: bánh răng khởi động hoặc đánh dấu
tương ứng với điểm chết và chia độ vòng quay của trục khuỷu.
-Bánh đà động cơ tốc độ thấp thường là gang xám, còn của động cơ tốc độ cao thường
dùng thép ít cacbon.

2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:
• Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong là hỗn hợp khơng khí và nhiên liệu
sẽ được đốt trong xylanh của động cơ đốt trong sẽ sinh ra nhiệt. Nhiệt độ cao sẽ
làm cho khí đốt giãn nở tạo ra áp suất tác dụng lên piston giúp đẩy piston di
chuyển.

Bảng 2.8 Chu trình Otto

11

a) Nguyên lý hoạt động

Hình 2.9 Cấu tạo buồng đốt
Kỳ 1: Kỳ nạp
• Kì 1 là kỳ nạp: nạp – xupap nạp mở xupap thải đóng.
• Piston chuyển động đi xuống từ điểm chết trên -> điểm chết dưới, để nạp
hỗn hợp khơng khí và nhiên liệu.
• Lúc này piston được trục khuỷu dẫn động đi xuống, áp suất trong xylanh
giảm, lanh nhờ sự chênh lệch áp suất khơng khí trong đường nạp sẽ qua
cửa nạp đi vào xylanh.
Kỳ 2: Kỳ nén
• Piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, lúc này cả 2 van xupap
đều đóng.
• Piston chuyển động đi lên làm thể tích trong xylanh giảm áp suất nhiệt độ
khí trong xylanh tăng.
• Ở cuối thì thứ hai (piston ở tại điểm chết trên), vòi phun phun một lượng
nhiên liệu điêzen với áp suất cao vào trong buồng cháy để đốt cháy nhiên
liệu.

12


Kỳ 3: Kỳ nổ
• Trong kỳ 3 sẽ tạo cơng – các van vẫn tiếp tục được đóng. Piston đi từ
điểm chết trên xuống điểm chết dưới, giống như kỳ 2, cả 2 xupap đều
đóng.
• Nhiên liệu sẽ được phun tơi vào buồng cháy trộn với khí nóng để tạo hịa
khí và được đốt cháy.
• Áp suất và nhiệt độ trong xylanh, hịa khí tự bốc cháy và đẩy piston đi

xuống qua thanh truyền đến trục khuỷu và được biến đổi thành chuyển
động quay và sinh cơng.
• Đây là kì duy nhất sinh công trong cả 4 kỳ.
Kỳ 4: Kỳ thải
• Piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, van xupap nạp đóng, van
xupap thải mở.
• Piston được trục khuỷu dẫn động đi lên, đẩy khí thải trong xylanh qua
đường ống thải, thải ra ngồi.
• Piston đi đến điểm chết dưới lên điểm chết trên, xupap thải động, xupap
nạp mở, và trong xylanh lại diễn ra một chu trình mới.
b) Lập bảng thứ tự nổ và góc lệch cơng tác.
• Bảng thứ tự kỳ nổ (thứ tự nổ của động cơ V6 là 1-2-3-4-5-6)

Bảng 2.10 Thứ tự nổ động cơ V6

13


Hình 2.11 Vị trí và góc lệch cơng tác giữa các xy lanh
• Góc lệch cơng tác giữa các xylanh:

720∘
6

=120∘

• Với 2 vòng quay của trục khuỷu sẽ sinh ra cơng một lần (có 1 lần đánh lửa) với
mỗi xylanh.

14

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG CƠ CẤU SINH LỰC

3.1 PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG:
- Nghiên cứu, đưa ra số liệu tương thích cho từng chi tiết của cơ cấu sinh lực động cơ
V6-M276 gồm các chi tiết:
• Piston
• Thanh truyền
• Trục khuỷu
• Thân máy
• Xéc măng
• Bánh đà.
- Sử dụng các kiến thức đã học về SOLIDWORKS để tiến hành mô phỏng các chi tiết
trên phần mềm SOLIDWORKS 2017.
- Tạo bản vẽ 2D, 3D và sử dụng bản vẽ 3D để tạo nên bản vẽ lắp của cơ cấu sinh lực và
của động cơ V6.

3.2 BẢN VẼ MÔ PHỎNG CÁC CHI TIẾT:
3.2.1 Bánh đà

Hình 3.1 Mơ phỏng bánh đà
15


Hình 3.2 Bản vẽ chi tiết bánh đà

3.2.2 Trục khuỷu

Hình 3.3: Mô phỏng trục khuỷu

16


Hình 3.4 Mơ phỏng trục khuỷu

Hình 3.5 Bản vẽ chi tiết trục khuỷu

17


Hình 3.6 Mơ phỏng nắp bạc trục khuỷu

Hình 3.7 Bản vẻ chi tiết nắp bạc trục khuỷu

18


Hình 3.8 Mơ phỏng nắp bạc trục khuỷu

Hình 3.9 Bản vẻ chi tiết nắp bạc trục khuỷu
19


3.2.3 Thanh truyền

Hình 3.10 Mơ phỏng thanh truyền

20

Hình 3.11 Bản vẽ chi tiết thanh truyền

Hình 3.12 Bản vẽ chi tiết đầu to thanh truyền
21


3.2.4 Piston

Hình 3.13 Mơ phỏng piston
22


Hình 3.14 Bản vẽ chi tiết piston

Hình 3.15 Mơ phỏng Xéc măng

23