Đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu piston đến trạng thái bôi trơn, ma sát, tiếng gõ, sự làm việc của hệ thống trao đổi khí của động cơ

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ tên : Nguyễn Viết HơnLớp: 49KTOT Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Ô Tô Mã ngành: Tên đề tài : Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu piston đến trạng thái bôi trơn, ma sát, tiếng gõ, sự làm việc của hệ thống trao đổi khí của động cơ Số trang: 94 Số chương: 4 Tài liệu tham khảo:20 Hiện vật: Một Piston, ba quyển báo cáo và một CD chứa nội dung đề tài ....................... ............................................................................................................................................ Nhận xét ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... Kết luận: ................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... Nha trang, ngày… tháng … năm 2011 Cán bộ hướng dẫn (Kí và ghi rõ họ tên) Nha trang, ngày … tháng … năm 2011 Chủ tịch hội đồng (Kí và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Họ tên : Nguyễn Viết HơnLớp: 49KTOT Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Ô Tô Mã ngành: Tên đề tài : Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu piston đến trạng thái bôi trơn, ma sát, tiếng gõ, sự làm việc của hệ thống trao đổi khí của động cơ Số trang: 94 Số chương: 4 Tài liệu tham khảo:20 Hiện vật: Một Piston, ba quyển báo cáo và một CD chứa nội dung đề tài ....................... ............................................................................................................................................ Nhận xét ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ Kết luận: ................................................................................................................. ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ Điểm phản biện: Nha trang, ngày… tháng … năm 2011 Cán bộ phản biện (Kí và ghi rõ họ tên) Điểm chung Bằng số Bằng chữ -i- LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án này, trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn tới TS Lê Bá Khang đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và thực hiện Đồ án. Em chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Nhận, Ths. Huỳnh Trọng Chương, GV Trần Ngọc Anh đã giúp đỡ em. Xin chân thành cảm ơn Phó giám đốc Võ Tá Dũng - Công ty Sao Mai Anh đã tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện khảo sát các số liệu thực tế phục vụ Đồ án tốt nghiệp. -ii- MỤC LỤC Lời cảm ơn............................................................................................................... i Mục lục ...................................................................................................................ii Danh mục hình ảnh................................................................................................ iv Danh mục bảng.....................................................................................................vii Danh mục các kí hiệu ..........................................................................................viii Từ khóa................................................................................................................... x Lời nói đầu ............................................................................................................ 1 Chương 1 ............................................................................................................... 3 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ, MA SÁT, BÔI TRƠN TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ........................................................................................................ 3 1.1. ĐỊNH NGHĨA ................................................................................................ 3 1.2. CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.................... 3 1.2.1. Cơ cấu truyền lực.......................................................................................... 4 1.2.2. Hệ thống trao đổi khí .................................................................................... 6 1.2.3. Hệ thống bôi trơn.......................................................................................... 6 1.3. MA SÁT, BÔI TRƠN TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG....................... 7 1.3.1. Tổng quan ma sát, bôi trơn trong động cơ đốt trong. ................................... 7 1.3.2. Ma sát trong hệ piston xilanh ....................................................................... 9 1.3.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến ma sát, bôi trơn trong cặp tiếp xúc váy piston-xilanh. ........................................................................................................ 14 Chương 2 ............................................................................................................. 17 ĐỘNG LỰC HỌC NHÓM PISTON THANH TRUYỀN KHI NGHIÊN CỨU PISTON CHUYỂN ĐỘNG PHỤ .......................................................... 17 2.1. GIỚI THIỆU. ............................................................................................... 17 2.1.1. Giới thiệu .................................................................................................... 17 2.1.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển động phụ. .......................................... 19 2.2. ĐỘNG LỰC HỌC PISTON ....................................................................... 19 -iii- 2.2.1. Phương trình cân bằng lực và mô men tác động lên piston. ...................... 19 2.2.2. Lực dọc và lực ma sát của vòng găng-piston, FQ, FR. ................................ 23 2.2.3. Mô men ma sát. .......................................................................................... 23 2.2.4. Lực tác động từ xilanh FT, FA. .................................................................... 24 2.2.5. Ma sát váy-xilanh FfT, FfA, MfT, MfA ......................................................... 25 Chương 3 ............................................................................................................ 27 ẢNH HƯỞNG CẤU TẠO CỦA PISTON ĐẾN TRẠNG THÁI BÔI TRƠN, MA SÁT, TIẾNG GÕ VÀ GÓC PHỐI KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ ........ 27 3.1. GIỚI THIỆU ................................................................................................ 27 3.2. ẢNH HƯỞNG CỦA LỆCH ẮC PISTON ................................................. 28 3.2.1. Ảnh hưởng của lệch ắc piston đến chuyển động phụ của piston................ 28 3.2.2. Kết quả khảo sát độ lệch ắc piston trên thực tế .......................................... 29 3.2.3. Động lực học piston có độ lệch ắc.............................................................. 31 3.2.4. Phân tích ảnh hưởng của độ lệch ắc đến ma sát, tiếng gõ, bôi trơn. .......... 33 3.2.5. Ảnh hưởng của độ lệch ắc đến sự làm việc của hệ thống trao đổi khí. ...... 45 3.3. ẢNH HƯỞNG CỦA BIÊN DẠNG VÁY CỦA PISTON ĐẾN MA SÁT VÀ TIẾNG GÕ .......................................................................................... 50 3.3.1. Ảnh hưởng của biên dạng váy cong. ......................................................... 50 3.3.2. Ảnh hưởng của bề mặt biên dạng váy. ....................................................... 60 3.3.3. Ảnh hưởng của biên dạng piston ovan. ..................................................... 71 3.4. ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ ĐỘ LỆCH TRỌNG TÂM Cg. .......... 75 3.4.1. Giới thiệu .................................................................................................... 75 3.4.2. Động lực học piston khi có độ lệch Cg ....................................................... 76 3.4.2. Kết quả khảo sát từ mô hình của Alessandro Ruggiero và Adolfo enatore. ................................................................................................................. 78 Chương 4 ............................................................................................................. 82 KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT ..................................................................................... 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 83 PHỤ LỤC ............................................................................................................ 85 -iv- DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Kết cấu động cơ diesel hai kỳ................................................................ 3 Hình 1.2: Cơ cấu truyền lực ................................................................................... 4 Hình 1.3: Cơ cấu phân phối khí trong động cơ xăng V6 1G-FE............................ 6 Hình 1.4: Đường cong stribeck ............................................................................. 8 Hình 1.5 Phần trăm các thành phần của tổn thất ma sát......................................... 8 Hình 1.6: Thể hiện thành phần tổn thất ma sát ở cụm piston vòng găng, thanh truyền ......................................................................................... 9 Hình 1.7: Hệ piston, xilanh, thanh truyền ............................................................ 9 Hình 1.8: Điều kiện bôi trơn ở vòng găng ........................................................... 10 Hình 1.9: Các kiểu bôi trơn hình thành trong hệ piston xilanh ........................... 10 Hình 1.10: Bôi trơn thủy động giữa váy và xilanh .............................................. 11 Hình 1.11: Đường cong stribeck ......................................................................... 14 Hình 2.1: Các thông số mô tả chuyển động phụ ................................................. 17 Hình 2.2: Chuyển động ngang của piston ........................................................... 18 Hình 2.3: Lực bên từ chốt đến váy piston ........................................................... 18 Hình 2.4: Lực và mô men tác động lên piston .................................................... 19 Hình 2.5: Chuyển vị của piston theo phương ngang ........................................... 22 Hình 3.1: Piston không có độ lệch ắc và có độ lệch ắc ....................................... 28 Hình 3.2: Dụng cụ đo ........................................................................................... 29 Hình 3.3: Tiến hành đo ......................................................................................... 29 Hình 3.4: Lực và mô men tác động lên piston có độ lệch ắc âm ........................ 31 Hình 3.5: Đồ thị gia tốc của piston khi chuyển động trong xilanh....................... 33 Hình 3.6: Thể hiện trạng thái của piston ở khu vực điểm chết trên và gần điểm chết trên trong kì nén và giãn nở ................................................................ 34 Hình 3.7: Độ dịch chuyển của đỉnh và đáy của piston và góc nghiêng piston .... 35 Hình 3.8: Quy ước sử dụng trong nghiên cứu ..................................................... 36 Hình 3.9: Đường cong lực bên tác dụng lên váy thông qua chốt piston ............. 37 Hình 3.10: Chuyển động ngang của piston theo lực ngang không thứ nguyên .. 38 Hình 3.11: Chiều dày màng dầu nhỏ nhất của bên va đập và chống va đập ....... 38 Hình 3.12: Lực bên và tổng lực thủy động .......................................................... 39 -v- Hình 3.13: Các lực thủy động phía bên va đập ................................................... 39 Hình 3.14 Các lực thủy động phía bên chống va đập .......................................... 40 Hình 3.15: Chuyển động quay của piston ........................................................... 40 Hình 3.16: Các mô men bên phía va đập ............................................................. 41 Hình 3.17: Các mô men thủy động bên phía chống va đập ................................. 41 Hình 3.18: Thể hiện ảnh hưởng của độ lệch ắc đến va đập bên .......................... 42 Hình 3.19: Lực va đập bên với động cơ có piston lệch ắc Cp=-1mm ................. 43 Hình 3.20: Lực va đập bên với động cơ không có độ lệch ắc ............................. 44 Hình 3.21: Thể hiện mối quan hệ giữa lệch ắc và tiếng ồn giữa kết quả đo được ..................................................................................................................... 45 Hình 3.22: Hệ piston trục khuỷu thanh truyền đồng tâm ................................... 45 Hình 3.23: Hệ piston trục khuỷu thanh truyền có độ lệch ắc trái. ....................... 46 Hình 3.24: Dấu trên bánh răng trục khuỷu trùng với dấu trên xích .................... 49 Hình 3.25: Biểu đồ góc phối khí khi piston có độ lệch ắc lắp đúng và lắp sai .... 49 Hình 3.26: Lực và mô men tác động lên piston biên dạng cong ......................... 51 Hình 3.27: Ảnh hưởng của biên dạng váy đến mô men thủy động ..................... 53 Hình 3.28: Động cơ Waukesha tại phòng thí nghiệm .......................................... 55 Hình 3.29: Thiết bị đo mức tiêu thụ dầu bôi trơn................................................. 55 Hình 3.30: Các kiểu biên dạng của piston ........................................................... 55 Hình 3.31: Thể hiện sự so sánh khu vực ướt của hai loại biên dạng khác nhau . 56 Hình 3.32: So sánh áp suất phân bố trên hai biên dạng ....................................... 57 Hình 3.33: Diện tích ướt theo góc quay trục khuỷu của các loại biên dạng ....... 57 Hình 3.34: Biên dạng với sự phân tách nhỏ nhất giữa váy và xilanh .................. 58 Hình 3.35: Lực tiếp xúc bên phía va đập của xianh ............................................ 59 Hình 3.36: Đường cong Stribeck ......................................................................... 59 Hình 3.37: Thông số hình học của vòng găng ..................................................... 60 Hình 3.38: Các biên dạng váy được khảo sát ...................................................... 61 Hình 3.39: Cửa sổ quan sát màng dầu trên xilanh ............................................... 61 Hình 3.40: Kết quả lực ma sát của các biên dạng theo góc quay ........................ 62 Hình 3.41: Lực ma sát và tổn thất ma sát trong suốt hành trình nạp ................... 63 Hình 3.42: Hình ảnh loang dầu ở các loại biên dạng trong kì nạp ...................... 63 Hình 3.43: Lực ma sát và tổn thất ma sát trong hành trình nén .......................... 64 -vi- Hình 3.44: Hình ảnh loang dầu ở các loại biên dạng trong kì nén ...................... 65 Hình 3.45: Lực ma sát và tổn thất ma sát trong hành trình giãn nở .................... 66 Hình 3.46: Hình ảnh loang dầu ở các loại biên dạng trong kì giãn nở ................ 67 Hình 3.47: Thể hiện lực ma sát và tổn thất ma sát trong suốt hành trình xả........ 68 Hình 3.48: Hình ảnh loang dầu ở các loại biên dạng trong kì xả ........................ 69 Hình 3.49: Ảnh hưởng của biên dạng đến ma sát ............................................... 70 Hình 3.50: Tiếng ồn của các loại biên dạng ........................................................ 70 Hinh 3.51: Piston có biên dạng ovan ................................................................... 71 Hình 3.52: Mặt cắt ngang của piston thể hiện các độ ovan khác nhau ............... 72 Hình 3.53: Độ ovan khác nhau ảnh hưởng đến tổn thất ma sát ........................... 73 Hình 3.54: Ma sát thủy động với độ ovan ........................................................... 73 Hình 3.55: Ảnh hưởng của các độ ovan đến chuyển động bên............................ 74 Hình 3.56: Thể hiện lực tương tác giữa váy và xilanh ........................................ 74 Hình 3.57: Hình ảnh đường đi của piston trong một chu trình ............................ 76 Hình 3.58: Lực và mô men tác dụng lên piston có độ lệch tâm .......................... 77 Hình 3.59: Sự tiếp xúc ban đầu của váy piston vào bên chống va đập của thành xilanh ................................................................................................... 78 Hình 3.60: Lực va đập bên ở cả phía va đập và chống va đập khi Cg=0 ............. 79 Hình 3.61: Lực va đập bên ở cả phía va đập và chống va đập khi Cg= 4mm ..... 79 Hình 3.62: Lực va đập bên ở cả phía va đập và chống va đập khi Cg= 8 mm .... 80 Hình 3.63: Lực va đập bên ở cả phía va đập và chống va đập khi Cg= 12 mm ........... 80 Hình 3.64: Lực va đập bên ở cả phía va đập và chống va đập khi Cg= 16 mm ........... 80 Hình A.1: Bên trong xưởng dịch vụ GM-Kia ...................................................... 85 Hình A.2: Hệ thống chẩn đoán lỗi toàn cầu ......................................................... 86 Hình A.3: Máy Scan đa năng ............................................................................... 86 Hình A.4: Tham gia chẩn đoán trên máy C-100 .................................................. 87 Hình A.5: Bôi trơn thủy động giữa vòng găng và xilanh ..................................... 88 -vii- DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Thông số và điều kiện hoạt động trong nghiên cứu của Conor P. McNally [5] ..................................................................................................................36 Bảng 3.2: Thông số kĩ thuật của động Waukesha ........................................................54 Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật chính của động cơ ..........................................................60 Bảng 3.4: Thông số của piston .....................................................................................60 Bảng 3.5: Điều kiện thực nghiệm..................................................................................61 Bảng 3.6: Thông số hình học và dữ liệu hoạt động cho mô hình .................................79 -viii- DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU a- khoảng cách từ đỉnh váy đến tâm chốt. ThA - tổng diện tích đỡ bởi màng dầu TcA - tổng diện tích ma sát giới hạn b- khoảng cách từ đỉnh váy đến trọng tâm. Cg- độ lệch