luận văn đại học sư phạm Ứng dụng động cơ đốt trong trên xe máy

Các chế độ làm việc của động cơ Các chế độ làm việc của ĐCĐT được đặc trưng bởi một tổ hợp nhữngthông số máy công tác chủ yếu của động cơ như: phụ tải, số vòng quay, trạngthái nhiệt… Chế

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Xe máy với nguồn động lực là động cơ đốt trong và là phương tiện giaothông chủ yếu ở Việt Nam Xe máy trở thành tiện thông dụng để đi lại, chởhàng hóa của mỗi người, mỗi gia đỡnh…Và không ít người đã từng đặt ra câuhỏi “tại sao xe máy có thể chuyển động được trên đường?’’ “Khi xe chuyểnđộng thỡ cỏc cơ cấu, hệ thống của nó hoạt động như thế nào? Cũng xuất phát

từ những câu hỏi đó và cùng với mong muốn được tìm hiểu sâu hơn về xe

máy, em chọn đề tài “Ứng dụng động cơ đốt trong trên xe mỏy”.

2 Mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu về động cơ đốt trong dùng trên xe máy

- Xây dựng một vài mô phỏng của hệ thống truyền lực xe máy

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tài liệu về động cơ đốt trong và ứng dụng của động cơ đốttrong trên xe máy

- Quan sát, nghiên cứu cấu tạo đặc điểm động cơ, các hệ thống của xe máy

ở phòng thực hành

- Nghiên cứu lí luận dạy học và khai thác ứng dụng của một số phần mềmtin học và xây dựng mô phỏng về một số cấu tạo và hoạt động của xe máy

4 Phương pháp nghiên cứu.

- Nghiên cứu lí thuyết: tìm kiếm, lựa chọn các thông tin trên tài liệu vàtrên internet

- Khảo sát thực tiễn: Tìm hiểu cấu tạo đặc điểm động cơ, các cơ cấu, hệthống của xe máy và hoạt động của hệ thống truyền lực xe máy ở phòng thựchành

Cấu trúc khóa luận:

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục Nội dungchính của khóa luận gồm:

Chương 1 Cơ sở ứng dụng động cơ đốt trong trên xe máy

Nghiên cứu cơ sở lí thuyết của ô tô và vận dụng vào cho nghiên cứu xe máy

Chương 2 Ứng dụng động cơ đốt trong trên xe máy

Trình bày đặc điểm cấu tạo động cơ xe máy, đặc điểm cấu tạo, hoạtđộng của hệ thống truyền lực, hệ thống lái, hệ thống điện trên xe máy

Chương 3 Xây dựng mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe máy

Thử xây dựng một vài mô phỏng của hệ thống truyền lực xe máy

Năm 1885, lịch sử thế giới ghi nhận chiếc

mụ- tụ đầu tiên ra đời do Gotthieb Daimler (1834

- 1900) sáng chế, thời gian đầu xe mụ- tụ 2 bánh

phát triển chậm do điều khiển khó khăn và tốc độ

quá chậm Đến thế kỷ XX mụ- tụ 2 bánh mới

được sử dụng rộng rãi ở châu Âu

Hình 1.1 – hình ảnh chiếc mô tô (1885)

1.2 +Các chế độ làm việc và đường đặc tính của động cơ.

1.2.1 Các chế độ làm việc của động cơ

Các chế độ làm việc của ĐCĐT được đặc trưng bởi một tổ hợp nhữngthông số máy công tác chủ yếu của động cơ như: phụ tải, số vòng quay, trạngthái nhiệt… Chế độ làm việc luôn luôn thay đổi theo đặc điểm sử dụng độngcơ

Yếu tố chính thể hiện công của động cơ dẫn động các loại máy côngtác là công có ích Ne (kw) đươc tính theo mụmen có ích (kN.m) và tốc độquay của trục khuỷu n (vũng /phỳt)

n M M

M

60

2

Hình ảnh của chiếc mô- tô đầu tiên (1885)

Trong quá trình làm việc

phụ tải và tốc độ của động cơ

luôn luôn thay đổi theo nhu cầu

của máy công tác:

Tốc độ nhỏ nhất, phụ thuộc vào

điều kiện làm việc ổn định của

động cơ Tốc độ cho phép lớn

nhất phụ thuộc vào nhiều yếu tố

như: các điều kiện đảm bảo chu

trình công tác và ứng suất nhiệt

của các chi tiết, mức giảm của hệ

số nạp và nhiều yếu tố khác gây

ảnh hưởng xấu tới chu trình công

tác, tuổi thọ và độ tin cậy của

Ne(n) sẽ là diện tích đồ thị giới hạn bởi bốn đường: hai đường song song vớitung độ đi qua nmin (số vòng quay nhỏ nhất) và nmax (số vòng quay lớn nhất),bản thân trục hoành và đường a nối các điểm có công suất hoặc mụmen cựcđại tương ứng với các chế độ làm việc

Trờn hình 1.2, giới thiệu hàm Ne = f(n) thể hiện trờn cỏc đường từ 1đến 4, mỗi đường tương ứng với một vị trí của cơ cấu điều khiển động cơ (vịtrí bướm ga hoặc thanh răng bơm cao áp) Biến thiên về công suất của máycông tác Nc cũng là hàm của tốc độ quay n: Nc = f(n) Các đường I …IV (hình

1 2) thể hiện biến thiên theo hàm Nc theo n với các mức cản khác nhau

Nếu động cơ hoạt động ở một chế độ mà các thông số cộng tác (côngsuất, mụmen, số vòng quay, trạng thái nhiệt) không thể thay đổi theo thờigian thì động cơ hoạt động ở chế độ ổn định Chế độ ổn định chỉ tồn tại khicông suất có ích của động cơ Ne bằng công suất của máy công tác, khi khôngthay đổi cơ cấu điều khiển động cơ cũng như mức cản của máy công tác Nếunối liền trục khuỷu của máy công tác với trục quay của động cơ thì số vòngquay của máy công tác bằng số vòng quay của động cơ, lúc ấy muốn xác địnhchế độ hoạt động của động cơ chỉ cần đặt các đồ thị của động cơ lên cùngmột bản vẽ Điểm cắt của đặc tính động cơ và đặc tính của máy công tác a, b,

c đều là các chế độ ổn định của hệ thống động cơ và máy công tác

Mỗi chế độ dừng, cơ cấu điều khiển động cơ nằm ở một vị trí nhấtđịnh, máy công tác cũng hoạt động ở một điều kiện cản nhất định, chính làđiểm cắt của hai đặc tính, ví dụ: điểm a là điểm cắt của đặc tính 2 của động

cơ và đặc tính II của máy công tác, khi động cơ chạy theo đường 2 và máycông tác theo đường II

Cho thay đổi điều kiện hoạt động của máy công tác (thay đổi độ dốc vàchất lượng của mặt đường ) sẽ làm thay đổi đặc tính của máy công tác Nc

Ví dụ giảm mức độ cản của máy công tác từ a xuống b (từ đường II xuốngđường III) với tốc độ n1 công suất động cơ Ne > Nc (công suất máy công tác),một đoạn ab, công suất dư ấy sẽ làm tăng tốc đối với hệ thống cho tới khi cânbằng năng lượng được phục hồi ở chế độ dừng mới (điểm c)

Nếu thay đổi cơ cấu điều khiển động cơ (khi giữ không đổi mức cản của máycông tác), cũng sẽ làm thay đổi chế độ dừng của cả hệ thống diễn ra tương tự

1.2.2 Các đường đặc tính của động cơ đốt trong

Thông qua các đường đặc tính của động cơ để đánh giá các chỉ tiêu kĩthuật của động cơ, khi chúng hoạt động ở các điều kiện khác nhau Đặc tínhcủa động cơ là hàm số thể hiện sự thay đổi các chỉ tiêu công tác chính theochỉ tiêu công tác khác hoặc theo nhân tố nào đó có ảnh hưởng trực tiếp đếnchu trình công tác

Các đặc tính sử dụng nhiều trong động cơ gồm có

a) Đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

Các hàm số thể hiện biến thiên của sông suất, mụmen có ích (hoặc ápsuất có ích trung bình) suất tiêu hao nhiên liệu có ích và các chỉ tiêu kháccủa động cơ theo số vòng quay, khi giữ tay điều khiển động cơ ở một vị tríqui định được gọi là đặc tính tốc độ

Đặc tính tốc độ biểu thị công suất cực đại của động cơ tương ứng vớitừng số vòng quay của động cơ gọi là đặc tính ngoài

Hình 1.3 - Đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng

Đặc tính tốc độ nhận được khi bướm ga mở hoàn toàn hoặc cung cấpnhiên liệu hoàn toàn gọi là đặc tính tốc độ ngoài

Các đặc tính khi bướm ga mở không hoàn toàn hoặc cung cấp nhiên liệukhông hoàn toàn gọi là đặc tính tốc độ riêng phần Trên đặc tính biểu diễn cáctần số quay đặc trưng sau: nmin tương ứng giá trị còn có thể làm việc ổn địnhkhi cung cấp hoàn toàn, nM - tần số quay tương ứng mụmen quay lớn nhất,

nmax tương ứng với giá trị hạn chế hoặc điều chỉnh, nM tương ứng với côngsuất lớn nhất

Động cơ chế hoà khí làm việc cơ bản ở tải trọng không hoàn toàn để sửdụng tốc độ của động cơ Bộ hạn chế tốc độ cực đại giới hạn ở tần số vượtquá 20% tần số quay tương ứng với công suất lớn nhất (nmax ≈ 1,2nN)

Từ các đường biểu diễn của đặc tính tốc độ thấy rằng đường cong côngsuất có điểm cực đại, Nemax nằm ở chỗ khi mà ảnh hưởng của tần số quay làm

tăng công suất được bù vào bởi sự giảm áp suất pc do giảm hệ số nạp và tănghao tổn cơ học

Đặc tính tốc độ được xây dựng theo kết quả thí nghiệm Đặc tính tốc

độ ngoài của động cơ thiết kế cũng có thể xây dựng theo công thức thựcnghiệm

=

3 2

max

N

e N

e N

e e

n

n c n

n b n

n a N

a, b, c – hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào chủng loại động cơ

Đối với động cơ xăng a = b = c = 1

Từ quan hệ Ne= f(n) dễ dàng xây dựng quan hệ Me= f(n) theo

Me= 9,550

n

N e

(KW)Giảm mụmen quay từ giá trị cực đại khi tăng dần tần số quay ảnh hưởngđến tính ổn định chế độ tốc độ quay của động cơ Trên đồ thị công suất động

cơ cực đại khi mụmen quay còn nhỏ hơn giá trị cực đại Tuy nhiên mụmennày đã đủ để khắc phục mụmen cản nếu động cơ có chế độ ổn định

Hệ số thích ứng đặc trưng cho khả năng khắc phục quá tải mà không cầnsang số, kí hiệu k:

e max N

Mk

M

=

Memax : mụmen cực đại của động cơ

MN : mụmen của động cơ ở tốc độ ứng với công suất cực đại

Đối với động cơ xăng có bộ hạn chế tốc độ vòng quay:

k = 1,08 ữ 1,15Đối với động cơ xăng không có bộ phận hạn chế tốc độ vòng quay:

k = 1,2 ữ 1.35

Đặc tính Gt và ge để đánh giá tính tiết kiệm của động cơ khi làm việc ởcác chế độ tốc độ khác nhau

Chi phí nhiên liệu Gt khi độ mở van tiết lưu không đổi phụ thuộc chủyếu vào tần số quay cũng như hệ số nạp Do đó khi n, Gt tăng gần như đườngthẳng lúc đầu và sau đó có ảnh hưởng của hệ số nạp mức độ tăng Gt giảm đi.Chi phí nhiên liệu riêng ge được xác định trên cơ sở tính toán nhiệt ở các chế

−

28

,02

,1

N

n n

Hình 1.4 - Đặc tính tải trọng của động cơ xăng và điờden

Lúc đầu chi phí nhiên liệu Gt tăng gần như đường thẳng Sự thay đổi độtngột với tải trọng cực đại, do sự làm việc của bộ phận tiết kiệm và làm giàuhỗn hợp ở chế hoà khí

Tăng ge khi mở bướm ga xảy ra do các quá trình làm việc bị xấu đi(giảm ηv, tăng γr) và giảm hiệu suất cơ học

Trong động cơ điờden khi tăng tải trọng và do đó chi phí nhiên liệu riêngbắt đầu giảm do giảm trị số tương đối của hao tổn cơ học và sau đó tăng dogiảm α

Chi phí Gt ở động cơ điờden không được vượt quá giá trị xác định

c) Đặc tính điều chỉnh

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của công suất và tính tiết kiệm vào thànhphần hỗn hợp, góc đốt sớm hay phun sớm, nhiệt độ dầu, nước và các yếu tốđiều chỉnh khác đặc trưng cho các chế độ làm việc của động cơ gọi là đặctính điều chỉnh Các đặc tính này để phân tích các điều kiện làm việc có lợinhất phụ thuộc vào các yếu tố đánh giá mức độ hoàn thiện sự điều chỉnh Đặc

tính điều chỉnh theo thành phần hỗn hợp biểu diễn sự phụ thuộc công suất Ne

và chi phí nhiên liệu riêng ge vào chi phí Gt khi không thay đổi tần số quay vàgóc đốt sớm hay phun sớm tối ưu

Hình 1.5 - Đặc tính điều chỉnh của động cơ chế hoà khí theo thành phần hỗn

hợp và theo góc đánh lửa sớm

1.3 Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động và các lực cản chuyển động của xe máy

1.3.1 Mụmen xoắn của bánh xe

Lực làm cho xe máy chuyển động xuất hiện ở các khu vực tiếp xúc giữabánh xe với mặt đường là do kết quả tác động tương hỗ giữa chúng với nhau.Lực này tạo bởi mụmen xoắn truyền từ động cơ đến bánh xe chủ động

Gọi mụmen xoắn của bánh xe chủ động là Mk thì công thức tớnh mụmenxoắn Mk từ mụmen xoắn của động cơ trong trường hợp xe máy chuyển động

ổn định (chuyển động đều) sẽ là:

Mk = Me it ηt ( 1)Trong trường hợp xe máy chuyển động không ổn định thì công thức đểtớnh mụmen xoắn trên bánh xe chủ động như sau:

bk

ω ω

ηt, ηk: hiệu suất cơ của hệ thống truyền lực

Me, M’e: mụmen xoắn trên trục khuỷu động cơ khi xe máy chuyển động

ổn định và không ổn định

Ie, Ik, Ib lần lượt sẽ là mụmen quán tính của bánh đà động cơ và của cácchi tiết khác trong động cơ được qui dẫn về trục khuỷu động cơ, của các chitiết quay nào đó trong hệ thống truyền lực đối với trục quay của nó,

M’e trong trường hợp này được tính như sau:

b b

b b b

b

k b

k b b k

b k

b

t b

t b b t

b e

r

j r

r dt

d dt

d

r

i j r

i dt

r d dt

i d dt

d

r

i j r

i dt

r d i dt

d dt

d

1

.

ω ω

ω

ω ω

t e j

b

b k

k k t

t e j

b

b k

k k t

t e t

t e k

r

I i

I j M

r

I i

I i

I j M

r

I i

I i

I j i

M M

η

ηη

ηη

η

2

2 2

2 2

.'

M’k = Mk + MjMụmen xoắn lúc này xuất hiện trên bánh xe chủ động sẽ lớn hơn Mk.Nếu sự truyền lực từ bánh xe là nối cứng thì trong trường hợp này sẽ gây ra

sự kéo cưỡng bức lẫn nhau giữa động cơ hoặc hệ thống truyền lực Sự kéocưỡng bức này có thể gây ra gẫy vỡ các chi tiết trong động cơ hoặc hệ thốngtruyền lực Chính vì vậy người ta phải bố trí li hợp để làm cơ cấu an toàn

1.3.2 Mụmen xoắn của động cơ (M e )

Đường đặc tính của động cơ nhận được bằng cách thí nghiệm trên bệ thử.Đặt động cơ trên bệ thử thay đổi mụmen quay bằng phanh thuỷ lực hoặcphanh điện Ứng với nó ta được các số vòng quay thay đổi tương ứng Côngsuất của động cơ tại các điểm ấy được tính theo công thức:

2,716

e e e

N M

trong đó Ne: tính bằng mã lực

Me: K.G.m

ne: vòng /phút 716,2: hệ số tính đổi

1.3.3 Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe

Mụmen xoắn trên bánh xe chủ động sẽ tác dụng vào đất một lực ngượchướng với chuyển động của xe máy Nhờ tác dụng tương hỗ nên bánh xe sẽchịu một lực tác dụng ngược lại tương đương theo chiều chuyển động của xe.Phản lực tiếp tuyến này được gọi là lực kéo tiếp tuyến và kí hiệu là Pk

Công suất truyền đến bánh xe chủ động thể hiện ở mụmen xoắn và sốvòng quay của bánh xe chủ động

Mụmen xoắn ở bánh xe chủ động do có sự tiếp xúc giữa bánh xe với mặtđường nên tại khu vực tiếp xúc phát sinh phản lực tiếp tuyến Những phản lựcnày hướng theo chiều chuyển động của xe, đẩy xe tiến tới Hợp lực của cácthành phần phản lực trên gọi là phản lực đẩy của đường ∑P f

Nếu ∑Pf chuyển động đều:

K fK f

Theo định nghĩa này ta có thể viết f K fK

1.3.4 Lực bám của bánh xe với đường

Hệ số bám của bánh xe với mặt đường

Hệ số bám của bánh xe với mặt đường đặc trưng bằng tỉ số giữa lực kéotiếp tuyến cực đại với trọng lượng bám của nó kí hiệu là:

Trên mặt đường cứng hệ số bám φ có thể coi tương tự như hệ số ma sát

có ích với Pkmax mà máy không bị trượt hoàn toàn Trên đường mềm thì hệ số

φ đặc trưng bởi các thành phần ma sát sau: ma sát giữa lốp với đường, ma sát

do sự nén dọc của các thành phần lốp nằm trong đất tác dụng vào đất ma sát

do độ lỳn sõu của bánh xe với bề mặt của đất

Vì vậy nếu nâng cao được hệ số bám φ thì sẽ làm giảm được sự trượtquay hay trượt lết của bánh xe với đường do đó làm cho đặc tính kéo, phanh,chất lượng kinh tế, tính chất dẫn hướng của xe sẽ tốt hơn

Hệ số bám φ thường được xác định bằng thực nghiệm Nó phụ thuộc vàotính chất và trạng thái của mặt đường, phụ thuộc vào kết cấu và trạng thái sửdụng của lốp xe, phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của xe

Lực bám của xe với mặt đường

Từ công thức trên ta có Pkmax= φ.Gφ

Pkmax là phản lực tiếp tuyến lớn nhất của đường tác dụng lên xe trongđiều kiện làm việc đã cho Vì vậy nó đặc trưng cho khả năng bám của bánh xevới đường ta gọi là lực bám và kí hiệu là Pφ

Điều kiện để xe chuyển động không bị trượt lết là:

Pk ≤ PφBởi vậy để tăng lực kéo của của xe máy ta phải tăng lực bám của bánh xechủ động với đường Khi tăng được Pφ sẽ tăng chất lượng của bám của xe haynói cách khác là làm giảm khả năng trượt lết quay hoàn toàn của máy.

Do Pφ = φ.Gφ nên để tăng Pφ ta nờn tỡm biện pháp để tăng φ hay Gφ lên

1.3.5 Các lực cản chuyển động của xe

Lực cản lăn

Khi xe chuyển động sẽ xuất hiện lực cản lăn do nội ma sát trong vật liệulốp, ma sát, giữa lốp và mặt đường, cũng như biến dạng của lốp và mặtđường Lực cản lăn được xác định theo công thức:

Pf = f.∑Zf: hệ số lăn

∑Z : tổng phản lực vuông góc của đường tác dụng lờn cỏc bánh xe

Khi xe chuyển động trên mặt đường nằm ngang thì ∑Z chính bằng trọnglượng của xe Bởi vậy ta có Pf = f G

Lực cản lên dốc

Hình 1.6 - Lực và mụmen tác dụng của xe máy khi leo dốc

Lực cản lên dốc Pi phụ thuộc vào trọng lượng của xe với góc dốc của mặtđường được xác định theo công thức:

α

sin

G

P i =

G: trọng lượng của xe

α: góc dốc mặt đường

Lực cản lăn và cản lên dốc được xác định từ phương trình

P(f+i) = Pf + Pi = G.f.cosα + G.sinα = G ( f.cosα + sinα)

Ở những góc nhỏ có thể coi: cosα ≈1; sinα ≈1 do đó

( f.cosα + sinα) = f + i = ΨLực cản tổng cộng của đường lúc này là :

P(f+i) = PΨ = Ψ.GΨ: hệ số cản tổng cộng của đường

Lực cản tăng tốc.

Lực quán tính do tăng tốc các khối lượng quay của bánh xe Pj3

Nếu kí hiệu gia tốc tịnh tiến j của xe là

dt

dv

thì công thức để tớnh cỏc lựcquán tính là:

Pj1 = M

dt

dv

=G g . dv dtM: khối lượng của xe

I i dv

dt r

Như vậy quán tính chung cản lại sự tăng tốc các khối lượng chuyển độngtĩnh tiến cũng như vận động quay của bánh xe được tính như sau:

Pj = Pj1 + Pj2 + Pj3

dv r

I r

I I g

G

b

b b

t b

i I g

G dt

dv g

G

b

t t e i

j

η δ

dt dv

Như vậy:

∑

++

t t e i

r G

g I r

i G

g

δ

1.4 Tải trọng tác dụng lên hệ thống truyền lực

Tải trọng cực đại tác dụng lên trục sơ cấp của hộp số và hệ thống truyềnlực có thể lớn hơn mụmen xoắn cực đại truyền từ động cơ, ví dụ tải trọng đóxuất hiện khi phanh đến trượt mà không nhả li hợp khi đó phần quay của động

cơ phải dừng lại trong thời gian ngắn và với gia tốc chậm dần rất lớn:

dt

dωe ( ω

e - tốc độ góc của bánh đà )Trong trường hợp này mụmen cỏc lực quán tính Mj của bánh đà sẽ truyềnqua li hợp để tác dụng lên hệ thống truyền lực Trị số của nó được xác địnhtheo công thức:

hệ thống truyền lực chỉ có thể bằng mụmen quay cực đại mà li hợp có thểtruyền

Ngoài tải trọng động tác tác dụng lên chi tiết do ngoại lực sinh ra còn cótải trọng động tác dụng lên chi tiết gia công lắp ghép cân bằng chính xác.Trong điều kiện sử dụng bình thường tải trọng tác dụng lên hệ thốngtruyền lực luôn luôn thay đổi phụ thuộc vào điều kiện đường sá, công suấttoàn bộ, công suất riêng và tốc độ chuyển động của ô tô

Trị số mụmen trung bình

( ) ( )

t

b tb

r r

tb

i

r KFv j

m m g m m M

ηδ

ψ

'

2 0

i’: tỉ số truyền từ bánh xe đến chi tiết được tính

m0, : khối lượng của xe

ψ: hệ số cản chuyển động

δ: hệ số tính đến các khối lượng quay

jtb: gia tốc trung bình của xe, m/s2

K: hệ số cản không khí

F: diện tích mặt đầu của xe, m2

v: vận tốc của xe

rb: bán kính bánh xe, m

ηt: hiệu suất của hệ thống truyền lực

Trên cơ sở phân tích chế độ tải trọng tác dụng lên hệ thống truyền lực, cóthể tổng hợp thành bốn chế độ tính toán sau:

Chế độ thứ nhất: Tính theo mụmen cực đại

M = Memax.i

M: mụmen quán tính ở chi tiết đang tính

Memax:: mômen cực đại của động cơ

i: tỉ số truyền từ động cơ đến chi tiết đang tính

Tính hệ thống truyền lực theo chế độ thứ nhất cho ta trị số ứng suất giảđịnh.Ứng suất nhỏ hơn ứng suất khi có tải trọng động cực đại tác dụng lên chitiết, nhưng ứng suất này lớn hơn ứng suất sinh ra ở điều kiện sử dụng bìnhthường

Chế độ này dùng để kiểm tra độ bền và so sánh độ bền các chi tiết

M = iϕ bx

Zi: phản lực pháp tuyến của đất lên bánh xe của các cầu chủ động tươngứng;

i’: tỉ số truyền từ bánh xe đến các chi tiết tính

φmax: hệ số bám cực đại

Chế độ tính toán thứ ba:

Tính theo tải trọng động cơ cực đại xuất hiện khi xe làm việc ở điều kiệnnặng nhọc Ví dụ khi khởi động xe tại chỗ cú dựng năng lượng của bánh đà,nhả li hợp đột ngột, phanh ngặt không nhả li hợp Khi đó xuất hiện ứng suấtlớn đột ngột làm cho chi tiết bị hư hỏng

Muốn xác định chính xác trị số ứng suất cực đại đó phải qua thực nghiệmđối với từng cụm, từng chi tiết trong những điều kiện cụ thể

Trị số mụmen cực đại để tính bền chi tiết có thể xác định theo công thứcsau đây:

Mmax = Kδ Memax i

Memax: mụmen cực đại của động cơ

i: tỉ số truyền từ động cơ đến các chi tiết cần tính

Trong trường hợp này tải trọng được tải trọng xác định trên cơ sở thựcnghiệm để xác định trên cơ sở thực nghiệm để xác định qui luật đường congphân bố tải trọng

Sau khi thí nghiệm trong những trường hợp khác nhau rồi dùng phươngpháp thống kê ta xác định lại qui luật phân bố tải trọng lờn cỏc chi tiết cầnnghiên cứu

1.5 Ảnh hưởng của li hợp đến khi phanh

Trong khi phanh xe có gia tốc âm

dt dv

dt

dv r dt

d

b

b 1

= ω

Gia tốc góc của trục khuỷu động cơ là:

h b

i r

i dt

dv = 0

ih: tỉ số truyền của hộp số

Mụmen quán tính truyền qua li hợp khi phanh là:

h b m

r

i J

dv

δ

=

Pp: là lực phanh tổng cộng ở các bánh xe

Ga: trọng lượng của xe

δ: hệ số xét ảnh hưởng của trọng khối quay của xe

Công trượt sinh ra trong quá trình đóng li hợp

Khi đóng li hợp đĩa chủ động của li hợp đang quay theo số vòng quaycủa trục khuỷu còn đĩa bị động chưa quay Trước khi đĩa bị động cùng quayvới đĩa chủ động thành một khối liền thì bao giờ cũng sinh ra trượt Khi sang

số và khi phanh người lái thường mở li hợp và sau đó lại đóng lại thì sự chênhlệch tốc độ mới kéo đĩa bị động quay theo cùng số vòng quay thành hệ thốngđộng học liền

Hiện tượng trượt sẽ sinh ra công ma sát biến thành nhiệt làm nóng cácchi tiết của li hợp hoặc có thể sinh ra quá nhiệt đối với các chi tiết Nhất là lò

xo ép có thể bị ủ nhiệt có thể làm mất khả năng ép và gây ra mũn cỏc chi tiếtnhư đĩa ma sát, đĩa ộp…

1.6 Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực

Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực được xác định bằng tỉ số giữa sốvòng quay ne (hay tốc độ góc ωe) của trục khuỷu động cơ với số vòng quaycủa bánh xe chủ động (hay tốc độ góc ωb)

b

e b

e n

n i

ω

ω

=

=Trong trường hợp tổng quát tỉ số truyền của hệ số truyền lực được tínhbằng tích số của các tỉ số truyền thành phần các bộ phận trong hệ thống truyềnlực

Sơ đồ hệ thống truyền lực hộp số có cấp do người điều khiển

it = ih igt .ix

Trong đó:

ih: tỉ số truyền của hộp số

igt: tỉ số truyền của li hợp

ix: tỉ số truyền của xích

Sơ đồ hệ thống truyền lực hộp số có cấp điều khiển tự động

Tỉ số truyền lực trong trường hợp này cũng tương tự như trường hợp hộp

số có cấp do người điều khiển

Sơ đồ truyền lực hộp số vô cấp

it = ih igt Trong đó:

ih: tỉ số truyền của hộp số

igt: tỉ số truyền của li hợp

Sơ đồ hệ thống truyền lực hộp số có cấp và truyền lực các- đăng

it = ih igt .ioTrong đó:

ih: tỉ số truyền của hộp số

igt: tỉ số truyền của li hợp

io: tỉ số truyền của truyền lực chính

Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực sẽ thay đổi khác nhau tuỳ theo sựthay đổi của tỉ số truyền hộp số

Trong quá trình xe chuyển động công suất được truyền từ động cơ xuốngbánh xe chủ động sẽ bị tiêu hao một phần công suất để khắc phục các lực cảntrong hệ thống truyền lực bao gồm: ma sát giữa các bánh răng, ma sát trongcác ổ đỡ trục, tổn thất thủy lực do khuấy vẩy dầu bôi trơn trong các te hộp sốCông suất truyền đến bánh xe sẽ là :

TL e

K N N

Trong đó :

TL

N công suất tiêu hao cho hệ thống truyền lực

Để đánh giá tổn hao công suất người ta dùng hiệu suất truyền lực Hiệusuất truyền lực là tỉ số giữa công suất truyền tới bánh xe chủ động N Kvà côngsuất hữu ích của động cơ N e

e

TL e

TL e e

K TL

N

N N

N N N

Hiệu suất của hệ thống truyền lực là tích hiệu suất của các cụm trong hệthống truyền lực như: hiệu suất của li hợp, hiệu suất của hộp số chính, số phụ.Như vậy hệ thống truyền lực càng nhiều cụm thì hiệu suất truyền lực càng bịgiảm Trong quá trình sử dụng hiệu suất truyền lực luôn luôn thay đổi Để đơngiản trong tính toán ta coi hiệu suất truyền lực không thay đổi và chỉ phụthuộc vào kết cấu của hệ thống truyền lực

Chương II ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ TRONG TRÊN XE MÁY

2.1 Khái niệm và phân loại

2.1.1 Khái niệm

Xe máy là loại xe có hai bánh chạy bằng nguồn động lực của động cơ

và xe được hoạt động do người điều khiển (hình 2.1)

Hình 2.1 - Xe máy

1 Động cơ, 2 Bánh trước, 3 Tay lái, 4 Bánh sau

2.1.2 Phân loại

- Phân loại theo hãng sản xuất

Gồm các loại sau: Xe Honda, suzuki, yamaha, Vespa, kavaski…

- Phân loại theo nguyờn lớ làm việc của động cơ

Gồm các loại sau: Xe 4 kì, xe 2 kì

- Phân loại dựa vào dung tích xi-lanh: có xe máy 50, 70, 90, 100,

125, 150…

- Phân loại theo số xi-lanh của động cơ: có xe máy 1 xi - lanh (xe 1

động cơ), xe máy 2 xi-lanh (xe 2 động cơ), xe máy 4 xi - lanh (xe 4 động cơ)

- Phân loại theo kết cấu và cách lắp đặt động cơ:

+ Động cơ đặt đứng

+ Động cơ đặt ngang

+ Động cơ hình chữ V

Hình 2.2- Động cơ hình chữ V

- Phân loại theo hệ thống truyền động

Xe ga (xe có truyền lực tự động), xe số (xe có hộp số cổ điển)

Ngoài ra, mụ- tụ xe máy còn được phân loại theo năm sản xuất, hệ thốngđánh lửa, xe nam/nữ/tay ga hay các xe chuyên dùng như: thể thao, việt dã, địahình

2.2 Đặc điểm cấu tạo động cơ

Động cơ xe máy rất đa dạng về hình dáng, công suất chúng thường

có những đặc điểm sau:

Là động cơ xăng 2 kì hoặc 4 kì cao tốc

- Có công suất nhỏ

- Thường làm mát bằng không khí

- Số lượng xi lanh ít (thường có 1 hoặc 2 xi lanh)

- Trong các- te động cơ xe máy cũn cú lắp ráp li hợp và hộp số Li hợpđược lắp trong các- te li hợp, hộp số được lắp trong các- te hộp số (hình 2.3)

7 Bánh răng phân phối

Chốt khuỷu của trục khuỷu động cơ xe máy công suất nhỏ được lắp rời vớihai má khuỷu và đầu to thanh truyền thường được chế tạo liền một chi tiết(hình 2.5)

2.2.2 Đặc điểm cấu tạo hệ thống nhiờn liợờ̀u

Bộ chế hòa khí của động cơ xe máy thường có quả ga và được điều khiển

bằng tay ga– dây ga

6 Đế kim ga,7 Quả ga

8 Kim ga, 9 Hoà khí

Mặt khác trụ ga còn lắp với kim ga (kim ga có dạng hỡnh cụn) Khiđiều khiển trụ ga thì cả bướm ga, bướm gió và kim ga cùng thay đổi vị trí.Tức là độ mở bướm ga, mặt cắt của họng khuyếch tán và tiết diện của ốngphun đều được thay đổi Làm cho tuyến xăng chớnh cú tỉ lệ hòa khí phù hợpvới chế độ tiết kiệm và chế độ toàn tải của động cơ

Hình 2.8 - bộ chế hoà khí dùng kết hợp bướm ga và quả ga

2.2.3 Đặc điểm cấu tạo của hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa xe máy thường được cấu tạo theo các loại sau:

- Hệ thống đánh lửa ắcqui - tiếp điểm

- Hệ thống đánh lửa máy phát điện - tiếp điểm

Hệ thống đánh lửa máy phát điện – CDI (Capacitor Dischange Ignition)

Hệ thống đánh lửa ắcqui CDI

- Hệ thống đánh lửa PEI (Pointless - Electronic - Ignition)

2.2.3.1 Hệ thống đánh lửa máy phát điện – CDI

Một động cơ muốn hoạt động tốt sẽ phụ thuộc vào 3 yếu tố: Hòa khí tốt(Xăng- Không khí có tỉ lệ thích hợp); Áp suất nén buồng đốt cao đánh lửamạnh (tia lửa mạnh, liên tục, đúng thời điểm) Chớnh vỡ vai trò quan trọngcủa hệ thống đánh lửa, nờn cỏc nhà sản xuất xe gắn máy đã không ngừng cảitiến để hoàn thiện tính năng của hệ thống này

Trờn các xe gắn máy được sản xuất trong thời gian gần đây, chúng takhông còn thấy sử dụng hệ thống đánh lửa mỏ vít vỡ nó cú quá nhiều khuyếtđiểm (tia lửa không mạnh, phải thường xuyên bảo trì và hiệu chỉnh…) Thayvào đó là hệ thống đánh lửa CDI (Capacitor Discharge Ignition) có nhiều ưuđiểm nổi bật: Cho tia lửa mạnh, có độ tin cậy và ổn định cao, không phải tốncông bảo dưỡng Có 2 dạng đánh lửa lọai CDI: AC- CDI (hệ thống đánh lửa

sử dụng nguồn điện xoay chiều) và DC- CDI (hệ thống đánh lửa sử dụngnguồn điện một chiều) Chúng ta thử tìm hiểu hoạt động cơ bản của 2 dạngđánh lửa này

Hệ thống đánh lửa này sử dụng nguồn điện xoay chiều phát ra từ cuộnnguồn(cuộn lửa) ở vô lăng khi động cơ quay Giá trị của dòng điện này lớnhay nhỏ phụ thuộc vào tốc độ của vô lăng điện (ứng với sự biến thiên từtrường của nam châm trong vô lăng điện): nếu vô lăng điện quay chậm, từtrường biến thiên ít như vậy dòng điện sinh ra sẽ có giá trị nhỏ; khi vô lăngquay càng lớn, dòng điện sinh ra sẽ càng lớn Như vậy, dòng điện do cuộnnguồn phát ra và đưa vào CDI được tích vào tụ điện có giá trị không như nhau

ở những khoảng tốc độ khác nhau của động cơ Khi đến thời điểm đánh lửa,dòng điện do cuộn kích tạo ra làm thông Tisitor, năng lượng đã tích trong tụđiện phóng đột ngột qua cuộn sơ cấp của bụbin sườn, nhờ hiện tượng cảmứng điện từ làm sinh ra trong cuộn thứ cấp của bụbin sườn dòng điện cảm ứngvới điện thế rất cao (khoảng 15.000 ~ 20.000 V) làm phát sinh tia lửa điện ởbugi

- Hệ thống đánh lửa máy phát điện – CDI (Hình 2.10), gồm cỏc bộphận: máy phát điện, cụm CDI, bụbin, khoá điện, bugi

- Máy phát điện gồm các bộ phận như hình 2.10

Hình 2.10 - Sơ đồ hệ

thống đánh lửa máy

phát điện – CDI

1.Vôlăng từ, 2.Cuộn

dây lửa, 3.Cuộn dây

điều khiển, 4 Khoá

điện, 5.Bôbin

6 Bugi, 7 Cuộn dây

đèn

- Cuộn dây điều khiển gồm khung từ, dõy quấn và vỏ bảo vệ

+ Khung từ là một thanh nam châm vĩnh cửu, có mặt cắt ngang là hìnhtròn

+ Dây quấn có tiết diện 0,1mm; Số vòng 1200 - 1400 vòng; Điện trởthuần 120 ôm – 140 ôm

- Cụm CDI (hình 2.11) gồm các linh kiện điện tử nối với nhau

+ SCR (silicon – Control - Rectifire) hoạt động như một công tắc điện,SCR dẫn điện khi điện thế cực G (cực cổng) dương hơn cực K (katụụt)

+ Tụ điện làm nhiệm vụ tích điện và phóng điện tạo ra dòng điện biếnthiên có tốc độ lớn qua cuộn dây sơ cấp bụbin

Trị số tụ điện: 200V- 2àF: điện áp chịu đựng 200V (Vụn); điện dungcủa tụ điện là 2àF (mi- crụ- phara)

+ Điụụt cho dòng điện đi theo một chiều, thường chọn điụụt có dòng điệntối đa 1A (Ampe)

Các linh kiện của cụm CDI được lắp trong hộp đầu dõy (Hình 2.11) vàđược nối điện ra ngoài qua các đầu nối điện (thường có 4 đầu nối, 5 đầu

nụụi…)

Hình 2.11 - Sơ đồ chân cụm CDI

Hoạt động:

- Khi vụlăng từ quay cuộn dây lửa sinh ra suất điờn động cảm ứng, nửachu kì dương (Z dương, P âm) dòng điện trong mạch đi như sau: từ điểm Z →chân 2 CDI → D1 → C → W1 → mát → P Dòng điện này nạp cho tụ điện C

và chỉ xuất hiện khi tụ điện chưa được nạp đầy Dòng điện có đi qua cuộn dây

sơ cấp của bụbin nhưng nó có tốc độ biến thiên chưa cao nờn cuộn thứ cấpxuất hiện sức điện động chưa đủ lớn để bugi bật tia lửa điện

- Khi cựa điều khiển trờn vụlăng từ quay qua cuộn dây điều khiển, cuộndây điều khiển xuất hiện một hiệu điện thế Điện thế dương đặt vào cực G làmSCR dẫn điện Tụ điện C phóng điện qua SCR, theo vòng: Cực dương (+) tụđiện C → cực A → cực K → Mát → W1 → H → cực âm (- ) Dòng điện đượcphóng qua cuộn dây sơ cấp bụbin W1 có tốc độ biến thiên lớn, cuộn dây sơcấp sinh ra một từ trường biến thiên có tốc độ nhanh Từ trường này làm cuộndây thứ cấp bụbin W2 xuất hiện một hiệu điện thế cao (20 kV – 25kV) và dẫnđến bugi để bật tia lửa điện

- Khi tắt khoá điện dòng điện đi từ Z → chân 2 → D1 → D3 → Khoáđiện → Mát (P), dòng điện sơ cấp bị đoản mạch về mát, tụ điện không đượcnạp năng lượng điện, không có dòng điện chạy qua cuộn dây sơ cấp, cuộn dâythứ cấp không xuất hiện hiệu điện thế, động cơ ngừng hoạt động

2.2.3.2 Hệ thống đánh lửa PEI

Hệ thống đánh lửa PEI có cấu tạo như hình 2.12 và có thể mô tả nguyờn

lớ hoạt động của hệ thống như sau:

- Vô lăng từ quay, khóa điện ở trạng thái hở mạch (mở), cuộn dây lửasinh ra một suất điện động cảm ứng

- Khi Z dương, M âm, trong mạch xuất hiện dòng điện I1 đi từ Z → D1

→ tụ điện C → Y → W1 → P → O → Rđk → E → M (Dòng điện I1 chỉ xuấthiện khi tụ điện C chưa nạp đầy)

- Khi M dương, Z âm, xuất hiện dòng điện I2 đi từ M → E → Rdk → O

→ D2 → Z Dòng điện I2 làm xuất hiện sụt áp Udk = I.Rdk trên Rdk, giữa điểm E

và O có hiệu điện thế, dương tại E Điện áp này làm cho SCR dẫn điện, tụđiện C phóng điện, dòng điện I3 từ cực dương C → A → K → W1 → cực âm

tụ điện C Dòng điện I3 có tốc độ biến thiên lớn và đi qua cuộn dây sơ cấp W1,cuộn dây W1 sinh ra một từ trường biến thiên có tốc độ lớn, cuộn dây thứ cấpbụbin W2 sinh ra một hiệu điện thế cao (20 KV - 25KV) và dẫn đến bugi đểbật tia lửa điện

- Khi tắt khóa điện (Khóa nối mạch), dòng điện từ cuộn dây lửa qua khóađiện về mát làm đoản mạch dòng điện sơ cấp, dòng điện không nạp điện cho

tụ điện, hiệu điện thế cao áp không xuất hiện, động cơ ngừng hoạt động

- Thời điểm đánh lửa của động cơ là thời điểm xuất hiện dòng điện I2 vàphụ thuộc vị trí lắp ráp của vụlăng từ với trục khuỷu

Cụm PEI thường lắp trong hộp nhựa tương tự cụm CDI và cụm PEI cóthể lắp chung với bụbin trong một hộp nhựa