THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ĐHBK TPHCM

Nguyên lí làm việc Trong động cơ đốt trong kiểu pit-tông, thanh truyền, trục khuỷu các cụm chi tiếtlàm việc trên nguyên tắc sau - Nhóm pit-tông chuyển động tịnh tiến truyền lực khí thể c

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 6

PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG SINH HỌC 6

CHƯƠNG 2 7

CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CHO TỪNG HỆ THỐNG 7

2.1 Chọn phương án thiết kế cho cụm cố định 7

2.1.1 Thân máy 7

a) Loại thân máy kiểu thân xi-lanh – hộp trục khuỷu 7

b) Kiểu chịu lực của thân máy 8

c) Phương án ổ trục – bạc lót 8

d) Phương án lót xi-lanh 9

2.1.2 Nắp xi-lanh 10

a) Phương án chọn nắp xi-lanh 10

b) Phương án chọn gioăng nắp xi-lanh 11

2.2 Chọn phương án thiết kế cho hệ thống phát lực 11

2.1.1 Pit-tông 11

a) Phương án đỉnh pit-tông 11

b) Phương án đầu pit-tông 12

c) Phương án thân và chân pit-tông 12

2.1.2 Chốt pit-tông 12

a) Phương án vật liệu 12

b) Phương án kết cấu chốt pit-tông 13

c) Phương án lắp chốt pit-tông 13

2.1.3 Xéc-măng 13

2.1.4 Thanh truyền 14

a) Phương án vật liệu 14

b) Phương án đầu nhỏ thanh truyền 14

c) Phương án thân thanh truyền 15

d) Đầu to thanh truyền 15

2.1.5 Trục khuỷu 15

2.1.6 Bánh đà 17

a) Phương án vật liệu 17

b) Phương án kết cấu bánh đà 17

2.3 Chọn phương án thiết kế hệ thống bôi trơn 18

Nguyên lý làm việc 19

2.4 Chọn phương án cho thiết kế hệ thống làm mát 20

2.5 Chọn phương án thiết kế hệ thống đánh lửa 20

2.5.1 Sơ đồ 21

2.5.2 Nguyên lý 21

2.6 Chọn phương án thiết kế cho hệ thống nhiên liệu 22

2.6.1 Phương án bộ chế hoà khí 22

2.6.2 Phương án phao xăng 23

2.6.3 Phương án buồng phao 23

2.6.4 Phương án bình lọc không khí 24

2.6.5 S đ kh i h th ng nhiên li u dùng b ch hòa khí: ơ ồ ố ệ ố ệ ộ ế 25

2.6.6 Nguyên lý hoạt động 25

CHƯƠNG 3 26

TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 26

3.1 Các thông số cho trước của động cơ tham khảo 26

3.2 Chọn các thông số cho tính toán nhiệt 26

3.2.1 Áp suất không khí nạp (p 0 ) 26

3.2.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T 0 ) 26

3.2.3 Áp suất khí nạp trước xú-pap nạp (p k ) 26

3.2.4 Nhiệt độ khí nạp trước xú-pap nạp (T k ) 26

3.2.5 Áp suất cuối quá trình nạp (p a ) 26

3.2.6 Chọn áp suất khí sót (p r ) 27

3.2.7 Nhiệt độ khí sót (T r ) 27

3.2.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (T) 27

3.2.9 Chọn hệ số nạp thêm 1 27

3.2.10 Chọn hệ số quét buồng cháy 2 27

3.2.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t 28

3.2.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (z ) 28

3.2.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (b ) 28

3.2.14 Chọn hệ số dư lượng không khí α 28

3.2.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công  d 28

3.2.16 Tỷ số tăng áp 29

3.3 Tính toán nhiệt 29

3.3.1 Quá trình nạp 29

3.3.2 Quá trình nén 29

3.3.3 Quá trình cháy 30

3.3.4 Quá trình giãn nở 31

3.3.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình 32

3.3.6 Tính thông số kết cấu của động cơ 33

3.3.7 Vẽ đồ thị công chỉ thị 35

3.3.8 Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công 35

CHƯƠNG 4 39

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC 39

CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN 39

4.1 Phân tích động học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền 39

4.2 Động học của pit-tông 39

4.2.1 Chuyển vị của pit-tông 39

4.2.2 Vận tốc của pit-tông 41

4.2.3 Gia tốc của pit-tông 43

CHƯƠNG 5 46

TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU 46

TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN 46

5.4.1 Khối lượng các chi tiết chuyển động 54

5.4.2 Lực và moment tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền 57

5.4.3 Lực khí thể trong xi-lanh P kh 57

5.4.4 Lực quán tính 58

5.4.5 Hệ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền: 59

5.4.6 Moment tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền 67

5.4.7 Hệ lực và moment tác dụng trên trục khuỷu 69

5.4.8 Cân bằng động cơ 74

CHƯƠNG 6 76

TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CÁC HỆ THỐNG 76

6.1 HỆ THỐNG CỐ ĐỊNH 76

6.1.1 Tính bền lót xi-lanh 76

6.1.2 Tính bền bu-lông ghép thân với nắp xi-lanh 76

6.1.3 Tính sức bền của gujong chịu lực 77

6.1.4 Tính bền nắp xi-lanh 78

6.2 HỆ THỐNG BÔI TRƠN 80

6.2.1 Xác định những thông số cơ bản của hệ thống 80

6.2.2 Tính toán ổ trượt 80

6.3 HỆ THỐNG PHÁT LỰC 89

6.3.1 Thiết kế phác thảo 89

6.3.2 Kết cấu động cơ 91

6.3.3 Thiết kế cơ cấu phát lực 92

6.3.4 Thiết kế kỹ thuật cơ cấu phát lực 96

6.4 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU XĂNG DÙNG BỘ CHẾ HÒA KHÍ (tính toán các bộ phận chính của bộ chế hóa khí) 119

6.4.1 Xác định kích thước họng 121

6.4.2 Tính gíc-lơ và vòi phun 123

6.4.3 Đặc tính của bộ chế hòa khí 126

6.4.4 Buồng phao 126

6.4.5 Thùng xăng 127

BẢNG PHÂN CÔNG

STT Họ và tên MSSV Nhiệm vụ

– Chọn phương án thiết kế hệ thống đánh lửa

Khánh

– Chọn phương án thiết kế, tính toán kiểm nghiệm hệ thống cố định

– Chọn phương án thiết kế, tính toán kiểm nghiệm hệ thống nhiên liệu

– Tính toán nhiệt

– Chọn phương án thiết kế, tính toán kiểm nghiệm hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát.– Tính toán Động học

– Chọn phương án thiết kế, tính toán kiểm nghiệm hệ thống phát lực

– Tính toán Động lực học

CHƯƠNG 1

PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU

CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG SINH HỌC

Nhiên liệu sinh học được sử dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới từ nhiều nămnay Đây được coi là giải pháp bảo vệ môi trường, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóathạch Một mặt, nhiên liệu sinh học góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượngtrong tương lai do tốc độ khai thác và sử dụng dầu thô ngày càng lớn dẫn tới nguy cơ ônhiễm môi trường, trái đất nóng lên và biến đổi khí hậu Mặt khác, nhiên liệu sinh họcgóp phần phát triển kinh tế nông thôn, tăng thu nhập cho người dân ở vùng sâu, vùng xa,những nơi có tiềm năng lớn đối với lĩnh vực nông, lâm nghiệp

Việc sử dụng xăng sinh học giúp cải thiện tính năng động cơ, giảm phát thải, tăngchỉ số octan (tăng khả năng chống kích nổ của nhiên liệu), quá trình cháy trong động cơdiễn ra triệt để hơn do hàm lượng oxy cao hơn xăng thông thường Vì thế, nhóm chúng

em chọn xăng sinh học E20-RON95 (20% ethanol, 80% xăng RON95) và thiết kế động

cơ sử dụng xăng này theo mẫu động cơ tham khảo Kohler Command PRO CH270

Do hàm lượng cồn trong nhiên liệu khá cao nên có thể dẫn tới hiện tượng tách lớp,ảnh hưởng tới quá trình cung cấp nhiên liệu và chất lượng làm việc của động cơ khiếncho tỉ lệ xăng/không khí trở nên không chính xác

Cồn cũng sẽ ăn mòn các bình xăng cấu thành từ vật liệu sợi thuỷ tinh, ống cao su

và đường dẫn bằng plastic Nó cũng tiềm ẩn nguy cơ gây rỉ sét do làm đọng nước trongnhiều chi tiết kim loại

Ngoài ra, cồn ethanol có tính hút ẩm mạnh hơn xăng rất nhiều Điều này có thểgây ra hiện tượng đọng nước bên trong bình xăng, và các bộ phận khác như chế hoà khí,xi-lanh, đường ống dẫn – hay bất cứ bộ phận nào có khoảng trống không khí Việc xuấthiện nước trong hệ thống dẫn xăng sẽ làm giấy bên trong lọc xăng thông thường bị phồnglên và chẹn đường chảy của nhiên liệu tới động cơ

Do đó, động cơ thiết kế cần phải chú ý yêu cầu về tính bền, chống sự ăn mòn củanhiên liệu nhưng vẫn đảm bảo về hiệu quả khi sử dụng

Động cơ thiết kế lại là động cơ tĩnh tại 4 kỳ, một xi-lanh, hoạt động với công suấttối đa là 5,2 KW, tốc độ vòng quay tối đa cần đạt được là 4000 vòng/phút tuy không nhỏgọn bằng động cơ 2 kỳ nhưng có tính kinh tế cao hơn

CHƯƠNG 2

CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CHO TỪNG HỆ THỐNG

2.1 Chọn phương án thiết kế cho cụm cố định.

2.1.1 Thân máy

a) Loại thân máy kiểu thân xi-lanh – hộp trục khuỷu

Hình 2-1 Thân máy kiểu thân xi-lanh – hộp trục khuỷu

 Ưu điểm

+ Nhẹ, tốn ít kim loạt và có độ cứng vững tương đối lớn, bảo đảm độ khít giữa thân lanh và khoang làm mát

xi-+ Giảm bớt được mặt lắp ghép, gia công đơn giản

+ Thân máy vẫn đủ độ bền dù vách ngăn tương đối mỏng

 Nhược điểm

+ Chế tạo rất khó, nhất là các loại động cơ có đường kính xilanh lớn

+ Khó khăn trong quá trình sửa chữa

Thân máy - nắp xi-lanh thường chế tạo theo phương pháp đúc

Thân xi-lanh được đúc bằng nhôm để giảm khối lương nhưng vẫn đảm bảo được độ cứng vững

b) Kiểu chịu lực của thân máy

Dựa vào tình trạng chịu lực của thân máy kiểu thân xi-lanh – hộp trục khuỷu của

ta chọn phương án thân xi-lanh chịu lực

Lực khí thể tác dụng trên nắp máy sẽ truyền cho thân xi-lanh qua các gujông nắp máy, lực tác dụng sẽ gây ra ứng suất kéo trên các tiết diện thẳng góc với đường tâm xi-lanh của thân máy Thường dùng ở động cơ xăng

Ổ trục được dùng để đỡ các trục quay hoặc đỡ chi tiết máy quay trên trục Nhờ có ổ

mà trục hoặc chi tiết quay trên trục có vị trí xác định và quay quanh đường tâm định sẵn

Theo tính ma sát trong ổ, có hai loại: ổ trượt và ổ lăn

Dựa vào kết cấu của động cơ ta chọn ổ lăn

Ổ lăn có cấu tạo gồm vòng trong; vòng ngoài, các con bi và vòng cách

 Ưu điểm

+ Hệ số ma sát nhỏ

+ Bôi trơn đơn giản

+ Ít tốn vật liệu bôi trơn

+ Được tiêu chuẩn hóa và tính lắp lẫn rất tốt

 Nhược điểm

+ Tuổi thọ thấp

+ Kích thước lớn.

+ Khó lắp ghép

d) Phương án lót xi-lanh.

Hình 2-2 Lót xi-lanh liền thân máy

Động cơ có lót lanh khô làm bằng gang, được gắn liền trên suốt chiều dài của lanh

2.1.2 Nắp xi-lanh

a) Phương án chọn nắp xi-lanh

Chọn kiểu làm mát trên nắp máy động cơ là làm mát bằng gió có cánh tản nhiệt

Vật liệu: Hợp kim nhôm – silic A356

 Ưu điểm

+ Dễ chế tạo, thích hợp hoạt động ở các nơi thiếu nước

 Nhược điểm

+ Tải nhiệt kém hiệu quả hơn, to và cồng kềnh

Nắp xi-lanh động cơ xăng có kết cấu tuỳ thuộc vào kiểu buồng cháy, số xu-páp, cách bố trí xu-páp và bu-gi, kiểu làm mát động cơ cũng như cách bố trí đường thải nạp trên nắp xi-lanh

Do đó các phương án chọn nắp xi-lanh phụ thuộc vào kiểu buồng cháy trên động

cơ Ta chọn nắp máy có buồng cháy bán cầu

- Thường được dùng trong các động cơ xăng có cơ cấu xupap treo, động cơ xăng cỡnhỏ như động cơ mô tô, xuồng máy

- Dùng xu-páp treo, có xu-páp nạp lớn hơn xu-páp thải, có bu-gi đặt trên nắp lanh, khoảng cách từ bu-gi đến điểm xa nhất của buồng cháy gần bằng đường kínhxi-lanh

xi Trên nắp máy có các lỗ nước, lỗ bắt gujông, và lỗ để luồng đũa đẩy

- Vách buồng cháy được làm mát tốt để tránh kích nổ

 Ưu điểm

+ Nắp máy ở buồng đốt này có kết cấu nhỏ gọn

+ Xu-páp thải và xu-páp đóng bố trí ở 2 phía khác nhau

 Nhược điểm

+ Nếu đỉnh pit-tông được làm lồi lên để tăng tỷ số nén và tạo xoáy lốc thì trong buồng đốt sẽ cháy dữ dội khó làm mát ở đỉnh pit-tông

b) Phương án chọn gioăng nắp xi-lanh

Gioăng được làm bằng cao su silicone

 Ưu điểm:

+ Có khả năng bao kín tốt, bền dai, mềm dẻo, chịu nhiệt tốt

+ Khi siết bu-lông thì gioăng bị biến dạng tương đối nhiều do đó tiếp xúc tốt với những mặt tiếp xúc không phẳng

+ Chiều dày càng lớn thì lắp ghép càng dễ ăn khít

 Nhược điểm: khi sữa chữa thay thế thì không được tùy tiện thay đổi chiều dày vì

+ Ở nhiệt độ cao nhiệt độ giảm nhiều

+ Chịu mòn kém hơn gang

+ Đắt tiền

a) Phương án đỉnh pit-tông

Ta thiết kế đỉnh pit-tông theo dạng lõm

 Ưu điểm: Tạo xoáy lốc nhẹ trong quá trình nén

 Nhược điểm: Diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng

b) Phương án đầu pit-tông

Chọn phương án thân pit-tông có 3 rãnh măng bao gồm 2 măng khí và 1 măng dầu

xéc-Hình 2-3 Phương án đỉnh và rãnh xéc-măng của pit-tông

c) Phương án thân và chân pit-tông

Cắt bỏ một phần chân pit-tông để giảm trọng lượng thân pit-tông

Hình 2-4 Phương án thân pit-tông và chân pit-tông

2.1.2 Chốt pit-tông

a) Phương án vật liệu

Sử dụng vật liệu là thép cac-bon 45 có thành phần cac-bon trung bình

b) Phương án kết cấu chốt pit-tông

Ta chọn phương án chốt pit-tông lắp tự do, đây là phương pháp được dùng thông dụng

vì có những ưu điểm sau:

+ Do chốt quay tự do quanh thân nên mòn đều và mặt chịu lực luôn thay đổi khiến chốt ít

Vật liệu chế tạo xéc-măng: sử dụng gang xám hợp kim XM.

Hình 2-7 Kết cấu và miệng của xécmăng

Hình 2-8 Sơ đồ bố trí xécmăng

2.1.4 Thanh truyền

a) Phương án vật liệu

Sử dụng thép hợp kim thép carbon C45 vì giá thành rẻ và dễ gia công chế tạo

b) Phương án đầu nhỏ thanh truyền

Hình 2-9 Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền

c) Phương án thân thanh truyền

Ta chọn thân thanh truyền có tiết diện như sau

Hình 2-10 Kết cấu thân thanh truyền

d) Đầu to thanh truyền

Ngoài việc đảm bảo bền cho thanh truyền, đầu to còn gắn thêm một gàu dùng để tạt dầu bôi trơn

Hình 2-10 Kết cấu đầu to thanh truyền

Do động cơ đã chọn là động cơ tĩnh tại và có đuôi trục khuỷ hình côn nên ta chọn thiết kế bánh đà dạng vành.

 Ưu điểm:

+ Phần lớn khối lượng được phân bố ở vành nên có thể làm giảm tối đa khối lượng

và vật liệu chế tạo bánh đà nhưng vẫn đảm bảo được moment quán tính lớn đủ cho động

cơ hoạt động êm dịu

 Nhược điểm:

+ Kết cấu không được vững chắc như các loại kết cấu khác bởi phần lớn khối lượng được tập trung bên ngoài vành

Nguyên lí làm việc

Trong động cơ đốt trong kiểu pit-tông, thanh truyền, trục khuỷu các cụm chi tiếtlàm việc trên nguyên tắc sau

- Nhóm pit-tông chuyển động tịnh tiến truyền lực khí thể cho thanh truyền

- Nhóm thanh truyền là chi tiết chuyển động trung gian, có chuyển động phứctạp ( chuyển động song phẳng) để biến chuyển động tịnh tiến của pit-tôngthành chuyển động quay của trục khuỷu

- Trục khuỷu có chuyển động quay và truyền công suất của động cơ ra ngoài đểdẫn động máy công tác

Động cơ bốn kì hoạt động theo nguyên lí sau

- Kỳ nạp: pit-tông nhận năng lượng từ bánh đà thông qua kết cấu trục khuỷu vàthanh truyền dịch chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới(ĐCD) thực hiện quá trình nạp môi chất công tác

- Kỳ nén: pit-tông nhận năng lượng từ bánh đà thông qua kết cấu trục khuỷu vàthanh truyền dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, thực hiện quá trình nén

- Kỳ giãn nở sinh công: xảy ra quá trình cháy – giãn nở và sinh công Pit-tôngnhận áp lực từ khí cháy sinh ra trong xi-lanh động cơ dịch chuyển từ ĐCTxuống ĐCD và truyền ra ngoài cho thiết bị công tác thông qua cơ cấu trụckhuỷu – thanh truyền

- Kỳ thải: pit-tông tiếp tục nhận năng lượng từ bánh đà thông qua cơ cấu truckhuỷu – thanh truyền, dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT thực hiện quá trình thảisản vật cháy ra ngoài

2.3 Chọn phương án thiết kế hệ thống bôi trơn

Động cơ có một xi-lanh nằm nghiêng nên ta chọn phương án bôi trơn vung té Trên đầu to thanh truyền có lắp gàu tát dầu lên các vị trí cần được bôi trơn

 Ưu điểm

+ Đơn giản, dễ bố trí

 Nhược điểm

+ Không đảm bảo lưu lượng dầu bôi trơn của ổ trục

+ Chỉ áp dụng cho các động cơ công suất nhỏ, tốc độ thấp

tự do xuống các mặt ma sát của ổ trục Để bảo đảm cho các ổ trục không bị thiếu dầu, trên các vách ngăn bên trên ổ trục thường có các gân hứng dầu

(b) (a)

2.4 Chọn phương án cho thiết kế hệ thống làm mát

Do là động cơ tĩnh tại, thành thân máy không đủ dày làm hệ thống đường đi củanước làm mát nên ta quyết định dùng phương án làm mát bằng không khí tự nhiên, có cácphiến tản nhiệt mặt ngoài của than xi-lanh

Hình 2-13 Phương án bố trí cánh tản nhiệt trên thân xi-lanh

 Ưu điểm: đơn giản, dễ chế tạo.

 Nhược điểm: làm mát kém

2.5 Chọn phương án thiết kế hệ thống đánh lửa

Chọn phương án hệ thống đánh lửa cảm biến điện từ

 Ưu điểm

+ Không ảnh hưởng đến tuổi thọ của động cơ

+ Không cần thiết phải bảo dưỡng hay cân chỉnh thời gian đánh lửa

+ Cấu tạo đơn giản, nhỏ gọn, dễ thay thế, sửa chữa

 Nhược điểm

+ Phần cơ khí dễ bị sai hoặc hư hỏng

+ Ở phần đánh lửa thường xuất hiện lỗi do kết nối kém

Năng lượng này được chuyển qua các lá thép ở hai đầu bobine và sau đó được chuyển đổi trong bobine và lưu trữ một dòng điện ở cuộn sơ cấp Năng lượng tích trữ sẽ được chuyển qua cuộn thứ cấp đúng thời điểm bằng cách kích hoạt bộ chuyển mạch bán dẫn bên trong bobine, khuếch đại thành dòng điện thứ cấp.

Do số vòng của cuộn thứ cấp lớn gấp rất nhiều lần số vòng dây cuộn sơ cấp nên dòng điện ở cuộn thứ cấp có điện áp rất lớn Dòng điện cao áp này được đưa đến nến bugi qua dây cao áp

2.6 Chọn phương án thiết kế cho hệ thống nhiên liệu

2.6.1 Phương án bộ chế hoà khí

A+B+C: Van điều khiển nhiên liệuD: Vít chỉnh chế độ không tảiE: Zíc-lơ

G+H: Vòi phun chínhM: Phao

J: Họng khếch tánK: Lò xo

Hình 2-16 Cấu tạo bộ chế hòa khí

Chọn phương án điều chỉnh tiết diện lưu thông của ziclo chính phối hợp với hệ thống không tải

 Ưu điểm

+ Cơ cấu gọn nhẹ, thích hợp động cơ tĩnh tại

+ Tốc độ dòng không khí còn tương đối cao, nhờ đó xăng ra vòi phun được xé

tơi tốt

+ Làm cho xăng bị cản mạnh, tạo điều kiện đường đặc tính không tải tốt cho động cơ.+ Giúp việc chuyển từ chế độ không tải sang chế độ tải êm hơn

 Nhược điểm

+ Tiết diện lưu thông của gic-lơ 1 chỉ phụ thuộc vào vị trí của bướm gia

+ Việc xác định hình dạng kim và đặt kim rất khó

+ Mối quan hệ giữa thành phần khí hỗn hợp và vị trí của bướm ga phụ thuộc vào mức độ mài mòn của kim và lỗ zíclơ nên không thể dung biện pháp điều chỉnh để khắc phục sự biến đổi này

2.6.2 Phương án phao xăng

+ Chịu nhiệt kém, dẫn nhiệt kém

2.6.3 Phương án buồng phao

Ta chọn phương án dẫn xăng từ phía trên

 Ưu điểm:

+ Dẫn xăng tốt hơn phương án dẫn xăng từ phía dưới

+ Có lò xo lá làm cánh tay đòn truyền lực từ phao tới van kim, để giảm bớt

tác dụng xóc của ô tô và dao động đột ngột

2.6.5 S đ kh i h th ng nhiên li u dùng b ch hòa khí: ơ ồ ố ệ ố ệ ộ ế

2.6.6 Nguyên lý hoạt động

Khi động cơ làm việc, nhờ vào thùng chứa đặt bên trên cao hơn bộ chế hòa khí nên có sự chênh lệch áp suất, dẫn đến việc xăng có thể tự chảy từ thùng chứa qua bầu lọc xăng theo đường ống đi vào buồng phao của bộ chế hòa khí Nếu mức xăng trong buồng phao hạ thấp, phao sẽ đi xuống mở đường thông qua van kim, cho nhiên liệu đi vào buồng phao, nhờ đó xăng trong buồng phao được giữ ở mức hầu như không đổi

Khi động cơ hoạt động (bướm ga và bướm khí mở), không khí được hút qua bầu lọc rồi qua họng khuếch tán của bộ chế hòa khí Tại đây, do tiết diện lưu thông bị thu hẹp lại, tốc độ của dòng khí tăng lên làm áp suất giảm xuống tạo độ chân không hút nhiên liệu

từ trong buồng phao qua đường xăng chính và phun ra dưới dạng tia

Như vậy, xăng bị phun vào dòng khí có tốc độ cao, hoà trộn với không khí và bay hơi để tạo thành hỗn hợp khí cháy Lượng khí được hút vào phụ thuộc vào độ mở của bướm ga: bướm ga mở càng lớn thì lượng khí đi qua càng nhiều, nghĩa là tốc độ dòng khí

ở họng khuếch tán càng tăng và lượng xăng bị hút vào càng lớn Bướm ga cho phép điều khiển hoạt động của động cơ ở các chế độ tải khác nhau tuỳ theo điều kiện làm việc Ở kì nạp, hòa khí được hút vào xi-lanh do sự giảm áp suất khí trong xilanh khi pit-tông đi xuống

 Loại nhiên liệu : Xăng sinh học

 Công suất cực đại : 5,2 kW tại 3600 vòng/phút

 Mô-men cực đại : 12,4 Nm tại 2800 vòng/phút

 Hệ thống nhiên liệu : dùng bộ chế hòa khí

3.2 Chọn các thông số cho tính toán nhiệt

3.2.1 Áp suất không khí nạp (p 0 )

– Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển: p0 0,1013 [MN m/ 2]

3.2.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T 0 )

– Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môi trường,nơi mà động cơ đang sử dụng Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trongngày có thể chọn tkk  290C do đó: T0 t kk 27329 273 302 [ ]K

3.2.3 Áp suất khí nạp trước xú-pap nạp (p k )

– Động cơ bốn kỳ không tăng áp: pk   p0 0,1013 [ MN m / 2]

3.2.4 Nhiệt độ khí nạp trước xú-pap nạp (T k )

– Động cơ bốn kỳ không tăng áp: T k  T0 302 [ ]K

3.2.5 Áp suất cuối quá trình nạp (p a )

– Đối với động cơ không tăng áp, áp suất cuối quá trình nạp trong xi-lanh thường nhỏhơn áp suất khí quyển do có tổn thất trên ống nạp và tại bầu lọc gây nên

– Động cơ 4 kỳ không tăng áp thực nghiệm ta có: p a  (0,8 0,95) � p0

Chọn pa  0.0962 [ MN m / 2]

3.2.6 Chọn áp suất khí sót (p r )

– Là thông số quan trọng đánh giá mực độ thải sạch sản phẩm khí cháy ra khỏi xi-lanhđộng cơ

– Giá trị áp suất khí sót pr phụ thuộc vào các yếu tố:

+ Diện tích thông qua các xú-pap xả

+ Biên độ, độ cao, góc mở sớm, đóng muộn của xú-pap xả

+ Động cơ có lắp tăng áp bằng khí xả hay không

+ Độ cản của bình tiêu âm, bộ xúc tác khí xả…

– Đối với động cơ xăng: p r (1,05 1,12).� p0

– Đối với động cơ xăng 1 1,02 1,07� Do cơ cấu phân phối khí bình thường, chọn

1 1, 07

 

3.2.10 Chọn hệ số quét buồng cháy 2

– Đối với động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy nên chọn 2  1

3.2.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t

– Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t phụ thuộc vào thành phần khí hỗn hợp và nhiệt đôi khí sót

r

T

– Đối với động cơ xăng  0,85 0,92� Ta chọn t 1,15

3.2.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (z )

– Là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá trình cháy, hay tỷ lệ lượng nhiênliệu tại điểm Z

– Căn cứ theo bảng 1.7[1], ta chọn  z 0,75

3.2.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (b )

– Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (b) phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốc độ động cơ

càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến b nhỏ Ta chọn b 0,85

3.2.14 Chọn hệ số dư lượng không khí α

– Khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu cần M0 (kmol) không khí Tuy nhiên, lượngkhông khí vào xi-lanh M1 có thể nhỏ hơn hoặc lớn M0 Điều này được đánh giá bằng hệ

số dư lượng không khí

1 0

M M

 

M1: lượng không khí thực tế nạp vào xi-lanh (kmol)

M0: lượng không khí lý thuyết cần thiết đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

Chọn  0,8

3.2.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công  d

– Hệ số điền đầy đồ thị công đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực tế sovới đồ thị công tính toán

Chọn  d 0,97

3.2.16 Tỷ số tăng áp

– Là tỷ số giữa áp suất hỗn hợp khí trong xi-lanh ở cuối quá trình cháy và quá trình nén

z c

p p

 

Trong đó: pz - áp suất cuối quá trình cháy

Pc - áp suất cuối quá trình nén– Đối với động cơ xăng chọn:  3

r

r t a

P P

346,94 1

m m r

a a

5

1'' 18 3,5 360,34 252, 4 10

221,65 /

8,3141

– Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0

 Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg xăng:

M0 = 0,516 (kmol kk)– Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xi-lanh M1

 Đối với động cơ (khí nạp mới là hòa khí)

11,14

M M

– Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế 

2 1

1

r r

z z b



– Tổn thất nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn QH

Đối với động cơ xăng vì <1

0 ''

0

0

1

20, 481

3108 ''

vc c r

Khi biết  và Tz ta xác định được : n2 = 1,242

– Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb

b n

P p

b r

T T

p p

< 10%

Từ kết quả trên cho thấy nhiệt độ khí sót chọn lúc ban đầu là chấp nhận được

3.3.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình

– Áp suất chỉ thị trung bình tính toán p’i

1 '

Là tỷ số giữa phần nhiệt lượng chuyển thành công mà ta thu được và nhiệt lượng

mà nhiên liệu tỏa ra khi đốt cháy 1kg nhiên liệu dạng lỏng hay 1m3 nhiên liệu dạng khí

1

i k i

30

210, 22 cm

e h

e e

N V

h V D

S D

Bảng 2.1 - Kết quả tính toán nhiệt động cơ

STT Thông số Đơn vị Giá trị STT Thông số Đơn vị Giá trị

– Đồ thị công chỉ thị biểu diễn quan hệ hàm số giữa áp suất của môi chất công tác trongxi-lanh với thể tích của nó khi tiến hành các quá trình nạp, nén, cháy – giãn nở và thảitrong một chu trình công tác của động cơ

Pkt = f(Vxl)– Đồ thị công cho thấy một cách trực quan nhất diện tích thể hiện công chỉ thị của chutrình (Li) Áp suất chỉ thị trung bình là các thông số đánh giá tính hiệu quả của động cơ.– Từ đồ thị công ta triển khai thành đồ thị lực khí thể tác dụng lên đỉnh Pit-tông theo gócquay trục khuỷu trên tọa độ vuông góc (trục tung là lực khí thể, trục hoành là góc quaytrục khuỷu từ 0 đến 720 độ đối với động cơ 4 kỳ, từ 0 đến 360 độ đối với động cơ 2 kỳ).– Cách xây dựng giản đồ công chỉ thị của động cơ tính toán tiến hành theo các bước dướiđây

3.3.8 Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công

– Điểm a: Điểm cuối hành trình hút, có áp suất pa và thể tích Va = Vh + Vc

Với

 Vc = (cm3)

 Va = 238,25 (cm3)– Điểm c (Vc, pc): Điểm cuối hành trình nén

– Điểm z (Vz, pz): Điểm cuối hành trình cháy

cm3

– Điểm b (Vb, pb): Điểm cuối hành trình giãn nở với Vb = 238,2542 cm3

– Điểm r (Vc, pr): Điểm cuối hành trình thải

a) Dựng đường cong nén

– Trong hành trình nén khí trong xi-lanh bị nén với chỉ số đa biến trung bình n1, từphương trình

Trong đó:

pa, Va: áp suất và thể tích khí tại điểm a

pxn, Vxn: áp suất và thể tích khí tại một điểm bất kỳ trên đường cong nén

Ta tính được:

– Bằng cách cho các giá trị Vxn đi từ Vc đến Va ta lần lượt xác định được các giá trị pxn,kết quả tính toán được ghi trong bảng 2.3

b) Dựng đường cong giãn nở

– Trong quá trình giãn nở khí cháy được giãn nở theo chỉ số giãn nở đa biến n2 Tương tựnhư trên ta có:

Suy ra:

pxdn, Vxdn: áp suất và thể tích khí tại một điểm bất kỳ trên đường cong giãn nở,bằng cách cho các giá trị Vxdn chạy từ Vz đến Vp ta lần lượt xác định được các giátrị pxdn, kết quả tính toán được ghi vào bảng 2.3

Bảng 2.2 - Các giá trị đặc biệt trên đồ thị

Xác định các điểm đặc biệt

3 ) p (MN/m 2 )

điểm c ( Vc,pc) (cuối nén tính toán) 28,03 1,84

điểm z (Vz,pz) (cuối cháy tính toán) 28,03 5,51

điểm b (Vb,pp) (cuối giãn nở) 238,25 0,39

Bảng 2.3 - Các trị số áp suất của môi chất công tác của quá trình nén

và giãn nở tính toán của động cơ

V (cm 3 )

Đường nén Pn

Đường giãn nở Pgn

Đồ thị công chỉ thị

CHƯƠNG 4

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC

CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN

Nhiệm vụ phân tích động học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền là thiết lập quyluật chuyển động của Pit-tông và thanh truyền trên cơ sở đã biết quy luật chuyển độngcủa trục khuỷu với giả thuyết trục khuỷu quay với vận tốc góc là hằng số

4.1 Phân tích động học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền

Trong động cơ đốt trong kiểu Pit-tông, cụm phát lực (Pit-tông, thanh truyền, trụckhuỷu) chuyển động theo nguyên tắc sau:

+ Pit-tông chuyển động tịnh tiến lên xuống truyền lực khí thể cho thanh truyền + Thanh truyền chuyển động song phẳng trong mặt phẳng lắc của nó: đầu nhỏthanh truyền chuyển động tịnh tiến cùng với Pit-tông, đầu to thanh truyền chuyển độngquay quanh 1 trục cố định là đường tâm của trục khuỷu Thanh truyền là chi tiết trunggian biến đổi chuyển động tịnh tiến của Pit-tông thành chuyển động quay của trục khuỷu

+ Trục khuỷu chuyển động quay quanh 1 trục cố định, truyền công suất ra ngoài

4.2 Động học của pit-tông

4.2.1 Chuyển vị của pit-tông

Giả thiết: Trục khuỷu quay với vấn tốc là hằng số, do đó góc quay của trục khuỷu

tỉ lệ tuận với thời gian t Ta có:

Vị trí của góc là vị trí của chốt khuỷu khi chốt Pit-tông ở vị trí điểm chết trên Chiều dương của là chiều kim đồng hồ

Chuyển vị của Pit-tông: Khi trục khuỷu quay một góc  thì Pit-tông dịch chuyển