Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ k20z2 lắp trên xe honda civic 2.0 i - Vtec

về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp nó với tín hiệu NE từ trục khuỷu để xác định điểm chết trên kì nén của mỗi xilanh để đánh lửa và phát hiện góc quay trục khuỷu. ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa. b) Mạch điện cảm biến vị trí trục cam. Hình 3-23 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam 1- Rôto tín hiệu ; 2- Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam. 3.3.3.7. Cảm biến vị trí trục khuỷu(CKP) a) Kết cấu và nguyên lý hoạt động Đĩa tạo tín hiệu NE được làm liền với puly trục khuỷu và có 36 răng, thiếu 2 răng (thiếu 2 răng vì ứng với từng tín hiệu được tạo ra do sự chuyển động quay của một răng ta sẽ xác định được 100 của góc quay trục khuỷu và xác định được góc đánh lửa sớm của động cơ). Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm thay đổi khe hở không khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín hiệu NE, điều đó tạo ra tín hiệu NE. ECU sẽ xác định khoảng thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản dựa vào tín hiệu này. Khi răng càng ra xa cực nam châm thì khe hở không khí càng lớn, nên từ trở cao, do đó từ trường yếu đi. Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên từ trường mạnh, tức là có nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dòng điện phát sinh càng lớn. Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nó được ECU đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ. Hình 3-24 Cảm biến vị trí trục khuỷu 1- Đầu; 2- Vòng đệm ; 3- Nam châm. Loại tín hiệu NE này có thể nhận biết được cả tốc độ động cơ và góc quay trục khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải. b) Mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu Hình 3-25 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu 1- Rôto tín hiệu ; 2- Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam. 3.3.3.8. Cảm biến tiếng gõ a) Kết cấu và nguyên lý hoạt động Cảm biến tiếng gõ trong động cơ K20Z2 là loại phẳng (không cộng hưởng) có cấu tạo để phát hiện rung động trong phạm vi từ 6- 15khz. Bên trong cảm biến có một điện trở phát hiện hở mạch. Cảm biến tiếng gõ được gắn vào thân máy và truyền tín hiệu KNK tới ECU động cơ khi phát hiện tiếng gõ động cơ. ECU động cơ nhận tín hiệu KNK và làm trễ thời điểm đánh lửa để giảm tiếng gõ. Hình 3-26 Kết cấu cảm biến tiếng gõ 1- Đầu; 2- Bộ phận piezo ceramic. Cảm biến này có một phần tử áp điện tạo ra một điện áp AC khi tiếng gõ gây ra rung động trong thân máy và làm biến dạng phần tử này. b) Mạch điện cảm biến tếng gõ. Hình 3-27 Sơ đồ mạch điện cảm biến tiếng gõ 1- Phần tử áp điện; 2- Điện trở. 3.3.3.9. Cảm biến vị trí bàn đạp ga a) Kết cấu và nguyên lý hoạt động Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga loại phần tử Hall: Có cấu tạo và nguyên lý hoạt động về cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall. Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng. Các nam châm được lắp trên trục của bàn đạp chân ga và quay cùng trục bàn đạp chân ga. Khi đạp chân ga các nam châm quay cùng một lúc và các nam châm này thay đổi vị trí của chúng. Vào lúc đó IC Hall phát hiện thay đổi từ thông gây ra bởi sự thay đổi vị trí nam châm và tạo ra điện áp của hiệu ứng Hall từ các cực VPA và VPA2 theo mức thay đổi này. Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu đạp chân ga. Hình 3-28 Kết cấu cảm biến vị trí bàn đạp ga 1- Mạch IC Hall; 2- Nam châm. b) Mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga Hình 3-29 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga 1- Mạch IC Hall; 2- Nam châm. Trong cảm biến vị trí bàn đạp ga, điện áp được cấp đến cực VPA và VPA2 của ECU, thay đổi từ 0-5V tỷ lệ với góc của bàn đạp ga. VPA là tín hiệu chỉ ra góc mở bàn đạp thực tế và dùng để điều khiển động cơ. VPA2 thường được dùng để phát hiện các hư hỏng của cảm biến. ECU kiểm soát góc bàn đạp ga từ tín hiệu VPA và VPA2 phát ra và điều khiển môtơ bướm ga theo các tín hiệu này. 3.3.4. Hệ thống điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit). Bộ điều khiển điện tử đảm nhiệm nhiều chức năng khác nhau tùy theo từng loại của nhà chế tạo. Chung nhất là bộ tổng hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, lưu trữ thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gửi các tín hiệu đi thích hợp. Những bộ phận phụ hỗ trợ cho nó là các bộ ổn áp, điện trở hạn chế dòng. Vì lý do này bộ điều khiển có nhiều tên gọi khác nhau tùy theo nhà chế tạo. Trong đồ án này em dùng ECU để chỉ chung cho bộ điều khiển điện tử thông minh . 3.3.4.1. Chức năng hoạt động cơ bản Bộ điều khiển ECU hoạt động theo dạng tín hiệu số nhị phân điện áp cao biểu hiện cho số 1, điện áp thấp biểu hiện cho số 0 trong hệ số nhị phân có hai số 0 và 1. Mỗi một số hạng 0 hoặc 1 gọi là 1 bít. Một dãy 8 bít sẽ tương đương 1byte hoặc một từ (word). Byte này được dùng biểu hiện cho một lệnh hoặc một mẫu thông tin. Một mạch tổ hợp (IC) tạo byte và trữ byte đó. Số byte mà IC có thể chứa là có giới hạn khoảng 64 kilobyte hoặc 256 kilobyte. Mạch tổ hợp IC còn gọi là con chíp IC, vì hình dạng của nó. IC có chức năng tính toán và tạo ra quyết định gọi là bộ vi xử lý (microprosessor). Bộ vi xử lý có thể là loại 8 bít, 16 bít hay cao hơn, số bít càng cao thì việc tính toán càng nhanh. Thông tin gửi đến bộ vi xử lý từ một con IC thường được gọi là bộ nhớ. Trong bộ nhớ chia ra làm nhiều loại: + ROM (read only memory): Dùng trữ thông tin thường trực, bộ nhớ này chỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không ghi vào được. Thông tin của nó đã được cài đặt sẵn, ROM cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý. + PROM (programable Read Only Memory): Cơ bản giống ROM ngoài ra trang bị thêm nhiều công dụng khác. +RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên trữ thông tin. Bộ vi xử lý có thể nhập bội duy nhỏ cho RAM. RAM có hai loại: Loại RAM xoá được: Bộ nhớ mất khi mất nguồn Loại RAM không xoá được: Giữ duy trì bộ nhớ dù khi tháo nguồn. Ngoài bộ nhớ, bộ vi xử lý ECU còn có một đồng hồ để tạo ra xung ổn định và chính xác. Các bộ phận phụ Ngoài bộ nhớ, vi xử lý và đồng hồ, ECU còn trang bị thêm các mạch giao tiếp giữa đầu vào và đầu ra gồm: Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành số còn gọi là bộ chuyển đổi A/D (Anlog to Digital). Bộ đếm (counter). Bộ nhớ trung gian (Buffer). Bộ khuyếch đại. Bộ ổn áp. a) Bộ chuyển đổi A/D (Anlog to digital converter) Dùng chuyển đổi các tín hiệu tương tự từ đầu vào thay đổi điện trở như trong các cảm biến nhiệt độ, cảm biến lưu lượng, cảm biến vị trí bướm ga thành các tín hiệu số để bộ vi xử lý hiểu được. Ngoài ra còn dùng một điện trở hạn chế dòng giúp bộ chuyển đổi A/D đo điện áp rơi trên cảm biến. Hình 3-30 Sơ đồ mạch chuyển đổi A/D Bộ đếm (counter) Dùng để đếm xung. Ví dụ như từ cảm biến vị trí trục khuỷu rồi gửi lượng đếm về bộ xử lý. Hình 3-31 Sơ đồ mạch điện bộ đếm c) Bộ nhớ trung gian (Buffer) Chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vuông dạng số. Nó không gửi lượng đếm như trong bộ đếm. Bộ phận chính là một transtor sẽ đóng mở theo cực tính của tín hiệu xoay chiều. Hình 3-32 Sơ đồ bộ nhớ trung gian d) Bộ khuếch đại (Amplifier) Dùng để khuyếch đại tín hiệu từ các cảm biến gửi đến rồi sau đó gửi đến bộ xử lý để tính toán. Hình 3-33 Sơ đồ mạch bộ khuyếch đại e) Bộ ổn áp (voltage regulator) Hạ điện áp xuống 5volt mục đích để tín hiệu báo được chính xác. Hình 3-34 Bộ ổn áp f) Giao tiếp ngõ ra Tín hiệu điều khiển từ bộ vi xử lý đưa đến các transitor công suất điều khiển rơle, solenoid môtơ. Các transitor này có thể được bố trí bên trong hoặc bên ngoài ECU. Hình 3-35 Giao tiếp ngõ ra 3.3.4.2. Chức năng thực tế ECU có hai chức năng chính: Điều khiển thời điểm phun: Được quyết định theo thời điểm đánh lửa. Điều khiển lượng xăng phun: Tức là xác định thời điểm phun, thời gian này quyết định theo tín hiệu phun cơ bản: Được xác định theo tín hiệu tốc độ động cơ và tín hiệu lượng gió nạp. Tín hiệu hiệu chỉnh: Được xác định từ các cảm biến (nhiệt độ, vị trí, mức độ tải, thành phần khí thải và từ các điều kiện của động cơ như điện áp bình). 3.3.4.3. Các bộ phận của ECU ECU được đặt trong vỏ kim loại để tránh nước văng. Nó được đặt ở nơi ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và va đập cơ học cũng như sự rung động mạnh. Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch kín. Các linh kiện công suất của tầng cuối bắt liền với một khung kim loại của ECU mục đích để tản nhiệt tốt. Vì dùng IC và linh kiện tổ hợp nên ECU rất gọn, sự tổ hợp các nhóm chức năng trong IC (bộ tạo xung, bộ chia xung, bộ dao động đa dạng điều khiển việc chia tần số) giúp ECU đạt độ tin cậy cao. Một đầu ghim đa chấu dùng nối ECU với hệ thống điện trên xe, với kim phun và các cảm biến. 4. TÍNH TOÁN NHIỆT & ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC 4.1. Tính toán nhiệt 4.1.1. Các số liệu ban đầu Bảng 4-1 Thông số ban đầu Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Công suất có ích Ne Kw 144 Tỷ số nén e 9,6 Số vòng quay n Vòng/ phút 6000 Đường kính xilanh D mm 86 Hành trình pittông S mm 86 Số xilanh i Xilanh 4 Số kỳ t Kỳ 4 Góc đánh lửa sớm js Độ 8±2 Góc mở sớm xupáp nạp j1 Độ 520~00 Góc đóng muộn xupáp nạp j2 Độ 120~640 Góc mở sớm xupáp thải j4 Độ 440 Góc đóng muộn xupáp thải j4 Độ 80 4.1.2. Các số liệu chọn Bảng 4-2 Các số liệu chọn Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Áp suất khí nạp Pk MN/m2 0,1 Nhiệt độ khí nạp Tk K 298 Hệ số dư lượng không khí a 1 Áp suất cuối kỳ nạp Pa MN/m2 0,0847 Áp suất khí sót Pr MN/m2 0,11 Nhiệt độ khí sót Tr K 900 Độ sấy nóng khí nạp mới DT 10 Chỉ số đoạn nhiệt m 1,5 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z xz 0,865 Hệ số lợi dụng nhiệt tại b xb 0,95 Tỷ số tăng áp l 4 Hệ số nạp thêm l1 1,02 Hệ số quét buồng cháy l2 1 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt lt 1,17 Hệ số điền đầy đồ thị jđ 0,968 4.1.3. Tính toán các quá trình công tác 4.1.3.1. Tính toán quá trình nạp + Hệ số khí sót [4.1] + Hệ số nạp [4.2] + Nhiệt độ cuối qúa trình nạp Ta[oK] Ta = [4.3] Ta = = 341,0249[oK] + Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M0 [4.4] Bảng 4-3 Thành phần các chất có trong 1kg nhiên liệu [kg] Nhiên liệu Thành phần trong 1 kg nhiên liệu [kg] Khối lượng phân tử mnl [kg/kmol] Nhiệt trị thấp QH [kj/kg] C H O Xăng 0,855 0,145 0 110 - 120 43.995 Vậy Mo = =0, 5119 [kmol không khí/kg nhiên liệu] + Tính toán số mol khí nạp mới M1 [kmol không khí/kg nhiên liệu] [kmol không khí/kg nhiên liệu] [4.5] == 0,5202[kmol không khí/kg nhiên liệu] 4.1.3.2. Tính toán quá trình nén + Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí [KJ/Kmol.K] [KJ/Kmol.K] [4.6] =20,4303[KJ/Kmol.K]. + Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy : [KJ/Kmol.K] [4.7] Trong đó: vậy = 21,5010 = 0,0061 = 24,2538 [KJ/Kmol.K] + Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp chất[KJ/Kmol.K] [KJ/Kmol.K] [4.8] Trong đó: Vậy =19,6911+338,1786 = 20,6222[KJ/Kmol.K] + Chỉ số nén đa biến trung bình n1 Chỉ số nén đa biến phụ thuộc rất nhiều thông số kết cấu và thông số vận hành như kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải, trạng thái nhiệt của động cơ. . . n1 = 1 + [4.9] n1 = Giải phương trình trên theo phương pháp chia đôi ta được: n1 = 1,365 + Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc Tc = T0. [4.10] Tc= 298. 9, 61, 365 -1 = 778,6012 [oK] + Áp suất cuối quá trình nén Pc Pc = pa. [MN/m2] [4.11] Pc = 0, 0847. 9, 61, 365 = 1,8564 [MN/m2] 4.1.3.3. Tính toán quá trình cháy +Tính DM: Động cơ xăng khi a³ 1 thì [4.12] = 0,0279 + Tính số mol sản phẩm cháy M2 [kmol/kg nhiên liệu] [4.13] = 0,5482 [kmol/kg nhiên liệu] + Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết [4.14] ==1,0708 + Hệ số biến đổi phân tử thực tế [4.15] ==1,0672 + Hệ số biến đổi phân tử tại z [4.16] =1,0612 + Tính hệ số toả nhiệt xz tại z [4.17] = 0,9105 + Tổn thất nhiệt do cháy không hòan toàn DQH: DQH = 120000(1-a)M0 [4.18] Do động cơ phun xăng a = 1 nên DQH = 0 + Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z. [4.19] Trong đó =21,3720 =0,0060 + Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz [oK] Nhiệt độ cực đại tính theo phương trình cháy [4.20] Đưa về dạng phương trình bậc hai: Bảng 4-3 Động cơ A B C Động cơ đánh lửa cưỡng bức A = = 1,0612.0,006 = 0,0031 B = = 1,0612. 21,372= 22,6808 C = = = -70605,28 Vậy ta có phương trình bậc hai: Giải phương trình ta có: Tz = 2344,1878 [oK] + Áp suất cực đại chu trình Pz [MN/m2] [MN/m2] [4.21] Pz = = 5,9316 [MN/m2]. 4.1.3.4. Quá trình giãn nở + Tỷ số giãn nở sớm r r = 1 [4.22] + Tỷ số giãn nở sau d d = e = 9,6 [4.23] Kiểm nghiệm lại trị số n2 Chọn trước n2, tính lặp n2 theo công thức: [4.24] Trong đó: [oK] Giải phương trình trên theo phương pháp chia đôi ta được: n2 = 1,23 + Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb [oK] [oK] [4.25] =1491,2077 [oK] + Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb [MN/m2] [4.26] Pb==0,3930 [MN/m2] + Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót [oK] [oK] [4.27] = = 975,4081 [oK] Sai số: 4.1.3.5. Tính toán các thông số của chu trình công tác Tính toán các thông số chỉ thị + Áp suất chỉ thị trung bình [MN/m2] [4.28] + Áp suất chỉ thị trung bình thực tế [MN/m2] [MN/m2] [4.29] =1,5615 [MN/m2] + Hiệu suất chỉ thị động cơ : [4.30] = 0,4138 + Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi [g/kw.h]. [g/kw.h] [4.31] gi==197,7341 [g/kw.h] Tính toán các thông số có ích +Tổn thất cơ giới pm [MN/m2] Theo công thức kinh nghiệm: [4.32] Trong đó := = 17.2 [m/s] Tuỳ theo động cơ và tỷ số S/D, loại buồng cháy (động cơ Diesel) tra các giá trị a, b theo bảng sau Bảng 4-4 Động cơ a b Động cơ xăng S/D > 1 0,048 0,01512 S/D ≤ 1 0,039 0,01320 Động cơ phun xăng 0,024 0,0053 Động cơ Diesel buồng cháy thống nhất 0,089 0,0118 Động cơ Diesel buồng cháy xoáy lốc 0,089 0,01315 Động cơ Diesel buồng cháy dự bị 0,013 0,0156 Vậy: = 0,1204 [MN/m2] + Áp suất có ích trung bình [MN/m2] [MN/m2] [4.33] = 1,5615 - 0,1204 = 1,4411 [MN/m2] + Hiệu suất cơ giới: [4.34] = = 0,8988 + Suất tiêu hao nhiên liệu có ích [g/kw.h] [4.35] = 219,9980 [g/kw.h] + Hiệu suất có ích. [4.36] =0,8988. 0,4138= 0,3692 + Thể tích công tác của động cơ [dm3] [4.37] == 0,4996 [dm3] + Kiểm nghiệm đường kính xilanh[dm]. [4.38] = = 0,8603 [dm] + Sai lệch: =0,03 ≤ 0,1 [mm] 4. 2. Tính toán động học và động lực học 4.2.1. Xây dựng đồ thị công 4.2.1.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén Ta có: phương trình đường nén đa biến: p.Vn1 = conts, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì: Từ đó rút ra : Đặt: Khi đó, áp suất tại điểm bất kỳ x: [MN/m2] [4.1] Ở đây: - áp suất cuối quá trình nén. Trong đó: pa - áp suất đầu quá trình nén. Động cơ không tăng áp: pa = (0,8 ÷ 0,9)pk Chọn: pa = 0,847pk Trong đó: pk- áp suất trước xupáp nạp Chọn pk = p0 = 0,1 [MN/m2] Vậy: [MN/m2] n1- chỉ số nén đa biến trung bình. Động cơ Xăng n1 = (1,34¸1,38). Theo tính toán nhiệt ta có: n1 = 1,365. Þ Pc = pa. = 0,0847.9,6 1,365 = 1,8564 [MN/m2] 4.2.1.2. Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở Phương trình của đường giãn nở đa biến là: , do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì: Từ đó rút ra: Ở đây: pz- áp suất cực đại, pz = 5,9316 [MN/m2] Vz = r.Vc Trong đó: r- tỷ số giãn nở sớm Động cơ xăng chu trình cấp nhiệt là đẳng tích r = 1 n2- Chỉ số giản nở đa biến trung bình Đối với động cơ xăng: n2 = (1,23¸1,34). Theo tính toán nhiệt ta có n2 = 1,23 Ta đặt: Suy ra: [MN/m2] [4.2] a) Lập bảng tính Từ công thức [4.1]và [4.2], kết hợp với việc chọn các thể tích Vnx và Vgnx, ta tìm được các giá trị áp suất pnx, pgnx. Việc tính các giá trị pnx, pgnx được thực hiện trong bảng sau: Bảng 4-5 Các điểm áp suất trên đường nén và đường giãn nở Vx = Vc.i, với Vc= 0,0580[l] i Vx Pnx Pgnx 1 0.058 1.954 5.93 2 0.116 0.759 2.528 3 0.174 0.436 1.535 4 0.232 0.294 1.078 5 0.29 0.217 0.819 6 0.348 0.169 0.655 7 0.406 0.137 0.541 8 0.464 0.114 0.459 9 0.522 0.097 0.397 9.6 0.5568 0.089 0.367 b) Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công Vẽ hệ trục tọa độ (V, p) với các tỷ lệ xích: mv= 0,003 [lít/mm] mp= 0,03 [MN/m2.mm] Xác định các điểm đặc biệt: -Điểm r (Vc,pr) Ở đây: Vc- thể tích buồng cháy: [4.3] Trong đó: Vh- thể tích công tác: 0,4996 [lít] Khi đó: [lít] pr- áp suất khí sót, phụ thuộc vào loại động cơ Tốc độ trung bình của pittông: [m/s] Như vậy động cơ đang khảo sát là động cơ tốc độ cao, do đó áp suất khí sót pr được xác định: pr = (1,05÷1,1).p0 Trong đó: p0- áp suất khí trời Vì động cơ không tăng áp, khí thải được thải ra ngoài. Vậy: Pr = 1,1.p0 = 1,1.0,1 = 0,11 [MN/m2] Vậy: r (0,0581 [l]; 0,11MN/m2]) - Điểm a (Va,pa) Trong đó : Va =εVc = 9,6. 0,0581= 0,5578 [lít] Þ a (0,5578[l];0,0847[MN/m2]) - Điểm b (Va, pb) Ở đây: pb - áp suất cuối quá trình giãn nở. pb. Þ pb == pb = 0,3672 [MN/m2] Þ b (0,5578[l]; 0,3672[MN/m2]). - Điểm c (Vc, pc) Þ c (0,0581[l]; 1,8564[MN/m2]). - Điểm y (Vc, pz) Þ y (0,0581[l];5,9316[MN/m2]) - Điểm z (Vz, pz) Với Vz = r.Vc = 1.0,0581= 0,0581 [lít] Þ z (0,0581 [l];5,9316 [MN/m2]) Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết. Dùng đồ thị Brick xác định các điểm - Đánh lửa sớm c’. - Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupáp thải. - Mở sớm (r’), đóng muộn (a’’) xupáp nạp. Hiệu chỉnh đồ thị công Động cơ Xăng lấy áp suất cực đại bằng (0,8-0,9)pz. Xác định các điểm trung gian - Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3 cy. - Trên đoạn yz lấy điểm z’’ với yz’’ = 1/2 yz. - Trên đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2 ba. Nối các điểm c’c’’z’’ và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại ĐCT và ĐCD và tiếp xúc với đường thải, ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh. Hình 4-1 Đồ Thị công 4.2.2. Xây dựng đồ thị chuyển vị pittông bằng phương pháp đồ thị BRICK Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính R = S/2 = 86/2=43 [mm] Chọn tỷ lệ xích: ms = 0,5375 [mm/mm] Giá trị biểu diễn của R là : [mm] Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía điểm chết dưới một đoạn : Ở đây: l- thông số kết cấu; l = 0,25. Þ [mm] Giá trị biểu diễn là: [mm] Muốn xác định chuyển vị của pittông ứng với góc quay trục khuỷu là α ta làm như sau: Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB như hình 4-2. Hạ MC thẳng góc với AD. Theo Brick đoạn AC = x. Thật vậy, ta có thể chứng minh điều này rất dễ dàng. Hình 4-2 Đồ thị Brick Từ hình 4-2 ta có AC = AO - OC = AO - (CO’ - OO’) = R - MO’.Cosa + R.l/2 Coi Thay quan hệ trên vào công thức tính AC, sau khi chỉnh lý ta có : 4.2.3. Xây dựng đồ thị vận tốc Tỷ lệ xích: mv = w.ms Ở đây: w- tốc độ góc của trục khuỷu, [rad/s] Þ [m/s.mm] Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính R1: R = R.w =0,0 43. 628= 27 [mm/s] Giá trị biểu diễn của R1 là : [mm] Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R2: [mm/s] = 3,375 [m/s] Giá trị biểu diễn của R2 là: [mm] Chia nữa vòng tròn R1 và vòng tròn R2 thành n phần đánh số 1, 2, 3, ..., n và 1’, 2’, 3’, ..., n’ theo chiều như hình 4.3 (n = 8 ; α =45o ) Từ các điểm 0, 1, 2, 3... kẻ các đường thẳng góc với AB kẻ từ 0, 1’, 2’, 3’, ... tại các điểm O, a, b, c, ... Nối O, a, b, c, ... bằng đường cong ta được đường biểu diễn trị số vận tốc. Các đoạn thẳng a1, b2, c3, ... nằm giữa đường cong O, a, b, c với nữa đường tròn R1 biểu diễn trị số của vận tốc ở các góc ( tương ứng; điều đó có thể chứng minh dễ dàng. Từ hình 4.3, ở một góc a bất kỳ ta có : bb’ = R2.sin2a vaì b’2 = R1.sina. Do đó : Hình 4-3 Đồ thị xác định vận tốc của pittông 4.2.4. Xây dựng đồ thị gia tốc theo phương pháp TÔLÊ Chọn tỷ lệ xích mJ = 302,83 [mm/s2.mm] Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R = 86 [mm] Giá trị biểu diễn là: [mm] Tênh jmax, jmin + [m/s2] + [m/s2] Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện jmax . Giá trị biểu diễn của jmax là: [mm] Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện jmin . Giá trị biểu diễn của jmin là: [mm] Nối CD cắt AB ở E lấy EF. [m/s2] Giá trị biểu diễn của EF là: [mm] Nối CF và DF. Phân các đoạn CF và DF thành các đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1, 2, 3, 4, ... và 1’, 2’, 3’, 4’, ... như hình 4.4. Nối 11’, 22’, 33’, v.v... Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số j=f(x). Diện tích F1 = F2. Hình 4-4 Đồ thị Tôlê 4.2.5. Xây dựng đồ thị lựcc quán tính PJ, lực khí thể PKH, lực tổng P1 4.2.5.1. Đồ thị lực quán tính Pj Cách xây dựng hoàn toàn giống đồ thị gia tốc, ta chỉ thay các giá trị Jmax, Jmin và -3lRw2 bằng các giá trị Pmax, Pmin, -3lRw2.m Ở đây m là khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền: m = mnp + m1. Trong đó: m1- khối lượng tập trung tại đầu nhỏ thanh truyền. m1 có thể xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau đây: m1 = (0,275¸0,35)mtt Chọn m1 = 0,3. mtt = 0,32.1= 0,32 [kg] mnp- khối lượng nhóm pittông, mnp = 0.58 [kg] Þ m = 0,32+ 0,58 = 0,9 [kg] Lực quán tính Pjmax: [4.4] Ở đây: FP- diện tích đỉnh pittông. [mm2] Þ [MN/m2] Lực quán tính Pjmin: [MN/m2]. [4.5] = -3,28 [MN/m2] Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện (-Pjmim). Giá trị biểu diễn của (-Pjmin) là: [mm] Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện (-Pjmax). Giá trị biểu diễn của (-Pjmax) là: [mm] Nối CD cắt AB ở E. Lấy EF: [MN/m2] Giá trị biểu diễn của EF là: [mm] Nối CF và DF. Phân các đoạn CF và DF thành các đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1, 2, 3, 4, ... và 1’, 2’, 3’, 4’, ... như hình 4.5. Nối 11’, 22’, 33’, v.v... Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số -Pj=f(s). Hình 4-5 Đồ thị lực quán tính 4.2.5.2. Đồ thị lực khí thể Pkt Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên ta có cách vẽ như sau: Từ các góc 0, 100, 200, 300, ..., 1800 tương ứng với kỳ nạp của động cơ 1900, 2000, 2100, ..., 3600 tương ứng với kỳ nén của động cơ 3700, 3800, 3900, ..., 5400 tương ứng với kỳ cháy - giãn nở của động cơ 5500, 5600, 5700, ..., 7200 tương ứng với kỳ thải của động cơ Trên đồ thị Brick ta gióng các đoạn thẳng song song với trục P của đồ thị công sẽ cắt đường biểu diễn đồ thị công tương ứng các kỳ nạp, nén, cháy - giãn nở, thải của động cơ và lần lượt đo các giá trị được tính từ điểm cắt đó đến đường thẳng song song với trục V và có tung độ bằng p0, ta đặt sang bên phải bản vẽ các giá trị vừa đo ta sẽ được các điểm tương ứng các góc 00, 100, 200, 300, ..., 7100, 7200 và lần lượt nối các điểm đó ta sẽ được đồ thị lực khí thể Pkt cần biểu diễn. Ta có đồ thị khai triển Pkt , theo góc quay trục khuỷu a Hình 4-6 Đồ thị khai triển lực khí thể theo Brick 4.2.5.3. Đồ thị lực tác dụng lên chốt pittông P1 Lực tác dụng lên chốt pittông là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể: P1 = Pkt + Pj Từ đồ thị lực quán tính và lực khí thể đã vẽ ở trên, theo nguyên tắc cộng đồ thị ta sẽ được đồ thị P1 cần biểu diễn. Hình 4-7 Đồ thị khai triển lực P1 4.2.6. Xây dựng lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N Các công thức để tính toán T, Z, N, được chứng minh như sau: Hình 4-8 Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm Ở đây: p1 = pkt + pJ p1 = P1/Fp pJ = PJ/Fp Phân p1 thành hai thành phần lực: Trong đó: ptt -lực tác dụng trên đường tâm thanh truyền. N- lực ngang tác dụng trên phương thẳng góc với đường tâm xilanh. Từ quan hệ lượng giác ta có thể xác định được trị số của ptt và N. [4.6] [4.7] Phân ptt thành hai phân lực: lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z (sau khi đã dời xuống tâm chốt khuỷu ) ta cũng có thể xác định trị số của T và Z bằng các quan hệ sau: [4.8] [4.9] Lập bảng tính T, N, Z tương ứng với các góc quay trục khuỷu α = 00, 100, 200, ..., 7200 và b = arcsin(l.sina). Chọn tỷ lệ xích mT = mZ =mN =0,03 [MN/m2.mm] ma = 2 [độ/mm] Sử dụng các công thức [4.7], [4.8], [4.9], ta tính được các giá trị T, Z, N ứng với các góc α. Bảng 4-6 Giá tri T, N, Z ứng với góc α(độ) α(độ) P(mm) T(mm) Z(mm) N(mm) α(độ) P(mm) T(mm) Z(mm) N(mm) 0 -98.08 0.00 -98.08 0.00 370 101.36 21.94 99.05 4.40 10 -96.74 -20.94 -94.54 -4.20 380 67.34 28.46 61.30 5.78 20 -89.76 -37.94 -81.71 -7.70 390 38.00 23.15 30.52 4.79 30 -78.70 -47.94 -63.20 -9.91 400 20.33 15.60 13.45 3.31 40 -64.37 -49.40 -42.57 -10.48 410 13.71 12.22 6.76 2.67 50 -47.79 -42.61 -23.58 -9.33 420 16.11 15.74 4.96 3.57 60 -30.09 -29.39 -9.27 -6.67 430 23.42 23.95 2.69 5.66 70 -12.38 -12.65 -1.42 -2.99 440 32.83 33.78 -2.51 8.34 80 4.33 4.46 -0.33 1.10 450 42.73 42.73 -11.03 11.03 90 19.23 19.23 -4.96 4.96 460 51.64 48.58 -21.88 13.12 100 31.74 29.86 -13.45 8.06 470 58.90 50.48 -33.52 14.23 110 41.60 35.65 -23.67 10.05 480 64.12 48.42 -44.37 14.22 120 48.82 36.86 -33.78 10.83 490 67.54 43.27 -53.51 13.18 130 53.64 34.37 -42.50 10.47 500 69.32 35.91 -60.36 11.29 140 56.52 29.28 -49.21 9.20 510 69.47 27.16 -64.54 8.75 150 57.97 22.66 -53.86 7.30 520 68.34 17.86 -66.22 5.86 160 58.54 15.30 -56.72 5.02 530 66.17 8.66 -65.66 2.88 170 58.67 7.68 -58.22 2.55 540 64.18 0.00 -64.18 0.00 180 58.68 0.00 -58.68 0.00 550 61.47 -8.04 -61.00 -2.67 190 58.69 -7.68 -58.24 -2.55 560 60.54 -15.82 -58.66 -5.20 200 58.59 -15.31 -56.77 -5.03 570 59.47 -23.25 -55.25 -7.49 210 58.22 -22.76 -54.09 -7.34 580 57.57 -29.82 -50.13 -9.37 220 56.92 -29.49 -49.56 -9.27 590 54.69 -35.04 -43.33 -10.67 230 54.34 -34.81 -43.06 -10.60 600 49.87 -37.66 -34.51 -11.06 240 50.00 -37.75 -34.60 -11.09 610 42.65 -36.55 -24.27 -10.31 250 43.33 -37.13 -24.66 -10.47 620 32.79 -30.84 -13.90 -8.33 260 34.24 -32.21 -14.51 -8.70 630 20.28 -20.28 -5.24 -5.24 270 22.73 -22.73 -5.87 -5.87 640 5.38 -5.54 -0.41 -1.37 280 9.33 -9.60 -0.71 -2.37 650 -11.33 11.58 -1.30 2.74 290 -5.18 5.29 -0.59 1.25 660 -29.04 28.37 -8.94 6.44 300 -19.79 19.33 -6.09 4.39 670 -46.74 41.67 -23.06 9.12 310 -32.59 29.06 -16.08 6.36 680 -63.32 48.60 -41.88 10.31 320 -41.57 31.91 -27.49 6.77 690 -77.65 47.30 -62.35 9.78 330 -44.60 27.16 -35.81 5.62 700 -88.71 37.49 -80.75 7.61 340 -39.26 16.59 -35.74 3.37 710 -95.69 20.71 -93.52 4.16 350 -28.54 6.18 -27.89 1.24 720 -98.08 0.00 -98.08 0.00 360 29.07 0.00 29.07 0.00 Trên hệ tọa độ T-a, Z-a, N-a, ta xác định các trị số T, Z, N ở các góc độ a=00, a=100, a= 200, ...,a= 7200. Trị số của T, Z, N như đã lập Bảng (4-6) được tính theo công thức đã chứng minh ở trên, ta sẽ được các điểm 0, 1, 2, 3, ..., 72. Dùng đường cong nối các điểm ấy lại, ta có đồ thị lực T, Z, N cần xây dựng. Hình 4-9 Đồ thị T,Z,N 4.2.7. Tính momen tổng T (ST) Thứ tự làm việc của động cơ: 1 - 3 -4 - 2. Góc công tác: Ta tính ST trong 1 chu k ỳ góc công tác: Khi trục khuỷu của xilanh thứ nhất nằm ở vị trí  Khuỷu trục của xilanh thứ 2 nằm ở vị trí Khuỷu trục của xilanh thứ 3 nằm ở vị trí Khuỷu trục của xilanh thứ 4 nằm ở vị trí . Tính mômen tổng ST = T1 + T2 + T3 + T4. Tính giá trị của STtb bằng công thức: Trong đó : là công suất chỉ thị của động cơ [Kw] =160 [Kw] n: Là số vòng quay của động cơ; n =6000 [v/p] : Là diện tích đỉnh pittông; R: Là bán kính quay của trục khuỷu; R = 43 [mm] : Là hệ số hiệu đính đồ thị công =0,968. Þ =1,055 [MN/m2] Với tỷ lệ xích : [MN/m2.mm] . Bảng 4-7 Bảng tính xây dựng đồ thị tổng T tự làm việc: 1-3-4-2 α1(độ) T1 α2(độ) T2 α3(độ) T3 α4(độ) T4 TổngT 0 0.00 180 0.00 360 0.00 540 0.00 0.00 10 -20.94 190 -7.68 370 21.94 550 -8.04 -14.72 20 -37.94 200 -15.31 380 28.46 560 -15.82 -40.61 30 -47.94 210 -22.76 390 23.15 570 -23.25 -70.79 40 -49.40 220 -29.49 400 15.60 580 -29.82 -93.11 50 -42.61 230 -34.81 410 12.22 590 -35.04 -100.2 60 -29.39 240 -37.75 420 15.74 600 -37.66 -89.07 70 -12.65 250 -37.13 430 23.95 610 -36.55 -62.39 80 4.46 260 -32.21 440 33.78 620 -30.84 -24.81 90 19.23 270 -22.73 450 42.73 630 -20.28 18.95 100 29.86 280 -9.60 460 48.58 640 -5.54 63.29 110 35.65 290 5.29 470 50.48 650 11.58 103.00 120 36.86 300 19.33 480 48.42 660 28.37 132.98 130 34.37 310 29.06 490 43.27 670 41.67 148.36 140 29.28 320 31.91 500 35.91 680 48.60 145.70 150 22.66 330 27.16 510 27.16 690 47.30 124.28 160 15.30 340 16.59 520 17.86 700 37.49 87.25 170 7.68 350 6.18 530 8.66 710 20.71 43.23 180 0.00 360 0.00 540 0.00 720 0.00 0.00 Hình 4-10 Đồ thị tổng T 4.2.8. Xây dựng đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng trên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu. Sau khi có đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu cũng như có thể tìm được dể dàng lực lớn nhất và lực bé nhất. Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền trục. Cách xây dựng được tiến hành như sau  - Vẽ tọa độ T-Z gốc tọa độ O1 chiều dương hướng xuống dưới. - Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính trên đơn vị diện tích pittông): [4.10] Ở đây: m2 - khối lượng tập trung tại đầu to thanh truyền. m2 = mtt - m1 = 1 -0,32 = 0,68 [kg] R - bán kính quay của trục khuỷu và R = 43 [mm] Þ [N] Tính trên đơn vị diện tích pittông [MN/m2] Chọn tỷ lệ xích μP = 0,03(MN/m2.mm) nên giá trị biểu diễn lực pk0 là: [mm] Vẽ từ O1 xuống phía dưới một véctơ -pk0 và có giá trị biểu diễn pk0 = 66,2 [mm]. Véctơ này nằm trên trục Z, gốc của véctơ là O. Điểm O là tâm chốt khuỷu. Trên tọa độ T -Z xác định các trị số của T và Z ở các góc độ α = 00, α = 100, α = 200, α = 300, ..., α = 7200, trị số T và Z đã được lập ở Bảng 4-6, tính theo công thức như đã chứng minh ở phần 4.6, ta sẽ được các điểm 0, 1, 2, ..., 72. Dùng đường cong nối các điểm ấy lại, ta có được đồ thị véctơ phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu. Nếu ta nối O với bất kỳ điểm nào trên hình vẽ (ví dụ nối với điểm α= 3700 như ta sẽ có được véctơ biểu diễn phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu khi góc quay của trục khuỷu là α= 3700. Chiều của véctơ này từ tâm O ra Tìm điểm tác dụng của véctơ chỉ cần kéo dài véctơ về phía gốc cho đến khi gặp vòng tròn tượng trưng bề mặt chốt khuỷu tại điểm b. Rất dễ thấy rằng véctơ Q là hợp lực của các lực tác dụng trên chốt khuỷu: Hình 4-11 Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu 4.2.9. Triển khai đồ thị phụ tải ở toạ độ cực đại thành đồ thị Q-α Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q-α rồi tính phụ tải trung bình Qtb. Vẽ hệ trục Q -. Chọn tỉ lệ xích: [MN/m2.mm] [0/mm] Trên các điểm chia của trục 0 -, ta lần lượt đặt các véctơ tương ứng với các góc a từ . Vớivà trị số của được lấy ở đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Nối các đầu mút véctơ lại ta sẽ có đường cong biểu diển đồ thị khai triển. Bảng 4-8 Bảng tính xây dựng đồ thị Q-α Tỷ lệ xích: µQ = µT = µZ = µN = µPk0 = 0,03[MN/m2]. α (độ) Z [mm] T [mm] (Z-Pk0) [mm] Q [mm] α độ) Z [mm] T [mm] (Z-Pk0) [mm] Q [mm] 0 -98.1 0.0 -145.8 145.8 370 99.1 21.9 51.3 55.8 10 -94.5 -20.9 -142.3 143.8 380 61.3 28.5 13.6 31.5 20 -81.7 -37.9 -129.4 134.9 390 30.5 23.1 -17.2 28.8 30 -63.2 -47.9 -110.9 120.8 400 13.4 15.6 -34.3 37.7 40 -42.6 -49.4 -90.3 102.9 410 6.8 12.2 -41.0 42.8 50 -23.6 -42.6 -71.3 83.1 420 5.0 15.7 -42.8 45.6 60 -9.3 -29.4 -57.0 64.1 430 2.7 23.9 -45.0 51.0 70 -1.4 -12.7 -49.2 50.8 440 -2.5 33.8 -50.2 60.5 80 -0.3 4.5 -48.1 48.3 450 -11.0 42.7 -58.8 72.7 90 -5.0 19.2 -52.7 56.1 460 -21.9 48.6 -69.6 84.9 100 -13.5 29.9 -61.2 68.1 470 -33.5 50.5 -81.3 95.7 110 -23.7 35.7 -71.4 79.8 480 -44.4 48.4 -92.1 104.1 120 -33.8 36.9 -81.5 89.5 490 -53.5 43.3 -101.2 110.1 130 -42.5 34.4 -90.2 96.6 500 -60.4 35.9 -108.1 113.9 140 -49.2 29.3 -96.9 101.3 510 -64.5 27.2 -112.3 115.5 150 -53.9 22.7 -101.6 104.1 520 -66.2 17.9 -114.0 115.3 160 -56.7 15.3 -104.5 105.6 530 -65.7 8.7 -113.4 113.7 170 -58.2 7.7 -106.0 106.2 540 -64.2 0.0 -111.9 111.9 180 -58.7 0.0 -106.4 106.4 550 -61.0 -8.0 -108.7 109.0 190 -58.2 -7.7 -106.0 106.3 560 -58.7 -15.8 -106.4 107.6 200 -56.8 -15.3 -104.5 105.6 570 -55.2 -23.2 -103.0 105.6 210 -54.1 -22.8 -101.8 104.3 580 -50.1 -29.8 -97.9 102.3 220 -49.6 -29.5 -97.3 101.7 590 -43.3 -35.0 -91.1 97.6 230 -43.1 -34.8 -90.8 97.2 600 -34.5 -37.7 -82.2 90.5 240 -34.6 -37.8 -82.3 90.6 610 -24.3 -36.6 -72.0 80.8 250 -24.7 -37.1 -72.4 81.4 620 -13.9 -30.8 -61.6 68.9 260 -14.5 -32.2 -62.2 70.1 630 -5.2 -20.3 -53.0 56.7 270 -5.9 -22.7 -53.6 58.2 640 -0.4 -5.5 -48.1 48.5 280 -0.7 -9.6 -48.4 49.4 650 -1.3 11.6 -49.0 50.4 290 -0.6 5.3 -48.3 48.6 660 -8.9 28.4 -56.7 63.4 300 -6.1 19.3 -53.8 57.2 670 -23.1 41.7 -70.8 82.1 310 -16.1 29.1 -63.8 70.1 680 -41.9 48.6 -89.6 101.9 320 -27.5 31.9 -75.2 81.7 690 -62.4 47.3 -110.1 119.8 330 -35.8 27.2 -83.5 87.9 700 -80.8 37.5 -128.5 133.8 340 -35.7 16.6 -83.5 85.1 710 -93.5 20.7 -141.2 142.8 350 -27.9 6.2 -75.6 75.9 720 -98.1 0.0 -145.8 145.8 360 29.1 0.0 -18.7 18.7 Hình 4-12 Đồ thị khai triển Q-α Để tínhvà. Xác định trị số đơn vị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu (hoặc ổ trục) theo các công thức sau: Phụ tải cực đại [] Phụ tải bé nhất [] Phụ tải trung bình [] Trong đó: và là phụ tải cực đại, cực tiểu và trung bình được xác định trên đồ thị Q-α, đơn vị là. [MN/m] [MN/m] [MN/m] : Đường kính ngoài và chiều dài làm việc của chốt khuỷu. : Là diện tích đỉnh pittông. Hệ số va đập biểu thị mức độ va đập của phụ tải: ; hệ số thoả mãn. 4.2.10. Xây dựng đồ thị véctơ phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền Sau khi đã vẽ được đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu, ta căn cứ vào đó để vẽ đồ thị phụ tải của ổ trượt ở đầu to thanh truyền. Cách vẽ như sau: Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên một tờ giấy bóng, tâm của đầu to thanh truyền là O. Vẽ một vòng tròn bất kỳ, tâm O. Giao điểm của đường tâm phần thân thanh truyền với vòng tâm O là điểm 00. Từ điểm 00, ghi trên vòng tròn các điểm 1, 2, 3, ..., 72 theo chiều quay trục khuỷu và tương ứng với các góc a100 + b100, a200 + b200, a300 + b300, ..., a7200 + b7200. Đem tờ giấy bóng này đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu. Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm 0, 1, 2, 3, ..., 72 trùng với trục (+Z) của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu. Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véctơ Q0, Q1, Q2,..., Q72 của đồ thị phụ tải chốt khuỷu hiện trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0, 1, 2, 3,..., 72. Bảng 4-9 Giá trị các góc α, β, (α+β) φ (độ) β (độ) φ+β (độ) φ (độ) β (độ) φ+β (độ) φ (độ) β (độ) φ+β (độ) 0 0.00 0.00 250 -13.59 236.41 490 11.04 501.04 10 2.49 12.49 260 -14.25 245.75 500 9.25 509.25 20 4.91 24.91 270 -14.48 255.52 510 7.18 517.18 30 7.18 37.18 280 -14.25 265.75 520 4.91 524.91 40 9.25 49.25 290 -13.59 276.41 530 2.49 532.49 50 11.04 61.04 300 -12.50 287.50 540 0.00 540.00 60 12.50 72.50 310 -11.04 298.96 550 -2.49 547.51 70 13.59 83.59 320 -9.25 310.75 560 -4.91 555.09 80 14.25 94.25 330 -7.18 322.82 570 -7.18 562.82 90 14.48 104.48 340 -4.91 335.09 580 -9.25 570.75 100 14.25 114.25 350 -2.49 347.51 590 -11.04 578.96 110 13.59 123.59 360 0.00 360.00 600 -12.50 587.50 120 12.50 132.50 370 2.49 372.49 610 -13.59 596.41 130 11.04 141.04 380 4.91 384.91 620 -14.25 605.75 140 9.25 149.25 390 7.18 397.18 630 -14.48 615.52 150 7.18 157.18 400 9.25 409.25 640 -14.25 625.75 160 4.91 164.91 410 11.04 421.04 650 -13.59 636.41 170 2.49 172.49 420 12.50 432.50 660 -12.50 647.50 180 0.00 180.00 430 13.59 443.59 670 -11.04 658.96 190 -2.49 187.51 440 14.25 454.25 680 -9.25 670.75 200 -4.91 195.09 450 14.48 464.48 690 -7.18 682.82 210 -7.18 202.82 460 14.25 474.25 700 -4.91 695.09 220 -9.25 210.75 470 13.59 483.59 710 -2.49 707.51 230 -11.04 218.96 480 12.50 492.50 720 0.00 720.00 240 -12.50 227.50 Nối các điểm 0, 1, 2, 3, ..., 72 lại bằng một đường cong, ta có đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền như trên hình 4-13. Hình 4-13 Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng đầu to thanh truyền 4.2.11. Xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu...) thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục. Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúng nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất. Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng. Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây: + Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ n định mức. + Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200. + Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải. + Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép .. Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu tiến hành theo các bước sau: + Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho vòng tròn chốt khuỷu, rồi chia vòng tròn trên thành 24 phần bằng nhau. + Tính hợp lực SQ của các lực tác dụng trên các điểm 0, 1, 2, ..., 23 rồi ghi trị số của các lực ấy trong phạm vi tác dụng trên bảng 4.10 + Cộng trị số của SQ. Chọn tỷ lệ xích måQ = 1,6[MN/m2.mm], dùng tỷ lệ xích vừa chọn đặt các đoạn thẳng đại biểu cho SQ ở các điểm 0, 1, 2, 3, ..., 23 lên vòng tròn đã vẽ, dùng đường cong nối các điểm đầu mút của các đoạn ấy lại ta sẽ có đồ thị mài mòn chốt khuỷu. Hình 4-14 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu 5. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ K20Z2 & QUI TRÌNH KIỂM TRA BẢO DƯỠNG VÒI PHUN 5.1. Tính toán hệ thống nhiên liệu động cơ K20Z2 5.1.1 . Xác định lượng nhiên liệu cung cấp cho một chu trình Lượng nhiên liệu cần thiết cho một chu trình được ECU tính toán, yêu cầu thời gian mở vòi phun rồi gửi tín hiệu đến cho vòi phun. Thời gian phun xăng được tính toán dựa trên lượng không khí nạp vào trong xilanh ở hành trình nạp. Lượng không khí nạp vào trong xilanh động cơ ở hành trình nạp được tính toán nhờ cảm biến đo lượng không khí nạp, cảm biến đo nhiệt độ khí nạp, áp suất khí trời, tín hiệu số vòng quay động cơ. 5.1.1.1. Phân loại thời gian phun Thời gian phun xăng được chia làm : + Thời gian phun sau khi khởi động tính toán dựa vào thông tin lượng khí nạp. + Thời gian phun lúc khởi động không tính được vào lượng không khí nạp. Thời gian phun sau khi khởi động được chia làm hai loại phụ thuộc vào thời gian phun. Nói cách khác là đồng thời hay là phun theo vị trí góc quay trục khuỷu qui định và phun không đồng thời khi gia tốc đột ngột. Thời gian đồng thời sau khi khởi động được xác định theo công thức Ti=Tp.Fc + Ty Trong đó:Ti, Tp, Ty lần lượt là thời gian phun xăng, thời gian phun xăng cơ bản, thời gian phun xăng vô ích tính bằng [ms (miligiây)] Fclà hệ số hiệu chỉnh. Fc= g(FET, FAD, FO, FL , FH ) Với: FET, FAD, Fo , FH lần lượt là hiệu số hiệu chỉnh nhiệt độ động cơ, hệ số hiệu chỉnh tăng tốc và gia tốc, hệ số hiệu chỉnh tỉ số không khí nhiên liệu lý thuyết, hệ số hiệu chỉnh sai lệch chuẩn, hệ số hiệu chỉnh lúc vận tốc cao và tải cao. 5.1.1.2. Thời gian phun cơ bản Để có được thời gian phun cơ bản cho mỗi vòi phun thì ECU của động cơ phải lấy các thông tin từ các cảm biến. Trong động cơ phun xăng điện tử EFI lượng phun cơ bản được quyết định bởi hai thông số chính là: Lưu lượng không khí (thông qua cảm biến lưu lượng không khí ) và tốc độ động cơ (thông qua cảm biến số vòng quay trục khuỷu). Sau đó mới hiệu chỉnh lượng phun cho thật chính xác, để lượng phun nhiên liệu vào xilanh động cơ không phụ thuộc vào điều kiện của môi trường, cũng như vùng địa lí của động cơ đang hoạt động và đặc biệt là phải phù hợp với trạng thái nhiệt của động cơ. Sau khi đã có tín hiệu điều khiển lượng phun cơ bản, ECU liên tục tiếp nhận thông tin từ các cảm biến khác là : nhiệt độ nước làm mát động cơ, nhiệt độ không khí nạp, chế độ tải của động cơ và của cảm biến ôxy. Lúc này ECU sẽ hiệu chỉnh lượng phun cho phù hợp với tiêu chuẩn đã lưu trong bộ nhớ của động cơ để cho động cơ làm việc là tối ưu nhất. Thời gian phun cơ bản phụ thuộc vào tín hiệu đầu ra của phương pháp đo lượng không khí. Đối với động cơ K20Z2 thì lưu lượng không khí được đo trực tiếp từ tín hiệu của cảm biến lưu lượng không khí. Do đó lưu lượng không khí được xác định theo công thức sau: [m3/s] Trong đó : C - Hệ số hiệu chỉnh US - điện áp tiêu chuẩn. UB - Điện áp truyền từ cảm biến Trong phạm vi đồ án do không tìm hiểu được mối quan hệ giữa hiệu tín hiệu điều khiển và lượng không khí. Nên em chỉ tính thời gian phun cơ bản ở chế độ định mức theo phương pháp sau: [m3/s] [5.1] Trong đó: mh = 1 - hệ số bóp dòng. fh- tiết diện thông qua hình học, fh = 2515 [mm2] = 2512.10-6[m2] r0- Khối lượng riêng không khí, r0 = 1,293(Kg/m3) Dph - độ chân không ở họng, Động cơ phun xăng Dph = 30 [Kpa] Vậy: [m3/s] Lượng phun cơ bản được xác định : [5.2] Trong đó : T’P - thời gian phun cơ bản Gk - lưu lượng không khí , Gk= 6,18.10-3 [m3/s] n - số vòng quay trục khuỷu, n= 6000[v/ph]= 100 [v/s] αT - tỉ số không khí - nhiên liệu tiêu chuẩn.[14,7] k1 - hệ số phụ thuộc vào kích thước vòi phun, phương pháp phun, số xilanh. k1= 4.(0,9 ÷ 0,96) = 4.0,95 = 3,8 Vậy ta có lượng phun cơ bản là: [m3/s] Với áp suất phun không đổi (3 kG/cm2), lưu lượng của vòi phun phun ra trong 15 giây là 39 (cc) vì vậy trong 1 giây vòi phun được 2,6 (cc) = 2,6.10-3[m3/s] Vậy thời gian phun cơ bản ở chế độ này : Tp= 3,06.10-6 / 2,6.10-3 .103 = 1,18 [s] Khi điều kiện khí trời thay đổi, để tính lưu lượng cần phải tính đến hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, tuy nhiên do cảm biến nhiệt độ khí nạp nằm trong cảm biến lưu lượng khí nạp cho nên bản thân cảm biến phát ra tín hiệu đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp cho nên khi tính toán ta không cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp nữa. 5.1.2. Tính toán bơm nhiên liệu Bơm nhiên liệu được dùng trong hệ thống nhiên liệu của động cơ K20Z2 là loại bơm cánh gạt, lưu lượng của bơm là 2,1 lít/phút với áp suất 280 kPa. Ngoài ra bơm còn có các thông số làm việc khác chúng ta cần tính toán như cột áp, công suất, hiệu suất... Trước hết ta cần xác định cột áp của bơm (H) bằng công thức sau: Vì đường kính cửa ra bằng đường kính cửa vào nên ta có thể coi Vra = Vvào và khoảng cách y nhỏ nên có thể bỏ qua. Do vậy cột áp của bơm có thể tính theo công thức: Trong đó: [MN/m2 ] áp suất của nhiên liệu tại cửa ra. [MN/m2 ] áp suất nhiên liệu tại cửa vào. [MN/m3] trọng lượng riêng của chất lỏng. Vậy : [m cột chất lỏng] Công suất thuỷ lực của bơm được xác định theo công thức sau: Với lưu lượng của bơm [m3/s] Vậy [KW] 5.2. Qui trình kiểm tra vòi phun 5.2.1. Kiểm tra sự hoạt động của vòi phun 5.2.1.1. Dụng cụ : Vít dẹp 5.2.1.2. Thao tác : Bước 1: Khởi động động cơ đến nhệt độ làm việc Bước 2: Tăng tốc độ động cơ lớn hơn không tải một chút . Bước 3: Lần lượt rút giắc cắm điện các vòi phun. 5.2.1.3. Kết luận : Trong quá trình rút giắc cắm điện các vòi phun phải tập trung chú ý và quan sát kỹ tình trạng của động cơ . Nếu vòi phun còn hoạt động tốt thì khi rút giắc cắm điện của vòi phun đó nhìn thấy được hiện tượng động cơ bị rùng lên tức là lúc này động cơ hoạt động không ổn định . Nếu vòi phun nào khi rút giắc cắm điện không thấy hiện tượng trên thì vòi phun này đã hỏng . 5.2.1.4. Khắc phục: Bảo dưỡng hay thay mới vòi phun . 5.2.2. Kiểm tra điện trở của vòi phun Điện trở của vòi phun có vai trò rất quan trọng đối với sự hoạt động của vòi phun. Thông thường điện trở của vòi phun nằm trong một giới hạn quy định tuy nhiên vì một lý do nào đó mà điện trở của vòi phun tăng lên thì sẽ làm cho thời gian nâng kim phun tăng lên và vòi phun sẽ mở không dứt khoát do đó làm giảm lượng nhiên liệu phun vào động cơ. Ngược lại nếu điện trở của vòi phun giảm xuống thì dòng điện đi qua vòi phun có thể phá hỏng cuộn dây làm cho vòi phun không hoạt động được. 5.2.2.1. Dụng cụ: Đồng hồ đo điện trở; Cà lê vòng ; Vít dẹp. 5.2.2.2. Thao tác: Bước 1: Lần lượt đo điện trở từng vòi phun. Bước 2: Đọc chỉ số trên đồng hồ đo điện trở 5.2.2.3. Kết luận : Nếu trong quá trình đo điện trở của vòi phun nào mà nằm trong phạm vi cho phép [12-15.2 Ohm] thì vòi phun đó còn tốt (về mặt điều khiển vòi phun). Nếu khi đo điện trở của vòi phun nào mà không nằm trong phạm vi cho phép thì vòi phun đó đã hỏng . 5.2.2.4. Khắc phục: Thay mới vòi phun . Hình 5-1 Sơ đồ kiểm tra điện trở vòi phun Vòi phun; 2- Đồng hồ đo; 3- Đầu dây đo; 4- Đầu dây đo của đồng hồ đo. 5.2.3. Kiểm tra sự rò rỉ của vòi phun 5.2.3.1. Dụng cụ kiểm tra: + Vít dẹp. + Cà lê vòng. + Khay đựng nhiên liệu. 5.2.3.2. Thao tác: Bước 1: Tháo đầu dưới của vòi phun ra khỏi ống nạp. Bước 2: Nối +B của ắc qui vào FP của giắc kiểm tra bơm nhiên liệu. Bước 3: Bật khóa điện đến vị trí ON . Hình 5-2 Sơ đồ kiểm tra sự rà rỉ của vòi phun 1- Động cơ; 2- Họng bướm ga; 3- Ống chân không; 4- Đường ống nhiên liệu hồi; 5- Bộ ổn định áp suất; 5.2- Khay hứng nhiên liệu; 7- Vòi phun; 8- Nối với ECU 5.2.3.3. Kết luận Năm giây sau khi bật khoá điện bắt đầu quan sát các vòi phun .Tiêu chuẩn sự rò rỉ của vòi phun :một giọt hay ít hơn một giọt trong một phút. Quan sát trong vòng một phút xem vòi phun nào rò rỉ nhiều hơn một giọt thì kết luận vòi phun đó đã hỏng ,nếu ít hơn một giọt thì vòi phun đó còn tốt . 5.2.3.4. Khắc phục: nếu lượng rò rỉ ít thì ta có thể sửa chữa, nếu không được cần tiến hành thay mới vòi phun . 5.2.4. Qui trình Bảo dưỡng vòi phun 5.2.4.1. Ngâm vòi phun 5.2.4.1.1.Dụng cụ + Cốc rót . + Bình khí nén có áp suất 5 kG/cm2 gắn vòi thổi khí nén . + Dụng cụ để tháo vòi phun . 5.2.4.1.2. Thao tác Bước 1 :Tháo các vòi phun ra khỏi động cơ . Bước 2 :Đặt các vòi phun đứng trên một giá cố định. Bước 2 :Dùng dầu tẩy rửa nhỏ đầy đầu vòi phun . Bước 4 :Ngâm vòi phun khoảng 3 giờ Hình 5-3 Sơ đồ rót dầu tẩy 1- Cốc rót; 2- Vòi; 3- Giá đỡ 5.2.4.2. Súc vòi phun Bước 1: Gắn giắc cắm điện vào các vòi phun . Bước 2: Đổ dầu tẩy rửa vào các đầu vòi phun . Bước 3: Đưa vòi thổi khí nén vào đầu này . Bước 4: Phối hợp đồng thời bật khoá điện đến vị trí Start và mở vòi thổi khí nén. Lặp lại bước 2,3,4 khoảng 3 đến 4 lần tức thì vòi phun đã được súc sạch . Hình 5-4 Sơ đồ súc vòi phun bằng vòi thổi khí nén 1- Đầu nhiên liệu vào vòi phun; 2- Vòi thổi khí; 3-Bình khí nén KẾT LUẬN Qua thời gian thực tập tốt nghiệp tại công ty cổ phần Vận Hội Mới Ôtô Đà Nẵng em nhận thấy dòng xe Honda Civic hãng Honda tuy mới vào Việt Nam nhưng đã chiếm được lòng tin của người tiêu dùng. Do xe có nhiều ưu điểm trong đó hệ thống nhiên liệu động cơ K20Z2 có nhiều ưu điểm vượt trội hơn các động cơ cùng loại khác, đặc biệt là hệ thống phun xăng đa điểm tiên tiến với bộ vi xử lý ECU thông minh nó nhận tín hiệu truyền về từ tập hợp các cảm biến và xử lý thông tin sau đó đưa ra chế độ cung cấp nhiên liệu tối ưu nhất cho động cơ phù hợp với từng chế độ tải giúp động cơ tăng công suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thải khí thải độc hại ra môi trường. Nên em đã xin nhận đề tài: “Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ K20Z2 lắp trên xe ôtô Honda Civic 2.0 i-VTEC” làm đề tài tốt thực tập tốt nghiệp và sau đó phát triển thành đề tài tốt nghiệp. Sau khi nhận được sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn tốt nghiệp, em đã tích cực tìm hiểu kỹ về đề tài thông qua các tài liệu sẵn có, trên mạng internet, anh Nguyễn Hải Bình quản đốc xưởng dịch vụ công ty cổ phần Vận Hội Mới Ôtô Đà Nẵng, đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn: PGS.TS Trần Văn Nam, các thầy cô giáo và sự chia sẻ thông tin và tài liệu của các bạn cùng nhóm em đã hoàn thành các nội dung mà thầy giáo hướng dẫn đã giao cho đó là: Tìm hiểu tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ xăng phát triển qua các thời kỳ và nguyên lý hoạt động của chúng, đặc biệt chú trọng đến hệ thống nhiên liệu có sử dụng hệ thống phun xăng điện tử qua đó khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ K20Z2 và tìm hiểu sơ lược về các hệ thống có trên động cơ,tính toán các thông số nhiệt động học, tính toán các thông số của bơm nhiên liệu và thời gian phun nhiên liệu của vòi phun xăng điện tử, qui trình kiểm tra và bảo dưỡng vòi phun. Qua thời gian tìm hiểu và thực hiện đề tài này em đã có điều kiện tìm hiểu sâu hơn và hệ thống lại các kiến thức đã được học về hệ thống nhiên liệu động cơ xăng và các động cơ xăng đời mới hiện đại đang được sử dụng ngày nay. Điều này sẽ giúp em có được một nền tảng kiến thức vững chắc và sự tự tin sau khi ra trường. Tuy nhiên do kiến thức, tài liệu và thời gian còn nhiều hạn chế nên em chưa thể hoàn thành được đề tài một cách tốt nhất. Em rất mong nhận được sự sẽ chia và cảm thông của quí thầy cô để giúp em bảo vệ thành công đề tài này, em xin chân thành cảm ơn. Đà Nẵng, ngày 23 tháng 05 năm 2009 Sinh viên thực hiện ĐẬU TIẾN ĐẠT TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết cấu và tính toán động cơ trong-Tập 1,2,3”. Nhà xuất bản giáo dục ,1996. [2] Tác giả Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Tất Tiến. “Nguyên lý động cơ đốt trong”. Nhà xuất bản giáo dục, 1994. [3] Trần Thanh Hải Tùng. “Chuyên đề động cơ phun xăng”. Dùng cho sinh viên chuyên nghành cơ khí, Đà Nẵng, 2006. [4 Kỹ sư Trung Minh. “Hệ thống phun nhiên liệu và đánh lửa xe ôtô”. Nhà xuất bản thanh niên, 2005. [5] Tài liệu do công ty Cổ Phần Vận Hội Mới cung cấp, 01-2009.