Khảo sát hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Duratorq 2.4l

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 PCM đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đó mà PCM nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ. 5. Cảm biến vị trí trục cam (CMP). Hinh 2-23 Kết cấu cảm biến vị trí trục cam. 1- Lỗ bắt bu lông; 2- Đầu nối dây điên; 3- Nam châm; 4- Phần tử Hall; 5- Dây diện; 6- Võ cảm biến. - Vị trí: Đặc ở nắp xi lanh phía sau kim phun số 4 - Chức năng: Thông báo tín hệu vị trí trục cam và thời điểm phun dầu của xi lanh số 1. - Cấu tạo: là loại cảm biến Hall. Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G có các răng. Khi trục cam quay khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G. Tín hiệu G này chuyển đi như một thông tin góc chuẩn của trục khuỷu đến PCM động cơ, kết hợp với tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu để xác định thời điểm cuối kỳ nén của mỗi xylanh và phát hiện góc quay trục khuỷu. Cứ mỗi 2 vòng quay của động cơ, cảm biến tạo ra 5 xung nhưng chỉ có 1 xung làm tín hiệu điều khiển. Dùng để xác định thời điểm phun nhiên liệu. Để PCM nhận biết được thì phải nắn tín hiệu này thành xung vuông chuẩn 5V. 6. Cảm biến áp suất nhiên liệu Cảm biến áp suất ống đo áp suất tức thời trong ống phân phối và báo về PCM với độ chính xác thích hợp và tốc độ đủ nhanh. Cấu tạo cảm bến áp suấtđược thể hiện ở hình 2-23. Hình 2-24 Cấu tạo cảm biến áp suất trên ống phân phối 1- Mạch điện; 2- Màng xo; 3- Màng của phần tử cảm biến; 4- Ống dẫn áp suất; 5- Ren lắp ghép. Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất đường ống thông qua một đầu mở và phần cuối được bịt kín bởi màng cảm biến. Thành phần chính của cảm biến là một thiết bị bán dẫn gắn trên màng cảm biến, dùng để chuyển áp suất thành tín hiệu điện. Tín hiệu do cảm biến tạo ra được đưa vào mạch khuếch đại tín hiệu và đưa đến PCM. Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc: - Khi màng biến dạng thì lớp điện trở đặt trên màng sẽ thay đổi giá trị. Sự biến dạng (khoảng 1 mm ở áp suất 1600 bar ) là do áp suất tăng lên trong hệ thống, sự thay đổi điện trở dẫn đến sự thay đổi điện thế ở mạch cầu điện trở. - Điện áp thay đổi trong khoảng 0-70 mV (tùy thuộc áp suất tác động) và được khuếch đại bởi mạch khuếch đại đến 0,5V- 4.5V. Việc kiểm soát một cách chính xác áp suất của ống là điều bắt buộc để hệ thống hoạt động đúng. Đây cũng là nguyên nhân tại sao cảm biến áp suất ống Rail phải có sai số nhỏ trong quá trình đo. Trong dải hoạt động của động cơ, độ chính xác khi đo đạt khoảng 2%. Nếu cảm biến áp suất ống bị hỏng thì van điều khiển áp suất sẽ được điều khiển theo giá trị định sẵn trong PCM. 3.2.3. Hệ thống điều khiển điện tử 3.2.3.1. Hệ thống xử lý thông tin điều khiển hệ thống nhiên liệu của động cơ: Giới thiệu sơ đồ tổng quan chức năng điều khiển điện tử Hình 2-25 Sơ đồ điều khiển 1- Cảm biến nhiệt độ dầu bô trơn; 2- Cảm biến nhiệt độ khí nạp; 3- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 4- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu; 5- Bộ vòi phun; 6- Van EGR; 7- Cảm biến vị trí chân ga (APP); 8- Relay chính; 9- Cầu trì ácquy; 10- Ácquy; 11- Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP); 12- Cảm biến vị trí trục cam (CMP); 13- Cảm biến áp suất nhiên liệu; 14- Cảm biến áp suất khí nạp; 15- Bộ bugi xông máy; 16- Hộp PCM Hệ thống điều khiển điện tử bao gồm các cảm biến cung cấp cho bộ điều khiển động cơ PCM, các thông tin về số vòng quay trục khuỷu (CKP), vị trí bàn đạp chân ga (APP), nhiệt độ và áp suất trên đường ống nạp, nhiệt độ làm việc của động cơ... các cảm biến làm việc theo nguyên tắc khác nhau. Các thông tin từ các cảm biến đưa về bộ điều khiển PCM dưới dạng các tín hiệu điện như: tín hiệu vào dạng số, tín hiệu vào dạng tương tư (analog),tín hiệu điện áp biến đổi, tín hiệu tần số... và được biến đổi sơ bộ trước khi đi vào bộ xử lý. Bộ điều khiển động cơ PCM: (Powertrain Control Module). Bộ điều khiển động cơ PCM điều khiển thời điểm và lượng nhiên liệu cần phun và hệ thống tuần hoàn khí thải. Bộ điều khiển PCM có 104 chân và được chia ra làm 3 ổ giắc nối, ổ C1= 32 chân, ổ C2= 48 chân, ổ C3 = 32 chân Bộ điều khiển GEM: Bộ điều khiển GEM đặt ở phía sau hộp cốp tay, hộp cốp tay có thể ttháo ra được. Bộ điều khiển GEM bao gồm cả bộ phận phân phối nguồn (đó là phần rơ le và cầu chì phân phối nguồn). GEM là bộ điều khiển điện tử, điều khiển hầu như toàn bộ những hệ thống điện tử với tính chất tiện nghi trên xe. Tuỳ theo các hệ thống trang bị trên xe, có 3 đời GEM được trang bị cho các xe. -GEM đời thấp ký hiệu là A, mã số 6C1T - 14A073-AX -GEM đời trung ký hiệu là B, mã số 6C1T- 14A073-BX (BK FVL) -GEM đời cao ký hiệu là C, mã số 6C1T-14A073-CX (CK FVL) -GEM theo kênh Service ký hiệu là D (GEM theo kênh Service tương ứng với gem đời cao), mã số 6C1T-14A073-DX Tất cả các đời GEM đều có chức năng báo động (Alarm) và chức năng báo giờ (Clock). Chức năng báo giờ sẽ chuyển đến các bộ điều khiển khác thông qua đường truyền CAN. Bộ điều khiển GEM kiểm tra lại tất cả các dữ liệu đã cài đặt vào và lưu lại lỗi (mã báo hư hỏng DTCS) nếu có .Chức năng của bộ điều khiển GEM sẽ bị giới hạn nếu như bộ điều khiển GEM bị bất kỳ một lỗi nào đó. Bộ điều khiển động cơ PCM kết nối với bộ điều khiển GEM qua đường truyền tốc độ HS-CAN. Bộ điều khiển GEM đóng vai trò như một cổng giao tiếp (Gateway) cho việc trao đổi thông tin giữa đường truyền tốc độ cao HS-CAN và đường truyền tốc độ trung bình MS- CAN. Trong động cơ, khi mở khoá điện hệ thống quản lý động cơ sẽ chuyển năng lượng ( tín hiệu) qua PCM và rơ-le năng lượng mở. Trong khi động cơ tắt khoá điện thì PCM đóng và dừng động cơ, bởi van đóng ngắt điện lúc này bị mất năng lượng điện ( tín hiệu) sẽ cắt rơ-le điện từ nhờ PCM. Trong khi động cơ chạy thì PCM tiếp tục nhận những tín hiệu về trạng thái thực tế của động cơ và bơm từ các cảm biến và khoá điện. Các tần số tượng tự và tín hiệu từ khoá cho biết quá trình tiến triển của động cơ và PCM sẽ so sánh đối chiếu với chương trình lập trình có sẵn trong bộ nhớ, và những tín hiệu riêng biệt để đưa ra sự chênh lệch. Từ những giá trị này để đưa ra những giá trị thích hợp để điều khiển động cơ. 3.2.3.2. Hệ thống xử lý Căn cứ vào các tín hiệu gởi về từ các cảm biến như cảm biến nhiệt độ môi trường, cảm biến áp suất nhiên liệu, cảm biến tốc độ động cơ... tới cổng giao tiếp Gateway bộ GEM gửi tới bộ điều khiển PCM thông qua đường truyền tốc độ cao HS-CAN, hệ thống xử lý so sánh với các thông tin đã được cài đặt sẵn trong bộ nhớ PCM và xác định các thông số đầu ra để điều khiển các bộ phận thừa hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho động cơ. 3.2.3.3. Hệ thống chấp hành: Bao gồm các cơ cấu chấp hành được điều khiển bằng các tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển PCM kết nối với bộ điều khiển GEM thông qua đường truyền tốc độ cao HS-CAN. Các cơ cấu chấp hành như: vòi phun, bơm cao áp, van EGR... được điều khiển sao cho động cơ làm việc phù hợp với các tín hiệu đầu vào. 3.2.3.4. Xác định góc phun sớm Cũng tương tự như nguyên tắc điều khiển lượng phun, bộ xử lý điều khiển góc phun sớm trên cơ sở tín hiệu thu được từ cảm biến đo số vòng quay động cơ và các cảm biến xác định trạng thái động cơ như cảm biến xác định nhiệt độ nước làm mát, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến áp suất khí nạp... Để lựa chọn góc phun sớm tốt nhất được xác định nhờ thực nghiệm bằng cách xây dựng đặc tính điều chỉnh góc phun sớm của động cơ. Đặc tính điều chỉnh góc phun sớm được thực hiện ở điều kiện không thay đổi tốc độ n và lượng nhiên liệu cấp cho chu trình. Thay đổi góc phun sớm, tại mỗi góc phun sớm xác định các giá trị Ne = ff(q) và ge = ff(q). Tại vị trí Nemax và gemax xác định góc phun sớm tốt nhất. Hinh 2-26 Đặc tính điều chỉnh góc phun sớm. Từ những thực nghiệm người ta đưa ra dãy góc phun sớm tuỳ thuộc vào tốc độ động cơ và tải trọng, góc phun sớm nằm trong giới hạn từ 15 ÷ 350 . Từ đó người ta đưa ra bảng giá trị góc phun sớm ứng với từng tốc độ và tải trọng động cơ gọi là góc phun sớm cơ sở. Như vậy khi động cơ hoạt động, bộ xử lý nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, áp suất trên đường ống nạp để xác định số vòng quay và tải trọng, động cơ tại thời điểm đó. Với hai thông số này, bộ xử lý đối chiếu vào bảng góc phun sớm cơ sở để lấy ra giá trị góc phun sớm, sau đó bộ xử lý căn cứ vào giá trị thu được từ các cảm biến khác nhau như: cảm biến nước làm mát, cảm biến nhiệt độ khí nạp để hiệu chỉnh và có giá trị góc phun sớm thích hợp. Giá trị được bộ xử lý dùng để điều khiển bộ phận thừa hành ở đầu ra: bơm, và vòi phun ... 3.2.3.5. Bộ xử lý Như đã trình bày trên, căn cứ vào tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống xử lý so sánh với các thông tin đã được lập trình sẵn trong bộ nhớ và xác định các thông số đầu ra để điều khiển các bộ phận chấp hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho động cơ. Vì bộ xử lý và các cảm biến đòi hỏi một điện áp làm việc rất ổn định, nên trong bộ điều khiển có lắp một bộ ổn áp. Bộ ổn áp điện này cung cấp cho bộ xử lý một điện áp có giá trị xác định và ổn định. Với bộ xử lý trên động cơ Duratorq 2.4L, bộ ổn áp cung cấp cho bộ xử lý mức điện áp ổn định 5 vôn để dùng làm điện áp làm việc. 3.2.3.6. Xử lý tín hiệu vào Bộ xử lý tín hiệu đầu vào thu nhập những tín hiệu từ các cảm biến, dưới dạng tín hiệu xung, tín hiệu điện áp biến đổi, tín hiệu tần số…. Để đưa vào xử lý, biến đổi chúng thành các tín hiệu số. Tín hiệu là sự kết hợp giữa các mức điện áp có và không, mức điện áp có là số 1 và mức điện áp không là số 0. Tín hiệu phải được biến sang dạng số vì bộ xử lý chỉ có thể làm việc với các tín hiệu 0 và 1. Vì mỗi loại cảm biến tạo nên một dạng khác nhau nên chúng đòi hỏi các cách biến đổi khác nhau sang dạng số. Do đó, việc hiểu được cách hoạt động của các bộ biến đổi này là điều rất quan trọng. Trước tiên ta nghiên cứu nguyên lý làm việc của bộ biến đổi tương tự số. Một trong các bộ biến đổi dùng phổ biến trong bộ điều khiển là bộ biến đổi tương tự số, viết tắt là A/D (Analog to digital converters). Bộ này dùng để biến đổi tín hiệu điện áp một chiều có giá trị thay đổi sang tín hiệu dạng số để bộ xử lý có thể làm việc được. Các cảm biến mạch tương tự, như cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến nhiệt độ, cảm biến vị trí trục bơm cao áp ... là những ví dụ của cảm biến tạo ra tín hiệu điện áp tương tự thay đổi, chúng phải được biến thành dạng tín hiệu số mới có thể xử lý được. 3.2.3.7. Bộ vi xử lý PCM hoạt động theo dạng tín hiệu số nhị phân điện áp cao, biểu hiện cho số1, 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 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 gởi 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 - 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, 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. Bộ vi xử lý thực hiện một số chức năng khác nhau. Chúng nhận và xuất trữ dữ liệu, kiểm soát tính tuần tự của các sự kiện nhờ có mạch thời gian bên trong, và ra quyết định theo kết quả của các phép tính toán học. Tương tự như trên, bộ vi xử lý trên động cơ cũng tính toán và điều khiển các hệ thống theo một chương trình đã được cài đặt sẵn. Chương trình khi viết đã dự kiến hầu hết các điều kiện vận hành của hệ thống. 3.2.3.8. Bộ kiểm tra hệ thống Chức năng tự kiểm tra thực ra chỉ một chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ của bộ điều khiển GEM. Chương trình này cho phép bộ điều khiển kiểm tra tín hiệu vào và ra khỏi hệ thống. Trong trường hợp tín hiệu có giá trị nằm ngoài giới hạn cho phép, bộ điều khiển ghi vào bộ nhớ dưới dạng mã hư hỏng. Sau đó, người ta dùng các thiết bị kiểm tra để đọc các mã hư hỏng này từ bộ điều khiển. Bộ điều khiển PCM > cổng giao tiếp (gateway) > bộ GEM có thể tự động bật đèn báo hay có chuông báo nguy nếu phát hiện mã hư hỏng trong hệ thống, như báo lỗi động cơ (MIL), cảnh báo động cơ, ... Số khác thì cần phải qua một thủ tục đọc mã hư hỏng đơn giản có sử dụng thiết bị đọc. Tuỳ theo từng hệ thống mà chúng ta có cách đọc mã hư hỏng phù hợp. Trong một số hệ thống của động cơ có khả năng tự kiểm tra, bộ điều khiển GEM được lập trình theo kiểu Modul Trung Tâm, phương pháp lập trình Modul Trung Tâm dựa trên cơ sở: tất cả dữ liệu của các bộ điều khiển đều được nạp vào bộ điều khiển GEM. Từ bộ điều khiển GEM tất cả dữ liệu đều có thể truyền đến các bộ điều khiển khác thông qua các đường truyền CAN. Tất cả các dữ liệu không lấy ra từ máy chuẩn đoán WDS mà nó được lấy ra từ bộ điều khiển GEM để truyền đến các bộ điều khiển liên quan. Máy chuẩn đoán chỉ đóng vai trò như một thành viên giám sát cho quá trình lập trình Modul Trung Tâm được thực hiện. Bộ điều khiển GEM kiểm tra lại tất cả những dữ liệu đã cài đặt vào và lưu lại những lỗi (mã báo hư hỏng DTCS) nếu có. 3.2.3.9. Bộ nhớ đầu ra Sau khi bộ xử lý thực hiện xong các phép tính, kết quả được lưu trữ trong phần bộ nhớ dành riêng để ghi dữ liệu đầu ra, phần bộ nhớ này được đặt cùng một vùng với bộ nhớ đầu vào trong bộ nhớ RAM. Cũng như bộ nhớ đầu vào, bộ nhớ đầu ra lưu trữ các số nhị phân để chuyển cho bộ xử lý tín hiệu đầu ra nhằm tạo nên những tín hiệu điều khiển. 3.2.3.10. Các chức năng của đầu ra Bộ xử lý không trực tiếp điều khển các thiết bị đầu ra, nó chỉ thực hiện các phép tính và ghi giá trị vào bộ nhớ. Kết quả này được bộ xử lý tín hiệu đầu ra sử dụng để tạo nên các tín hiệu điều khiển. Các dạng tín hiệu điều khiển được tạo ra theo yêu cầu của các thiết bị đầu ra. Cũng như bộ xử lý đầu vào, bộ xử lý đầu ra gồm có nhiều khối hoạt động riêng rẽ hoặc phối hợp với nhau để tạo tín hiệu đầu ra. 4. Tính toán và kiểm nghiệm HTNL động cơ Duratorq 2.4l. 4.1. Tính toán nhiệt, động học và động lưc học. 4.1.1. Tính toán nhiệt (tính theo tài liệu [1]). Công suất, tính kinh tế, độ tin cậy khi làm việc và tuổi thọ của động cơ phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện của chu trình công tác. Vì vậy, việc nghiên cứu các quá trình tạo nên chu trình công tác của động cơ là rất cần thiết để tìm ra các quy luật diễn biến của chúng, phát hiện những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ấy, trên cơ sở đó xác định phương hướng nâng cao tính hiệu quả và kinh tế của động cơ. Phương pháp tính toán các thông số của chu trình công tác thực tế càng hoàn hảo bao nhiêu thì sự khác biệt giữa chu trình tính toán và chu trình thực tế càng ít bấy nhiêu. Nhiệm vụ của tính toán nhiệt động cơ là dựa trên những số liệu đã cho ban đầu để xác định các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động cơ. Kết quả của tính toán nhiệt là xây dựng được đồ thị công và đây là tài liệu cơ bản cho việc tính toán động lực học, tính sức bền và độ mài mòn của các chi tiết tiếp theo. Tính toán chu trình nhiệt của động cơ đốt trong được tiến hành qua các bước sau: 4.1.1.1. Thông số động cơ. - Công suất định mức của động cơ: Ne = 74 kW - Số vòng quay định mức: n = 3500 v/p - Đường kính xylanh: D = 89,9 mm - Hành trình của piston: S = 94,6 mm - Tỷ số nén: e = 19 - Số xylanh: i = 4 - Số kỳ động cơ: t = 4 4.1.1.2. Các thông số chọn ban đầu. Tên thông số Kí hiệu Giá trị Thứ nguyên Áp suất khí nạp Pk 0,1 MN/m2 Nhiệt độ khí nạp Tk 298 oK Hệ số dư lượng không khí a 1,56 Áp suất cuối quá trình nạp Pa 0,085 MN/m2 Áp suất khí sót Pr 0,112 MN/m2 Nhiệt độ khí sót Tr 900 oK Độ sấy nóng khí nạp mới DT 30 oK Chỉ số giản nở đoạn nhiệt m 1,5 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z xz 0,8 Hệ số lợi dụng nhiệt tại b xb 0,85 Tỉ số tăng áp l 1,56 Hệ số nạp thêm l1 1,05 Hệ số quét buồng cháy l2 1 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt lt 1,1 Hệ số điền đầy đồ thị jđ 0,97 4.1.1.3. Thông số tính toán. I. Quá trình nạp: 1.Nhiệt độ không khí trước xupáp nạp. Tk = T0 = 298 0K 2. Hệ số nạp. (3-1) = 0,799 3. Hệ số khí sót. (3-2) gr = 0,0264. 4. Nhiệt độ cuối quá trình nạp. (3 – 3) II. Quá trình nén. 1. Tỷ nhiệt mol của không khí [kJ/kmol.0K]. (3-4) = = 20,4847 [kJ/kmol.0K]. 2. Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy [kJ/kmol.0K]. (3-5) a”v = = = 20,914 b”v = = = 0,00545 = 23,369 [kJ/kmol.0K]. 4. Tỷ nhiệt mol của hỗn hợp cháy [kJ/kmol.0K]. (3-6) = 19,833 = 0,00422 = 20,556 5. Chỉ số nén đa biến trung bình n1. Tính gần đúng từ phương trình nén đa biến: (3-7) Chọn : n1 = 1,366 thay vào vế phải của phương trình trên. Ta có: = 1,36657 Vậy chọn : n1 = 1,366 6. Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc [0K]. (3-8) = 1006,057 [0K]. 7. Áp suất cuối quá trình nạp pc [MN/m2]. (3-9) = 4,774MN/m2]. III. Quá trình cháy: 1. Số mol không khí để đốt cháy 1 Kg nhiên liệu M0. M0 = (3-10) Trong đó: C, H, O : Thành phần trong 1Kg nhiên liệu. M0 = = 0,4946 [kmol/KK/kgnl]. 2. Số mol khí nạp mới M1. M1 = a.M0 = 1,56.0,4946 = 0,7716 [kmol/KK/kgnl]. (3-11) 3. Tính DM. DM = (3-12) DM = = 0,031625. 4. Số mol sản phẩm cháy M2. M2 = M1 + DM (3.13) M2 = 0,7716 + 0,0316 =0,8032 [Kmol/Kg.nl]. 5. Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết. (3-14) 6. Hệ số biến đổi phân tử thực tế. = 1,039 (3-15) 7. Hệ số biến đổi phân tử tại z. (3.16) = 1,0376 8. Hệ số tỏa nhiệt xz tại z. = 0,9411 (3-17) 9. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn. Với động cơ Diesel a > 1 thì DQH = 0. 10. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z. (3-18) (3-19) a”vz = 20,8547 (3-20) b”vz = 0,0054 = 28,171 [KJ/KmoloK]. 11. Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz. Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz được tính theo phương trình sau: (3-21) Đưa về dạng phương trình bậc hai: ATz2 + BTz + C = 0 Trong đó: A = = 0,0028 = 21,639 C = = - 79391,32 QH =42625 Phương trình bậc hai: 0,0028.Tz2 + 21,639.Tz – 79391,32 = 0 Giải phương trình bật hai và loại bỏ nghiệm âm ta tìm được: Tz = 2716,061 [0K] - Áp suất cực đại của chu trình lý thuyết pz [MN/m2]. pz = pc.l = 4,744.1.7 = 8,0657 [MN/m2] (3-22) IV.Quá trình giãn nở: 1. Tỷ số giãn nở sớm. (3-23) Thế số r =1,6478 2. Tỷ số giãn nở sau. d =e/r (3.24) =19/1,6478 =11,53 3. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nơTb. (0K) (3-25) 4. Ap suất cuối quá trình giãn nở. (MN/m2) (3-26) pb = 0,387 (MN/m2) 5. Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót Tr. (3-27) Sai số so với chọn ban đầu: 4.1.1.4. Những thông số chỉ thị. 1. Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết pi. MN/cm2(3-28) 2. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế. pi = jđ. pi’ (MN/m2 (3-29) pi = 0,98. 1,37 = 1,3427 (MN/m2) 3. Hiệu suất chỉ thị hi. (3.30) 4. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi. (3-31) 4.1.1.5. Các chỉ tiêu có ích. 1. Ap suất tổn thất cơ giới trung bình pm. pm =a + b.cm + pr - pa (3-32) cm : Vận tốc trung bình của piston (3-33) Chọn a = 0,09 b = 0,012 pm = 0,05 + 0,018.11,03 + 0,112 -0,085 = 0,276 (MN/m2) pm = 0,276 (MN/m2) 2. Áp suất có ích trung bình pe. pe = pi - pm (MN/m2) (3-34) pe= 1,3427- 0,276 = 1,067 (MN/m2) pe = 1,067 (MN/m2) 3. Hiệu suất cơ giới hm. (3-35) 4. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge. (3-36) 4.1.1.6. Kiểm nghiệm kích thước xy lanh. 1. Thể tích công tác của xylanh. (3-37) 2. Đường kính xylanh. 89,446 (3-38) D - Dt = 89,9 - 89,446 = 0,454 (mm) 3. Hành trình của piston. (3-39) 4.1.2 . Vẽ đồ thị công. Để vẽ được đồ thị công cần phải xác định các điểm trung gian trên đường nén và đường giãn nở. 4.1.2.1. Xác định các điểm trên đường nén với chỉ số đa biến n1. Phương trình đường nén , do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì. => (3.40) Đặt ta có n1- là chỉ số nén đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt. 4.1.2.2. Xây đựng đường cong áp suất trên đường giãn nở. Phương trình của đường giãn nở đa biến , do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì: => (3.41) Ta có: , đặt Þ . n2- là chỉ số giãn nở đa biến trung bình, xác định thông qua tính toán nhiệt. Bảng 3-1 Các giá trị trên đường nén và giãn nở Vx i Đường nén Đường giãn nở in1 1/in1 Pc/in1 in2 1/in2 0.0113 1 0.3394 0.3394 1.6105 0.3394 0.3394 0.0187 1.6 0.6715 0.1716 0.8141 0.6312 0.1825 2.7378 0.0340 3.0 1.5223 0.0757 0.3591 1.3284 0.0867 1.3008 0.0453 4.0 2.2551 0.0511 0.2424 1.8990 0.0607 0.9100 0.0566 5.0 3.0588 0.0377 0.1787 2.5054 0.0460 0.6897 0.0679 6.0 3.9239 0.0294 0.1393 3.1421 0.0367 0.5500 0.0793 7.0 4.8435 0.0238 0.1129 3.8051 0.0303 0.4541 0.0906 8.0 5.8127 0.0198 0.0940 4.4916 0.0257 0.3847 0.1019 9.0 6.8274 0.0169 0.0801 5.1991 0.0222 0.3324 0.1132 10.0 7.8842 0.0146 0.0693 5.9260 0.0194 0.2916 0.1246 11.0 8.9805 0.0128 0.0609 6.6707 0.0173 0.2591 0.1359 12.0 10.1140 0.0114 0.0540 7.4320 0.0155 0.2325 0.1472 13.0 11.2825 0.0102 0.0485 8.2088 0.0140 0.2105 0.1585 14.0 12.4845 0.0092 0.0438 9.0002 0.0128 0.1920 0.1699 15.0 13.7183 0.0084 0.0398 9.8054 0.0118 0.1762 0.1812 16.0 14.9826 0.0077 0.0365 10.6237 0.0108 0.1627 0.1925 17.0 16.2762 0.0071 0.0336 11.4545 0.0101 0.1509 0.2038 18.0 17.5979 0.0065 0.0311 12.2973 0.0094 0.1405 0.2151 19.0 18.9469 0.0061 0.0289 13.1514 0.0088 0.1314 Xác định các điểm đặc biệt: r (Vc; Pr) = (0,03336; 0,112) y (Vc; Pz) = (0,03336; 8,0657) a (Va; Pa) = (0,60048; 0,085) b (Va; Pb) = (0,60048; 0,3871) z (Vz; Pz) = (0,05497; 8,0657) c (Vc; Pc) = (0,03336; 4,74456) Hiệu chỉnh đồ thị công: Trên đoạn cy lấy điểm c” với c”c =1/3cy Trên đoạn yz lấy điểm z” với yz” =1/2yz Trên đoạn ba lấy điểm b” với bb” =1/2ba Hình 3-1 Đồ thị công. 4.1.3. Tính toán động học và động lực học (tính theo tài liệu [5]). 4.1.3.1. Động học của cơ cấu khuỷu trục, thanh truyền Nghiên cứu qui luật chuyển động của piston là nhiệm vụ chủ yếu của động học, Để tiện việc nghiên cứu, ta giả thuyết trong quá trình làm việc, trục khuỷu quay với tốc độ góc không đổi, Để nghiên cứu qui luật động học của piston, ta sử dụng phương pháp đồ thị để giải các hàm số, 1. Giải X bằng phương pháp hàm số Phương pháp đồ thị Brich, xác lập được quan hệ thuận nghịch giữa chuyển vị X của piston với góc quay a của trục khuỷu một cách rất thuận lợi, nhanh chóng và chính xác, Phương pháp đồ thị Brich tiến hành như sau: Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính R = S/2 = 94,6/2 = 47,3 [mm]. Chọn tỷ lệ xích: ms = 1,54828 [mm/mm]. Giá trị biểu diễn của R là : [mm]. (3.42) Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía điểm chết dưới một đoạn : (3.43) Ở đây: l- thông số kết cấu; l = 0,24. Þ [mm]. Giá trị biểu diễn là : [mm]. Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB như hình 1.1. Hạ MC thẳng góc với AD. Theo Brick đoạn AC = x. Thật vậy, ta có thể chứng minh điều này rất dễ dàng. Từ hình 1.1 ta có : AC = AO - OC = AO - (CO’ - OO’) = R - MO’.Cosa + R.l/2 (3.44) Coi: Thay quan hệ trên vào công thức tính AC, sau khi chỉnh lý ta có: (3.45) Vẽ nửa vòng tròn tâm O, bán kính R (bằng bán kính quay trục khuỷu), Đường kính AB của nửa vòng tròn bằng đoạn Vh/mv trên đồ thị công, Điểm A ứng với a = 00 (ĐCT), Điểm B ứng với a = 1800 (ĐCD), Lấy về bên phải tâm O một điểm O’ với:OO’ = (R,l/2)/ms Với l là tham số kết cấu, l = 0,24 Từ O’ kẻ các tia ứng với các góc 00, 100...1800 rồi nối O’ với các điểm chia, kéo dài cắt nửa vòng tròn tâm (O,R) tại các điểm tương ứng từ 0, 1, 2,...18. Hình 3-2 Đồ thị Brick 2. Giải V bằng phương pháp đồ thị Tỷ lệ xích : mv = w.ms (3.47) Ở đây: w- tốc độ góc của trục khuỷu, Þ [mm/s.mm] Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính R1: R1 = R.w = 47,3.366,33 = 17327,4 [mm/s]. Giá trị biểu diễn của R1 là : [mm]. Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R2: [mm/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 3-3. 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 a tương ứng; điều đó có thể chứng minh dễ dàng. Từ hình1-2, ở một góc a bất kỳ ta có : bb’ = R2.sin2a và b’2 = R1.sina. Do đó : Hình 3-3 Đồ thị xác định vận tốc của piston. 3. Giải J bằng phương pháp đồ thị Giải gia tốc J của piston bằng phương pháp đồ thị Tôlê, Các bước tiến hành như sau: Vẽ hệ trục J-S, Lấy đoạn AB trên trục S sao cho AB = S = 2R =94,6 mm -Tại A vẽ lên phía trên ta lấy đoạn: AC = Jmax/mj= R,w2,(1+l)/mj và tại B về phía dưới lấy đoạn BD sao cho BD = Jmin /mj = -R,w2.(1-l)/mj Ta có: AC = Jmax = 47,3,10-3.(366,33)2.(1+0,24) = 7871,1(m/s2) BD = Jmin = 47,3.10-3(366,33)2,0,75 = 4824,22(m/s2) Nối CD cắt AB ở E. Lấy EF [2]: [m/s2]. Chọn tỷ lệ xích mj=379,675(m.mm/s2) Giá trị biểu diễn: [mm]. [mm]. [mm]. Þ AC = 20,73(mm) BD =-12,7(mm) EF = -12(mm) - Nối CF và FD, Chia hai đoạn CF, FD thành n phần bằng nhau và ghi số thứ tự cùng chiều, Nối các điểm chia tương ứng ta sẽ có đường bao của đường cong J biểu diễn gia tốc piston J = f(S), Hình 3-4 Đồ thị gia tốc J = f(S) 4.1.3.2. Động lực học của cơ cấu khuỷu trục, thanh truyền. Tính toán động lực học của cơ cấu khuỷu trục, thanh truyền nhằm mục đích xác định các lực do hợp lực của lực quán tính và lực khí thể tác dụng lên các chi tiết ở mỗi vị trí của trục khuỷu để phục vụ cho việc tính toán sức bền, nghiên cứu trạng thái mài mòn của các chi tiết máy và tính toán cân bằng động cơ. Xác định khối lượng, Khối lượng tham gia chuyển động thẳng, mt = mnp + m1 (3.48) Trong đó: mnp - Khối lượng nhóm piston, m1 - Khối lượng thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ, m1 = 1/3,mtt Theo động cơ tương đương, ta có: mnp= 1,177kg; mtt= 1,37 (kg) Þ mt = 1,177+1,37/3 = 1,634 (kg) Khối lượng trên một đơn vị diện tích đỉnh piston, m = mt /F Với: Nên ta có m = 257,56 (kg/m2) Khối lượng tham gia chuyển động quay. m2 = 2/3.mtt = 0,913 kg Khối lượng m2 tính trên một đơn vị diện tích đỉnh piston, m = m2/F = 143.91(kg/m2) 1. Giải lực quán tính Pj của chuyển động thẳng bằng phương pháp Tôlê. Ta có: Pj = - mj = - m.R.w2 (cosa + l cosa) (MN/m2) (3.49) Với m = 257,5(kg/m2) PJmax = - m.Jmax = - 257,5. 8274,1 (3.50) = -2,02728(MN/m2) PJmin = - m.Jmin = - 257,5.(- 4824) (3.51) = 1,32936 (MN/m2) Đồ thị này vẽ chung với đồ thị công, Với mPj = mp = 0,113128(MN/m2,mm) 2. Khai triển các đồ thị. I, Khai triển đồ thị P-V thành Pkt-a: Hình 3-5 Đồ thị khai triển Vẽ hệ trục vuông góc Pkt-a, Trục ngang lấy bằng giá trị po, Trên trục O-a ta chia thành các giá trị góc với các tỷ lệ xích: ma=5,8921độ/1mm, Sử dụng đồ thị Brich để khai triển đồ thị P-V thành đồ thị Pkt-a, Từ các điểm chia trên đồ thị Brich, dóng các đường thẳng song song với trục OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá trình nén, giản nở hoặc thải, Qua các giao điểm này ta vẽ các đường ngang song song với trục hoành sang hệ tọa độ Pkt-a, Từ các điểm chia trên tọa độ Oa, ta kẻ các đường thẳng đứng song song với trục Op, những đường thẳng này cắt các đường nằm ngang tại các điểm tương ứng cới các góc làm việc của động cơ, Nối các điểm đó lại ta được đường cong khai triển đồ thị P-a, II. Khai triển đồ thị Pj-V thành đồ thị Pj-a: Cách khai triển cũng giống như cách khai triển đồ thị P-V, nên chú ý dấu của Pj, Do đó khi chuyển sang Pj-a phải đổi dấu, III. Cộng đồ thị Pkt -a và đồ thị PJ -a thành P1 -a: Từ đồ thị khai triển Pkt -a với PJ -a ta cộng hai đồ thị này theo công thức : P1 = Pkt + PJ 3. Đồ thị T, N, Z theo a Với các công thức sau : (3.52) N = P1, tgb (3.53) (3.54) Từ P1 đo được trong đồ thị đã tính ở trên và các giá trị a, b tương ứng, Sau khi tính toán ta được các giá trị của T, Z, N cho trong bảng, Từ đó ta vẽ được các đồ thị T, Z , N theo a trên hệ trục toạ độ vuông góc. Chọn tỷ lệ xích: mT = mZ = mN = mP = 0,113128 (MN/m2,mm), ma=5,8921độ/1mm. Giá trị của các lực T,Z,N được thể hiện trong bảng 1 ở phần phụ lục 1. Hình 3-6 Đồ thị T,N,Z 4. Tính ST Ta có: ST = T1 + T2 + T3 + T4 Tính giá trị của STtb được tính bằng công thức: [MN/m2]. (3-56) Trong đó: Ni - công suất chỉ thị của động cơ được xác định qua tính toán nhiệt. Ni = 93,98 [KW] n - Là số vòng quay của động cơ; n = 3500 [Vg/ph]. FP - Là diện tích đỉnh piston; FP = 0,0063 [m2] R - Là bán kính quay của trục khuỷu; R = 47,3 [mm] = 0,0473 [m]. j đ - Là hệ số hiệu đính đồ thị công; j đ = 0,98. = 1,082 [MN/m2]. Với tỷ lệ xích : mT = mP = 0,113128 [MN/m2.mm], ma=5,8921độ/1mm = 9,56 [mm] Giá trị của T theo a được thể hiện trong bảng 2 ở phần phụ lục 1. Hình 3-7 Đồ thị ST 5. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Mục đích của việc xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu là dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu, Sau khi xác định được các giá trị này ta có thể tính được giá trị trung bình của lực tác dụng lên chốt khuỷu và đồng thời xác định được những vị trí chịu lực lớn nhất cũng như những chổ chịu lực nhỏ nhất, Từ đó dựa vào đồ thị này ta xác định khu vực chịu lực nhỏ nhất để xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và xác định phụ tải khi tính sức bền ổ trục. Khi vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu có thể chưa cần xét đến lực quán tính chuyển động quay của khối lượng đầu to thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu m2, vì phương và trị số của lực này không thay đổi, do đó sau khi vẽ xong mới xét đến. Phương pháp vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu được tiến hành theo trình tự các bước sau: Bước 1 : Vẽ toạ độ T-Z với gốc là O1, chiều dương của trục Z hướng xuống dưới. Bước 2 : Chọn tỷ lệ xích mZ = mT = 0,113128(MN/m2mm) Bước 3 : Đặc các giá trị T, Z đã tính trong bảng lên hệ trục toạ độ T-Z, ứng với mỗi cặp Z-T cùng chung một góc a , ta có các điểm tương ứng 1, 2,,,,,72, Nối các điểm trên lại ta có đường biểu diễn vetơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Bước 4 : Dịch gốc toạ độ theo chiều dương của trục Z một khoảng bằng PR0 (lấy điểm O); Giá trị PR0 được xác định theo công thức sau: Bước 5 : Từ tâm O ta vẽ vòng tròn tượng trưng cho chốt khuỷu, xác định phương chiều và điểm đặt lực, * Xác định giá trị, chiều và điểm đặt của lực tại một vị trí bất kỳ trên đồ thị như sau: giá trị của lực là chiều dài đoạn thẳng nối từ tâm O đến điểm đó, Chiều lực hướng vào tâm O, Điểm đặt nằm trên phương kéo dài của đường thẳng nối từ điểm đó qua tâm O và đặt tại vòng tròn của chốt khuỷu. Trong đó : a- Góc bất kỳ ứng với vị trí đang xác định lực. Qa - Hợp lực của các lực tác dụng lên chốt khuỷu tại vị trí a. Giá trị của T, Z theo a được thể hiện trong bảng 1 ở phần phụ lục 1. 6. Triển khai đồ thị phụ tải ở toạ độ cực thành Q-a. Cách tiến hành như sau: - Vẽ hệ trục Q-a. Chọn tỷ lệ xích ma = 5,8921độ/mm; mQ =0,113128 (MN/m2mm), - Trên các điểm chia của trục Oa ta lần lược đặt các vetơ tương ứng với các góc đã chia, Chẳng hạn các góc được chia theo thang 10o, 20o,,,,,720o, Dùng thước cong nối các mút của các vetơ vừa dựng ta được đồ thị khai triển Q = f(a). Khi tiến hành phân tích đồ thị phụ tải ta thấy phần đuôi của đồ thị phụ thuộc trị số của áp suất cực đại của động cơ, Dạng phần đầu của đồ thị lại phụ thuộc vào giá trị của lực quán tính chuyển động thẳng. - Xác định các giá trị Qtb, Qmax, Qmin : Qtb = 1,93(MN/m2); Û Qtb = 17,08(mm) Qmax =2,94(MN/m2); Û Qmax = 26(mm) Qmin = 0,54(MN/m2); Û Qmin = 48(mm) Trong đó : Qtb, Qmax, Qmin - Phụ tải trung bình, lớn nhất và phụ tải nhỏ nhất tác dụng lên chốt khuỷu. dch, lch - ường kính và chiều dài chốt khuỷu tiếp xúc với đầu to thanh truyền. Trị số cho phép của Ktb, quyết định bởi độ cứng vững của ổ trục (hình thức kết cấu của động cơ) và kết cấu ổ trục. Trị số cho phép của Kmax quyết định bởi khả năng làm việc của ổ trục, sự biến dạng của ổ trục và khả năng chịu tải của màng dầu bôi trơn trong ổ trục, Để biểu thị mức độ va đập của phụ tải, người ta dùng hệ số va đập để đánh giá mức độ va đập, được xác định bằng :c = Kmax/Ktb. Giá trị của Q theo a được thể hiện trong bảng 3 ở phần phụ lục 1. 7. Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền Các bước tiến hành: - Trên tờ giấy bóng mờ, ta vẽ tượng trưng một đầu to thanh truyền có đầu nhỏ hướng xuống dưới. - Vẽ hệ trục T-Z có gốc O trùng với tâm đầu to thanh truyền, chiều dương của trục Z hướng xuống dưới. - Vẽ vòng tròn bất kỳ có tâm O, giao điểm của vòng tròn và trục Z (theo chiều dương) ta ghi 0o. - Trên vòng tròn này ta chia thành các phần ứng với các góc là (a+b) bắt đầu từ 0o và đánh dấu theo chiều kim đồng hồ. ví dụ (ao+bo), (a1+b1)...(a23+b23), để bớt phức tạp ta chỉ cần ghi theo giá trị của góc a là 0o, 10o… góc b phụ thuộc vào hệ số l và a được cho trong bảng phụ lục. - Các bước trên được tiến hành trên tờ giấy bóng, sau đó đem tờ giấy bóng đặt lên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu sao cho tâm của đầu to thanh truyền trùng với tâm O của chốt khuỷu và trục OZ trùng với đường tâm của thanh truyền, Khi đó trên tờ giấy bóng hiện lên các điểm theo các số của đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, Chẳng hạn đầu tiên điểm 0o đang nằm trên đường tâm thẳng đứng của vòng tròn chốt khuỷu, để xác định điểm tiếp theo ta xoay tờ giấy bóng theo ngược chiều kim đồng hồ sao cho các tia 10o, 20o,,,,lần lượt trùng với trục OZ và mỗi lần xoay ta lại đánh dấu các điểm hiện lên trên tờ giấy bóng , sau đó tiến hành nối các điểm đã chấm theo đúng thứ tự ta được đường cong biểu diễn vectơ phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền. Cách xác định lực trên đồ thị như sau: * Giá trị của lực tác dụng lên đầu to là độ dài đoạn thẳng nói từ tâm O đến điểm tính (nhân với tỷ lệ xích). * Chiều của lực hướng từ tâm O ra ngoài. Điểm đặt lực là giao điểm của đường nối từ tâm O đến điểm tính với vòng tròn tượng trưng cho đầu to thanh truyền. Giá trị (a+b) tính theo a và l được thể hiện trong bảng 4 ở phần phụ lục 1 8. Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu Có hai phương pháp vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu, tuy nhiên ở đây chỉ dùng phương pháp thứ hai là phương pháp lập bảng. Các bước tiến hành: Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, lấy tâm O, vẽ vòng tròn bất kỳ sau đó chia vòng tròn đó làm n phần bằng nhau (thường chia 24 phần) với điểm 0 tại giao điểm của vòng tròn và trục Z (chiều dương), ghi các điểm theo thứ tự ngược chiều kim đồng hồ, Từ các điểm chia này ta kẻ các tia qua tâm O và kéo dài các tia này sẽ cắt đường cong của đồ thị phụ tải tại các giao điểm. Trên mỗi tia kẻ từ một điểm đến tâm O, có bao nhiêu điểm cắt thì sẽ có bấy nhiêu lực cùng tác dụng tại điểm đó, dựa vào đó ta sẽ tính được SQi’. Lập bảng tính SQi’ ứng với giả thiết tại mỗi điểm sẽ chịu tác dụng của các lực trong phạm vi 120o đối xứng qua điểm đó. Cộng các giá trị của SQi’ ta có SQi sau đó chọn tỷ lệ mSQi =1(MN/m2,mm). - Vẽ vòng tròn bất kỳ(R = 22mm) tượng trưng cho chốt khuỷu. - Vẽ các tia ứng với các phần đã chia ban đầu. - Lần lượt đặt các giá trị SQi lên các tia, chiều từ vòng tròn hướng vào tâm 0. - Nối các đầu mút vừa chấm ta có được dạng của đồ thị mài mòn chốt khuỷu. Giá trị của SQi được thể hiện trong bảng 5 ở phần phụ lục 1. . Hình 3-8 Đồ thị mài mòn chốt khuỷu. 4.2. Xác định các thông số cơ bản của bơm cao áp (tính theo tài liệu [7]). 4.2.1. Thể tích nhiên liệu cung cấp cho một chu trình. VCT = vCT.Vh (3-57) VCT : thể tích nhiên liệu cung cấp cho một chu trình. vCT : một đơn vị thể tích công tác xylanh vCT = 95. (3-58) hC: hệ số cung cấp của bơm; hC = 0,75 a : hệ số dư lượng không khí; a = 1,56 Theo (3-53) ta được: vCT = 95.= 45,67[mm3/l] Vh : thể tích công tác xylanh Vh = (3-59) Với: D: đường kính xylanh động cơ. D = 89,9 [mm] S: hành trình của piton S = 94,6 [mm] Theo (3-54) Vh = =600178 [mm3] = 0,6 [l] Theo (3-52) VCT = 0,6.45,67 = 27,4 [mm3] 4.2.2. Đường kính piston bơm cao áp. dPT = (3-60) dPT: đường kính piston bơm cao áp. Cp : vận tốc piston bơm Cp= 2.fPT.SPT (3-61) fPT: số hành trình bơm trong một phút fPT = .4 (3-62) n : số vòng quay động cơ. n = 3500 [vg/ph] Theo (3-57) fPT = .4 = 7000 [vg/ph] SPT: hành trình thực tế của piston bơm SPT = 3,2 [mm] Theo (3-56) Cp= 2.7000.3,2 = 44800 [mm/ph] = 746,67 [mm/s] jp : góc phun sớm. jp = 210 K: hệ số đánh giá tỷ số giữa tốc độ cung cấp nhiên liệu cực đại với tốc độ trung bình. K = 1,4 nc: số vòng quay của bơm cao áp nc= 1650 [vg/ph] Theo (3-57) dPT = = 7,06 [mm] Theo thực tế : dp = 8 [mm] Kiểm tra e = (3-58) e = = 0,1175 =11,75 % 4.3. Xác định các thông số cơ bản của vòi phun Những thông số cơ bản của vòi phun phải đảm bảo tốc độ cấp nhiên liệu thích hợp và áp suất cần thiết. 4.3.1. Tốc độ phun nhiên liệu lớn nhất trong một chu trình. Qmax = = K..6.n (3-60) Qmax = = 38360[mm3/s] = 38,36[cm3/s] 4.3.2. Tổng số tiết diện lưu thông của lỗ phunåm.f1. = Qmax . (3-61) Trong đó: m1 : hệ số lưu lượng; m1= 0,75. dnl = 0,85.10-3 [kG/dm3] PP: Áp suất nhiên liệu trong thân vòi phun PP= 200 [MN/m2] Pz: Áp suất cực đại của chu trình. Pz= 8,0657 [MN/m2] åm.f1 = 38,36.= 1,805.10-3 [cm2]= 0,1805 [mm2] 4.3.3. Tiết diện lưu thông của một lỗ phun. åf1 = (3-62) i: số lỗ phun i = 5 m= 0,75 åf1 = = 0,048 [mm2] 4.3.4. Đường kính lổ phun tính toán. dlt = (3-63) dlt = = 0,247 [mm] Đường kính lỗ phun thực tế d = 0,25 [mm] Sai số: e1 = = = 0,015 (3.64) 5. Chuẩn đoán hư hỏng và sửa chửa hệ thống nhiên liệu. Khắc phục hư hỏng có nghĩa là sửa chữa các hư hỏng bằng cách loại trừ lần lượt từng nguyên nhân không thể. Sau đó xem xét những nguyên nhân còn lại để đi đến kết luận chính xác. Phương pháp này nhanh và chính xác hơn rất nhiều so với việc phỏng đoán hay điều chỉnh sửa chữa ngẫu nhiên. Động cơ Duratorq 2.4l dùng thiết bị chuẩn đoán là máy chuẩn đoán WDS, IDS kết nối qua cổng DLC. Phương pháp lập trình Module Trung Tâm dựa trên cơ sở: Tất cả các dữ liệu của các bộ điều khiển đều được nạp vào bộ điều khiển GEM tất cả dữ liệu đều có thể truyền đến các bộ điều khiển khác thông qua đường truyền CAN. Phương pháp lập trình Module Trung Tâm khác với phương pháp lập trình truyền thống là:Tất cả các dữ liệu không lấy ra từ WDS mà nó được lấy ra từ bộ điều khiển GEM truyền đến bộ điều khiển PCM. Máy chuẩn đoán chỉ đóng vai trò như một thành viên giám sát cho quá trình lập trình Module Trung Tâm được thực hiện. Các hư hỏng hay gặp trong hệ thống nhiên liệu nói chung. 5.1. Khói đen Khói đen là do chứa cacbon trong nhiên liệu không cháy, kết quả của sự cháy không hoàn toàn do hệ số a quá nhỏ (tức hỗn hợp quá đậm), từ bản chất của hiện tượng này có thể do các nguyên nhân sau. (1) Phun nhiên liệu quá nhiều Đây là kết quả của việc cháy không hoàn toàn, tức là có quá nhiều nhiên liệu được phun vào xylanh, không có đủ khí để cháy hết, nên nhiên liệu còn lại thải ra cùng khí xả làm khí có màu đen. Khắc phục: Cảm biến trục phân phối bị sai, lò xo điều khiển trục phân phối bị yếu. (2) Thời gian phun quá sớm Nếu thời điểm phun quá sớm, nhiên liệu sẽ được phun trước khi áp suất và nhiệt độ của khí trong buồng cháy tăng đủ cao để bốc cháy. Nhiên liệu được phun vào trong giai đoạn này làm hỗn hợp khí nhiên liệu quá đậm ở một vài vùng của buồng cháy . Kết quả là, hỗn hợp khí- nhiên liệu ở vùng đậm này cháy không hoàn toàn và khí xả có mụi than. Khi hiện tượng này nảy ra, nó thường kèm với tiếng gõ động cơ. Khắc phục: Kiểm tra các van điện từ điều khiển thời điểm phun, cảm biến vị trí vành cam (3) Áp suất phun thấp (do vòi phun) Khi làm việc nếu áp suất phun nhiên liệu thấp thì không thể hình thành tia phun tốt và chất lượng hóa sương của nhiên liệu cũng xấu không tơi làm cho hỗn hợp hòa trộn không đồng đều dẫn đến cháy không triệt để, khí thải có màu đen, khi đó công suất của động cơ giảm và động cơ làm việc rất xấu ở số vòng quay thấp. + Khắc phục thực hiện theo các bước sau: - Kiểm tra điều chỉnh kim phun nhiên liệu - Kiểm tra tình trạng phun nhiên liệu: Sử dụng thiết bị chuyên dùng là máy chuẩn đoán IDS để kiểm tra áp suất phun và lượng phun đồng đều giữa các xilanh. Hơn nữa mỗi khi lập trình bộ điều khiển PCM bằng IDS, đồng thời cũng phải định dạng luôn các vòi phun. Công việc hiệu chỉnh vòi phun bằng cách sử dụng WDS để nhập 16 ký tự của các vòi phun vào bộ điều khiển PCM theo thứ tự các xilanh. (4) Có không khí trong hệ thống nhiên liệu của động cơ diêzel Nếu có không khí bị hút vào hệ thống nhiên liệu thì động cơ bắt đầu chạy không ổn định, đứt đoạn, công suất giảm sút. Khi đó khí thải có màu đen đục và động cơ rất khó khởi động. Dấu hiệu đặc trưng của việc lọt không khí vào hệ thống nhiên liệu là dòng nguyên liệu từ đường ống đi vào không liên tục. Muốn xác định xem có không khí bị hút vào hệ thống nhiên liệu hay không cần mở nới nút xả không khí trên bình lọc nhiên liệu, khi ấy nếu có không khí trong hệ thống nhiên liệu lúc kiểm tra sẽ có nhiên liệu hòa lẫn với bọt khí chảy ra ngoài. Muốn xác định chỗ không khí lọt vào hệ thống nhiên liệu, phải quan sát ống nhiên liệu và chỗ nối ống. Nếu phát hiện nhiên liệu chảy ở đường ống ở phía trước bơm nhiên liệu lúc tắt máy, thì có thể khẳng định chính nó là chỗ hút không khí vào hệ thống nhiên liệu khi máy chạy. Sau khi kiểm tra, cần vặn chặt tất cả các khớp nối ống dẫn nhiên liệu vào các chỗ bắt dụng cụ kiểm tra trên hệ thống đường ống. Nếu sau khi kiểm tra và vặn chặt, vẫn còn không khí lọt vào thì phải thử độ kín của hệ thống nhiên liệu. Lúc thử độ kín của hệ thống nhiên liệu, phải làm theo trình tự sau: - Phải tháo ống nhiên liệu ra khỏi thùng chứa và nút kín đường ống đó lại. - Tháo đường nhiên liệu sau bầu lọc và tra vào đó dụng cụ thử qua ống mềm. - Kiểm tra, nếu nơi nào có nhiên liệu chảy rò chính đó là nơi bị hỏng trên đường ống nhiên liệu. - Cần sửa chữa chỗ hở đã phát hiện bằng cách hàn vảy, rà lại chỗ tiếp xúc của khớp nối hoặc thay chi tiết mới khác. 5.2. Khói trắng Khói trắng thường xảy ra khi động cơ khởi động. Do nhiệt độ bên ngoài thấp, nhiên liệu phun ra trong điều kiện này sẽ cháy ở nhiệt độ tương đối thấp, nhiệt độ buồng cháy không tăng cao đủ để cháy hoàn toàn. Vì vậy, nhiên liệu không cháy (hiđrocacbon) được xã ra ngoài dưới dạng hơi, gây ra khói trắng hay xanh da trời. Hiện tượng này có thể do nguyên nhân sau: (1) Thời điểm phun quá trễ Nếu thời điểm phun quá trễ, nhiên liệu sẽ được phun sau khi piston qua điểm chết trên: Kết quả là áp suất trong buồng cháy sẽ giảm và một phần nhiên liệu không cháy sẽ được xã ra ngoài, sinh ra khói trắng. Hiện tượng này đồng thời xảy ra với công suất động cơ giảm. (2) Hệ thống sấy nhiên liệu liệu hỏng Nếu như hệ thống sấy nhiên liệu hỏng, nhiệt độ trong buồng cháy sẽ không thể tăng đủ cao để cháy nhiên liệu. Vì vậy, một phần nhiên liệu phun vào sẽ không cháy mà thải ra ngoài, sinh ra khói trắng. Hiện tượng này xẩy ra kèm với động cơ khó khởi động. 5.3. Bơm cao áp bị hỏng (1) piston - xylanh bơm bị mòn Động cơ sử dụng lâu ngày thì các tính năng của bơm cao áp dần dần bị sai lệch. Điều đó làm giảm công suất, giảm chỉ tiêu kinh tế của động cơ, ngoài ra còn làm cho máy khó khởi động vì lượng nguyên liệu do bơm cung cấp cho động cơ trong một chu trình bị giảm và thời điểm cung cấp nhiên liệu cũng thay đổi. (2) Van điều áp suất của bơm cao áp bị hỏng Van điều tiết áp suất của bơm cao áp dùng để điều tiết áp suất nhiên liệu vào bơm chuyển nhiên liệu, do vậy không điều khiển được áp suất đến van lưu lượng được, dẫn đến động cơ mất công suất. 5.4. Bộ lọc bị tắc, hoặc có nước trong nhiên liệu Bộ lọc dùng để khử tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu vào bơm chuyển nhiên liệu, bộ lọc bị tắc sẽ làm nhiên liệu đi vào bơm cao áp không đủ, công suất của động cơ giảm và động cơ bắt đầu nổ không đều, đứt quãng. Lượng nước có trong nhiên liệu thì cảm biến sẽ báo cho bộ PCM biết Khắc phục: Kiểm tra tình trạng lọc thông qua bộ cảnh báo lọc, nếu cần thì thay lọc mới. 5.5. Nhiên liệu rò ra lỗ vòi phun Nếu vòi phun làm việc bình thường thì mỗi lần phun, lỗ phun phải khô ráo. Nếu vòi phun phun sương mù không tốt và sau khi phun có giọt nhiên liệu đọng lại ở lỗ phun, như thế chứng tỏ nhiên liệu rò qua lỗ vòi phun. Trường hợp này công suất động cơ giảm, tốn nhiều nhiên liệu, máy nóng quá và trong khí thải có nhiều khói đen. Nhiên liệu rò qua lỗ vòi phun là do van kim không tì khít lên đế van, cần phải khử bỏ những vết gỉ trên mặt tì hình côn của van kim và đế van. 5.6. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel. 5.6.1. Bảo dưỡng kỹ thuật cấp một Dùng mắt kiểm tra tình trạng các bộ phận thuộc hệ thống cung cấp nhiên liệu, độ kín khít các mối nối, và nếu cần thì khắc phục những hư hỏng. Kiểm tra sự làm việc của van tắt máy bằng điện mà dẫn động cơ cấu dẫn động bàn đạp ga điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu bằng máy chuẩn đoán WDS. 5.6.2. Bảo dưỡng kỹ thuật cấp hai Kiểm tra độ kẹp chặt và độ kín khít của thùng chứa nhiên liệu, ống dẫn nhiên liệu, bơm cao áp, vòi phun, bầu lọc và cơ cấu dẫn động bơm. Kiểm tra dòng chảy nhiên liệu nếu cần thì xả nhiên liệu cho không khí lẫn trong hệ thống ra ngoài. Khởi động cho động cơ làm việc và điều chỉnh số vòng quay nhỏ nhất của trục khuỷu ở chế độ chạy không tải. Kiểm tra sự làm việc của động cơ, bơm cao áp, xem khí xả có hợp lý không. Tháo bầu lọc ra và thay lọc. 5.6.3. Bảo dưỡng kỹ thuật theo mùa Cần xả hết cặn trong thùng chứa dầu, rồi làm vệ sinh thùng. Tháo vòi phun và hiệu chỉnh áp suất nâng kim phun và sự đồng đều trên các xilanh, trên máy chuẩn đoán WDS. 5.6.4. Các hư hỏng đối với hệ thống điện tử. Các tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát quá thấp hoặc quá cao. Các cảm biến vị trí trục khuỷu, trục cam, lưu lượng khí nạp... Hỏng mạch điều khiển trục bơm làm cho trục bơm luôn luôn ở vị trí cấp nhiên liệu quá thấp hoặc quá cao. Các van điện từ ngưng làm việc, rơ-le không làm việc, đường truyền bị ngắt mạch, điện áp cung cấp không chính xác bộ ổn áp không làm việc. Trong mạch điều khiển này, hư hỏng chủ yếu là các cảm biến các đường truyền do đó để khắc phục hư hỏng này ta dùng máy chuẩn đoán WDF kết nối vào cổng giao tiếp. DLC chế độ chuẩn đoán bằng màn hình (EOBD) chuẩn đoán theo tiêu chuẩn châu âu. Các mã lỗi và mô tả mã lỗi được thể hiện ở bảng 6 ở phần phụ lục 6. Kết luận Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail ngày nay được dùng rộng trên các phương tiện giao thông, góp phần tạo nên bước ngoặt mới cho ngành ôtô động cơ nhiệt. Hệ thống nhiên liệu Common Rail có khả năng tạo hơi nhiên liệu tốt vì phun nhiên liệu với áp suất cao khoảng 1600 bar. Nhiên liệu cháy hoàn toàn, không tạo ra các sản phẩm phụ khác, ít tạo khói, ít tạo ra muội than nên vấn đề ô nhiễm không khí được cải thiện rất nhiều. Lượng khí nạp được cảm biến lưu lượng khí nạp nhận giá trị và đưa về PCM, cùng với các giá trị từ các cảm biến khác gởi về PCM xử lí và cho ra một lượng nhiên liệu thích hợp cho từng chế độ tốc độ của động cơ. do lượng phun được điều khiển chính xác bằng PCM nên có thể phân phối đều đến từng xy lanh. nhiên liệu được điều khiển nhờ PCM bằng việc thay đổi thời gian hoạt động của việc phun, tạo ra được tỷ lệ tối ưu. Về mức độ gây ô nhiễm, với đặc điểm phun hai lần là phun sơ khởi và phun chính, đặc tính của hệ thống phun được cải thiện có tác dụng không ồn và giảm được độ độc hại của khí thải. Ngoài ra còn có giai đoạn phun thứ cấp được thực hiện nhờ hệ thống luân hồi khí thải có tác dụng làm giảm nồng độ NOx trong khí thải. Về suất tiêu hao nhiên liệu thì khi chân ga ở trạng thái tự do việc phun nhiên liệu bị loại bỏ trong động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail nên làm giảm tiêu hao nhiên liệu so với động cơ diesel nguyên thủy. Tóm lại, quá trình cháy trong hệ thống Common Rail được cải thiện đáng kể, tăng tính kinh tế nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu suất của động cơ. Ở từng tốc độ và tại mỗi chế độ tải trọng của động cơ, lượng nhiên liệu có thể được cung cấp chính xác và liên tục nhờ việc kiểm soát khí thải của PCM. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Tất Tiến. “Nguyên lý Động cơ đốt trong”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1994. [2] Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng. “Nhiệt kỹ thuật”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1999. [3] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết cấu và tính toán Động cơ đốt trong, Tập 1”. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, năm 1979. [4] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết cấu và tính toán Động cơ đốt trong, Tập 2”. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, năm 1979. [5] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết cấu và tính toán Động cơ đốt trong, Tập 3”. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, năm 1979. [6] Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng. “Ôtô và ô nhiễm môi trường”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1999. [7] Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận, Nguyễn Thạch Tân, Đinh Ngọc Ái, Đặng Huy Chí. “Thủy lực và máy thủy lực”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1996. [8] Tài liệu động cơ Duratorq 2.4l và các tài liệu liên quan của Ford.