Đề tài Tính toán lượng không khí nạp thời kỳ chạy không tải và thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ không tải động cơ

Mục lục Giới thiệu đầu Khoảng 30 năm gần đây, Ngành công ngiệp ô tô đạt được bước tiến đáng kể, và sẽ phát triển rất nhanh trong những năm tới, nhiều công nghệ mới về vật liệu, điện tử, điều khiển, ... được áp dụng cho các loại động cơ đốt trong, làm cho động cơ gọn nhẹ hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn, dễ điều khiển hơn và ngày càng tiện nghi cho người sử dụng. Đặc biệt vấn đề bảo vệ môi trường đưa ra các yêu cầu rất cao về khí xả, các xe đời mới đã có những cải tiến cơ bản để đáp ứng với những yêu cầu đó. Trong những năm gần đây, công nghệ chế tạo động cơ đang được đưa vào Việt nam với nhiều công ty liên doanh, hoặc công ty 100% vốn nước ngoài, xe hơi bắt đầu đang được sử dụng rộng rãi, không chỉ các xe công, các xe tư nhân cũng đang được sử dụng, và phát triển nhanh trong thời gian tới. Trên cơ sở các dự báo về sự phát triển ô tô trong thời gian tới, em nhận chọn đề tài: Tính toán lượng không khí nạp thời kỳ chạy không tải và thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ không tải động cơ. Đề tài này được chia ra thành 6 chương với những nội dụng chính sau: Chương I: Sự cần thiết điều khiển tốc độ không tải động cơ & Các hệ thống không tải hiện nay. Chương II: Tính lưu lượng không khí nạp thời kỳ chạy không tải. Chương III: Viết chương trình tính lưu lượng không khí nạp thời kỳ chạy không tải và mô phỏng quá trình hoạt động của van. Chương IV: Thiết kế cảm biến. Chương V: Tính toán & Thiết kế động cơ bước. Chương VI: Thiết kế mô hình điều khiển tốc độ động cơ & Chọn linh kiện chế tạo ECU. Các chương viết theo bố cục chặt chẽ và chi tiết tiện cho quá trình truy cứu. Chương I: hệ thống không tảI sử dụng bộ chế hoà khí & các hệ thống không tải hiện nay Hệ thống không tải trong động cơ dùng bộ chế hoà khí. Sự cần thiết của hệ thống không tải. Trong quá trình hoạt động của động cơ ban đầu là khởi động lạnh động cơ tiếp đó là quá trình chạy không tải trong một thời gian sau đó động cơ hoạt động có tải, Khi động cơ hoạt động bình thường thì hệ thống nhiên liệu chính làm việc quá trình này động cơ hoạt động ở tốc độ cao và công suất phát ra của động cơ lớn, cần lượng không khí và nhiên liệu nhiều, nhưng khi hoạt động ở chế độ không tải ta chỉ Ne = 0 chỉ cần phát ra công suất đủ thắng sức cản bản thân động cơ ở số vòng quay nhỏ (Ni = Nm) vì vậy chỉ cần lượng hỗn hợp nhỏ nên bướm ga đóng nhỏ, khi đó tốc độ không tải qua họng và độ chân không ở họng Dph nhỏ không đủ hút nhiên liệu ra khỏi vòi phun chính, mặt khác hỗn hợp khí chạy không tải phải đậm (thường a = 0,6). Cần phải có một hệ thống cung cấp hỗn hợp cho động cơ khi chạy không tải. Nguyên lý làm việc hệ thống không tải dùng chế hoà khí. Trong động cơ cổ điển hệ thống không tải chủ yếu là cơ khí. Kết cấu hệ thống không tải này thường đơn giản làm việc chắc chắn tuổi thọ cao, để điều chỉnh lượng không khí nạp cho thời kỳ chạy không tải này người ta thường thiết kế vít điều chỉnh để tăng hoặc giảm tuỳ theo kiểu động cơ. Sơ đồ nguyên lý. Hình 1.1 1. Lỗ cung cấp hỗn hợp. 2. Lỗ chuyển tiếp. 3. Vít điều chỉnh hỗn hợp. 4. ống hỗn hợp. 5. Giclơ không khí. 6. Giclơ nhiên liệu. 7. Vít điều chỉnh kênh ga. Nguyên lý làm việc. Khi động cơ chạy bướm ga đóng gần kín lưu lượng không khí qua họng khuyếch tán nhỏ khiến độ chân không tại đây nhỏ nên khả năng hút xăng cũng như xé tơi và hoà trộn xăng với không khí kém. Do đó hệ thống chính không có khả năng cung cấp hỗn hợp cho động cơ chạy không tải. Trong khi đó độ chân không sau bướm ga lớn nên được tận dụng để hút xăng ra họng khuyếch tán và tạo thành hỗn hợp cho động cơ chạy không tải, cụ thể xăng được hút ra từ buồng phao qua gíc lơ nhiên liệu 6 (Hình 1.1) còn không khí được hút qua gíc lơ 5 vào ống hỗn hợp 4. Tại đây xăng hoà trộn với không khí tạo thành dạng nhũ tương tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bay hơi và hoà trộn của xăng với không khí tạo thành hỗn hợp. Cuối cùng hỗn hợp được hút qua lỗ 1 phun vào không gian sau bướm ga. Quá trình bay hơi và hoà trộn của xăng với không khí tiếp tục diễn ra trên đường nạp vào xy lanh động cơ. Khi động cơ chuyển từ chế độ không tải sang chế độ có tải, bướm ga mở to dần. Độ chân không sau bướm ga giảm đi dẫn tới lượng hỗn hợp cung cấp qua hệ thống không tải giảm trong khi hệ thống chính chưa hoạt động vì độ chân không ở họng khuyếch tán còn nhỏ khiến động cơ có thể bị chết máy. Để khắc phục hiện tượng này, trong hệ thống không tải có lỗ chuyển tiếp 2 ở vào vị trí phía sau bướm ga, lúc đó lỗ 2 sẽ trở thành lỗ bổ sung hỗn hợp cho chế độ chuyển tiếp. Còn ở chế độ không tải, lỗ 2 đóng vai trò cung cấp không khí vào ống hỗn hợp 4. Chế độ không tải được điều chỉnh sao cho động cơ làm việc ổn định ở số vòng quay nhỏ nhất có thể nhằm tiết kiệm nhiên liệu. Thông thường chế độ không tải được điều chỉnh theo trình tự sau đây. đầu tiên vít điều chỉnh hỗn hợp 3 được vặn chặt rồi nới ra theo quy định của nhà chế tạo (ví dụ đối với xe Dream II là 2 vòng). Vít kênh ga 7 được vặn vào một chút để tăng độ mở của bướm ga. Sau đó cho động cơ khởi động. Nếu không tác động lên cơ cấu điều chỉnh bướm ga thì động cơ sẽ chạy không tải ở tốc độ cao. Nới dần vít 7 bướm ga sẽ đóng nhỏ lại, tốc độ động cơ giảm đi cho đến khi động cơ đạt được tốc độ không tải ổn định nhỏ nhất. Hiệu chỉnh không tải nhanh. *.Sơ đồ nguyên lý. Hình 1.2 1. Cam không tải nhanh 2.Bướm gió. 3. Van nhiệt 4. Hộp màng. 5. Cần ga. Khi nhiệt độ động cơ còn thấp (sau khởi động lạnh), van nhiệt 3 {lắp trên thùng nước làm mát} (Hình 1.2) chưa làm việc, độ chân không sau bướm ga truyền qua đường a vào hộp màng 4 hút màng dịch sang phải cam 1 quay và tác động vào cần ga 5 giữ cho bướm ga có độ mở nhất định, đảm bảo lượng hỗn hợp thích hợp cho động cơ làm việc ở chế độ không tải nhanh. Khi nhiệt độ động cơ làm việc đến nhiệt độ yêu cầu thì van nhiệt 3 làm việc (thường là thanh lưỡi lam) đóng kín đường chân không tới hộp màng 4, lò xo trong hộp màng sẽ đẩy màng sang trái, tác động vào cam 1 làm cho cần ga quay, đóng nhỏ bướm ga ứng với chế độ không tải chuẩn. Phân tích thời kỳ chạy không tải (chế độ chuẩn). Khi động cơ làm việc kéo dài ở chế độ không tải, nhiệt độ động cơ tăng lên hỗn hợp quá đậm (do lượng khí nạp vào giảm), động cơ làm việc không ổn định thậm chí còn bị chết máy. Để hạ nhiệt độ người ta thường dùng van hạ nhiệt nhằm đưa thêm gió vào làm mát máy, nhờ đó hỗn hợp sẽ không quá đậm. Ngoài chế độ chạy không tải chuẩn còn có chế độ chạy không tải cưỡng bức (Khi đạp chân ga...). Hình 1.3 Van hạ nhiệt thường là một van lưỡng kim làm việc theo nhiệt độ (Theo Hình1.3). Khi động cơ có nhiệt độ bình thường thì van đóng, khi nhiệt độ đông cơ có nhiệt độ cao, van mở, không khí vào làm cho hỗn hợp không quá đậm, lượng hỗn hợp tăng làm cho số vòng quay tăng (lượng hỗn hợp tăng làm tăng số vòng quay), động cơ giảm nhiệt độ. Nhận xét. Nhược điểm của hệ thống không tải kiểu cơ khí: Số vòng quay không ổn định. Biến thiên theo nhiệt độ động cơ. Chuyển tiếp từ không tải thành có tải sang có tải chậm. Tốn nhiên liệu. ô nhiễm lớn do hỗn hợp đậm. Với việc phát triển của khoa học và công nghệ nhanh như hiện nay thì việc ứng dụng vào thực tế phát triển rất nhanh nhất là các ngành mũi nhọn như: Công nghệ thông tin, điện tử viễn thông, tự động hoá, sinh học ... trong đó cơ khí không ngoại lệ, nhu cầu đòi hỏi tiết kiệm nhiên liệu ngày càng cao do nhiên liệu ngày càng hiếm dần và các tiêu chuẩn ô nhiễm môi trường ngày càng khắt khe đòi hỏi môi trường trong sạch đẹp. Trong đó khí thải của động cơ gây ra ô nhiễm cho môi trường khá lớn do đó ta cần phải cải tiến động cơ sao cho tiết kiệm được nhiên liệu được ít nhất có thể được và lượng khí thải gây ô nhiễm cho môi trường giảm tối thiểu. Phương pháp hiện đại nhất hiện nay là dùng hệ thống điều khiển tự động bằng điện tử. Hệ thống không tải hiện đại và việc điều khiển. Sự ra đời hệ thống điều khiển tốc độ không tải động cơ. Việc phát triển của vi xử lý trong mấy chục năm gần đây đã tạo ra cuộc cách mạng lớn về khoa học đã làm thay đổi cả nhân loại. Đã có rất nhiều viện nghiên cứu và các tập đoàn lớn đã đầu tư nghiên cứu chế tạo bộ vi xử lý và trong đó công nghệ chế tạo chíp đã có sự phát triển vượt bậc, mốc đánh dấu đầu tiên phải kể đến hãng Intel Những năm 70 đã chế tạo nhiều bộ vi xử lý khác nhau cho công nghiệp trong, và tiếp đến là nhiều hãng khác, Để tận dụng được thế mạnh đó chúng ta đã áp dụng được vào cho ô tô để điều khiển lượng phun nhiên liệu cho động cơ, góc đánh lửa sớm, điều khiển tốc độ không tải động cơ ... Sự áp dụng điều khiển tự động vào cho động cơ đã tạo ra sự phát triển mới mẻ cho ngành công nghiệp ô tô, trong đó điều khiển tốc độ không tải động cơ thời kỳ chạy không tải đã có hiệu quả và phát triển. Quá trình điều khiển tốc độ không tải động cơ rất khả thi và hiệu quả đối với các nước có ngành công nghiệp ô tô phát triển như: Nhật, Mỹ, Đức... Nhưng đối với nước ta đây là vấn đề vẫn còn khá mới mẻ đang ở giai đoạn mầm mống. Số lượng xe ô tô có sử dụng bộ vi xử lý chưa nhiều, thu nhập nước ta còn thấp để có thể mua được một ô tô có trang thiết bị hiện đại. Để giảm giá thành nhập ngoại thì chúng ta phải thiết kế lấy bộ vi xử lý mới thay thế cho vi xử lý của các hãng, do bộ điều khiển chính hãng sau một thời gian làm việc kém chất lượng, gây ra sự mất ổn định của tốc độ không tải thậm chí gây ra chết máy , điển hình là các xe Daewoo..., làm cho xe không thể chạy ở chế độ không tải. Mục tiêu đặt ra của chúng ta là chế tạo ra hệ thống điều khiển tốc độ không tải không chỉ áp dụng cho một loại xe có hệ thống phung xăng điện tử của một loại xe duy nhất mà phải áp dụng được cho nhiều loại xe khác nhau. Các bước để thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ không tải động cơ. Tiêu chí thiết kế. Đơn giản Dễ chế tạo Làm việc chắc chắn và ổn định Có thể sản xuất được hàng loạt Có sự chuẩn hoá Lắp đặt nhanh. Phân tích quá trình tính toán & thiết kế đề tài. Do chúng ta phải tự thiết kế toàn bộ hệ thống điều khiển tốc độ không tải động cơ, đòi hỏi phải có độ chính xác cao, có thể sản xuất được hàng loạt, hơn nữa việc thiết kế và tính toán bằng tay là kém chính xác hiệu quả không cao, thời gian thiết kế lại nhiều, và để điều khiển được tốc độ không tải chúng ta phải đưa thông số vào cho vi xử lý hoạt động. Để làm được việc này chúng ta phải sử dụng đến kiến thức của các ngành khác như: công nghệ thông tin, điện, điện tử, trong đó ngôn ngữ lập trình rất quan trọng. Để đáp ứng với nhu cầu thiết kế trên em chọn hai ngôn ngữ lập trình: Ngôn ngữ lập trình Delphi6.0 và ngôn ngữ lập trình Pascal 7.0 trong quá trình tính toán và thiết kế. Chương trình viết bằng ngôn ngữ lập trình Delphi nhằm giải quết các vấn đề sau: Tính toán công suất phát ra của động cơ và công suất cản của động cơ của động cơ để sao cho công suất phát ra của động cơ luôn lớn hơn hoặc bằng công suất cản Tính toán lượng không khí nạp vào cho động cơ thời kỳ chạy không tải từ đó tính được độ mở van điều khiển tốc độ không tải và số bước của động cơ bước, tần số của xung Mô Phỏng hoạt động của van không tải theo sự thay đổi nhiệt độ môi trường và vẽ các đặc tính của động cơ. Chương trình viết bằng ngôn ngữ lập trình Pascal nhằm giải quyết vấn đề sau: Tính toán nhiệt. Vẽ đồ thị (đồ thị công, đồ thị động học, đồ thị động lực học) {Do khối lượng chương trình này rất lớn nên được trình bầy trong một tài liệu riêng}. Sau khi tính toán được các thông số cho động cơ cùng các đặc tính của nó ta bắt đầu đi vào thiết kế mô hình điều khiển sơ đồ điều khiển phản hồi về tốc độ, các cảm biến cần thiết, động cơ bước, vi mạch điều khiển. Thiết kế van điều khiển tốc độ không tải động cơ Sơ đồ hệ thống điều khiển động phun xăng điện tử trên xe Audi 2.0. Trong các hệ thống điều khiển phun xăng điện tử ngày nay có rất nhiều loại, loại đơn giản nhất chỉ điều khiển phun nhiên liệu tự động và điều khiển góc đánh lửa sớm như (hệ thống phun xăng điện tử EFI). Có loại có thêm điều khiển chế độ không tải, điều khiển hệ thống treo, điều khiển khả năng kéo như (hệ thống phun xăng điện tử ECCS), một số động cơ hiện đại bây giờ có cả điều khiển hộp số tự động như (hệ thống phun xăng điện tử dùng trên xe Mercedes), ..., sau đây là hệ thống điều khiển phun xăng điện tử dùng trên xe Audi 2.0. Sơ đồ hệ thống điều khiển phun xăng điện tử. Hình 1.4 1. ắc quy 15. Vòi phun xăng. 2.ổ khoá 16. Van điều áp. 3. Rơ le bơm xăng. 17. Bộ điều chỉnh không khí 4. Bơm xăng 18. Bộ hoạt hoá các bon 5. Thùng xăng 19. Công tắc điều hoà nhiệt độ 6. Lọc xăng. 20. Công tắc áp suất dầu trợ lực lái 7. Đèn chuẩn đoán. 21. Công tắc tốc độ xe. 8. Cảm biến áp suất. 22. Công tắc bật đèn pha 9. Van điều khiển tốc độ không tải. 23. Công tắc khởi động. 10. Van điều chỉnh luân hồi khí thải. 24. Bộ xúc tác khí thải. 11. Giắc kiểm tra. 25. Cảm biến ôxy gen. 12. IC đánh lửa + mô bin. 26. Cảm biến nhiệt độ nước. 13. Lọc khí. 27. Cảm biến nhiệt độ khí nạp. 14. Cảm biến vị trí bướm ga. Nguyên lý hoạt động. Từ sơ đồ hệ thống điều khiển phun xăng điện tử (Hình 1.4), ta chia làm 3 hệ thống chính: Hệ thống điện, hệ thống nhiên liệu, hệ thống không khí. Được thể hiệ bằng sơ đồ khối nguyên lý hoạt động dưới đây. Hình 1.5 Thiết kế van điều khiển tốc độ không tải động cơ. Van điều khiển tốc độư không tải được điều khiển bằng bộ vi sử lý thông qua động cơ bước, từ động cơ bước được dẫn động tới van để mở van hoặc đóng van Cấu tạo của van. Hình 1.6 1. Thân van 9. Thân động cơ bước 2. Van 10. Dây điện 3.Lò xo 11. Giắc điện 4. Then 12. Nắp sau động cơ bước. 5. Nắp động cơ bước 13. Vít M3 6. Đệm 14. Rô to 7. Vít định vị M4 15. Stato 8. Bạc 16. Vít M4 Nguyên lý hoạt động : Trong thời kỳ sấy nóng máy của động cơ, nhiệt độ dầu bôi trơn trong động cơ thay đổi làm cho độ nhớt thay đổi dẫn đến mô men cản của các thiết bị chuyển động quay trong động cơ thay đổi từ đó công suất cản của động cơ thay đổi. Để cho động cơ hoạt động đựơc ổn định tại một số vòng quay thì công suất phát ra của động cơ phải lớn hơn công suất cản của động cơ, khi đó ta phải thay đổi áp suất cuối hành trình nạp từ đó tính ra lưu lượng không khí đi vào động cơ cho thời kỳ nạp, từ lưu lượng không khí ta tính được diện tích lưu thông qua van và hành trình của van và từ đó tính được số bước của động cơ điện. ứng với hành trình của van làm cho piston của van nạp đi xuống để mở van nạp làm cho luồng không khí đi qua van theo hình mũi tên (Hình 1.6) và đi tiếp vào động cơ để nạp cho từng xy lanh động cơ. Các chỉ tiêu khi thiết kế các chi tiết cho van điều khiển. Trong quá trình hoạt động lâu dài của van sẽ gây ra hiện tượng mòn của van và thân van tại vị trí tiếp xúc theo biên dạng nhất định, do đó nếu ta thường xuyên tháo van ra thì trong khi nắp lại sẽ dẫn đến hiện tượng xoay van và làm cho van bị kênh do vậy ta phải thiết kế thêm then dẫn để chống xoay cho van. Và khi van lên xuống chiều dài lỗ dẫn hướng của nắp trên đông cơ bước (chi tiết số 5) phải đảm bảo được định vị được 4 bậc tự do giữa van và và chi tiết số 5. Các chỉ tiêu công nghệ khi gia công các chi tiết (Hình 1.7). Thân van: Vật liệu được đúc bằng hợp kim nhôm để đảm bảo được hoạt động lâu dài. Đảm bảo được động đồng tâm giữa của lỗ Hình 1.7 Chỉ tiêu công nghệ khi gia công các chi tiết của van. Van. Được làm vật liệu Thép C45 để tiện cho quá trình gia công. Náp trên động cơ bước. Được làm bằng vật liệu thép. Động cơ bước được làm bằng các vật liệu kỹ thuật điện. Bạc được làm bằng vật liệu đồng Phân tích các hỏng hóc thường gặp đối với van điều khiển tốc độ không tải. Khi hệ thống điện bị hỏng dẫn đến van không hoạt động (các hệ thống khác cũng sẽ ngừng hoạt động) đây là trường hợp thông thường xẩy ra không chỉ riêng một loại xe mà các xe khác cũng hay xẩy ra hiện tượng này. Ngoài ra van điều khiển còn có hỏng hóc riêng đó là hiện tượng bị kẹt van, do làm việc lâu ngày truyền động bằng ren hoạt động kém chất lượng sinh ra ma sát lớn tại các bề mặt của ren làm cho van hay bị kẹt (mô men kéo của động cơ bước nhỏ) dẫn đến hệ thống làm việc không ổn định. Đây là trường hợp hay xẩy ra đối với các loại xe có thêm điều khiển tốc độ không tải. Nếu bị kẹt nhưng động cơ bước vẫn quay được một số bước nhất định khi đó van vẫn làm việc được nhưng không ổn định. Nếu bị kẹt ở phía trên thì sẽ không có lượng không khí đi qua van dẫn đến không có lượng nhiên liệu được phun ra, động cơ sẽ bị chết máy. Nếu bị kẹt ở phía dưới thì lượng không khí đưa vào nhiều quá dẫn đến lượng xăng được đưa vào nhiều và động cơ làm việc có tốc độ không ổn đinh (có điều khiển phản hồi lại tốc độ) và làm việc ở tốc độ cao. Chú ý: Khi tháo van ra khỏi động cơ bước ta dùng điện áp đưa vào sao cho quay theo chiều ngược để van đi lên. Chương II: Tính lưu lượng không khí nạp thời kỳ chạy không tải Do chúng ta tự chế tạo lấy van điều khiển tốc độ không tải để thay thế cho các xe có hệ thống không tải bị hỏng và để lắp mới cho xe chưa có hệ thống điều khiển tốc độ không tải nên ta có thể tính cho một xe bất kỳ từ đó có thể áp dụng cho các xe khác, ở đây em chọn xe Audi 2.0 để tính. Hình 2.1 Mặt cắt ngang động cơ Audi 2.0 Hình 2.2 Mặt cắt dọc động cơ Audi 2.0 A. Quá trình chạy không tải ổn định. Số liệu ban đầu. (Động cơ xăng Audi 2.0) số vòng quay định mức n = 5600 (v/ph) Số vòng quay không tải nkd =600 (v/ph) Tỷ số nén e=10,7 Số xylanh i=4 Sốkỳ t=4 Hành trình piston S=92,8 (mm) Đường kính xylanh D=82,5 (mm) Độ nhớt theo SAE 10W-40 Nhiệm vụ của ta là tính lượng không khí nạp để sao cho công suất phát ra của động cơ lớn hơn công suất cản của động cơ, sau đây là quá trình tính toán. Tính công suất cản động cơ. Phân tích thời kỳ động cơ chạy không tải. Công tổn thất cơ giới Lcg. Gồm công tiêu hao cho ma sát giữa các chi tiết của động cơ: Công dẫn động các cơ cấu phụ, công tổn thất trong hành trình nạp và thải, công tổn thất do lọt khí trong hành trình nén và giãn nở gây ra Công tổn thất cơ giới phụ thuộc vào áp suất tổn thất cơ giới trung bình pcg khi khởi động áp suất tổn thất cơ giới trung bình được tính như sau pcg = p1 + p2 +p3 + p4 Trong đó: P1: biểu thị sức cản ma sát, p1 phụ thuộc vào độ nhớt của đầu bôi trơn tức là phụ thuộc vào loại dầu và nhiệt độ dầu (nhiệt độ của động cơ). Nhiệt độ thấp thì độ nhớt của dầu sẽ tăng, trị số p1 còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển động tương đối của các bề mặt ma sát. Vì vậy p1 cũng phụ thuộc vào số vòng quay trục khuỷu của động cơ. Mặt khác, sức cản ma sát hầu như không phụ thuộc gì vào áp suất khí thể trong xy lanh động cơ, lúc chạy không tải có hoặc không có cơ cấu triệt áp thì p1 vẫn không thay đổi. Chính vì vậy trong thời gian chạy sấy nóng động cơ, giá trị của p1 lớn hơn nhiều so với lúc động cơ nóng đang làm việc bình thường. P2 : thể hiện công dẫn động các cơ cấu phụ(dẫn động bơm nước, máy phát điện...) P3: thể hiện công tiêu hao trong quá trình thay đổi khí, khi sấy nóng trị số p2 và p3 nhỏ hơn nhiều so với lúc động cơ làm việc bình thường với nhiệt độ đủ lớn. P4: gồm sức cản do tổn thất như truyền nhiệt lọt khí qua xu pát và xéc măng gây ra. Có thể tính pcg theo công thức kinh nghiệm dưới đây: Pcg = 0,02 + 0,282 (MPa) Trong đó: h - độ nhớt tuyệt đối của dầu nhờn ở nhiệt độ tính toán (N/s.m2) Mô men trung bình của các lực cơ giới Mcg. Mcg = (MNm) Trong đó: Pcg tính theo MPa. Vh – thể tích công tác của xy lanh (m3). nkt – số vòng quay không tải (v/ph). Như vậy mô men cản thời chạy không tải phụ thuộc vào những yếu tố sau: Kích thước đặc điểm kết cấu của động cơ(đường kính xy lanh, hành trình piston, số xylanh, tỷ số nén, đường kính và khối lượng của bánh đà v.v... Nhiệt độ môi trường và nhiệt độ động cơ khi chạy không tải. Số vòng quay không tải. Chất lượng dầu bôi trơn. Tăng dần số vòng quay sẽ làm cho ma sát khô chuyển thành ma sát nửa ướt. Quá trình chuyển tiếp này làm giảm mô men cản Mc nhiệt độ động cơ càng thấp thì khoảng chuyển tiếp ấy càng nhỏ, vì nhiệt độ thấp sẽ làm tăng độ nhớt của dầu nhờn và độ nhớt càng cao thì ma sát nửa ướt được hình thành ở số vòng quay càng thấp. Tiếp tục tăng số vòng quay sẽ làm cho ma sát nửa ướt trở thành ma sát ướt đồng thời làm tăng Mc. Nhiệt độ động cơ càng thấp, tức là độ nhớt của dầu nhờn càng lớn thì Mc tăng càng mạnh Khi nhiệt độ dầu nhờn (tức nhiệt độ động cơ) ằ 13,50C hoặc 80C nếu tăng số vòng quay n lên quá 150 á 200 v/ph sẽ làm công ma sát tăng nhanh và dó đó làm tăng nhiệt lượng truyền cho bề mặt ma sát và do đó làm giảm độ nhớt của dầ. Nhờ đó mà mô men cản Mc của động cơ lại giảm khi tiếp tục tăng số vòng quay n Nếu nhiệt độ của động cơ từ 10,5 á 690C thì nhiệt lượng truyền cho ma sát chỉ gây ảnh hưởng rất ít tới độ nhớt của dầu. Vì vậy trong phạm vi nhiệt độ ấy mô men cản Mc tiếp tục tăng theo mức độ tăng của số vòng quay. Công suất của thiết bị thời kỳ chạy không tải. Nkt = Trong đó: htd – hiệu suất truyền động của thiết bị. Mc – mô men cản (MNm). wkt – tốc độ chạy không tải (rad/s). Tính công suất cản. Quá trình hoạt động của động cơ ở tốc độ không tải là ổn định do vậy mô men cản của động cơ lúc này chỉ phụ thuộc vào mô men cản cơ giới Hình 2.3 Biểu đồ độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ. Tính Pcg theo công thức kinh nghiệm. Pcg = 0,002 + 0,0282 (N/m2) Trong đó: h - độ nhớt tuyệt đối của dầu nhờn ở nhiệt độ tính toán tại nhiệt độ 100C biến thiên độ nhớt của dầu nhờn theo nhiệt độ môi trường biến thiên trên Khi động cơ chạy ổn định chọn h =3 (N.s/m2) Pcg = 0,002 + 0,0282 = 0,248 MPa Mô men trung bình của các lực cơ giới Mcg. Mcg = (MNm) Trong đó: Pcg tính theo (Mpa) Vh – thể tích công tác của xy lanh (m3) nkt – số vòng quay không tải (v/ph) i – Số xy lanh động cơ. Mcg = = 39,234.10-6 (MNm) Công suất cản của động cơ. Nc = Trong đó: Mc = Mcg = 39,234 (MNm) htd – hiệu suất truyền động của thiết bị Nc = 1000.39,234.10-3.(p.600/30)/0,98 = 2,515 kw < Ni = 5,92 kw (thoả mãn). Tính công suất động cơ. Các thông số cần chọn. áp xuất và nhiệt độ khí trời. áp suất khí trời p0=0,1 (MPa) nhiệt độ khí trời T0=24+273=297 (0K) áp suất cuối hành trình nạp. pa=(0,1á0,9)p0=(0,1á0,9).0,1=0,023(MPa) áp xuất và nhiệt độ khí sót. pr=(1,05..1,2)p0=(1,05..1,2).0,1=0,1122 (MPa) Tr=(900..1000)0K chọn Tr=900 (0K) Độ tăng nhiệt độ do sấy nóng khí nạp mới. DT=(0..20)0K; chọn DT=20 (0K) Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt. Động cơ xăng a=0,8..0,9 ị lt=1,17 Hệ số quét buồng cháy. l2=0,8 Hệ số nạp thêm. l1=1,02..1,07, chọn l1=1,04 Hế số lợi dụng tỷ nhiệt tại điểm z, b. Động cơ xăng: xz=0,82..0,92, chọn xz=0,915 xb=0,85..0,95, chọn xb=0,919 Hệ số hiệu đính đồ thị công. ji=0,92..0,97; chọn ji=0,97 Quá trình nạp. Hệ số khí sót. gr=.. chỉ số giãn nở đa biến của khí sót (m=1,5) gr=.. = 0,0312 Nhiệt độ cuối quá trình nạp. Ta= = Ta=326(0K) Hệ số nạp. hv= [el1-ltl2] = [10,7.1,04-1,17.0,8.] = 0,1864 Lượng khí nạp lý thuyết để đốt 1kg nhiên liệu. M0 = {Trong đó C,H,O là lượng Các bon, Hydro, oxi, có trong 1kg nhiên liệu C=0,855; H=0,145; O=0} M0= = 0,512 (kmol/kg.nl) lượng khí nạp mới. M1 = a.M0 + 1/mnl = 0,8.0,512 + 1/114 = 0,4183 Quá trình nén. Tỷ nhiệt của quá trình công tác. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới. {coi như chỉ có không khí} = 19,806+0,00209T (KJ/kmol.độ) av=19,806;=0,00209 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót (sản vật cháy). + Động cơ xăng = (17,997+3,504a)+(360,34+252,4a).10-5.T (KJ/kmolđộ) =(17,997+3,504.0,8)+(360,34+252,4.0,8).10-5.T =21,48779+0,00306.T =20,8002; =0,00281 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác. = (KJ/kmol.độ) ===19.8361 ===0.00211 =+.T=19,8361+0,00211.T Tỷ số nén đa biến trung bình. n1-1 = {n1=1,34á1,39} Giải phương trình ra ta được n1 =1,3745 Nhiệt độ cuối quá trình nén. Tc=Ta(0K) =326.10,71,3745-1=793 (0K) Quá trình cháy. Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết. b0=1+ = 1+ = 1,1225 Hệ số thay đổi phân tử thực tế. b= = = 1,1187 Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z. bz=1+.xz {xz: Hệ số tải nhiệt} xz=xz/xb=0,9151/0,919=0,9956 bz=1+=1,11822 Nhiệt độ tại z. .Tc = bz.Tz (1) QH: Nhiệt trị thấp {Xăng: QH=44(KJ/Kg.nl)} DQH: Nhiệt lượng toả ra ứng với phần năng lượng chưa cháy được do thiếu ôxi DQH=126.103 (1-a)M0=126.103.(1-0.8).0,512=12902,4(KJ/Kg.nl) =+ = 19,836 + 0,00212.793 = ===20,7964 = ==0,0028 = = 20,7964 + 0,0028.Tz Giải phương trình ị Tz = 2633 (0K) Quá trình giãn nở. Chỉ số giãn nở đa biến trung bình. n2 = (1,23á1,27) n2-1 = n2-1 = Tb = = Giải ra ta được n2 = 1,2556. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở. Tb = = = 1436 (0K) Kiểm tra nhiệt độ khí sót. DTr = .100% Trtính = Tb = 1436. = 1434 (0K) ị DTr = .100% = 37,24% Các thông số của quá trình công tác. áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết. = = 0,308 (MPa) áp suất chỉ thị trung bình. pi = = 0,308.0,97 = 0,2996 (MPa) Xuất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị. gi = = = 216,2 (g/kw.h) công suất phát ra của động cơ. = =2,97 kw > Nc = 2,51(thoả mãn) Tính lưu lượng không khí nạp và hành trình mở van. Tính toán lưu lương không khí nạp. Hình 2.4 Hình trích của Van điều khiển tốc độ không tải Lưu lượng không khí nạp. Đối với khí quyển thì 1kmol không khí có khối lượng là 29 kg Gkk = gi.Ni.M0.29/1000 = 216,2.2,