Đường kính phần đầuthường nhỏ hơn đường kính thân vì thân là phần dẫn hướngcủa piston Trang 12 Có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xilanh.Chiều cao thânh được quyết định
Giới thiệu chung
1.1 Khái quát chung về động cơ 1NZ-FE Động cơ 4 xilanh thẳng hàng, 16 xupap, trục cam kép DOHC, dẫn động xích
Hệ thống VVT-i, với tiêu chuẩn khí xả (LEV) STEP IV
Hình 1 Động cơ xe vios
Hình 2 các cơ cấu của động cơ
1.1.2Đặc tính của động cơ
Số xilanh và cách bố trí 4 xilanh, bố trí thẳng hàng
Cơ cấu xupap 16 xupap, trục
Trục khuỷu lệch tâm ống góp nạp bằng nhựa có bộ cộng hưởng
Bộ góp xả bằng thép không gỉ
Hệ thống đánh lửa trực tiếp
DIS cam kép DOHC, dẫn động xích
Dung tích làm việc của xilanh(
1497 Đường kính x hành trình của piston ( mm)
Công suất, tốc độ 80 kW, 6000 v/p
Mô men xoắn tối đa SAE-
NET [Nãm / rpm (ftãlbf / rpm)]
Dầu bôi trơn API SM, SL, hay
Tọng lượng đã đổ dầu( kg)
1.2 Khái quát chung về nhóm piston
Cùng với xilanh và nắp máy tạo thành không gian làm việc của động cơ ( Vct, Vbc, Vtp)
Truyền lực cho trục khuỷu(nổ) và nhận lực của trục khuỷu để thực hiện các kỳ cản (nén, nạp, thải) Đóng mở của khí ở động cơ 2 kỳ Điều kiện làm việc
Tải trọng cơ học cao: do lực khí thể và lực quán tính gây nên, lực khí thể có trị số lớn và biến thiên đột ngột, lực quán tính cũng có trị số lớn biến thiên theo chu kỳ.
Tải trọng nhiệt lớn: do tiếp xúc với khí cháy ở nhiệt độ rất cao nên nhiệt độ phần đỉnh piston thường rất cao.
Ma sát và ăn mòn hóa học: do có lực ngang N nên vùng tiếp xúc giữa piston và xilanh xuất hiện lực ma sát, mặt khác do tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy có các chất ăn mòn như các hơi axit nên piston còn chịu ăn mòn hóa học.
Hình 4 cấu tạo chung của piston
A: đỉnh piston B: đầu piston C: thân piston
1: rãnh xecmăng khí 2: rãnh xecmăng dầu 3: lỗ thoát dầu 4: lỗ lắp chốt piston
Các dạng đỉnh của piston
Hình 5 các dạng đỉnh piston a, đỉnh bằng b, đỉnh lồi c, đỉnh lõm Đỉnh bằng: diện tích chịu nhiệt nhỏ nhất, kết cấu đơn giản, thường sử dụng ở động cơ diesel với buồng cháy dự bị và buồng cháy xoáy lốc Đỉnh lồi: sức bền lớn, đỉnh mỏng, nhẹ nhưng diện tích chịu nhiệt lớn Thường được sử dụng ở động cơ xăng 4 kỳ với xupáp treo, buồng cháy dạng chỉm cầu Đỉnh lõm: có thể tạo lốc xoáy nhẹ, thuận lợi cho việc hình thành hỗn hợp khí và cháy Tuy nhiên sức bề kém, diện tích chịu lực lớn hơn so với đỉnh bằng Loại này được sử dụng cho cả động cơ xăng và động cơ diesel Đỉnh chưa buồng cháy: thường gặp ở động cơ diesel Đối với động cơ diesel có buồng cháy trên đỉnh piston, kết cấu buồng cháy phải thỏa mãn các yêu cầu sau: Phù hợp với dạng buồng cháy và hướng của chùm tia phun nhiên liệu để tổ chức tạo thành hỗn hợp tốt nhất
Phải tận dụng được xoáy lốc của không khí trong qúa trình nén Đầu piston
Nhiệm vụ chủ yếu của đầu piston là bao kín và là nơi bố trí xéc măng, số lượng rãnh xéc măng khí chọn từ 3-5, số lượng xéc măng rãnh xéc măng dầu từ 1-3 Đường kính phần đầu thường nhỏ hơn đường kính thân vì thân là phần dẫn hướng của piston
Có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xilanh. Chiều cao thân(h) được quyết định bởi điều kiện áp suất tiếp súc do lực ngang N gây ra
Vị trí tâm chốt piston được bố trí sao cho piston và xilanh mòn đều, giảm va đập và tiếng gõ khi piston đổi chiều ( có thể lệch tâm so với đường tâm xilanh để giảm lực ngang N ). Mặt khác, khi piston chuyển động, do lực ma sát tác dụng làm cho piston có xu hướng quay quanh chốt nên áp suấtt của piston nén trên xilanh sẽ không phân bố đều nữa
Dạng thân của piston thường không phải là hình trụ mà tiết diện ngang thường có dạng ôvan hoặc vát ở hai đầu bệ chốt. Phải làm như vậy để khi piston bị biến dạng do lực khí thể Pz, lực ngang N và nhiệt tác dụng thf không bị bó kẹt trong xilanh
Gang: sức bền nhiệt cao, bề cơ cao, hệ số dãn nở dài nhỏ nên khó bị bó kẹt, dễ chế tạo và giá rẻ Nhưng gang rất nặng nên lực quán tính lớn, nhiệt độ đỉnh piston cao do hệ số dẫn nhiệt nhỏ Do đó gang chỉ dùng để chế tạo động cơ tốc độ thấp.
Thép: sức bền cao, piston nhẹ nhưng hệ số dẫn nhiệt nhỏ, khó đúc, do đó ít dùng.
Hợp kim nhôm: nhẹ, hệ số dẫn nhiệt lớn, hệ số ma sát với gang nhỏ, dễ đúc, dễ gia công Nhưng hệ số giãn nở dài của gang lớn nên khe hở giữa piston và xilanh phải lớn để tránh bó kẹt.
Nhiệm vụ: xéc măng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy, ngăn không cho khí cháy lọt xuống cácte, còn xéc măng dầu có nhiệm vụ ngăn không cho dầu bôi trơn sục lên buồng cháy. Điều kiện làm việc: xéc măng khí làm việc trong điều kiện chịu nhiệt đọ cao, áp suất va đập lớn, ma sát mài mòn nhiều và chịu ăn mòn hóa học Ngoài ra, khi động cơ làm việc xéc măng cũng chịu ứng suất uốn.
Vật liệu chế tạo xéc măng: với điều kiện làm việc của xéc măng như trên nên vật liệu chế tạo xéc măng phải có đầy đủ các tính chất sau:
Có tính chịu mài mòn tốt ở điều kiện ma sát tơi hạn
Có hệ số ma sát nhỏ đối với mặt xilanh
Có sức bền, độ đàn hồi cao và ổn định trong điều kiện nhiệt dộ cao
Có khả năng rà khít với mặt xilanh một cách nhanh chóng
Thường chọn gang hợp kim làm vật liệu chế tạo xéc măng vì nó có nhiều ưu điểm mà bản thân các loại vật liệu khác không sánh được:
Nếu mặt ma sát bị cào xước trong qua trình làm việc, vết xước sẽ mất dần và mặt ma sát hồi phục như cũ
Graphit trong hợp kim gang có khả năng bôi trơn mặt ma sát, do đó làm giảm hệ số ma sát Ít nhạy cảm với ứng suất tập trung sinh ra ở những vùng có vết xước
Trạng thái làm việc và yêu cầu kỹ thuật đối với chốt piston
Chốt piston là chi tiết máy liên kết piston với thanh truyền, chịu lực tác động trên piston và truyền lực này cho thanh truyền Do đó chốt piston chịu tải trọng rất lớn, va đập mạnh và ma sát lớn, dễ bị mòn do khó bôi trơn Vì vậy chốt piston, tuy về hình dạng kích thước rất đơn giản nhưng lại có tầm quan trọng rất lớn đối với an tòa động cơ nên khi thiết kế người ta phải tuân theo các điều kiện kỹ thuật rất nghiêm ngặt như:
Phải đảm bảo độ bền cao, ít biến dạng nhưng lại có khối lượng nhỏ
Chất lượng bề mặt cao, có độ chính xác hình học, độ cứng mặt ngoài cao nhưng ruột lại dẻo để chống mỏi tốt Độ bóng bề mặt cao, không có vết xước để tránh ứng suất tập trung Để đảm bảo tính năng kỹ thuật cao của chốt piston, người ta thường dùng các loại thép hợp kim cao cấp có thành phần cacbon thấp để chế tạo chốt piston
Kết cấu nhóm piston động cơ 1NZ-FE
Piston động cơ 1NZ-FE được chế tạo bằng hợp kim nhôm, có khe xéc măng cao, có độ chính xác cao và không được nắp chọn Đỉnh của piston này là loại đỉnh lõm: có thể tạo lốc xoáy nhẹ, thuận lợi cho việc hình thành hỗn hợp khí cháy. Đầu piston bao gồm đỉnh piston và vùng chưa xéc măng Trên đầu piston có lắp các xéc măng để làm kín buồng đốt
Trong quá trình làm việc, một phần nhiệt từ piston truyền qua xéc măng đến xilanh và ra nước làm mát Tình trạng chịu nhiệt của piston là không đều, nhiệt độ của đầu piston cao hơn rất nhiều nên nó giãn nở nhiều khi làm việc Do đó, người ta chế tạo đường kính đầu piston hơi nhỏ hơn thân một chút ở nhiệt độ bình thường
Thân piston có nhiệm vụ dẫn hướng Sự mài mòn nhiều nhất ở phần thân xảy ra theo phương vuông góc với tâm trục piston
Thân piston có hình dạng oval, đường kính theo phương vuông góc với trục piston hơi lớn hơn đường kính theo phương song song với trục piston, để bù lại dự giãn nở nhiệt do phần kim loại bệ trục piston dày hơn các chỗ khác
Xéc măng được chế tạo bằng gang hợp kim, đây là vật liệu chống mài mòn cao.
Xéc măng có kết cấu đơn giản Nó có dạng vòng thép hở miệng Xéc măng có tiết diện hình chữ nhật
Có hai xéc măng khí và 1 xéc măng dầu
Chốt piston của động cơ 1NZ-FE được lắp theo kiểu lắp động Tiết diện chốt piston có hình vành khăn
Chốt piston có độ bền cao, ít biến dạng nhưng khối lượng nhỏ
Bề mặt chốt piston có có chất lượng cao, bóng và không có vết xước để tránh ứng suất tập trung Độ cứng mặt ngoài của chốt piston có độ cứng cao nhưng ruột lại dẻo để chống mỏi tốt
Dịch chương 6 sang tiếng Anh
Thiết kế và chức năng
Bánh răng tay quay, một thuật ngữ thông tục để chỉ bộ truyền động trục khuỷu, là một nhóm chức năng không chỉ biến đổi hiệu quả chuyển động dao động (chuyển động qua lại) thành chuyển động quay (và ngược lại), nhưng cũng xuất sắc ở chuyển đổi các quy trình nhiệt động lực học để mang lại hiệu quả, hiệu suất và tính khả thi về kỹ thuật của mẹ Những lợi thế đạt được nhưng phải trả giá bằng những bất lợi nghiêm trọng,
• Giới hạn tốc độ — và do đó phát triển quyền lực — do quán tính tự do
• Truyền lực không đều yêu cầu ures đặc biệt ở dạng nhiều bánh răng trục khuỷu, a trình tự ném và bắn phù hợp, cân bằng khối lượng, và bánh răng cân bằng khối lượng
• Kích thích của dao động quay tạo ra một giải quyết ứng suất trên trục khuỷu và hệ thống truyền lực
• Các đặc tính của lực có sự dao động cao so với giá trị danh nghĩa của các lực này
• Hình học thành phần có vấn đề liên quan đến dòng chảy của lực với đỉnh ứng suất cao
• Các vấn đề về sinh vật học
Bộ truyền động trục khuỷu trong động cơ ô tô bao gồm của piston với vòng, chốt piston, conrods (kết nối thanh), trục khuỷu với (các) đối trọng (đối trọng), vòng bi (bạc lót thanh kết nối, ổ đỡ thanh kết nối, ổ trục chính trục khuỷu), và chất bôi trơn (Hình 6-1).
Hình 6-1 Bánh răng côn của xe du lịch V-8 đánh lửa bằng tia lửa điện động cơ.
Trong phần thảo luận sau đây, chúng tôi đề cập đến các bộ phận liên quan đến động học của bộ truyền động trục khuỷu Các bộ phận riêng lẻ của ổ trục khuỷu hoạt động khác nhau sự di chuyển:
• Piston dao động trong xylanh (tới lui).
(a) được khớp với mắt nhỏ bằng pít-tông ghim và cũng di chuyển qua lại.
(b) với con mắt lớn - khớp với chốt tay quay — cũng quay.
(c) với trục quay lắc lư trong mặt phẳng của vòng tròn tay quay.
Trong một vòng quay của trục khuỷu, piston di chuyển từ trên xuống dưới và trở lại tâm điểm chết trên; do đó nó thực hiện hai nét Nó tăng tốc và giảm tốc độ trong khi thực hiện chuyển động này Bánh răng tay quay chuyển động, tức là, vị trí tương ứng của piston, là được mô tả bởi góc trục khuỷu φ — góc giữa trục xi lanh và trục khuỷu ném Trục khuỷu góc là thước đo của cả đường đi và thời gian vì nó chỉ ra thời gian mà bánh răng tay quay đã đạt đến một vị trí nhất định không phụ thuộc vào tốc độ tương ứng
Hình 6-2 Chuyển động của các bộ phận bánh răng tay quay.
Phương trình giá trị số sau được áp dụng:
Chuyển động của piston được tính toán với piston phương trình hành trình, tức là theo mối quan hệ của hành trình piston đến góc trục khuỷu, s = f(φ); nó là kết quả của các mối quan hệ số liệu địa lý (Hình 6-3)
Hình 6-3 Mối quan hệ hình học trong truyền động trục khuỷu.
Mối quan hệ giữa góc trục khuỷu φ và hành trình góc conrod ψ có thể được biểu diễn như sau:
Vì rất khó sử dụng gốc trong hành trình piston phương trình, nó được thay thế bằng một chuỗi hội tụ nhanh chóng có thể được kết thúc sau phần tử thứ hai vì cả hai λ và sinφ nhỏ hơn 1 và số mũ hoặc tích của chúng ít hơn nhiều (Một khả năng khác là phát triển piston phương trình hành trình trong một chuỗi Fourier và tương ứng cắt ngắn nó theo độ chính xác mong muốn.)
Theo đó, phương trình hành trình piston được đơn giản hóa (Hình 6-4)
Bằng cách tính cả thời gian, chúng tôi đạt được tốc độ piston (Hình 6-5):
Hình 6-4 Hành trình của piston như một hàm của góc trục khuỷu cho các tỷ lệ conrod khác nhau.
Hình 6-5 Tốc độ piston như một hàm của góc trục khuỷu đối với tỷ lệ conrod khác nhau.
Tốc độ trung bình của piston là đường đi của hai hành trìnhdi chuyển trong một vòng quay liên quan đến thời gian t = 1/n
Bằng cách bình phương thời gian trong phương trình hành trình của piston, chúng ta thu được gia tốc piston (Hình 6-6):
Hành trình, tốc độ và gia tốc của piston bị ảnh hưởng bởi tỷ số conrod λ Đối với một thanh nối (λ = 0) có độ dài vô hạn, chúng tôi có thể phân phối với sự nhiễu loạn hàm trong phương trình hành trình của piston
Hình 6-6 Gia tốc piston như một chức năng của trục khuỷu góc cho các tỷ lệ conrod khác nhau.
[ cách khác piston do đó chuyển động tương ứng với chuyển động điều hòa Trong nói chung, tỷ số conrod λ càng lớn, thì độ lệch lệch so với chuyển động điều hòa càng lớn Tỷ lệ conrod lớn, tức là, liên quan đến hành trình của các thanh nối ngắn, giảm chiều cao động cơ, nhưng chúng tạo ra ma sát lớn hơn vì góc của các thanh nối mạnh hơn Các Giá trị λ của động cơ xe du lịch Đức (từ 1990– 2000) là từ 0,22 (Mercedes-Benz A-class) và 0,35 (Opel) Các tỷ lệ conrod khác nhau được sử dụng cho cùng một loại động cơ, ví dụ, khi các biến thể khác nhau của một động cơ được chế tạo với các nét khác nhau nhưng giống nhau chiều dài conrod.
Các phương pháp tiếp cận khác nhau được sử dụng để thử và giảm khối lượng dao động hoặc giữ cho chúng không tăng mặc dù tăng sản lượng:
• Piston: Chiều cao nén ít hơn (ví dụ: BMW 2.51: giảm từ 9,0 xuống 4,0 mm
Conrod: tỷ lệ conrod nhỏ hơn cho thứ tự thứ hai thấp hơn lực quán tính, bước conrod.
Các khối lượng dao động trong động cơ ô tô chở khách khác nhau
Từ 1,25 đến 1,6 dm3 khối lượng đột quỵ năng suất từ 370 đến 460 g (Hình 6-7).
Khối lượng tăng lên đáng kể với kích thước động cơ và tải; ví dụ, khối lượng của piston "trần trụi" của động cơ đánh lửa bằng tia lửa V8 Audi là
355 , và của pít-tông hoàn chỉnh của Porsche Carrera là 650
Bằng cách chuyển vị trí hoặc "tắt" ổ trục khuỷu, tức là, dịch chuyển điểm ăn khớp của trục quay sang pis tấn và chốt tay quay ra khỏi trục hình trụ một lượng y
Hình 6-7 So sánh khối lượng dao động trong Ford Fiesta và Opel Astra
Hình 6-8 Chuyển và ngắt ổ trục khuỷu.
Chuyển động của ổ trục khuỷu có thể được thay đổi như mong muốn (Hình 6-8) Có
• Truyền động trục khuỷu chuyển động trong đó trục khuỷu giữa được dịch chuyển khỏi giữa hình trụ
• Trục khuỷu lệch trục truyền động trong đó piston chốt được di chuyển từ giữa hình trụ
Cũng có thể kết hợp dịch chuyển và tắt tiếng.
Bằng cách dịch chuyển, chuyển động được thay đổi để kéo dài vị trí của bánh răng tay quay không còn nằm trong xi lanh trục, hành trình của piston không còn đối xứng với BDC, và tốc độ của pít-tông trong hành trình trước và sau giả định các giá trị khác nhau
Hành trình piston, tốc độ và gia tốc của bộ truyền động trục khuỷu đã dịch chuyển có thể được xác định bằng sự dịch chuyển y liên quan đến chiều dài trục khuỷu:
Có nhiều lý do khác nhau cho việc thay đổi và tắt tiếng Trong thời kỳ đầu chế tạo động cơ, trục khuỷu ổ đĩa được giới hạn ở 1/10 của đột quỵ Điều này là để căn chỉnh thanh nối với trục hình trụ khi nó đi qua thông qua TDC để giảm lực bình thường (phía piston lực) xung quanh sự đánh lửa và do đó giảm tải và mặc Ngày nay, chuyển dịch được sử dụng với động cơ
VR (động cơ V với góc V từ 10 ° đến 20 °) để cho phép chuyển động tự do cần thiết của hình trụ đối diện Trục lệch theo hướng của áp suất (trực tiếp trong đó piston tiếp xúc với thùng xi lanh trong hành trình mở rộng) gây ra thay đổi tiếp điểm sớm hơn cho piston khi lực pháp tuyến tác dụng lên piston yếu hơn Các chuyển động nghiêng của piston làm cho nó tiếp xúc với xi lanh với phần dưới
Lực tác động lên bộ truyền động trục khuỷu
Các lực trong truyền động trục khuỷu của động cơ đốt trong sinh ra từ áp suất khí trong quá trình đốt cháy và lực quán tính ( Hình 6.10)
Hình 6.10: Biểu đồ lực bánh răng tay quay
Thành phần của khí và lực quán tính trong bánh răng tay quay phụ thuộc vào:
• Quá trình nhiệt động: động cơ đánh lửa / động cơ diesel
• Thiết kế của động cơ: động cơ hút khí tự nhiên /động cơ tăng áp
• Mức tải trong bản đồ chương trình, ví dụ:
(a) Lực khí cao, lực quán tính thấp
(b) Lực khí thấp, lực quán tính cao
Vì quá trình không thống nhất và chuyển động tịnh tiến qua lại - động cơ pit tông nên độ lớn và hướng của lực đưa vào cơ cấu trục khuỷu thay đổi trong chu kỳ việc Để giúp dễ dàng hình thành khái niệm các quá trình trong động cơ, các lực được xem một cách tĩnh như thể trong một bức ảnh chụp nhanh Trong những ngày trước khi có máy tính, cách tiếp cận này tương ứng với các quy trình trong phát triển động cơ Ngày nay các phép tính được hỗ trợ bằng máy tính cho phép tính toán biến dạng chuyển động và hành vi cường độ của các kết cấu cơ khí phức tạp với độ chính xác và độ tin cậy cao Các lực không còn được xem như là vectơ tấn công tại một điểm; thay vào đó, việc truyền lực từ bộ phận bánh răng quay sang phần bánh răng quay xảy ra trong không gian dưới áp lực của màng bôi trơn với việc xem xét độ cứng cấu trúc và tính linh hoạt và vị trí chân góc.Hành động sau đây trên bánh răng quay:
• Lực quán tính (Dao động) của piston
• Lực quán tính dao động của conrod
• Lực quán tính quay của conrod
• Lực quán tính quay của ném trục khuỷu
• Lực quán tính quay của đối trọng Lực quán tính từ chuyển động quay của conrod không được bao gồm Trong cuộc thảo luận sau đây, các lực lượng được trích dẫn là những lực xảy ra trong một thời gian ngắn sau khi đánh lửa TDC với góc trục khuỷu 30 ° sau TDC (Hình.6-11).
Hình 6-11 Lực tác động lên bánh răng quay Áp suất khí phát sinh từ quá trình đốt cháy hỗn hợp phụ thuộc vào lượng và sự thay đổi của các ảnh hưởng khác nhau, chẳng hạn như • Quá trình nhiệt động • Quá trình đốt cháy • Công suất • Điểm vận hành trong bản đồ chương trình mà tại đó động cơ được điều khiển Áp suất khí được xác định bằng tính toán quá trình hoặc bằng phép đo (chỉ định) (Hình.6-12) Để thể hiện nó đơn giản như thường được thực hiện, các lực quán tính dao động được tóm tắt dưới dạng một lực duy nhất điều này chống lại lực khí tác dụng lên piston Các lực khí và quán tính cùngi nhau mang lại lực piston
Hình 6-12 Đặc tính áp suất khí của động cơ diesel tăng áp với phun nhiên liệu trực tiếp.
Vì thanh nối ngoài các tâm chết giả định có vị trí lệch khỏi hướng của trục xi lanh nên lực piston FK phải được chuyển hướng tương ứng Điều này dẫn đến lực thanh FST và lực pháp tuyến vuông góc với thành xi lanh FN (còn được gọi là lực đường trượt hoặc lực phía piston) (Hình 6-13 và 6-14).
Hinh 6.13: Sự phân chia lực piston
Hình 6-14 Đặc trưng của lực piston của động cơ diesel bốn kỳ chạy nhanh hơn trong một chu kỳ công suất
Kết quả trở nên rõ ràng hơn khi chúng ta xem xét riêng đường đi của các lực riêng lẻ từ buồng đốt đến ổ trục khuỷu hoặc hệ thống treo động cơ.11 Lực tác dụng lên piston Áp suất khí tác dụng lên piston tạo ra lực khí mà nó chống lại bởi (dao động ) lực quán tính của các piston Tổng của hai lực này sinh ra lực đẩy piston Lực piston luân phiên giữa dương và âm nhiều lần trong suốt chu trình công suất của động cơ bốn kỳ và khiến piston chịu tải trọng động.
Các lực tác dụng lên chốt piston Lực piston tác dụng qua đỉnh piston và các mắt bu lông trên chốt piston chuyển hướng về phía thanh truyền Một hình bình hành lực là kết quả của lực piston , lực thanh theo phương của trục quay và một lực pháp tuyến có phương pháp tuyến (vuông góc) với thùng xi lanh Chốt piston nhận lực thanh này
Các lực tác dụng lên thanh nối lực piston chia như mô tả ở trên thành lực thanh và lực pháp tuyến Lực conrod dao động tác dụng theo hướng của trục hình trụ
Nó phân chia thành một thành phần theo hướng của conrod và thành một thành phần pháp tuyến Thành phần đầu tiên làm giảm lực conrod từ đến , thành phần sau làm giảm lực pháp tuyến từ xuống
Sự thay đổi dấu của lực pháp tuyến có nghĩa là điều này xảy ra nhiều lần trong một chu kỳ công suất (Hình.6-15) Piston được đẩy từ bên này sang bên kia của thùng xi lanh với hậu quả không mong muốn:
• Trong động cơ nguội, nó được biểu hiện trong piston kim loại nhẹ bởi tiếng ồn khó chịu và tiếng kêu piston Piston điều khiển được phát triển với nỗ lực lớn để ngăn chặn tiếng ồn (piston với dải thép đúc)
.• Ống lót xi lanh được kích thích để thực hiện các rung động mà chất làm mát không làm được và hiện tượng cavitation có thể xảy ra.
Hình 6-15 Đặc trưng của lực bình thường của động cơ diesel fastrunning trong chu kỳ công suất.
Lực thanh được hướng đến chân quay (Hình.6-16) Chốt trục khuỷu quay dưới hiệu ứng của lực que dọc theo vòng tròn quay của bán kính trục khuỷu.Kết hợp với thành phần tiếp tuyến của lực thanh (), bán kính trục khuỷu mang lại mô-men xoắn M (Hình.6-17 và 6-18).
Thành phần hướng tâm, lực hướng tâm , khôngđóng góp vào mô-men xoắn của động cơ; nó chỉ được áp dụng cho trục khuỷu ném khi uốn (Hình 6-
19), và nó là một lực bất lực hoặc lực mù.
Hình 6-16 Đặc điểm của lực thanh của động cơ diesel bốn thì chạy nhanh trong một chu kỳ công suất
Hình 6-17 Phân chia lực thanh truyền.
Hình 6-18 Lực tiếp tuyến đặc trưng của động cơ diesel chạy nhanh.
Hình 6-19 Đặc tính lực hướng tâm của động cơ diesel chạy nhanh.
Vì mọi hành động đều tạo ra phản lực bằng nhau và ngược chiều, nên một mô- men xoắn ngược với mô-men xoắn hữu ích trên động cơ nhất thiết phải phát sinh: mômen phản lực Điều này là kết quả của lực pháp tuyến và khoảng cách của lực pháp tuyến b thay đổi theo vị trí của piston.
Do đó, các lực lượng hỗ trợ và là kết quả của mômen phản lực và khoảng cách của chúng (Hình-620)
Hình 6-20 Mô-men xoắn hành động, mô-men xoắn phản ứng và lực hỗ trợ
Chốt tay quay chịu lực thanh và lực quán tính quay của conrod Được thêm vào về mặt hình học, những lực này mang lại lực chốt tay quay
Như một phản ứng với lực chốt tay quay , conrod chịu lực tác động lên ổ trục conrod (Hình 6-21)
Khi kích thước và hướng của các lực thay đổi trong một chu kỳ công suất, như trường hợp với lực chịu lực conrod, các lực này được thể hiện trong các sơ đồ cực bằng cách vẽ chúng theo góc tương ứng của hướng chuyển lực của chúng theo trình tự góc trục khuỷu (Hình.6-22).
Hình 6-22 Sơ đồ cực của lực chịu lực conrod của động cơ diesel nhanh
Góc trục khuỷu và góc lực không giống hệt nhau Để theo dõi sự thay đổi của lực theo thời gian, góc trục khuỷu phải được đưa ra cho các điểm riêng lẻ của đặc tính lực Nó thường hữu ích để quy các lực tới các hệ tọa độ khác nhau (Hình 6-23).
• Hệ thống không gian cố định (hoặc nhà ở cố định) (chẳng hạn như chính chịu lực)
• Hệ thống chốt cố định (chẳng hạn như tác dụng của lực lên chân quay)
• Hệ thống thanh cố định (chẳng hạn như tác dụng của lực lên mang conrod)
Các lực bánh răng quay được truyền qua trục chính ổ trục và ổ trục chính vào cacte Lực quán tính quay của trục khuỷu đưa vào chốt tay quay buộc hoặc các thành phần của nó , , và và lực của đối trọng ("đối trọng") với nhau để tạo thành lực chịu lực chính (Hình 6-24).
Hình 6-24 Lực chịu lực chính.
Các khối lượng quay của quả ném có liên quan đến trục chốt quay.
Như phản ứng với lực ổ chính, ngang và đối nhau ổ chính chốt lực phát sinh lực ổ chính được chia thành hai ổ chính lân cận trục khuỷu
Đặc tính lực tiếp tuyến và lực tiếp tuyến trung bình
Lực tiếp tuyến (lực momen xoắn) cũng dao động cùng với lực quán tính biến thiên tuần hoàn Lực tiếp tuyến trung bình được xác định từ đặc tính của lực tiếp tuyến trong một chu kỳ công suất Diện tích được bao bởi lực tiếp tuyến và các trục ở sơ đồ là thước đo của Wi làm việc (được chỉ ra hoặc bên trong) Nếu việc này liên quan đến độ dài của chu kỳ năng lượng, chúng tôi nhận được tuổi lực tiếp tuyến FTm Đây chỉ là một phần nhỏ của lực tiếp tuyến cực đại (Hình 6-26)
Hình 6-26 Đặc trưng của lực tiếp tuyến và lực tiếp tuyến trung bình Để làm ổn định đặc tính lực tiếp tuyến và tăng công suất, động cơ được chế tạo với nhiều xi lanh, ngoại trừ một số trường hợp ngoại lệ Lực tiếp tuyến (lực momen xoắn) của các xi lanh riêng lẻ cộng lại thành các pha dịch chuyển tương ứng với khoảng cách của góc đánh lửa theo góc trên trục khuỷu để tạo thành lực xoắn tổng thể trên mặt ly hợp của động cơ Điều này loại bỏ một phần lực tiếp tuyến để các dao động của lực tiếp tuyến giảm xuống một phần nhỏ của lực quay của bánh răng một xi lanh ngay cả trong bánh răng tay quay sáu xi lanh thẳng hàng (Hình 6-27) Đặc tính lực xoắn không đều dẫn đến sự dao động của tốc độ vì lực xoắn FT (φ) trên FTm trung bình làm tăng tốc bánh răng quay và giảm tốc khi lực này giảm xuống dưới mức trung bình Sự dao động của năng lượng cung cấp cho bánh răng tay quay được gọi là sự dao động làm việc WS Với mômen quán tính I của bánh răng tay quay, ta thu được kết quả sau:
Hình 6-27 Lực tiếp tuyến chồng lên nhau của động cơ thẳng hàng bốn kỳ sáu xylanh thẳng hàng năng lượng dư thừa Tuỳ theo loại máy do động cơ truyền động mà người ta đặt ra các yêu cầu khác nhau về vận tốc không đổi Sự dao động tốc độ được biểu thị bằng độ biến thiên theo chu kỳ δ Động cơ chạy càng êm thì độ bất thường theo chu kỳ δ càng phải thấp; Đặc biệt, khi quay động cơ dưới tải trọng cho phép, sự không đều theo chu kỳ là vấn đề khó giải quyết vì nó làm cho các phụ kiện của động cơ bị rung
Lực tiếp tuyến trung bình có thể được suy ra từ nội lực của động cơ:
Diện tích được bao bởi đường biểu diễn lực tiếp tuyến phía trên đường biểu diễn của lực tiếp tuyến trung bình FTm tương ứng với gia tốc làm việc của bánh răng tay quay, và diện tích
Hình 6-28 Xác định công dư từ đặc tính lực tiếp tuyến Điểm bên dưới tương ứng với đường giảm tốc Nếu các khu vực này được biểu diễn bằng các mũi tên hoặc con trỏ đứng trước đại lượng tương ứng từ đường FTm — con trỏ ở các khu vực phía trên đường FTm hướng lên trên và con trỏ ở các khu vực bên dưới hướng xuống - thì sự khác biệt Như giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của những con trỏ này là thước đo cho sự dao động công suất tối đa