BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI GIẢNG HỌC PHẦN CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Chương I Chương II Chương III Chương IV Chương V Chương VI Chương VII §éng häc cña c¬ cÊu Tk- tt 1.1 Động học cấu trục khuỷu truyền giao tâm 1.1.1 Chuyển vị piston 1.1.2 Vận tốc piston 1.1.3.Gia tốc piston 1.2 Động học cấu trục khuỷu truyền lệch tâm 1.2.1 Qui luật động học piston 1.2.2 Chuyển vị, vận tốc gia tốc piston §éng häc cña c¬ cÊu tk- tt 1.1 Động học cấu trục khuỷu truyền giao tâm 1.1.1 Chuyển vị piston Chuyển vị x tính từ điểm chết trên(ĐCT) piston tuỳ thuộc vào vị trí trục khuỷu x = AB ' = AO − ( DO − DB ' ) = (l + R ) − ( R cos α + l cos β ) (1-1) l: Chiều dài truyền R: Bán kính quay trục khuỷu α: Góc quay trục khuỷu tương ứng với β: Góc lệch đường tâm truyền đường tâm xilanh Gọi λ = R thông số kết cấu, ta viết: l x = [(l + l ) − (cosα + l cos β )]R λ λ (1-2) λ (1 − cos 2α )] (1-3) x ≈ R[(1 − cos α ) + Hình 1.1 Sơ đồ cấu trục khuỷu truyền giao tâm §éng häc cña c¬ cÊu tk- tt 1.1.2 Vận tốc piston Lấy đạo hàm thời gian, ta có tốc độ dịch chuyển (vận tốc) piston: v= d x d x dα d x = = ω d t dα d t dα ω : Là tốc độ góc trục khuỷu λ v = Rω (sin α + sin 2α ) = RωB (1-4)  Tốc độ trung bình động tính theo công thức sau: Trong đó: vtb = S n (m / s ) 30 S: Hành trình piston, S = 2R (m) n: Số vòng quay động (vg/phút) Loại động tốc độ thấp : Loại động tốc độ trung bình : Loại động tốc độ cao: vtb = 3,5 − 6,5( m / s) vtb = 6,5 − 9(m / s ) vtb > 9(m / s ) §éng häc cña c¬ cÊu tk- tt 1.1.3.Gia tốc piston Lấy đạo hàm công thức vận tốc thời gian ta có công thức tính gia tốc piston: j= dv d d d = v α = v ω dt dα d t dα (1-5) j = Rω (cos α + λ cos 2α ) Gia tốc đạt cực đại đạo hàm : dj dα = − Rω (sin α + 2λ sin 2α ) = Gia tốc đạt cực trị: jα =0 = Rω (1 + λ ) jα =1800 = − Rω (1 − λ ) jα ' = − Rω (λ + ) 8λ (1-6) §éng häc cña c¬ cÊu tk- tt 1.2 Động học cấu trục khuỷu truyền lệch tâm 1.2.1 Qui luật động học piston 1.2.1.1 Vị trí điểm chết Vị trí ĐCT ĐCD xác định qua OE a = OA' + R OE a sin α = = OA' ' − R sin α = (1-7) Trong : a: Độ lệch tâm l: Chiều dài truyền R: Bán kính quay trục khuỷu Gọi Và a = k hệ số lệch tâm R R λ= tham số kết cấu l λk λ +1 λk sin α = λ −1 Vậy sin α = λk ) λ +1 λk α = arcsin(− ) λ −1 Suy α = arcsin( Hình 1.2 Cơ cấu trục khuỷu truyền lệch tâm (1-8) §éng häc cña c¬ cÊu tk- tt 1.2.1.2 Hành trình piston Gọi S1 , S2 khoảng cách từ ĐCT đến A’ ĐCD đến A’’ đến trục hoành qua gốc O hành trình S piston xác địmh S = S1 − S = (l + R ) − a − (l − R ) − a 1 = R[ ( + 1) − k − ( − 1) − k λ λ (1-9) Do độ lệch tâm tương đối phải nằm phạm vi sau: k > 2R §éng häc cña c¬ cÊu tk- tt 1.2.2 Chuyển vị, vận tốc gia tốc piston a Chuyển vị piston Trục khuỷu quay góc , chuyển vị piston tính từ ĐCT A’ xác định theo công thức sau: x = S1 − S x Trong S x = R cos α + l cos β = R(cos α + Vì vậy: cos β ) λ S1 = R[ ( + 1) − k λ 1 x = R[ ( + 1) − k − (cos α + cos β ) λ λ (1-10) Thay tất vào (1-12) sin α = λk λ +1 sin α = λk λ −1 Sau rút gọn ta có : x = R[(1 − cos α ) + λ (1 − cos 2α ) − λk sin α ] Hình 1.3 Cơ cấu trục khuỷu truyền lệch tâm (1-11) §éng häc cña c¬ cÊu tk- tt b Vận tốc piston Lấy đạo hàm vế phương trình (1-11) thời gian t d d d λ v = x = x α = Rω (sin α + sin 2α − λk cos α ) d t dα d t (1-12) c Gia tốc piston Lấy đạo hàm vế phương trình (1-12) thời gian j= d v d v dα = = Rω (cos α + λ cos 2α − λk sin α ) d t dα d t (1-13) HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU 2) Bơm áp cao a) Loại bơm piston a b Hình 7.2.11 Bơm cao áp loại piston a: Cấu tạo bơm b: Sơ đồ nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động: Khi piston B dẫn nhiên liệu vào piston A lại đưa nhiên liệu Do đó, piston A B hút nhiên liệu từ bơm cấp đưa đến khoang cao áp đưa tới ống phân phối Việc quay cam lệch tâm làm cho cam quay vòng, hai di chuyển chiều, lên xuống Nếu piston B xuống nén nhiên liệu đẩy nhiên liệu vào ống phân phối, piston A bị đẩy xuống hút nhiên liệu vào, ngược lại piston A lên thực nén nhiên liệu đưa tới ống phân phối piston B đẩy lên thực hút nhiên liệu HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU b) Loại bơm piston 1: Trục lệc tâm 2: Cam lệch tâm 3: Piston 4: Van nạp 5: Lò xo hồi vị 6: Bơm cấp nhiên liệu 7: Van định lượng 8: Đường dầu hồi 9: Đường dầu hồi từ ống Rail 10: Đường dầu đến ống Rail 11: Đường nhiên liệu từ bơm bánh 12: Khoang bơm cao áp Hình 7.2.12 Cấu tạo bơm cao áp loại ba piston HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU Nguyên lý hoạt động Bên bơm cao áp có piston bơm bố trí hướng kính piston cách 1200 Khi trục cam bơm cao áp có cam lệch tâm quay làm di chuyển piston bơm lên xuống tùy theo hình dạng mấu cam Hình 7.2.13 Sơ đồ ngyên lý hoạt động Khi piston xuống, vượt qua điểm chết van nạp đóng lại làm cho áp suất không tăng nữa, nhiên liệu thân bơm bị nén lại piston lên điểm chết làmvan cấp mở, nhiên liệu tới ống Rail HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU c) Bơm piston Hình 7.2.14 Bơm áp cao piston 1: SCV 4: Cam lệch tâm 2: Van chiều 5: Van phân phối 3: Piston Nhiên liệu nạp bơm cấp liệu di chuyển qua SCV van chiều, nén piston bơm qua van phân phối đến ống phân phối HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU Ống phân phối(ống Rail) Hình 7.2.15 Ống phân phối Ống phân phối chứa nhiên liệu có áp suất cao bơm cao áp đưa tới, có nhiệm vụ phân chia nhiên liệu qua ống phun tới vòi phun xylanh Trên ống phân phối có: Bộ hạn chế áp suất, van giảm áp suất, cảm biến áp suất nhiên liệu Cảm biến áp suất nhận biết áp suất ống phân phối truyền tín hiệu đến ECU HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU Hình 7.2.16 Bộ hạn chế áp suất Bộ hạn chế áp suất có: viên bi, cần đẩy, lò xo hồi vị Bộ hạn chế áp suất vận hành khí thông thường để xả áp suất trường hợp áp suất ống phân phối lên cao mức không bình thường Hình 7.2.17.Van xả áp Trong trường hợp hệ thống bị trục trặc áp suất nhiên liệu ống phân phối cao áp suất phun mong muốn van xả áp suất nhận tín hiệu từ ECU động để mở van hồi nhiên liệu bình nhiên liệu, áp suất nhiên liệu trở áp suất phun mong muốn HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU Vòi phun - Lò xo vòi phun - Van định lượng - Đường dầu - Lõi van điện từ - Đường dầu hồi - Giắc nối - Van điện từ - Dầu có áp suất cao từ ống rail - Van bi 10 - Lỗ tiết lưu cung cấp 11 - Van piston 12 - Đường dẫn nhiên liệu 13 - Khoang chứa nhiên liệu 14 - Kim phun Vòi phun Commonrail khác với vòi phun hệ thống nhiên liệu Diesel thông thường chỗ gồm phần: - Phần van điện từ điều khiển EDU ECU - Phần phần vòi phun khác với vòi phun thông thường, có lò xo cứng mà vòi phun thông thường chốt tỳ dài Hình 7.2.18 Cấu tạo vòi phun HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU Hoạt động vòi phun: *) Khi kim mở: Lực tác dụng van điện từ lớn lò xo lỗ xả làm mở lỗ xả Khi lỗ xả mở ra, nhiên liệu thể chảy vào buồng điều khiển tràn vào khoang bên từ trở lại thùng dầu qua đường dầu hồi Lỗ xả làm cân áp suất nên áp suất buồng điều khiển van giảm xuống, làm cho áp suất buồng điều khiển can thấp áp suất buồng chứa ty kim (vẫn với áp suất ống) Áp suất giảm buồng điều khiển van làm giảm lực tác dụng lên piston điều khiển nên kim mở nhiên liệu bắt đầu phun Tốc độ mở kim phun định khác biệt tốc độ dòng chảy lỗ nạp lỗ xả Piston điều khiển tiến đến vị trí dừng phía nơi mà chịu tác dụng đệm dầu tạo dòng chảy nhiên liệu lỗ nạp lỗ xả Kim phun mở hoàn toàn nhiên liệu phun vào buồng đốt áp suất gần với áp suất ống Lực phân phối kim tương tự với giai đoạn mở kim *) Khi kim phun đóng: Khi dòng qua van điện từ bị ngắt, lò xo đẩy viên bi đóng kín lỗ xả lại Áp suất buồng điều khiển van tăng lên Áp suất tác dụng lên đỉnh piston điều khiển Lực với lực lò xo cao lực tác dụng buồng chứa ty kim đóng lại Tốc độ đóng ty kim phụ thuộc vào dòng chảy nhiên liệu qua lỗ nạp HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU 7.2.5 Hệ thống cung cấp nhiên liệu với bơm – vòi phun kết hợp điều khiển điện tử 7.2.5.1 Hệ thống nhiên liệu Diesel EUI 1: Thùng dầu 2: Bầu lọc thô 3: Bơm chuyển nhiên liệu 4: Bầu lọc tinh 5: Các vòi phun 6: ECM 7: Các cảm biến Hình 7.2.19 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU Hệ thống nhiên liệu EUI có phận cấu thành: - Các vòi phun EUI - Bơm chuyển nhiên liệu - Mô - đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Module - Các cảm biến: Nhiệt độ, áp suất, … - Các thiết bị tác động: Là thiết bị điện tử sử dụng cường độ dòng điện từ ECM để làm việc thay đổi hoạt động động *) Hệ thống nhiên liệu áp suất thấp Hệ thống nhiên liệu có ba chức chính: Cung cấp nhiên liệu đến vòi phun EUI để đốt cháy, cấp lượng thích hợp làm mát vòi phun cấp lượng để xả khí hệ thống Hệ thống nhiên liệu áp suất thấp gồm: Thùng nhiên liệu, đường dẫn nhiên liệu, bầu lọc thô nhiên liệu tách nước, bơm tiếp nhiên liệu, bầu lọc tinh nhiên liệu bơm tay van điều chỉnh áp suất Nhiên liệu hút từ thùng  bầu lọc thô liệu tách  bơm tiếp nhiên liệu  bầu lọc tinh nhiên liệu  đẩy nhiên liệu vào đường dầu cấp vào nắp máy quay trở thùng HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU *) Vòi phun: Cấu tạo: Vòi phun EUI vòi phun khí xác điều khiển điện tử, có cấu tạo gồm phần: - Cơ cấu sinh áp suất cao: Cam  đĩa tì đũa đẩy  cò mổ con đội  đẩy  piston plunger  thân xy lanh  cụm vòi phun - Cơ cấu điều khiển phun Hình 7.2.20 Cấu tạo vòi phun 1: Cụm van điều khiển phun 2: Chốt đẩy piston 3: Piston bơm 4: Khoang xylanh 5: Phần kim phun HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU *) Hoạt động vòi phun Nạp nhiên liệu Phun nhiên liệu Kết thúc phun Hình 7.2.21 Các giai đoạn hoạt động vòi phun - Nạp nhiên liệu: ECM điều khiển mở cụm van điều khiển phun Lúc cam không tác động vào đũa đẩy, đẩy plunger lò xo đẩy lên, thể tích khoang thân xy lanh tăng lên dầu hút vào xylanh - Phun nhiên liệu: ECM điều khiển đóng cụm van điều khiển phun, đường dầu vào bị bịt kín thân xylanh, lúc cam tác động vào đũa đẩy, thông qua đũa đẩy cò mổ nén đẩy plunger xuống Áp suất dầu xy lanh khoang kim phun tăng lên thắng lực lò xo đẩy kim phun lên nhiên liệu phun - Giai đoạn kết thúc phun: ECM điều khiển mở cụm van điều khiển, dầu có áp suất cao thân xy lanh hồi đường dầu nắp máy, kết thúc phun HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU 7.2.5.2 Hệ thống nhiên liệu HEUI 1: Bơm áp cao 2: Bộ điều khiển phun 3: Cụm vòi phun 4: Các cảm biến 5: ECM Hình 7.2.22 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU Hình 7.2.23 Cấu tạo vòi phun HEUI 1: Van điều khiển điện từ 2: Cụm piston tăng áp suất 3: Đường dầu vào 4: Van kiểm tra 5: Cụm kim phun 6: Van tác động phun Vòi phun thiết bị độc lập điều khiển trực tiếp mô đun điều khiển điện tử ECM Dầu có áp suất từ 800 đến 3000 psi bơm cao áp chuyển đến vòi phun Bộ phận piston lông-giơ vòi phun hoạt động tương tự xylanh thuỷ lực có tác dụng nâng áp suất dầu vào vòi phun lên đến áp suất phun Van điện từ phía vòi phun nhận tín hiệu điều khiển từ ECM, qua điều khiển dầu bôi trơn tác động tác động vào piston lông-giơ để điều khiển thời điểm lượng nhiên liệu phun HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU Nguyên lý hoạt động Hình 7.2.24 Nguyên lý hoạt động vòi phun Một bơm cấp nhiên liệu nằm bơm áp cao đồng thời cấp lượng nhiên liệu có áp suất định vào đường biên cụm kim phun Tại nhiên liệu có áp suất định chờ sẵn khoang cụm phun nằm phía cần đẩy Một phần nhiên liệu đưa xuống cụm piston tăng cường áp suất Khi van điện từ mở, dầu áp cao đưa vào khoang van hình nấm, tạo nên áp suất đẩy cần đẩy xuống Cần đẩy (Plunger) xuống đồng thời tạo áp suất thắng sức căng lò xo cụm tăng cường áp suất, đẩy nhiên liệu chờ sẵn khoang cần đẩy buồng đốt động Khi van điện từ đóng lại, dầu cao áp ngừng cấp vào khoang van hình nấm, áp suất khoang van bị mất, đồng thời áp suất khoang bên cần đẩy giảm đột ngột, áp suất khoang phía cần đẩy ko đủ để thắng sức căng lò xo cụm tăng áp nữa, ngắt trình phun nhiên liệu [...]... bằng động cơ 2.4.1 Cân bằng động cơ 1 xilanh 2.4.2 Cân bằng động cơ 2 xilanh 2.4.3 Hai khuỷu có góc lệch khuỷu =180º 2.4.4 Cân bằng động cơ 4 xilanh 2.4.5 Cân bằng động cơ 6 xilanh ®éng lùc häc cña c¬ cÊu tk- tt 2.1 Khối lượng của các chi tiết chuyển động Khối lượng của các chi tiết máy của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền đựơc chia làm 2 loại :  Khối lượng chuyển động tịnh tiến  Khối lượng chuyển động. .. bảng Hình 2.11 Diễn biến của các hành trình công tác trong động cơ 4kỳ, 6 xilanh ®éng lùc häc cña c¬ cÊu tk- tt 2.4 Cân bằng động cơ  Nguyên nhân làm động cơ mất cân bằng Để cân bằng thì hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến các cấp đều bằng 0 ∑p j1 =0 ∑ M j1 = 0 ∑p j2 ∑M =0 j2 =0 ∑p k ∑M k =0 =0  Các điều kiện để đảm bảo cân bằng động cơ: • Trọng lượng của các nhóm pittông lắp trên xilanh... chuyển động 2.1.1 Khối lượng của nhóm piston 2.1.2 Khối lượng của thanh truyền 2.1.3 Khối lượng của trục khuỷu 2.2 Lực và mômen tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 2.2.1 Lực quán tính 2.2.2 Lực khí thể 2.2.3 Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm 2.2.4 Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm 2.3 Hệ lực và mômen tác dụng trên trục khuỷu của động cơ một... trình nạp thải có hiệu quả cao nhất • Đảm bảo kết cấu của trục khuỷu có tính công nghệ tốt nhất • Đảm bảo tính công bằng của hệ trục  Góc công tác của các khuỷu trục được tính theo công thức sau: 180 0.τ δ ct = i Trong đó: (2-23) τ : Số kỳ của động cơ i: Số xilanh của động cơ ®éng lùc häc cña c¬ cÊu tk- tt 2.3.2 Lực và mômen tác dụng lên trục khuỷu của động cơ một hàng xilanh Trên khuỷu thứ i có các lực... tính chuyển động quay: Pk = −mr Rω 2 = const (2-8) Hình 2.3 Vòng xét dấu của lực quán tính cấp 1 và cấp 2 ®éng lùc häc cña c¬ cÊu tk- tt 2.2.2 Lực khí thể Lực khí thể của động cơ 4 kỳ biến thiên theo góc quay của trục khuỷu Hình 2.4 Biến thiên của lực khí thể theo góc của động cơ 4 kỳ Đường po trên hình vẽ biểu thị áp suất khí trời tính theo áp suất tương đối P là áp suất trong xilanh của động cơ Lực khí... Dùng cân bằng tĩnh và cân bằng động để cân bằng trục khuỷu bánh đà • Đảm bảo tỉ số nén đều nhau • Góc đánh lửa sớm, phun sớm phải giống nhau (2-24) ®éng lùc häc c¬ cÊu tk- tt 2.4.1 Cân bằng động cơ 1 xilanh 1 Trong động cơ 1 xi lanh trên hình 2.1 tồn tại các lực sau đây chưa được cân bằng: 2 Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1: Pj1 = mR ω 2 cos α 3 Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2: Pj2 =α... vẽ Hình 2.2 Xác định khối lượng của trục khuỷu Trong đó mok: Phần khối lượng chuyển động quay theo bán kính R mm: Phần khối lượng chuyển động theo bán kính Đem mm qui dẫn về tâm chốt trục khuỷu bằng khối lượng mmr thì : mmr = mm ρ (2-5) R Do đó khối lượng chuyển động quay của trục khuỷu là: mk = mok + mmr (2-6) Khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là : M = mnp + m1 (2-7)... tt 2.2.Lực và mômen tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền Trong quá trình làm việc, cơ cấu trục khuỷu thanh truyền chịu tác dụng của các lực sau:  Lực quán tính của các chi tiết chuyển động  Lực của môi chất khí bị nén và khí cháy giãn nở tác dụng trên đỉnh piston (lực khí thể)  Trọng lực  Lực ma sát 2.2.1 Lực quán tính Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến tính theo công thức... 2.6 Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm ®éng lùc häc cña c¬ cÊu tk- tt Lực ngang N tạo thành mômen lật: M N = N A = N (l cos β + R cos α ) = P∑ tgβ (l cos β + R cos α ) = P∑ sin(α + β ) R = M cos β (2-14) Trong đó A: Khoảng cách từ lực N đến tâm trục khuỷu MN: Mômen ngược chiều với M MC: Mômen cản M = M C + J oε (2-15) Hình 2.7 Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền... tính của khối lượng chuyển động quay : PK = ω mx R =const 2 5 Mômen lật MN =-M = T.R tác dụng lên thân máy theo chiều ngược với mômen chính 6 Mônmen thanh truyền (do quy dẫn về hai khối lượng) Mt=[ mtt( I-I1)(I1 - IG)] ε tt ®éng lùc häc cña c¬ cÊu tk- tt 2.4.1.1 Cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến : Hình 2.12 (a) Sơ đồ động cơ một xi lanh có lắp đối tượng (b) Sơ đồ động cơ cân bằng Lăngxetcherơ ... Gudụng CƠ CấU SINH LựC Thõn ng c lm mỏt bng giú cú th ch to nh sau: Hỡnh 3.3 Thõn mỏy ng c lm mỏt bng giú 1- Hp trc khuu 4- Gu dụng 2- Thõn xi lanh 5- Lút xi lanh 3- Np xi lanh CƠ CấU SINH... chỏy cú ý ngha quyt nh n kt cu np xi lanh(Hỡnh 3.1) CƠ CấU SINH LựC Hỡnh 3.7 Np mỏy ng c Diesel Hỡnh 3.8 Np mỏy ca ng c TOYOTA HICE u I CƠ CấU SINH LựC 3.2.4 Cỏcte 3.2.4.1 Chc nng Cha du bụi... chuyn ng tnh tin ca c cu trc khuu truyn l : M = mnp + m1 (2-7) động lực học cấu tk- tt 2.2.Lc v mụmen tỏc dng lờn c cu trc khuu truyn Trong quỏ trỡnh lm vic, c cu trc khuu truyn chu tỏc dng ca cỏc