Đề cương bài giảng cấu tạo động cơ (hệ cao đại học)

B GIO DC V O TO TRNG I HC S PHM K THUT HNG YấN TP BI GING CU TO NG C ễ Tễ LU HANH NễI Bễ TRèNH O TO: I HC LOI HèNH O TO: CHNH QUY NGNH: CễNG NGHấ KY THUT ễ Tễ HNG YấN 2015 Khoa C khớ ng lc Trng i hc S phm k thut Hng Yờn Phần i động lực học động đốt ch-ơng I Động học cấu trục khuỷu truyền 1.1 Động học cấu trục khuỷu truyền giao tâm Nghiên cứu qui luật chuyển động tịnh tiến piston nhiệm vụ chủ yếu động học để tiện việc nghiên cứu, ta giả thiết trình làm việc, trục khuỷu quay với tốc độ góc không đổi 1.1.1 Chuyển vị piston Từ hình 1.1 ta thấy chuyển vị x tính từ điểm chết (ĐCT) piston tuỳ thuộc vào vị trí trục khuỷu (trị số x thay đổi theo góc quay trục khuỷu) Từ hình vẽ ta có: x AB' AO ( DO DB' ) (l R) ( R cos l cos ) Trong : l chiều dài truyền - khoảng cách từ tâm đầu nhỏ đến tâm đầu to truyền R bán kính quay trục khuỷu góc quay trục khuỷu t-ơng ứng với x tính từ điểm gốc (ĐGT) góc lệch đ-ờng tâm truyền đ-ờng tâm xylanh Hình 1.1 Sơ đồ cấu trục khuỷu Gọi R thông số kết cấu, ta viết: l truyền giao tâm 1 x [(1 ) (cos cos )]R (1-1) Đây dạng công thức xác chuyển vị piston Để tính toán trị số gần x, ta dùng công thức gần Từ tam giác OCB, ta có: sin sin cos sin nên cos sin (1 sin )1/ Khai triển vế phải đẳng thức theo nhị thức niutơn ta có: 1 sin sin sin 16 Bỏ số hạng luỹ thừa bậc trở lên thay trị số gần cos vào ph-ơng trình (1-1), sau rút gọn ta có công thức gần sau đây: Khoa C khớ ng lc Trng i hc S phm k thut Hng Yờn x R[(1 cos ) (1 cos )] (1-2) 1.1.2 Vận tốc piston Lấy đạo hàm công thức (1-2) thời gian, ta có tốc độ dịch chuyển (vận tốc) piston: d d d d v x x x d t d d t d Trong dx tốc độ góc trục khuỷu d v R (sin sin ) RB (1-3) v RB Trong : B (sin sin ) Trong thiết kế ng-ời ta ý đến tốc độ trung bình piston để phân loại động đốt Tốc độ trung bình động đ-ợc tính theo công thức sau: S n (m / s) 30 Trong đó: S: hành trình piston, S = 2R (m) n : số vòng quay động (vg/phút) vtb Loại động tốc độ thấp : vtb 3,5 6,5(m / s) Loại động tốc độ trung bình : vtb 6,5 9(m / s) Loại động tốc độ cao: vtb 9(m / s) 1.1.3 Gia tốc piston Lấy đạo hàm công thức (1-3) thời gian ta có công thức tính gia tốc piston: d d d d j v v v d t d d t d j R (cos cos ) (1-4) Chiều gia tốc qui định nh- sau: chiều h-ớng tâm O chiều d-ơng, ng-ợc lại âm Gia tốc đạt cực đại đạo hàm : dj d Tức : R (sin sin ) (sin sin ) sin sin cos sin (1 cos ) Từ ph-ơng trình ta có : sin 1800 cos arccos( ) Khoa C khớ ng lc Trng i hc S phm k thut Hng Yờn Trong tr-ờng hợp thứ nhất, 1800 gia tốc đạt cực trị: j R (1 ) (1-5) j 1800 R (1 ) Trong tr-ờng hợp thứ 2, arccos( ) cực trị gia tốc bằng: j ' R (1 ) Trị số j ' tồn 1/ j ' R ( ) (1-6) Trị số chênh lệch tuyệt đối j ' j 1800 là: j ' j 1800 R ( Khi (4 1) ) R (1 ) R 8 trị số chênh lệch không j ' j 1800 R (1 ) jmin Lúc này: j f ( ) 1/ 1/ Quan hệ hàm Biểu thị hình (1.2) 90 180 >ẳ R(+1/8) 90 ' 180 2R b R(1+) R(1-) 2R 2R c Chuyển vị, vận tốc gia tốc piston +) Chuyển vị piston Từ hình 1.3 ta thấy 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 l cos R(cos cos ) S1 R[ ( 1) k ] Vì vậy: 1 x R[ ( 1) k (cos cos ) Do: (1-15) cos sin (sin k ) Nên khai triển cos theo dạng cấp số, loại bỏ số hạng có số mũ cao ta có: cos [(1 (sin k ) ]1/ 1 sin k sin k 2 2 Và : sin (1 cos ) Khoa C khớ ng lc Trng i hc S phm k thut Hng Yờn Nên : 1 cos cos k sin k 4 1 = (1 k ) cos k sin 4 Thay tất vào (1-12) sau rút gọn ta có : 1 1 x R[ ( 1) k ( k )] R[cos cos k sin 4 Tuy nhiên, hệ số k th-ờng nhỏ nên bỏ qua số hạng k2, ph-ơng trình (1-14) có dạng đơn giản: x R[(1 cos ) (1 cos ) k sin ] (1-16) (1-17) +) Vận tốc piston Lấy đạo hàm vế ph-ơng trình (1-14) thời gian ta có công thức tính vận tốc piston : d d d (1-18) v x x R (sin sin k cos ) d t d d t +) Gia tốc piston Lấy đạo hàm vế ph-ơng trình (1-18) thời gian ta có công thức tính gia tốc piston: d d d (1-19) j v v R (cos cos k sin ) d t d d t Khoa C khớ ng lc Trng i hc S phm k thut Hng Yờn Ch-ơng 2: Động lực học cấu trục khuỷu truyền 2.1 Khối l-ợng chi tiết chuyển động cấu TKTT Khối l-ợng chi tiết máy cấu trục khuỷu truyền đựơc chia làm loại : + khối l-ợng chuyển động tịnh tiến + khối l-ợng chuyển động quay D-ới lần l-ợt xét khối l-ợng mhóm chi tiết cấu trục khuỷu truyền a Khối l-ợng nhóm piston Khối l-ợng nhóm piston bao gồm khối l-ợng piston, xéc măng, cần guốc tr-ợt, guốc tr-ợt mnp = mp + mx + mc + mg + (kg) Khối l-ợng nhóm piston khối l-ợng chuyển động tịnh tiến b Khối l-ợng truyền Do truyền chuyển động song phẳng : đầu nhỏ chuyển động tịnh tiến, đầu to chuyển động quay nên xét khối l-ợng truyền phải qui dẫn tâm: tâm đầu nhỏ tâm đầu to Nói chung thay truyền thực khối l-ợng t-ơng đ-ơng, ta phải đảm bảo điều kiện bảo toàn động Các ph-ơng án qui dẫn khối l-ợng truyền giới thiệu hình 1.4 A A A A A Mt l1 l1 l G G G G K B B O a O O b B B c B O O d e Hình 1.4 Các ph-ơng án qui dẫn khối l-ợng truyền Ph-ơng án (a) thay khối l-ợng truyền hệ t-ơng đ-ơng khối l-ợng tập trung trọng tâm G Khi thay theo ph-ơng án này, khối l-ợng mtt chuyển động song phẳng, qua tính toán ta thấy thay truyền thực hệ t-ơng đ-ơng khối l-ợng cấu trục khuỷu truyền chịu tác dụng khối l-ợng chuyển động tịnh tiến: l l1 m1 = mtt( ) đặt tâm đầu nhỏ khối l-ợng chuyển động quay: l m2 = mtt l1 đặt tâm đầu to l Khoa C khớ ng lc Trng i hc S phm k thut Hng Yờn Ngoài cấu chịu mômen: Mc =mtt tt l1( l l1 ) Mômen Mc đ-ợc gọi mômen truyền Ph-ơng án (b) thay truyền hệ t-ơng đ-ơng hai khối l-ợng tập trung tâm đầu nhỏ tâm đầu to Ph-ơng án ý nghĩa vật lý rõ ràng nh-ng không thoả mãn đ-ợc điều kiện động không đổi Cụ thể ph-ơng án thoả mãn điều kiện: mA mB mtt mA l1 mB (l l1 ) (1-24) Từ rút ra: m A mtt ( l l1 ) l mB mtt (1-25) l1 l Mômen quán tính hệ thay thế: (l l1 ) l )l12 (mtt )(l l1 ) mtt (l l1 )l1 I G l l Khối l-ợng phân bố xa trọng tâm IO lớn IG mômen quán tính truyền thực Ph-ơng án (c) phân bố truyền thành khối l-ợng: đặt tâm nhỏ đặt tâm dao động lắc K( coi truyền dao động nh- lắc) phân bố khối l-ợng theo ph-ơng án hoàn toàn đảm bảo điều kiên động không đổi Nghĩa là: mA + mK = mtt mAl1 + mKl0 =0 (1-26) mAl12 +mKl02 = IG Tuy nhiên ph-ơng án mK chuyển động song phẳng nên lại phải làm thêm b-ớc qui dẫn mK tâm đầu nhỏ tâm đầu to y nh- ph-ơng án (a) Ph-ơng án (d) phân khối l-ợng truyền thành hai khối l-ợng mômen truyền Ph-ơng án khắc phục đ-ợc nh-ợc điểm ph-ơng án (b) Mômen truyền hệ I O (mtt thay th-ờng có trị số Mt = IG tt Ph-ơng án (e) phân bố truyền thành khối l-ợng để thoả mãn điều kiện động không đổi , nghĩa : mA mB mG mtt mAl1 mB (l l1 ) (1-27) mAl12 mB (l l1 ) I G Tuy nhiên cách phân bố để mG chuyển động song phẳng nên ch-a đạt yêu cầu Tóm lại để thuận tiện cho việc nghiên cứu thiết kế, ngày ng-ời ta th-ờng qui dẫn khối l-ợng truyền theo ph-ơng án (b): khối l-ợng tập trung đầu nhỏ (m1) khối l-ợng tập trung đầu to (m2) Ngày truyền loại động ô tô th-ờng có: Khoa C khớ ng lc Trng i hc S phm k thut Hng Yờn m1 = (0,275 0,350)mtt m2 = (0,650 0,725)mtt (1-28) c Khối l-ợng khuỷu trục Để xác định khối l-ợng trục khuỷu, ta chia trục khuỷu thành phần nh- hình vẽ b c mk R mok R mm a d Hình 1.5 Xác định khối l-ợng khuỷu trục Trong phần khối l-ợng chuyển động quay theo bán kính R mok (phần gạch dọc hình 1.5) Phần khối l-ợng chuyển động theo bán kính mm (phần có gạch chéo) Nếu đem mm qui dẫn tâm chốt trục khuỷu khối l-ợng mmr thì: mmr mm (1-29) R Do khối l-ợng chuyển động quay trục khuỷu là: mk mok mmr (1-30) 2.1.1 Khối l-ợng chuyển động tịnh tiến cấu trục khuỷu truyền Nh- thế, khối l-ợng chuyển động tịnh tiến cấu trục khuỷu truyền : M mnp m1 (1-31) 2.1.2 Khối l-ợng chuyển động quay cấu trục khuỷu truyền M r mk m2 (1-32) Trong thiết kế, khối l-ợng chuyển động tịnh tiến khối l-ợng chuyển động quay th-ờng tính đơn vị diện tích đỉnh piston Do công thức (1-31) (1-32) có dạng: M M l l ; (1-33) m (m1 mnp ) mr r (m2 mk ) FP FP FP FP 2.2 Lực mômen tác dụng lên cấu trục khuỷu truyền 2.2.1 Các loại lực tác dụng Trong trình làm việc, cấu trục khuỷu truyền chịu tác dụng lực sau: - Lực quán tính chi tiết chuyển động - Lực môi chất khí bị nén khí cháy giãn nở tác dụng đỉnh piston( lực khí thể) - Trọng lực - Lực ma sát 10 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn *) Khi kim m: Van in t c cp dũng in kớch t ln bo m nú m nhanh Lc tỏc dng bi van in t ln hn lũ xo l x v lm m l x Gn nh tc thi dũng in cao ỏp gim xung thnh dũng nh hn ch to lc t gi ty kim Khi l x m ra, nhiờn liu cú th chy vo bung iu khin trn vo khoang bờn trờn nú v t ú tr li thựng du qua ng du hi L x lm mt cõn bng ỏp sut nờn ỏp sut bung iu khin van gim xung, lm cho ỏp sut bung iu khin can thp hn ỏp sut bung cha ca ty kim (vn cũn bng vi ỏp sut ca ng) p sut gim i bung iu khin van lm gim lc tỏc dng lờn piston iu khin nờn kim m v nhiờn liu bt u phun Tc m kim phun c quyt nh bi s khỏc bit tc dũng chy gia l np v l x Piston iu khin tin n v trớ dng phớa trờn ni m nú cũn chu tỏc dng ca m du c to bi dũng chy ca nhiờn liu gia l np v l x Kim phun gi õy ó m hon ton v nhiờn liu c phun vo bung t ỏp sut gn bng vi ỏp sut ng Lc phõn phi kim thỡ tng t vi giai on m kim a b Hỡnh 2.21 Quỏ trỡnh thc hin phun a: Khi kim phun m b: Khi kim phun úng *) Khi kim phun úng: Khi dũng qua van in t b ngt, lũ xo y viờn bi úng kớn l x li L x úng ó lm cho ỏp sut bung iu khin van tng lờn thụng qua l np p sut ny tng ng vi ỏp sut ng van lm tng lc tỏc dng lờn nh piston iu khin Lc ny cựng vi lc ca lũ xo bõy gi cao hn lc tỏc dng ca bung cha v ty kim úng li Tc úng ca ty kim ph thuc vo dũng chy nhiờn liu qua l np 212 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn 5.2.5 H thng cung cp nhiờn liu vi bm vũi phun kt hp iu khin in t ( EUI v HEUI ) 5.2.5.1 H thng nhiờn liu Diesel EUI a) Khỏi quỏt Hỡnh 5.36 S h thng nhiờn liu EUI 1: Thựng du 5: Cỏc vũi phun 2: Bu lc thụ 6: ECM 3: Bm chuyn nhiờn liu 7: Cỏc cm bin 4: Bu lc tinh Mc dự c gii thiu vo cui nhng nm 80, nhng h thng nhiờn liu EUI ó t c nhng thnh tu nht nh v mt cu to, nõng cao tớnh nng lm vic v tin cy EUI cũn l tin cho h thng nhiờn liu HEUI Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector (tỏc ng thy lc, iu khin in t) sau ny H thng nhiờn liu EUI cú b phn cu thnh: - Cỏc vũi phun EUI: To ỏp sut phun t 10.000 - 30.000 psi v tc nh mc nú phun ti 19 ln/s - Bm chuyn nhiờn liu: Cung cp nhiờn liu cho cỏc vũi phun bng cỏch hỳt nhiờn liu t thựng cha v to mt ỏp sut t 60-125 psi - Mụ - un iu khin in t (ECM Electronic Control Module): L mt mỏy vi tớnh cụng sut ln iu khin cỏc hot ng chớnh ca ng c - Cỏc cm bin: L nhng thit b in t kim soỏt cỏc thụng s ca cỏc ng c: Nh nhit , ỏp sut, v cung cp cỏc thụng tin cho ECM bng mt in th tớn hiu 213 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn - Cỏc thit b tỏc ng: L nhng thit b in t s dng cỏc cng dũng in t ECM lm vic hoc thay i hot ng ca ng c Vớ d thit b tỏc ng vũi phun l cụng tc in t b) H thng nhiờn liu ỏp sut thp Cung cp nhiờn liu t thựng n cỏc vũi phun H thng nhiờn liu ny cú ba chc nng chớnh: Cung cp nhiờn liu n vũi phun EUI t chỏy, cp mt lng thớch hp lm mỏt vũi phun v cp mt lng x khớ h thng Cỏc b phn cu thnh chớnh h thng nhiờn liu ỏp sut thp: Thựng nhiờn liu, cỏc ng dn nhiờn liu, bu lc thụ nhiờn liu hoc b tỏch nc, bm tip nhiờn liu, bu lc tinh nhiờn liu v bm tay v van b iu chnh ỏp sut Gia cỏc loi ng c v ng dng khỏc thỡ t thựng nhiờn liu n bm tip thỡ cú s khỏc gia thnh phn cu to vớ d nh: i vi hu ht cỏc loi ng c xe ti ng kớnh bu lc thụ thng l 15 - 20 m loi b cn thựng nhiờn liu, vy cú mt s nh sn sut xe ti ch s dng bu lc tinh ch khụng dựng bu lc thụ Nhiờn liu c hỳt t thựng chy n bu lc thụ liu hoc b tỏch nc ú bu lc thụ s loi b cn ln trc nhiờn liu i vo bm tip nhiờn liu, õy l loi bm bỏnh rng in hỡnh v cú van gim ỏp, ỏp sut nhiờn liu b gii hn t 60-125 psi, lng nhiờn liu tha chy t van gim ỏp bờn ngoi qua cỏc ng dn bờn vo bm Nhiờn liu chy t cng ca bm n bu lc tinh nhiờn liu, trc õy bu lc tinh nhiờn liu thng cú dy l 10-15 m, phn ln cỏc mỏy s dng ng c sn xut trc nm 1999 v ng c mi thỡ cú bu lc m bu lc m ny cú th loi b c nhng loi cn rt nh, cn ny lm mũn vũi phun Bm tay c lp b bu lc nhiờn liu Bm tay cú nhin v lm y vo h thng v loi b khớ h thng nhiờn liu ỏp sut thp sau khớ np nhiờn liu hoc thay th vũi phun Nhiờn liu t thựng qua bm tip n bu lc v y nhiờn liu vo ng du cp vo np mỏy v quay tr v thựng Nhiờn liu chy t bu lc tinh nhiờn liu n ng u cp np mỏy Trờn ng c 3406E ng cp nhiờn liu l mt l khoan thụng t trc n sau ca np mỏy Trờn mỏy cú ng c C10C12 cm ng dn bờn sn ng c s cp nhiờn liu n tng vũi phun v dũng nhiờn liu tha s quay tr v thựng, dũng nhiờn liu tha chy n b iu chnh ỏp sut B iu chnh ỏp sut cú van mt chiu cú gn lũ xo van gim ỏp s m ỏp sut 60 psi v iu chnh ỏp sut khong 60-125 psi Khi ng c tt v nhiờn liu khụng cú, van nhiờn liu cú gn lũ xo s úng ct nhiờn liu khụng chy ngc v thựng Mt lng nhiờn liu phi c gi li lp mỏy cp cho vũi phun khi ng li ng c c) H thng dn ng phun Trc cam cú ba vu cho mi xylanh, hai vu dn ng cho cam np v cam x, cũn vu cũn li thỡ dn ng bm vũi phun Lc c truyn t vu cam dn ng vũi phun trờn trc cam qua i n a y, thụng qua cm cũ m tỏc ng lm vũi phun i xung nộn nhiờn liu to ỏp sut cao Du cú ỏp sut cao ny c cp n vũi phun Vũi phun to ỏp sut nhiờn liu Lng nhiờn liu thớch hp c phun vo xy lanh nhng thi im chớnh xỏc Mụ un iu khin ECM cú nhim v xỏc nh thi im v lng nhiờn liu cn phun 214 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn Hỡnh 5.37 S h thng dn ng phun ca EUI 1: ấcu iu chnh 4: a y 2: Cm cũ m 5: Trc cam 3: Vũi phun d) Vũi phun Cu to: Vũi phun EUI l mt vũi phun c khớ chớnh xỏc iu khin bng in t, cú cu to gm phn: - C cu sinh ỏp sut cao: Cam a tỡ a y cũ m i y piston plunger thõn xy lanh cm vũi phun - C cu iu khin phun Hỡnh 5.38 Cu to vũi phun 1: Cm van iu khin phun 4: Khoang xylanh 2: Cht y piston 5: Phõn kim phun 3: Piston bm *) Hot ng ca vũi phun: Cm van iu khin phun c iu khin bi ECM kt hp vi cam c dn ng bi ng c ca vũi phun EUI 215 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn Np nhiờn liu Phun nhiờn liu Kt thỳc phun Hỡnh 5.39 Cỏc giai on hot ng ca vũi phun Hot ng ca vũi phun EUI gm giai on sau: - Giai on np nhiờn liu: ECM iu khin m cm van iu khin phun, ng thi lỳc ny cam khụng tỏc ng vo a y, y plunger c lũ xo y lờn, th tớch khoang than xy lanh tng lờn v du c hỳt vo xylanh - Giai on phun: ECM iu khin úng cm van iu khin phun, ng du vo b bt kớn thõn xylanh, lỳc ny cam tỏc ng vo a y, thụng qua a y cũ m nộn y plunger xung p sut du xy lanh v khoang kim phun tng lờn thng lc lũ xo y kim phun i lờn v nhiờn liu c phun - Giai on kt thỳc phun: ECM iu khin m cm van iu khin, du cú ỏp sut cao thõn xy lanh hi v ng du np mỏy, kt thỳc phun 216 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn 5.2.5.2 H thng nhiờn liu Diesel HEUI a) Khỏi quỏt Hỡnh 5.40 S h thng nhiờn liu HEUI Bm ỏp cao Cỏc cm bin Van iu khin ỏp sut ECM Cm vũi phun H thng nhiờn liu HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector Tỏc ng thy lc, iu khin in t) l mt nhng ci tin ln ca ng c Diesel Nú cng l mt b phn cụng ngh ACERT ca hóng Carterpillar S i ca HEUI ó thit lp nhng tiờu chun mi i vi ng c v tiờu hao nhiờn liu, bn cng nh cỏc tiờu chun v khớ thi Cụng ngh phun nhiờn liu HEUI ang thay i cỏch ngh ca c nh k thut ln ngi hnh v hiu sut ca ng c Diesel Vt tri hn hn cụng ngh phun nhiờn liu truyn thng trc õy, HEUI cho phộp iu chnh chớnh xỏc nhiờn liu phun vo bung chỏy c v thi gian, ỏp sut v lng nhiờn liu phun mang li hiu sut cao cho ng c Cụng ngh phun nhiờn liu truyn thng trc õy ph thuc vo tc ng c, tc ng c tng thỡ ỏp sut phun cng tng lờn, gõy nh hng n bn ca ng c v lm tng sut tiờu hao nhiờn liu ca ng c p sut phun i vi h thng nhiờn liu HEUI khụng ph thuc vo tc ng c, m c iu khin bng in Vỡ vy, ng c trang b h thng HEUI s tit kim nhiờn liu hn v khớ x sch hn Nh vy ng dng h thng nhiờn liu HEUI vo 217 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn ng c cho phộp nõng cao hiu sut lm vic ca ng c, tit kim nhin liu v gim thiu cỏc tn tht cng nh ting n ca ng c Tuy nhiờn, cỏc thit b h thng nhiờu liu HEUI cú chớnh xỏc rt cao, nhiờn liu bn cú th gõy mũn, thm phỏ hng cỏc chi tit h thng Ht bn cú ng kớnh ch bng 1/5 ng kớnh si túc ó cú th gõy nguy him cho h thng Chớnh vỡ vy b lc gi mt vai trũ rt ln vic nõng cao bn ca h thng b) Vũi phun HEUI *) Cu to Hỡnh 5.41: Cu to vũi phun HEUI 1: Van iu khin in t 4: Van kim tra 2: Cm piston tng ỏp sut 5: Cm kim phun 3: ng du vo 6: Van tỏc ng phun Vũi phun l mt thit b c lp c iu khin trc tip bi mụ un iu khin in t ECM (2) Du cú ỏp sut t 800 n 3000 psi c bm cao ỏp (3) chuyn n vũi phun B phn piston lụng-gi vũi phun hot ng tng t nh xylanh thu lc cú tỏc dng nõng ỏp sut du vo vũi phun lờn n ỏp sut phun Van in t phớa trờn vũi phun nhn tớn hiu iu khin t ECM, qua ú iu khin du bụi trn tỏc ng tỏc ng vo piston lụng-gi iu khin thi im v lng nhiờn liu phun Hỡnh 5.42: Quỏ trỡnh phun ca vũi phun HEUI 218 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn *) Nguyờn lý lm vic Bm ỏp cao ca h thng cp mt lng du thy lc ti van in t ca vũi phun HEUI Ti õy van in t s c iu khin m cho du cú ỏp sut cao ny vo khoang phớa di van hỡnh nm tỏc ng phun Mt bm cp nhiờn liu (bm du Diesel) nm bm ỏp cao ng thi cp mt lng nhiờn liu cú ỏp sut nht nh vo ng biờn ca cm kim phun Ti õy nhiờn liu cú ỏp sut nht nh s ch sn khoang ca cm phun nm phớa di cn y Mt phn nhiờn liu cng c a xung cm piston tng cng ỏp sut Khi van in t m, du ỏp cao s c a vo khoang ca van hỡnh nm, to nờn mt ỏp sut y cn y i xung Cn y (Plunger) i xung s ng thi to mt ỏp sut thng c sc cng ca lũ xo cm tng cng ỏp sut, y nhiờn liu ch sn di khoang ca cn y ngoi bung t ca ng c Khi van in t úng li, du cao ỏp ngng cp vo khoang van hỡnh nm, ỏp sut trờn khoang van b mt, ng thi ỏp sut khoang bờn di cn y cng gim t ngt, ỏp sut khoang phớa di cn y ko thng sc cng ca lũ xo cm tng ỏp na, ngt quỏ trỡnh phun nhiờn liu vũi phun HEUI thỡ quỏ trỡnh phun cú c phun mi (Pilot Injection) c) Mụ un iu khin in t (ECM) Hot ng nh mt mỏy tớnh iu khin ton b ng c ECM nhn tớn hiu t cỏc cm bin khỏc nhau, phõn tớch x lý nh phn mm ó ci t b nh ca ECM v a tớn hiu iu khin n van in t ca vũi phun (1) iu khin thi im, v lng nhiờn liu phun ng thi, ECM cng gi tớn hiu n van iu khin ỏp sut tỏc ng phun (4) iu khin ỏp sut du chuyn n vũi phun Do ỏp sut ny t l vi ỏp sut phun, nờn qua ú ECM s iu khin c ỏp sut phun Nh vy ECM s iu khin c ton b quỏ trỡnh phun nhiờn liu phự hp vi tớn hiu cỏc cm bin gi v d) Bm cao ỏp L bm piston hng trc thay i lu lng Du t thựng c hỳt qua cỏc thit b nh: Lc du ri vo bm, hot ng ca bm s lm cho ỏp sut du tng lờn n ỏp sut yờu cu v bm du n vũi phun HEUI e) Van iu khin ỏp sut tỏc ng phun Thụng thng ỏp sut bm cao ỏp to s cao hn ỏp sut phun, van iu khin ỏp sut tỏc ng s x mt phn du tr v thựng n nh ỏp sut du bng ỏp sut yờu cu tớn hiu ECM qui nh Nh vy ng dng h thng nhiờn liu HEUI vo ng c cho phộp nõng cao hiu sut lm vic ca ng c, tit kim nhiờn liu v gim thiu cỏc tn tht cng nh ting n ng c Tuy nhiờn cỏc thit b h thng nhiờn liu HEUI cú chớnh xỏc rt cao, nhiờn liu ca ng c, nhiờn liu bn cú th gõy mũn, thm phỏ hng cỏc chi tit h thng Ht bn cú ng kớnh bng 1/5 ng kớnh si túc cng cú th gõy nguy him cho h thng Chớnh vỡ vy b lc gi vai trũ quan trng vic nõng cao bn ca h thng 219 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn 5.3 Cỏc h thng nhiờn liu khỏc 5.3.1.ng c HCCI (ng c chỏy ng b nh nộn) a u v nhc im ca ng c truyn thng: ng c t truyn thng ó úng gúp mt phn ỏng k cho s phỏt trin kinh t xó hi ca loi ngi, l mt phn khụng th thiu cụng nghip, giao thụng ti v cuc sng hng ngy Li ớch ca ng c t mang li rt ln nhng nhng nhc im ca nú cng gõy nhiu tỏc hi cho xó hi v cho ngi, nht l khớ thi v nõng cao hiu sut tit kim nhiờn liu Hai loi ng c tiờu biu l ng c xng v ng c diezel ng c xng t chỏy cng bc (SI-Spark Ignition Engine) cú quỏ trỡnh chỏy hỡnh thnh bugi bt tia la in v mng la s lan trn cho n ht khụng gian bung chỏy Quỏ trỡnh chỏy ny cú c l nh hn hp vo bung chỏy ng c ó c hũa trn trc mt cỏch ng nht gia khụng khớ v nhiờn liu ng c ny cú u im l chu ti nng, nhiờn liu c thờm vo, hũa khớ tr nờn m hn, ng c s d dng vt qua ti v tng tc nhanh, mc dự lỳc ny khớ thi cha nhiu HC cha chỏy thiu Oxy ch ti thp v trung bỡnh, cỏnh bm ga phi úng mt phn hn ch khụng khớ i vo cng l hn ch ho khớ i vo Chớnh iu ny lm cho ng c phi mt mt phn cụng sut hỳt khụng khớ vo cylinder S cn tr ca cỏnh bm ga to chõn khụng t cỏnh bm ga ti bung chỏy sinh lc cn tr quỏ trỡnh hỳt ca piston ng c diesel nộn chỏy (CI-Compression Ignition Engine) cú quỏ trỡnh chỏy c hỡnh thnh t tia phun ca nhiờn liu vo cui ký nộn, quỏ trỡnh chỏy v quỏ trỡnh hỡnh thnh ho khớ c tin hnh song song cho n nhiờn liu c chỏy ht Quỏ trỡnh chỏy ny cú hiu sut cao nhng sinh nhiu mui than s thiu Oxy cc b ti khu vc hỡnh thnh ho khớ Chớnh nhng nhc im ny thỳc y cho cỏc nghiờn cu nhm ci thin quỏ trỡnh chỏy ca ng c t trong, nõng cao hiu sut, tit kim nhiờn liu Cụng ngh HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) l mt nhng hng tip cn cỏc ú ng dng cụng ngh HCCI s cho quỏ trỡnh chỏy hon ho v sch hn Di mt s iu kin nú cú th gim tiờu hao nhiờn liu n 25% Lng NOx v mui than cng gim i ỏng k Hỡnh 2.31 Quỏ trỡnh chỏy ca ng c truyn thng v ng c HCCI b Nguyờn lý hot ng ca ng c HCCI ng c HCCI k tha nhng u im ca ng c xng v ng c diesel ú l chỏy sch v hiu sut cao Quỏ trỡnh chỏy tng t nh diesel nhng s dng nhiờn liu xng hoc quỏ trỡnh 220 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn chun b ho khớ tng t nh ng c xng Hn hp i vo xy lanh l ho khớ ó c ho trn trc gm nhiờn liu v khụng khớ Mt kim phun c t trc xupap np (hoc t trc tip cylinder) phun lng nhiờn liu chớnh xỏc nh mong mun ng c HCCI t chỏy ho khớ bng cỏch nộn nú xilanh.Hũa khớ mun t chỏy phi t c mt ỏp sut v nhit ti hn p sut c to nh t s nộn ca ng c tng ng vi ng c phun xng trc tip (GDI-Gasoline Direct Injection) Nhit c tng lờn nh khớ thi c lu hi vo cylinder Lng khớ thi ny giỳp cho hũa khớ vo cui k nộn t c nhit quỏ trỡnh HCCI cú th xy ra.S nộn chỏy xy thụng qua s tng nhit ca ho khớ k nộn piston tin n im cht trờn Quỏ trỡnh HCCI cn phi cú nhit , vỡ vy, ng c dựng cỏch ng truyn thng (nh ỏnh la bng bugi) sinh nhit cylinder v nhanh chúng t núng khớ thi tin hnh quỏ trỡnh HCCI Khi t c nhit t bc chỏy, tt c nhiờn liu bung chỏy c chỏy ng u, ti mi im ch HCCI, ho khớ tng i nht, nhiờn liu c chỏy kit hn Khụng ging nh ng c xng hay desel, HCCI cho nhit thp hn, nhit lng gii phúng khụng h cú ngn la trờn ton b cylinder ng c Vỡ vy, hiu sut ca quỏ trỡnh HCCI t c nh quỏ trỡnh diesel, ngoi khớ thi cng sch hn, khụng cn cỏc bin phỏp tn kộm x lý khớ thi nh ng c diesel Trong quỏ trỡnh hot ng ca ng c HCCI, cỏnh bm ga khụng lm nhim v iu tit hot ng, thay vo ú l cỏch thc iu khin khụng cỏnh bm ga Cỏch thc iu khin ny l s thay i tng hp cỏc yu t u vo nh lng khụng khớ np, lng khớ thi lu hi, v lng nhiờn liu c phun vo Vỡ vy, ng c HCCI khụng b tn tht ỏp sut s cn tr ca cỏnh bm ga trờn ng np HCCI s dng cỏc cụng ngh tiờn tin ó c ng dng trờn ng c nh h thng phun nhiờn liu trc tip vo cylinder, h thng iu khin cam thụng minh, h thng iu tra ỏp sut tng cylinder Tt c nhng h thng ny nhm to iu kin ti u cho quỏ trỡnh HCCI t c iu ny, h thng phi iu tra c lng khụng khớ bờn ngoi ng c i vo, iu khin c lng nhiờn liu phun ra, lng khớ thi luõn hi bng cỏch iu khin van dn khớ thi vo li trờn ng np hoc iu khin xupap thi gi li khớ chỏy, iu khin c thi gian m ca xupap np trỡ ỏp sut lũng cylinder nh mong mun Ch HCCI hot ng tt nht ti nh v trung bỡnh Khi ng v chy cm chng, ng c phi dựng ch chỏy truyn thng (nh t chỏy bng bugi) ch ti nng cng vy, hũa khớ ang cn giu hn, ch HCCI t khụng phự hp Nh vy, di hot ng ca ch HCCI b gii hn v nhng nghiờn cu ang trin khai l m rng di hot ng ú v rỳt ngn trng thỏi chuyn tip gia cỏc ch Mt thỏch thc khỏc na l vic iu khin quỏ trỡnh chỏy ca ng c HCCI Vi h thng ỏnh la cng bc bng tia la in, chỳng ta cú th d dng iu khin thi im ỏnh la nhng vi quỏ trỡnh chỏy khụng cú ngn la ca HCCI, chỳng ta phi thay i thnh phn ca hn hp v nhit mt cỏch phc thu c hot ng tng thớch Quỏ trỡnh HCCI c to bng cỏch tng t s nộn ca ng c lờn 11.34:1 v úng sm xupap thi Mt phn khớ thi c gi li cylinder nhm nõng cao nhit v ỏp sut cho quỏ trỡnh nộn t c iu kin HCCI Nghiờn cu cho thy quỏ trỡnh HCCI sinh ỏp sut cc i cylinder cao hn nhng nhit cc i thp hn Hiu qu cú c l nh mt lng khớ thi chu trỡnh trc c gi li lũng cylinder Trong quỏ trỡnh HCCI, lng khớ thi trung bỡnh chim 55% thnh phn np so vi 12% ng c truyn thng V tng th, quỏ trỡnh HCCI tit kim 12% nhiờn liu v gim 95% NOx Mt tr ngi ln cho quỏ trớnh HCCI l s chuyn tip t ch truyn thng m khụng gõy s xỏo trn ln no Thut toỏn iu khin rt phc chuyn tip ờm du gia hai ch S dng c cu thay i thi im xupap iu khin giai on chuyn tip gia ch truyn 221 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn thng v ch HCCI 10 chu trỡnh c thc hin bi Hc vin cụng ngh Massachuset (MIT) Ngoi vic nghiờn cu phũng thớ nghim, ng c HCCI ó c th nghim trờn thc t Cỏc k s ca GM ang th nghim trờn ng thit k ng c mi ny, GM tuyờn b s dng HCCI tit kim 15% so vi ng c xng truyn thng Mt chic Saturn Aura v Opel Vectra c gn ng c HCCI, dựng h thng phun xng trc tip, h thng cam thụng minh, cụng ngh iu tra ỏp sut xilanh gim tiờu hao nhiờn liu Sau nhiờn liu c t chỏy kt qu to thnh ng nng y piston xung Mt tt c nhiờn liu ó c t chỏy thỡ sau ú cỏc khớ thi c y bung t thụng qua mt van x V c bn ton b chu trỡnh t chỏy c hin th trc quan bng s sau Hỡnh 2.33.Chu trỡnh t chỏy Ch s octan ca nhiờn liu l mt ch tiờu ỏnh giỏ kh nng nộn ca nhiờn liu trc t ng bc chỏy Ch s octan l s ỏnh giỏ tng i giu ca mt hai chui: hydrocarbon Octan (CH (CH 2) CH 3) l tỏm nguyờn t cacbon ni chui vi (tin t octan), hoc cỏc chui hydrocarbon Hexan (CH (CH 2) CH 3): l sỏu nguyờn t cacbon chui li vi The higher the octane rating the more Octane than Hexane ( CH (CH ) CH ) is present: such as Ch s octan cng cao thỡ octan cng nhiu hn hecxan: nh xng (Hóy tham kho biu di õy cho cụng thc cu trỳc) Bng 2.3.1.4 Biu biu din Ch s octan T s nộn c trng cho lng nhiờn liu v khụng khớ di STP (nhit v ỏp sut chun) so vi s lng nhiờn liu v khụng khớ c cha mt khụng gian nh vy v di s nộn Vớ d: mt t l nộn l: 10/1 xỏc nh rng cú mi ln s lng nhiờn liu v khụng khớ mt th tớch bỡnh thng di iu kin STP Nhiờn liu vi ch s octan cao l mong mun ng c t chỏy bng tia la vỡ ta mun cho tt c cỏc nng lng tim tng xng c gii phúng ti nh im ca k nộn hiu sut to ng nng l ln nht T l nộn ng c t chỏy bng tia la thụng thng khong t 6:1, qua 11:01 mt s ng dng hiu sut cao Tuy nhiờn, vi nhiờn liu diesel hay ng c t chỏy nộn nhiờn liu thỡ li mong mun vi ch s octan thp hn iu ny l mt ng c diesel hn hp nhiờn liu / khụng khớ c t di mt sut nộn cao hn nhiu (14:1 18:1) l nguyờn nhõn hn hp bc chỏy t ỏp lc Ch s octan thp hn l iu cn 222 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn thit bi vỡ hecxan thp cho phộp nộn ỏp lc cao Vic nộn l nguyờn nhõn cỏc liờn kt ca cacbon hexane b phỏ v, nhiờn liu bc chỏy Tuy nhiờn chớnh hin ca h thng ny l sut quỏ trinh chỏy ca chu k Trong ng c c in thit k ng c t mt tia la c a n nhiờn liu hoc nhiờn liu t ng bc chỏy thụng qua nộn Vn l vi mt tia la nhiờn liu bc chỏy vo thi im m cỏc tia la tip xỳc vi nhiờn liu Kt qu l, "sau ú ngn la lan truyn ngoi theo hng ca cỏc thnh bung t Tc ngn la ph thuc vo nhp nng lng, mụi cht cụng tỏc v sn phm cú th c chuyn n v t ngn la phớa trc iu ny l khụng mong mun bi vỡ sau ú nng lng sinh thay vỡ c dn v hng piston li c hp th bi thnh bung t cú nhit tng i thp hn m thng bao gm mt loi nhụm hoc hp kim nhụm Diesel hoc ng c chỏy bng tia la t c hiu qu hn s dng tim nng nng lng cú cha nhiờn liu Khi chui cacbon Hexan nhiờn liu t ti im m ti ú cỏc liờn kt bt u b phỏ v, cỏc phõn t bt u phõn ró hng lot ton b mu nhiờn liu, nhiờn khụng phi mi chui vỡ mt cỏc phõn t bt u phỏ v l nguyờn nhõn gõy chỏy y piston di chuyn xung gim t l nộn v khụng cho phộp cỏc phõn t Hexan cũn li phỏ v.Quỏ trỡnh chỏy xy nhanh hnso vi ng c ỏnh la trc tip cú t s nộn cao hn, kt qu nhiờn liu cha chỏy ó chỏy hon ton sau kt thỳc quỏ trỡnh ng c HCCI c thit k ch yu da trờn nguyờn lý hot ng ca mt ng c diesel Tuy nhiờn c s dng ng thi nhng ý tng t ng c ỏnh la v ng c diesel u tiờn, khụng khớ c a vo bung t vi mt lng nh nhiờn liu Vic phun nhiờn liu ln u xem nh l phun im núng bung t trc phun chớnh Sau phun chớnh, nhiờn liu c nộn bung t gn vi nhit bc chỏy ca nhiờn liu lỳc ú l quỏ trỡnh chỏy iu ny cho phộp nhiu nng lng hn c chuyn sang ng nng thay vỡ nhit nng, hng xung phớa piston Cỏc loi nhiờn liu ú l c tớnh mong mun cho ng c HCCI l mt loi ng c vi tr s octan thp cho phộp t l nộn cao hn ng c ỏnh la Tuy nhiờn t s nộn ng c HCCI thp hn ng c diesel iu ny l t s nộn cao thỡ lng nhit ln hn c gii phúng quỏ trỡnh t chỏy nhiờn liu Trong cỏc ng c HCCI ch yu l iu khin quỏ trỡnh chỏy ca ng c giai on chỏy chớnh, v cho phộp vic t chỏy nhiờn liu hon chnh hn Vic nhiờn liu t chỏy nộn bt u bng cỏch phỏ v cỏc hng phõn t Hexan nh ng c diesel, nhng k t nng lng ớt chuyn i sang nhit hn,kt qu phõn tớch cht húa hc thờm t ỏp lc v nhit, cho phộp cho mt phn ng hon chnh hn Cỏc quỏ trỡnh ca ng c HCCI cú th c biu din trc quan bng s sau Hỡnh 2.34 Cỏc quỏ trỡnh ca ng c HCCI 223 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn Kt qu th nghim ca ng c HCCI ó sm cho thy mt s gia tng hiu qu ỏng k ng c diesel c in Tuy nhiờn lng khớ thi t ng c li tng lờn Kt qu cho thy, NOx v mui than ó thc s gim n mc ti thiu Tuy nhiờn, lng khớ thi cỏc hydrocarbon (HC) v oxit cacbon (CO), m thng thp ng c diesel 5.3.2.ng c hybrid a Khỏi quỏt v ng c hybrid ng c hybrid l loi m ng c hot ng vi hai ngun ng lc S cn thit ca ng c hybrid: Gim nng khớ thi S núng lờn ca trỏi t Phỏt trin tng lai Ngun nhiờn liu cn kit Hỡnh 2.35 ng c in S phỏt trin ca ng c hybrid gn lin vi quỏ trỡnh hỡnh thnh v phỏt trin ca xe hi hybrid 224 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn Xe hybrid cú mt lch s phỏt trin di Mc dự s phỏt minh xe hybrid ó bt u cỏch õy nhiu th k Khi giỏ ca gas tng lờn ti mt nhp phỏt trin cao hn, sn xut ụtụ rừ rng to nhng chic xe m s dng cụng ngh nhiờn liu xen k Honda Insight l chic xe u tiờn ỏnh vo th trng nc M vi sn lng ln V bõy gi tt c xe hybrid nc M ch chim 1% tng s tt c xe V nu giỏ gas tng ti nhp phỏt trin hin hnh, mt ngy khụng xa s cú nhiu xe hybrid hn xe xng b Cu to ca mt s chi tit, cm chi tit trờn xe Toyota Hybrid System (THS) H thng iu khin hybrid la chn s kt hp tt nht ca hai ngun dn ng trờn tng xng vi nhng iu kin lỏi Prius th h 01-03 s dng THS Prius th h 04 tr v sau s dng THS-II , nú cng c da trờn nhng khỏi nim c bn tng t nh THS nhng ci thin MG1, MG2, c qui v ng c xng Hỡnh 2.36 Cu trỳc xe hybrid 225 Khoa C khớ ng lc Trng i hc s phm k thut Hng Yờn Hỡnh 2.37 S h thng iu khin hybrid Cỏc thnh phn ca h thng hybrid Hp s hybrid bao gm MG1, MG2 v cm bỏnh rng hnh tinh ng c 1NZ-FXE Cm b chuyn i bao gm b chuyn i mụ t-mỏy phỏt, b chuyn i khuch i, b chuyn i DC-DC, v b chuyn i A/C ECU HV, hp tớn hiu t cỏc cm bin v gi kt qu tớnh toỏn n ECM, cm bin i, ECU cqui, ECU iu khin trt iu khin h thng hybrid Cm bin v trớ s Cm bin v trớ bn p ga, bin i gúc m bm ga thnh tớn hiu in ECU iu khin trt, iu khin phanh tỏi sinh ECM ECU c qui, kim tra tỡnh trng np ca cqui HV v iu khin s hot ng ca qut lm mỏt B ni in SMR (System Main Relay), ni v ngt mch cụng sut cao ỏp c qui ph, lu tr 12V DC cho h thng iu khin xe 226 ... Yờn Phần i động lực học động đốt ch-ơng I Động học cấu trục khuỷu truyền 1.1 Động học cấu trục khuỷu truyền giao tâm Nghiên cứu qui luật chuyển động tịnh tiến piston nhiệm vụ chủ yếu động học để... lc Trng i hc S phm k thut Hng Yờn 1.2 Động học cấu trục khuỷu truyền lệch tâm Trong số động đốt trong, động cao tốc, hành trình ngắn, ng-ời ta th-ờng dùng cấu trục khuỷu truyền lệch tâm để nhằm... Yờn Ch-ơng 2: Động lực học cấu trục khuỷu truyền 2.1 Khối l-ợng chi tiết chuyển động cấu TKTT Khối l-ợng chi tiết máy cấu trục khuỷu truyền đựơc chia làm loại : + khối l-ợng chuyển động tịnh tiến