tính toán các thông số chính của Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng dùng bộ chế hoà khí

Tài liệu tham khảo Kết cấu tính toán động Cơ đốt trong - Bản vẽ Cơ cấu phối khí thuộc Bộ môn Động lực, Khoa Cơ khí, Đại học kỹ thuật

CHƯƠNG 9 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG DÙNG BỘ CHẾ HOÀ

KHÍ 9.1 Tính toán các bộ phận chính của bộ chế hoà khí

9.1.1 Vật liệu chế tạo các chi tiết chính

HÌu hÕt c¸c chi tiÕt bĩ chÕ hßa khÝ dïng kim lo¹i mµu ®Ó tr¸nh rØ

Th©n bĩ chÕ hßa khÝ: Hîp kim ch× víi thµnh phÌn 0,6  0,9%Cu; 3,5 Cu; 3,5  4,5%Cu; 3,5

Al; 0,2%Cu; 3,5 Mg; cßn l¹i lµ Zn, cho phÐp cê kh«ng qu¸ 0,12%Cu; 3,5 t¹p chÍt (trong ®ê kho¶ng 0,015%Cu; 3,5 Pb), 0,1%Cu; 3,5 Fe, 0,002%Cu; 3,5 Sn, 0,005%Cu; 3,5 Cd Hîp kim nµy cê øng suÍt kÐo giíi h¹n 

27000 MN/m2, ®ĩ cøng Brinen  73 øng víi lùc Ðp 9810N vµ ®íng kÝnh viªn bi lµ 10mm, trªn chiÒu dµi L = 5d (d - ®íng kÝnh mĨu kÐo); ®ĩ gi·n nị t¬ng ®ỉi  4,2%Cu; 3,5 th©n bĩ chÕ hßa khÝ rÍt phøc t¹p nªn ph¶i dïng ph¬ng ph¸p ®óc ¸p lùc hîp kim ch×

Phao x¨ng: HÌu hÕt chÕ t¹o b»ng ®ơng thanh, hiÖn nay cê xu híng dïng chÍt

dÎo polycaprolactam hoƯc nhùa tưng hîp MCH v× hai lo¹i nµy ®¶m b¶o cho phao ®¹t chÍt lîng tỉt Phao lµm b»ng chÍt dÎo gi¶m ®îc thÓ tÝch cña phao tõ ®ê gi¶m ®îc thÓ tÝch buơng phao (vĨn ®¶m b¶o søc Ðp lªn van kim), søc bÒn c¬ hôc tỉt h¬n, gi¸ thµnh chÕ t¹o thÍp h¬n (kho¶ng 2  2,5 lÌn so víi ®ơng thanh) Ngoµi ra ngíi ta cßn dïng chÍt dÎo lµm hông vµ vµi chi tiÕt cña bĩ chÕ hßa khÝ

C¸c gÝc-l¬, th©n van kim, pitt«ng thíng lµm b»ng ®ơng thanh C59.

Bím giê vµ bím ga lµm b»ng c¸c l¸ ®ơng thanh 63.

Th©n buơng hìn hîp ®óc b»ng gang x¸m C 18-36 hoƯc C 21-14.

9.1.2 Buồng hỗn hợp

9.1.2.1 TÝnh ®íng kÝnh buơng hìn hîp

§íng kÝnh buơng hìn hîp lµ kÝch thíc c¬ b¶n vµ quan trông, dùa vµo ®íng kÝnh nµy ®Ó chôn bĩ chÕ hßa khÝ cho ®ĩng c¬

1000

n i V

.

a

an - HÖ sỉ dao ®ĩng cña dßng ch¶y, phô thuĩc vµo sỉ xilanh dïng chung mĩt buơng hìn hîp; Vh - thÓ tÝch c«ng t¸c cña mĩt xilanh (dm3); i - sỉ xilanh dïng chung mĩt buơng hìn hîp; n - sỉ vßng quay ®ĩng c¬ (v/ph)

9.1.2.2 KiÓm nghiÖm tỉc ®ĩ kh«ng khÝ qua buơng hìn hîp

Theo kinh nghiÖm cña c¸c níc, ®ĩng c¬ ®¹t ®îc chØ tiªu kinh tÕ kü thuỊt tỉt nÕu tỉc ®ĩ vtb = 40  60 m/s (4 xilanh cê chung mĩt buơng hìn hîp), vtb = 20  30 m/s (nÕu 2 xilanh chung mĩt ®íng hìn hîp)

Tỉc ®ĩ trung b×nh cña dßng khÝ qua buơng hìn hîp tÝnh theo c«ng thøc:

750 d

n i V

b

v h

tb









 ; (m/s)

Trong ®ê:

Vh - thÓ tÝch c«ng t¸c cña mĩt xilanh (m3); i - sỉ xilanh dïng chung mĩt buơng hìn

hîp; n - sỉ vßng quay ®ĩng c¬ (v/ph); db - ®íng kÝnh cña buơng hìn hîp (m); v

- hÖ sỉ n¹p;  - hÖ sỉ quÐt khÝ;  -sỉ kú

V× nÕu Ýt xilanh chung mĩt buơng hìn hîp th× thíi gian m«i chÍt ®i qua buơng hìn hîp rÍt nhâ (chØ chiÕm kho¶ng 1/4 hoƯc 1/2 thíi gian cña chu tr×nh khi cê 1 hoƯc 2 xilanh)

9.1.2.3 ChiÒu dµi buơng hìn hîp

ChiÒu dµi buơng hìn hîp lb= (0,8  1,8)db

9.1.3 Xác định kích thước họng:

9.1.3.1 X¸c ®Þnh s¬ bĩ ®íng kÝnh:

§íng kÝnh hông ®îc quyÕt ®Þnh bịi lu lîng kh«ng khÝ qua hông vµ tỉc ®ĩ thùc

tÕ kh«ng khÝ qua hông trong giíi h¹n theo thùc nghiÖm

Chôn s¬ bĩ ®íng kÝnh cña hông dh theo kinh nghiÖm

- Lo¹i mĩt hông: dh = (0,6  0,8)db

- Lo¹i hai hông : dhn = (0,6  0,8)db

dht = (0,2  0,3)db

- Lo¹i ba hông : dhn = (1  1,2)db

dhg = (0,4  0,5)db dht = (0,2  0,3)db

dh - ®íng kÝnh cña hông

dhn , dhg , dht - ®íng kÝnh cña hông ngoµi, hông gi÷a vµ hông trong

db - ®íng kÝnh cña buơng hìn hîp

9.1.3.2 §ĩ ch©n kh«ng t¹i hông:

2 2

120





























h v h

k h

ni d

D S p







(N/m2)

h - HÖ sỉ lu lîng cña hông, phô thuĩc vµo h×nh d¸ng, chÍt lîng cña hông vµ sỉ hông

h = 0,85  0,9 - víi lo¹i mĩt hông,

h = 0,7  0,85 - víi lo¹i hai hoƯc ba hông

Chó ý r»ng: ph kh«ng ph¶i lµ h»ng sỉ theo thíi gian, dao ®ĩng cña ph cµng lín khi sỉ vßng quay ®ĩng c¬ cµng thÍp vµ sỉ xilanh cµng Ýt ph - ®ĩ ch©n kh«ng ị hông (N/m2), thíng kho¶ng 2000-15000 N/m2

9.1.3.3 Tỉc ®ĩ thùc tÕ kh«ng khÝ qua hông:

h h

k

p 2 v







Tỉc ®ĩ thùc tÕ cña kh«ng khÝ qua hông n»m trong kho¶ng 40 - 130 m/s

9.1.3.4 Lu lîng kh«ng khÝ qua hông:

k h

v k

120

ni V

G    (kg/s)

Vh : thÓ tÝch c«ng t¸c cña mĩt xi lanh( m3); n: sỉ vßng quay cña ®ĩng c¬ (v/ph);

k: khỉi lîng riªng cña kh«ng khÝ tríc ỉng n¹p = 1,1 -1,2 (kg/m3); i: sỉ xilanh; v: hÖ

sỉ n¹p =0,7-0,9

9.1.3.5 §íng kÝnh chÝnh x¸c cña hông:

k k

k h

v

G 4 d





Tỉc ®ĩ vtb ®îc chôn chØ ®¶m b¶o kÕt qu¶ tỉt khi lùa chôn chÝnh x¸c tû sỉ gi÷a tiÕt diÖn lu th«ng hông khuÕch t¸n fh vµ tiÕt diÖn lu th«ng cña buơng hìn hîp fb:

Víi bĩ chÕ hßa khÝ l¾p trªn ®ĩng c¬ «t« 0 , 4 0 , 75

f

f

b

h





Víi bĩ chÕ hßa khÝ l¾p trªn ®ĩng c¬ xe m¸y, xuơng m¸y f

f h

b = 1

NÕu f

f

h

b nhâ qu¸ lµm t¨ng ¸p suÍt tÜnh sau hông khuÕch t¸n, x¨ng khê bay h¬i, mƯt kh¸c cßn g©y ¶nh hịng xÍu tíi chÍt lîng lµm viÖc cña hÖ thỉng kh«ng t¶i

NÕu f

f

h

b lín qu¸, ¶nh hịng xÍu tíi kh¶ n¨ng phôc hơi ¸p suÍt tÜnh t¹i khu vùc sau hông khuÕch t¸n vµ do ®ê lµm t¨ng tưn thÍt trong bĩ chÕ hßa khÝ

9.1.4 Gíc lơ và vòi phun

NÕu bĩ chÕ hoµ khÝ cê gÝc l¬ chÝnh vµ gÝc l¬ bư xung th× kÝch thíc c¸c gÝc l¬ ®îc tÝnh nh sau

9.1.4.1 Tỉc ®ĩ nhiªn liÖu qua gÝc l¬ chÝnh





















v

nl

h g

g: Hệ số lưu lượng qua gíc lơ chính xác định theo tỷ số lg/dg và ph

nl: Khối lượng riêng nhiên liệu (kg/m3), đối với xăng = 730-780kg/m3

g: gia tốc trọng trường = 9,81m/s2

h: Chênh lệch mức xăng và miệng vòi phun (m)

9.1.4.2 §íng kÝnh lì gÝc l¬ chÝnh:

nl nl

nlc

g

.

v

.

G

4

d







Gnlc: Lưu lượng nhiên liệu qua gíc lơ chính (kg/s) chiếm 90

- 95 % lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giơ của động cơ

3 e e

3600

g N

9.1.4.3 Tỉc ®ĩ lý thuyÕt nhiªn liÖu qua gÝc l¬ bư xung:

gH

2

vnlp  (m/s)

H: là mức xăng trong buồng phao (m)

9.1.4.4 §ĩ ch©n kh«ng sau gÝc l¬ bư xung:

2

2

nl

nlp

p

v

p  

9.1.4.5 §íng kÝnh gÝc l¬ bư xung:

nl nlp gp

nlp gp

v

G d









.

4

(m) Gnlp: Lưu lượng nhiên liệu qua gíc lơ bổ xung (kg/s) Gnlp=Gnl-Gnlc

g: Hệ số lưu lượng qua gíc lơ bổ xung xác định theo tỷ số lgp/dgp và pp

9.1.5 Buồng phao:

9.1.5.1 TÝnh to¸n c¬ cÍu phao:

C¸c thµnh phÌn lùc t¸c dông lªn c¬ cÍu phao

5 4 3 2

1

6 F F F F F

Trong ®ê:

F1 - lùc ®Ỉy cña ¸p suÍt x¨ng trªn ỉng dĨn

F2 - trông lùc cña van kim

F3 - lùc cÌn ®Ó ®êng kÝn van kim

F4 - trông lùc tay ®ßn

F5 - trông lùc cña phao

F6 - lùc ®Ỉy acsimet

Trªn c¬ sị tÝnh to¸n ta chôn c¸c chi tiÕt cña buơng phao nh»m gi÷ møc x¨ng thay ®ưi Ýt khi thay ®ưi lu lîng x¨ng hoƯc ¸p suÍt trong b¬m chuyÓn x¨ng

9.1.5.2 C¸c kÝch thíc chÝnh cña buơng phao:

Mĩt sỉ sỉ liÖu kinh nghiÖm cña c¬ cÍu buơng phao:

- §íng kÝnh ®Õ van kim: 1,5  2,2 mm

Gêc ®Ønh van kim: 900  1200 Gêc nµy cê thÓ nhâ h¬n gêc v¸t cña ®Õ van kim kho¶ng 1  20 lµm cho van kim b¸m chƯt lªn ®Õ van kim khi kim lo¹i cê biÕn d¹ng

- Khỉi lîng van kim: 1  3 g

- Kho¶ng c¸ch tõ trôc quay ®Õn van kim: 5  10 mm

- Kho¶ng c¸ch tõ trôc quay tíi trôc th¼ng ®øng cña phao: 20  30 mm

- Khỉi lîng phao: 10  35 g

- ThÓ tÝch phao: 35  52 cm3

- Khỉi lîng riªng cña phao: 0,2  0,385 g/cm3

- PhÌn thÓ tÝch phao ch×m trong x¨ng: 0,5  0,7

- ThÓ tÝch x¨ng chøa trong buơng phao: 50  150 cm3

9.2.1.1 TÝnh to¸n b¬m x¨ng kiÓu mµng:

Lưu lượng bơm xăng phụ thuộc vào:

Đường kính thân bơm DT (mm)

Diện tích tiếp xúc đĩa ép, ứng với D1(mm)

Hành trình của trục đẩy màng bơm hc(mm)

Lưu lượng lý thuyết của bơm:

10

V lt   lt (l/h)

Trong đó :

2 2

12 D D D D

h

lt   (mm3)

n: là số chu trình làm việc của bơm trong một phút

2 1 c

4

h

V  

Vlt đặc trưng cho kích thước của bơm Thông thường Vlt lớn hơn 20 lần lượng nhiên liệu lớn nhất động cơ tiêu thụ trong 1 giờ Do vậy khi các chi tiết dẫn động bơm mòn vẫn có thể đảm bảo cung cấp đủ xăng

Lưu lượng thực tế của bơm Vt (l/h) được xác định trên bệ thử trường hợp không có đối áp sau bơm (trở lực ở van kim) Vct là lưu lượng công tác của bơm điều kiện xác định như Vt nhưng có đối áp sau bơm Vct lớn hơn lưu lượng tiêu thụ lớn nhất của động cơ khoảng 2-3 lần vì vậy có thể khử sạch bọt khí trong đường ống

Trình tự thiết kế bơm xăng:

Chọn hc khoảng 4-6mm (với bơm có Dt <50mm.)

Xác định D1, tính dự trữ với hct = 0,1hc

max 1

h

V 4 D





 , với V’max lưu lượng xăng cung cấp trong một chu trình, tính theo lượng nhiên liệu tiêu thụ lớn nhất trong một giờ V’max V’lt

Thường chọn D1 = D2, khi đó kích thước DT sẽ là:

DT = D1 + 4r + 4

r: bán kính lượn của đĩa ép trên và dưới (mm)

; chiều dày màng bơm.(mm) thường 0,5mm

Kinh nghiệm cho thấy r và R nên >= 0,5hc Khi r >=4 - 5 chiều dày đĩa ép và R>= 7-8 mm, bơm làm việc tốt nhất

Thường DT = (1,4 - 1,8)D1 Áp suất đẩy của bơm pb phụ thuộc sức cản sau bơm, pb lớn nhất khi lưu lượng bằng không và bằng 120 - 250mmHg, áp suất này phụ thuộc độ cứng lò xo màng bơm C= 13 - 25 N/cm; dlxo = 1,8 - 1,9mm; vật liệu lò xo thép 65; Dtb= 20 - 30 mm, lo = 40 - 50 mm

Màng bơm bằng vải sơn đặc biệt, có khả năng đàn hồi và chịu được xăng Hành trình của các van một chiều khoảng 1,5 2,5mm, đường kính lỗ van thường khoảng (0,12 -0,16)DT Van bằng píp hoặc cao su chịu xăng lắp với đế van và lò xo vào thân van dlxo = 0,2 - 0,4mm, số vòng 5,5 - 65, D = 6

- 8 mm, độ cứng 0,35 - 0,4 N/cm

9.2.2 Thùng xăng:

ThÓ tÝch thïng x¨ng:

§ĩng c¬ m¸y kÐo:

Vt g N te e

nl



 . . (lÝt)

§ĩng c¬ «t« xe m¸y:

Vt . S V

100 100 (lÝt)

Trong ®ê:

 - hÖ sỉ sö dông thÓ tÝch: ®ĩng c¬ m¸y kÐo  = 1,1; «t«, xe m¸y  = 1,06  1,12; ge - suÍt tiªu hao nhiªn liÖu (kg/kW.h); Ne - c«ng suÍt cê Ých ®Þnh møc (kW)

t - sỉ gií ®ĩng c¬ lµm viÖc liªn tôc ị chÕ ®ĩ toµn t¶i (thíng t = 10 h);

S - Qu·ng ®íng xe ch¹y mĩt ngµy ®ªm hoƯc qu·ng ®íng xe ch¹y kh«ng cÌn ®ư x¨ng; V100 lµ thÓ tÝch nhiªn liÖu tiªu thô trung b×nh cho 100 km