áp và vòi phun phun nhiên liệu vào buồng đốt (đối với động cơ diezel) làm nhiên liệu tự bốc cháy hay buji bật tia lửa điện (đối với động cơ xăng) đốt cháy nhiên liệu. Nhiên liệu cháy l[r]
(1)1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA SƯ PHẠM KỸ THUẬT
o0o
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ ỨNG DỤNG (Dành cho sinh viên ngành Sư phạm Kỹ thuật Công nghiệp)
(2)2 MỤC LỤC
Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1 Lịch sử phát triển
1.2 Động đốt loại động nhiệt
1.3 Phân loại động đốt
1.4 Nguyên lý làm việc động đốt
1.4.1 Cấu tạo chung động đốt 6
1.4.2 Những khái niệm định nghĩa 6
1.4.3 Nguyên lý làm việc động bốn kỳ 7
1.4.4 Nguyên lý làm việc động hai kỳ 10
1.5 So sánh loại động đốt 12
1.6 Sự làm việc động nhiều xilanh 12
Chương 2: CƠ CẤU THANH TRUYỀN – TRỤC KHUỶU 16
2.1 Lực mô men tác dụng lên cấu truyền - trục khuỷu 16
2.2.Cấu tạo nhóm piston 17
2.2.1 Piston 17
2.2.2 Chốt piston 21
2.2.3 Secmăng 21
2.3 Thanh truyền 24
2.4 Trục khuỷu 29
2.5 Bánh đà 34
2.6 Thân máy 36
2.7 Lót xylanh 40
2.8 Nắp xylanh 42
Chương 3: CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 46
3.1 Khái quát cấu phân phối khí 46
3.2 Cơ cấu phân phối khí dùng supáp 46
3.3 Kết cấu số chi tiết cấu phân phối khí 48
Chương 4: HỆ THỐNG LÀM MÁT 60
4.1 Giới thiệu chung hệ thống làm mát 60
4.2 Kết cấu phận hệ thống làm mát 62
4.2.1 Két nước 62
4.2.2 Bơm nước 63
4.2.3 Quạt gió 64
4.2.4 Van nhiệt 65
Chương 5: HỆ THỐNG BÔI TRƠN 69
5.1 Giới thiệu chung hệ thống bôi trơn 69
5.2 Cấu tạo phận hệ thống bôi trơn 71
5.2.1 Bơm dầu 71
5.2.2 Bầu lọc dầu 72
5.2.3 Vấn đề thông cho động 73
Chương 6: HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG 75
6.1 Giới thiệu chung 75
6.1.1 Nhiệm vụ - phân loại 75
6.1.2 Cấu tạo chung hệ thống 75
6.2 Cấu tạo hoạt động hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng chế hồ khí 77
(3)3
6.2.2 Bầu lọc xăng 78
6.2.3 Bộ chế hồ khí đơn giản 80
6.2.4 Bộ chế hồ khí đại 83
Chương 7: HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊU LIỆU ĐỘNG CƠ DIEZEL 96
7.1 Giới thiệu chung 96
7.1.1 Nhiệm vụ - yêu cầu 96
7.1.2 Sơ đồ cấu tạo chung 96
7.2 Cấu tạo hoạt động phận 97
7.2.1 Bơm áp lực thấp 97
7.2.2 Bầu lọc nhiên liệu 98
7.2.3 Bơm cao áp 100
7.2.4 Vòi phun 103
Chương 8: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRÊN Ô TÔ 106
8.1 Giới thiệu chung 106
8.2 Cấu tạo hoạt động số phận 109
8.2.1 Hệ thống truyền lực 109
8.2.1.1 Khái quát chung 109
8.2.1.2 Ly hợp 110
8.2.1.3 Hộp số khí 117
8.2.1.4 Truyền động đăng 122
8.2.1.5 Cầu chủ động 125
8.2.2 Một số hệ thống hỗ trợ q trình truyền lực tơ 131
8.2.2.1 Hệ thống phanh 131
8.2.2.2 Hệ thống treo 141
8.2.2.3 Hệ thống lái (Steering) 150
Chương 9: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRÊN XE MÁY 152
9.1 Giới thiệu chung 152
9.2 Cấu tạo hoạt động (Hệ thống truyền lực xe máy) 154
9.2.1 Khái quát chung 154
9.2.2 Sơ đồ hệ thống truyền lực 155
9.2.2.1 Ly hợp 155
9.2.2.2 Hộp số 158
9.2.2.3 Bộ truyền lực cuối 161
Chương 10: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRÊN TÀU THỦY 163
10.1 Giới thiệu chung 163
10.2 Cấu tạo hoạt động số phận (Hệ thống truyền lực) 166
10.2.1 Động 170
4.2.2.2 Ly hợp ma sát 171
Chương 11: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRÊN MÁY NÔNG NGHIỆP 176
11.1 Giới thiệu chung 176
11.2 Cấu tạo hoạt động ĐCĐT máy nông nghiệp 178
11.2.1 Động 178
11.2.2 Hệ thống truyền lực (HTTL) 178
11.2.3 Bộ phận di động 179
11.2.4 Hệ thống điều khiển 179
11.2.5 Thiết bị công tác 179
(4)4
Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Lịch sử phát triển
- Năm 1784 Jiêm – Oat chế tạo thành công máy nước
- Năm 1860 Jăng Echien Lơ Noa, người hầu bàn nhà kỹ thuật nghiệp dư Paris chế tạo thành cơng động hai kỳ chạy khí thiên nhiên, hiệu suất 4,65%
- Năm 1877 Ôt tô Nicolas Langhen phát minh động đốt bốn kỳ chạy khí thiên nhiên, hiệu suất 20%
- Năm 1885 Dam Le chế tạo thành công động xăng
- Năm 1897 Rudolf Diezel chế tạo thành công động chạy nhiên liệu nặng, phun nhiên liệu khí nén, hiệu suất đạt 26%
- Năm 1901 Robert Bosh đề xuất chế tạo bơm cao áp vòi phun để phun nhiên liệu vào xilanh Đến động điêzel hoàn chỉnh
Ở Việt nam:
- Từ năm 1960 nhà máy khí Trần Hưng Đạo – Hà Nội sản xuất động 2B10,5/13 từ năm 1972 chế tạo động 2B9,5/11
- Công ty Diezel Sông Công sản xuất loại động D50, D80, TS - 130,… - Nhà máy khí Duyên Hải – Hải phòng sản xuất loại động D22T, D23T, 1B9,5/11,5,…
- Hiện nay, xây dựng tổ hợp ô tô Đông Anh sở Công ty ô tô - chuyên sản xuất xe ca, tổ hợp ô tô Bắc Giang chuyên sản xuất xe vận tải chuẩn bị khởi công tổ hợp ô tô Hải Dương chuyên sản xuất xe du lịch, có nhà máy chế tạo động đáp ứng cho nhà máy xản xuất ô tô
1.2 Động đốt loại động nhiệt
Động nhiệt có hai loại lớn: 1/ Động nước (động đốt ngoài) gồm: Động kiểu piston Turbin hơi; 2/ Động đốt trong: loại động nhiệt mà việc đốt cháy nhiên liệu, toả nhiệt trình chuyển nhiệt thành tiến hành động
Động đốt có: Động đốt kiểu piston; Turbin nhiệt; Động phản lực; Động rôto quay (động valken)
Ưu điểm động đốt trong: +Hiệu suất có ích cao: 40 – 45 %
+Gọn nhẹ loại động khác công suất +Khởi động nhanh sẵn sàng khởi động
(5)5 +Không cần nhiều người phục vụ
+Điều kiện làm việc thợ máy tốt Nhược điểm:
+ Khả tải
+ Không phát mơ men cực đại số vịng quay thấp + Khơng khởi động có tải
+ Cơng suất khơng lớn
+ Nhiên liệu địi hỏi khắt khe đắt + Cấu tạo phức tạp, đắt tiền
+ Làm việc gây tiếng ồn 1.3 Phân loại động đốt
a) Dựa vào cách thực chu trình cơng tác:
+ Động bốn kỳ: động hoàn thành chu trình cơng tác sau bốn hành trình piston hay hai vòng quay trục khuỷu
+ Động hai kỳ: động hồn thành chu trình cơng tác sau hai hành trình piston hay vịng quay trục khuỷu
b) Dựa vào nhiên liệu dùng cho động cơ:
+ Động chạy nhiên liệu lỏng: 1/ Nhẹ: xăng, benzen,…; 2/ Nặng: dầu mazut, dầu điezel,…
+ Động chạy nhiên liệu khí: khí thiên nhiên, khí lị ga,… + Động chạy nhiên liệu khí lỏng
c) Dựa vào phương pháp hình thành hỗn hợp:
+ Động hình thành hỗn hợp bên ngồi: Nhiên liệu khơng khí hồ trộn với bên ngồi hút vào xilanh Hiện có động dùng chế hồ khí động phun xăng
+ Động hình thành hỗn hợp bên trong: Nhiên liệu khơng khí hồ trộn bốc cháy xilanh động Hiện có động diezel
d) Dựa vào phương pháp đốt cháy nhiên liệu:
+ Động đốt cháy cưỡng bức: dùng tia lửa điện để đốt cháy hiên liệu + Động tự bốc cháy: nhiên liệu đưa vào tự cháy xilanh e) Theo phương pháp nạp:
+ Động tăng áp: nạp khí vào xilanh áp suất cao áp suất khí trời + Động khơng tăng áp: nạp khí vào xilanh áp suất bình thường f) Theo cấu tạo động cơ:
(6)6
+ Theo cách bố trí xilanh: Động có xilanh bố trí hàng; Động có xilanh bố trí hai hàng hình chữ V; Động có xilanh bố trí nhiều hàng; Động có xilanh đối đỉnh Tóm lại, chương trình mơn học tập trung nghiên cứu loại động sau: Động điezel bốn kỳ; Động xăng bốn kỳ; Động hai kỳ:
1.4 Nguyên lý làm việc động đốt
1.4.1 Cấu tạo chung động đốt
Động đốt cấu tạo phận chủ yếu sau: - Cơ cấu truyền – trục khuỷu
- Cơ cấu phân phối khí - Các chi tiết cố định
- Hệ thống cung cấp nhiên liệu khơng khí - Hệ thống bôi trơn
- Hệ thống làm mát
- Hệ thống đánh lửa (chỉ có động xăng) Và số phận khác
1.4.2 Những khái niệm định nghĩa
- Chu trình cơng tác: Tổ hợp q trình liên tục lặp đi, lặp lại theo chu kỳ xilanh để thực một q trình sinh cơng
-Điểm chết: Vị trí piston xilanh, mà piston đổi chiều chuyển động Trong động có hai điểm chết điểm chết (ĐCT) điểm chết (ĐCD)
- Hành trình piston: khoảng chạy piston xilanh hai điểm chết: S = * R Trong đó: R - bán kính quay trục khuỷu
- Thể tích cơng tác: thể tích xilanh giới hạn từ ĐCT đến ĐCD, ký hiệu Vh
(7)7
- Thể tích buồng cháy: thể tích cịn lại nhỏ xilanh piston ĐCT, ký hiệu Vc
- Thể tích tồn phần: tổng thể tích cơng tác thể tích buồng cháy: Va = Vh + Vc
- Tỷ số nén: tỷ số thể tích tồn phần thể tích buồng cháy:
Tỷ số nén rõ thể tích xilanh phía piston bị giảm lần, tức bị ép nhỏ lần piston từ ĐCD lên ĐCT
- Kỳ: phần chu trình cơng tác piston chạy từ điểm chết đến điểm chết
-Tỷ số tăng áp suất: tỷ số áp suất cuối q trình cháy đẳng tích áp suất cuối trình nén
1.4.3 Nguyên lý làm việc động bốn kỳ
a) Hoạt động động diezel bốn kỳ
Động diezel bốn kỳ hồn chỉnh chu trình cơng tác sau bốn hành trình piston hay hai vịng quay trục khuỷu
1 Kỳ nạp
Trục khuỷu quay nhờ có qn tính khối lượng quay làm cho piston từ điểm chết xuống điểm chết làm thể tích xilanh tăng dần áp suất xilanh giảm dần Xupáp nạp mở điều khiển cấu phân phối khí, thời gian xupáp thải đóng
Ở đầu trình (khi piston ĐCT), buồng đốt chứa đầy sản phẩm cháy chu trình trước cịn sót lại gọi khí sót với áp suất pt > p0 nhiệt độ Tt > T0
Khi áp suất xilanh giảm tới giá trị nhỏ áp suất khí trời, khơng khí hút vào xilanh
Để đảm bảo nạp đầy khí nạp vào xilanh, xupáp nạp mở trước piston lên đến ĐCT chu trình trước góc φ1 để piston xuống, xupáp mở đủ lớn, giảm
sức cản đường nạp
φ1gọi góc mở sớm xupáp nạp.
Khi piston xuống đến ĐCD, xupáp nạp chưa đóng mà đóng sau piston lên khoảng ứng với góc quay trục khuỷu φ2 để tận dụng quán tính
(8)8
Kết luận: Quá trình nạp thực tế bắt đầu sớm kết thúc muộn chu trình lý thuyết, thời gian nạp thực tế dài thời gian nạp lý thuyết
2 Kỳ nén
Dưới tác dụng quán tính khối lượng quay, piston bị đẩy lên ĐCT Khi cấu phân phối khí đóng xupáp nạp q trình nén bắt đầu
Ban đầu nhiệt độ khí nạp nhỏ nhiệt độ chi tiết nên nhiệt truyền từ chi tiết cho khí nạp
Piston lên, khí nạp nén xilanh làm áp suất nhiệt độ tăng lên làm cường độ trao đổi nhiệt chi tiết khí nạp giảm
Đến thời điểm đó, nhiệt độ khí nạp nhiệt độ chi tiết nhau, trình trao đổi nhiệt dừng lại Lúc xuất trình nén đoạn nhiệt tức thời
Khí nạp tiếp tục bị nén làm áp suất nhiệt độ tiếp tục tăng nhiệt độ khí nạp lớn nhiệt độ chi tiết Lúc nhiệt truyền từ khí nạp cho chi tiết
Khi piston cách ĐCT khoảng ứng với góc quay trục khuỷu góc φ3, bơm
cao áp vòi phun phun nhiên liệu vào buồng đốt, áp suất nhiệt độ cao nhiên liệu tự bốc cháy Đến kết thúc trình nén
Góc φ3 gọi góc phun sớm.
Kết luận: chu trình lý thuyết, trình nén nén đọan nhiệt với số nén không đổi, cịn chu trình thực tế q trình nén đa biến với số nén ln thay đổi
3 Kỳ cháy - giãn nở
Khi nhiên liệu phun vào xilanh, áp suất nhiệt độ cao, nhiên liệu tự bốc cháy làm áp suất nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở đẩy piston từ ĐCT xuống ĐCD Trong kỳ ta thu cơng có ích Khi piston xuống cách ĐCD khoảng ứng với góc quay trục khuỷu góc φ4 xupáp thải mở, khí có áp suất cao thải Đến
kết thúc q trình giãn nở
Góc φ4 gọi góc mở sớm xupáp thải.
4 Kỳ thải.
Piston đẩy từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính khối lượng quay Trong thời gian xupáp xả mở, khí thải thải ngồi qua cửa thải
Để đảm bảo thải khí thải khỏi xilanh, supáp thải mở sớm góc φ4 đóng
muộn góc φ5 để tận dụng quán tính dịng khí thải để thải khí thải khỏi
(9)9 b) Hoạt động động xăng bốn kỳ 1 Kỳ nạp (hút)
Tương tự động diezel, khác hỗn hợp xăng khơng khí nạp vào xilanh
2 Kỳ nén
Tương tự động diezel, khác piston cách ĐCT khoảng ứng với góc quay trục khuỷu góc φ3, buji bật tia lửa điện đốt cháy nhiên liệu Đến kết
thúc q trình nén
Góc φ3 gọi góc đánh lửa sớm.
Do trình nén nhiệt độ tăng cao nhiên liệu dễ bốc cháy nên động xăng tỷ số nén thấp nhiều so với động diezel để tránh tượng nhiên liệu tự bốc cháy xilanh
3 Kỳ cháy - giãn nở
Khi buji bật tia lửa điện, nhiên liệu bốc cháy làm áp suất nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở đẩy piston từ ĐCT xuống ĐCD Trong kỳ ta thu cơng có ích Khi piston xuống cách ĐCD khoảng ứng với góc quay trục khuỷu góc φ4 xupáp
thải mở, khí có áp suất cao thải Đến kết thúc q trình giãn nở Góc φ4 gọi góc mở sớm xupáp thải.
4 Kỳ thải
Piston đẩy từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính khối lượng quay Trong thời gian xupáp xả mở, khí thải thải ngồi qua cửa thải
Để đảm bảo thải khí thải khỏi xilanh, supáp thải mở sớm góc φ4 đóng
muộn góc φ5 để tận dụng qn tính dịng khí thải để thải khí thải khỏi
(10)10
1.4.4 Nguyên lý làm việc động hai kỳ
Động hai kỳ động hoàn thành chu trình cơng tác sau hai hành trình piston hay vịng quay trục khuỷu
Có động xăng, diezel hai kỳ, chúng có q trình chung sử dụng dịng khí nạp để đẩy khí thải khỏi xilanh mà ta gọi trình quét khí
a) Hoạt động động hai kỳ qt khí ngang (qt vịng)
1. Hành trình thứ nhất: Piston từ ĐCT xuống ĐCD, xilanh thực trình:
- Thời gian đầu: nhiên liệu cháy xilanh tạo áp suất nhiệt độ cao làm môi chất công tác giãn nở đẩy piston xuống, ta thu công có ích
- Khi mép piston mở cửa thải, khí cháy có áp suất cao thải tự ngồi Đồng thời piston xuống, đóng cửa nạp, khí nạp nén buồng trục khuỷu làm áp suất tăng
(11)11
Kết luận: Ở hành trình thứ piston, xilanh thực trình: thải khí tự do, nén khí nạp buồng trục khuỷu, quét khí nạp khí nạp vào xilanh
2. Hành trình thứ hai: piston từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính khối lượng quay cấu truyền - trục khuỷu, động thực q trình:
- Khi piston chưa đóng cửa quét cửa thải: tiếp tục quét khí theo qn tính thải khí thải ngồi
- Khi piston đóng cửa qt: tiếp tục thải khí theo qn tính
- Khi piston đóng cửa thải, khí nạp bắt đầu nén xilanh - Khi piston mở cửa nạp, khí nạp nạp vào buồng trục khuỷu
Khi piston cách ĐCT khoảng ứng với góc quay trục khuỷu góc φ3, bơm cao
áp vòi phun phun nhiên liệu vào buồng đốt (đối với động diezel) làm nhiên liệu tự bốc cháy hay buji bật tia lửa điện (đối với động xăng) đốt cháy nhiên liệu Nhiên liệu cháy làm áp suất nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở, đẩy piston xuống
Kết luận: hành trình thứ hai piston, xilanh thực q trình: qt khí theo qn tính, thải khí theo quán tính, nén khí nạp xilanh, nạp khí nạp vào buồng trục khuỷu bắt đầu trình cháy
b) Hoạt động động hai kỳ quét thẳng qua xupáp thải
Để nạp khí nạp vào xilanh có cửa nạp (quét) Các cửa đóng, mở piston Để đưa khí nạp vào xilanh có máy nén khí Để thải khí có xupáp thải
1.Hành trình thứ nhất: piston từ ĐCT xuống ĐCD, động thực trình:
- Thời gian đầu: nhiên liệu cháy xilanh tạo áp suất nhiệt độ cao làm môi chất công tác giãn nở đẩy piston xuống, ta thu cơng có ích
(12)12
Khi mép piston mở cửa nạp (quét), khí nạp đẩy vào xilanh qua cửa qt, qt khí thải chiếm chỗ xilanh trình qt khí
Kết luận: hành trình thứ piston, xilanh thực trình: thải khí tự do, qt khí nạp khí nạp vào xilanh
2.Hành trình thứ hai: piston từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính khối lượng quay cấu truyền - trục khuỷu, xilanh thực trình:
- Khi cấu phân phối khí chưa đóng xupáp thải piston chưa đóng cửa qt: tiếp tục qt khí thải khí thải ngồi
- Khi piston đóng cửa nạp cấu phân phối khí chưa đóng xupáp thải: tiếp tục thải khí theo quán tính
- Khi cấu phân phối khí đóng xupáp thải trình nén bắt đầu
Khi piston cách ĐCT khoảng ứng với góc quay trục khuỷu góc φ3, bơm cao
áp vịi phun phun nhiên liệu vào buồng đốt (đối với động diezel) làm nhiên liệu tự bốc cháy hay buji bật tia lửa điện (đối với động xăng) đốt cháy nhiên liệu Nhiên liệu cháy làm áp suất nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở, đẩy piston xuống
Kết luận: hành trình thứ hai piston, xilanh thực q trình: qt khí, thải khí theo quán tính, nén khí nạp xilanh bắt đầu trình cháy 1.5 So sánh loại động đốt
Ưu điểm động hai kỳ so với động bốn kỳ:
- Khi kích thước xilanh, hành trình piston, số vòng quay trục khuỷu, động hai kỳ có cơng suất gấp hai động bốn kỳ (thực tế gấp 1,6 - 1,8 lần)
-Cấu tạo đơn giản -Mô men quay
Ưu điểm động bốn kỳ so với động hai kỳ:
- Các trình hoàn hảo nên hiệu suất cao động kỳ - Có thể tăng cơng suất dễ dàng cách tăng áp
- Tính kinh tế cao
1.6 Sự làm việc động nhiều xilanh 1 Đặt vấn đề
- Trục khuỷu động quay khơng hành trình piston có lần sinh cơng
- Ở động xilanh piston, truyền, trục khuỷu chuyển động xuất lực qn tính lớn nên khó cân khả tăng tốc
- Động thường dùng cần công suất lớn Chế tạo động xilanh có kích thước lớn khó khăn phức tạp
(13)13
ởđó có nhiều chi tiết làm liền thành khối trục khuỷu, bloc xilanh
Để động nhiều xilanh làm việc liên tục, tránh nhược điểm động xilanh, trục khuỷu, trục cam, phải đảm bảo cho xilanh làm việc theo thứ tự định
2 Hoạt động động bốn xilanh hàng
Trước hết ta làm quen với khái niệm góc cơng tác δK số quy ước
+ Góc cơng tác δK góc lệch hai cổ biên hai xilanh làm việc
Cơng thức: δK=180.τ/i
trong đó, τ : số kỳ động cơ; i : số xilanh động
+ Quy ước: thứ tự xilanh từ phía đầu đến phía (phần nắp với bánh đà) trục khuỷu
- Động coi bốn động xilanh với trục khuỷu chung nên trục khuỷu phải bố trí cho bốn xilanh làm việc theo trình tự định
Trục khủyu loại động thường bố trí hình vẽ
Sau hai vịng quay bốn xilanh hồn chỉnh chu trình cơng tác Ta có thứ tự nổ – – –
(14)14 3 Hoạt động động xilanh hàng. Thứ tự làm việc xilanh 1-5-3-6-2-4
Để đảm bảo cho trục quay tận dụng trình sinh cơng xilanh, trục khủyu thường bố trí hình vẽ Ta có bảng thứ tự làm việc động (bảng trên)
4 Động xilanh hai hàng chữ V:
Câu hỏi thảo luận:
1 Trình bày cấu tạo chung động cơ?
(15)15 Nguyên lý làm việc động xăng kỳ?
(16)16
Chương 2: CƠ CẤU THANH TRUYỀN – TRỤC KHUỶU 2.1 Lực mô men tác dụng lên cấu truyền - trục khuỷu
Trong q trình làm việc, có nhiều lực tác dụng lên cấu thành truyền – trục khuỷu: - Lực khí thể PK;
- Lực quán tính:
+ Lực quán tính khối lượng chuyển động tịnh tiến;
+ Lực quán tính khối lượng chuyển động quay;
- Lực ly tâm; - Lực ma sát;
Sự thay đổi áp suất tác dụng lên đỉnh piston đ-ợc xác định từ đồ thị công p -V dạng PK
= f(x) hay PK = f(V)
Từ đồ thị triển khai p - α ta tìm tổng hợp lực tác dụng lên đỉnh piston: PƩ = PK + Pj
+ Pj - lực quán tính khối lượng chuyển động tịnh tiến quy đơn vị
diện tích đỉnh piston;
Pj = -m1.R.ω.(cosα + λcos2α) = Pj1 + Pj2
- λ = R/L - thông số kết cấu động - R: Bán kính quay trục khuỷu; - L: chiều dài truyền
Phân tích lực PƩ lực thành phần, ta có:
- Lực ngang N tác dụng lên thành xilanh: N = PƩ tg β
- Lực tác dụng dọc theo thân truyền: F = PƩ 1/cos β
Ta chuyển điểm đặt lực F đến đầu to trục khuỷu phân tích lực thành phần T K:
T = PƩ 1/cos β cos(α + β) - lực tiếp tuyến Lực sinh mômen quay
K = PƩ 1/cos β sin(α + β) - lực pháp tuyến, tác dụng dọc theo má khuỷu
Lực quán tính khối lượng chuyển động quay quy dẫn chốt khuỷu: P'j = m2 R ω2
m2 - khối lượng chuyển động quay quy dẫn chốt khuỷu;
(17)17 Tổng lực tác dụng lên chốt khuỷu: Từ ta có mơ men quay trục khuỷu:
M = T R 2.2.Cấu tạo nhóm piston
2.2.1 Piston
1 Điều kiện làm việc Chịu lực lớn tác dụng:
+Lực khí thể, áp suất khí thể tới 130 at, thay đổi theo chu kỳ
+ Lực qn tính nhóm piston Lực thay đổi cường độ lẫn chiều tác dụng theo chu kỳ, lực gây cho piston va đập ứng suất lớn
Nhiệt độ cao tiếp xúc với sản vật cháy (nhiệt độ tới 2300 – 28000K) Nhiệt độ cao gây tác hại:
+ứng suất nhiệt lớn làm rạn, nứt piston +Gây biến dạng làm bó kẹt piston xylanh +Giảm sức bền piston
+Giảm hệ số nạp động +Làm phân huỷ dầu nhờn
+Có thể gây kích nổ động xăng
Chịu ma sát lớn thiếu dầu bôi trơn lực ngang ép piston vào xylanh làm piston bị mài mịn
Piston ln tiếp xúc với sản vật cháy nên bị ăn mòn 2 Yêu cầu piston
- Dạng đỉnh piston phải tạo cho khí nạp có độ xốy lốc hợp lý nhất, đảm bảo trình cháy tốt hình thành buồng cháy tốt
- Tản nhiệt tốt để giảm ứng suất nhiệt tránh kích nổ - Khối lượng nhỏ để giảm quán tính
- Đủ bền cứng vững để tránh biến dạng q trình làm việc - Đảm bảo bao kín buồng cháy, không bị cháy tiêu hao dầu nhờn - Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
3. Vật liệu chế tạo
Vật liệu chế tạo piston phải đảm bảo yêu cầu sau: - Có độ bền lớn nhiệt độ cao tải trọng thay đổi - Trọng lượng riêng nhỏ
- Hệ số giãn nở nhiệt nhỏ hệ số dẫn nhiệt lớn
(18)18 - Chịu ăn mịn hố học sản vật cháy
Các loại vật liệu thường dùng:
- Gang xám hợp kim: Cɥ 24 - 44, Cɥ 15 - 32, Cɥ 28 - 48, G3000, G3500, - Hợp kim nhôm AJI - 1, AJI 25, AJI - 30, AK10M2H,
4 Cấu tạo piston
Ta chia piston làm phần chính: a) Đầu piston
Là phần piston, với xylanh nắp xylanh tạo thành buồng cháy
Đỉnh piston có nhiều dạng:
(19)19
- Đỉnh lồi có độ cứng vững cao, kết muội than có diện tích chịu nhiệt lớn nên ảnh hưởng xấu đến hoạt động piston Loại thường dùng cho động xăng có buồng cháy chỏm cầu xupáp treo động xăng hai kỳ
- Đỉnh lõm có diện tích chịu nhiệt lớn tạo xốy lốc cho khí nạp q trình nén Loại thường dùng cho động diezel có buồng cháy thống nhất, đầu piston nặng khó giải vấn đề nhiệt cho séc măng tạo tiêu kinh tế cao nên sử dụng nhiều
Trên phần đầu piston có rãnh lắp séc măng để bao kín buồng cháy Số lượng séc măng phụ thuộc vào tốc độ piston loại động cơ:
Rãnh séc măng dầu có khoan lỗ để đưa dầu nhờn trở te
Rãnh séc măng sâu chiều dày séc măng 0,05 - 0,15 mm để lắp séc măng dễ dàng tránh bó kẹt séc măng rãnh
Để đảm bảo độ bền tản nhiệt tốt, phía piston có gân chịu lực Có nhiều kiểu gân: gân ngang, gân song song, Có thể làm thêm gân dọc theo bệ chốt piston
ở số loại động cơ, người ta lắp vòng tránh nhiệt thép hay vành đai lắp séc măng chế tạo thép chịu nhiệt sau đúc vào đầu piston để đảm bảo bền cho đầu piston
(20)20
b) Thân piston:Là phần rãnh xécmăng đầu cuối đầu piston làm nhiệm
vụ dẫn hướng cho piston xilanh chịu lực ngang Để dẫn hướng tốt, va đập, khe hở thân piston xilanh phải nhỏ Vì thiết diện thân piston thường khơng phải hình trịn mà ôvan, độ ôvan 0,15 0,20mm, trục lớn phía chịu lực ngang, vát hai phía bệ chốt piston để động làm việc piston khơng bị bó kẹt xilanh
Chiều dài phần thân piston phụ thuộc loại động cơ:
Động diezel có lực ngang lớn nên thân thường dài piston động xăng Nếu thân dài dẫn hướng tốt piston nặng tổn thất ma sát lớn
Nếu thân ngắn tác dụng dẫn hướng
Đối với động hai kỳ, thân piston phải đủ dài để piston lên đến điểm chết đóng kín cửa thải cửa qt lại mở cửa nạp để nạp khí nạp vào cacte Trong trình làm việc piston chịu lực ngang lực ma sát nên có xu hướng quay quanh chốt Nếu lỗ chốt đặt chiều dài thân piston áp suất piston nén lên xilanh khơng Do bệ chốt thường làm cao trọng tâm phần thân piston
Vị trí bệ chốt piston tính từ lên: (0.6 ÷ 0.74)*H H: Chiều cao piston
Để thân piston bị mịn, người ta phủ lớp thiếc mỏng 0.004 ÷ 0.006mm
c Chân piston:Thường có vành đai để tăng cường độ cứng vững cho piston.Là nơi