Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu piston đến vận hành của động cơ đốt trong

ẢNH HƯỞNG CỦA LỆCH ẮC PISTON

Khi diễn ra quá trình cháy, áp suất trong xilanh tăng cao, thanh truyền đổi hướng cùng với sự thay đổi hướng của lực quán tính, làm cho piston có xu hướng quay theo chiều ngược lại, quay sang bên trái của xilanh (Thrust side). Trong khi đó phản lực tại khu vực tiếp xúc ban đầu cùng với lực quán tính tạo thành một mô men, làm cho piston quay quanh chốt về bên trái. Kết quả là làm cho piston tiếp xúc nhẹ vào thành bên trái của xilanh, do đó làm giảm được va đập.

Ảnh hưởng đến chuyển động ngang

Trên hình 3.11 trình bày chiều dày màng dầu nhỏ nhất hai bên của piston, ta thấy rằng chiều dày màng dầu của bên chống va đập giảm trong hành trình nén điều này là do piston có xu hướng áp sát vào bên chống va đập, sau khi qua điểm chết trên lúc này màng dầu tăng cao do piston dịch chuyển sang phía va đập. Chiều dày nhỏ nhất của bên va đập bắt đầu xảy ra ở thời điểm qua điểm chết trên và kéo dài trong kì sinh công.

Ảnh hưởng đến lực thủy động

Chuyển động nghiêng của piston được dẫn động bởi mô men cắt thông qua chốt piston như mô men quán tính, mô men ma sát ở chốt, mô men do lực khí thể với độ lệch ắc gây ra, mô men của màng dầu thủy động giữa váy-xilanh, mô men của biên dạng vỏy (sẽ được phõn tớch rừ hơn trong phần sau). Trong kì nén, piston có độ nghiêng âm nhưng tăng và đạt đến giá trị là -4 phút ở khoảng 45 độ trước điểm chết trên sau đó góc nghiêng giảm đến giá trị -10 phút ở. Có hiện tượng này là do mô men tạo nên bởi áp lực trong xilanh với độ lệch ắc gây ra M=Fg.Cp.

Sự giảm va đập, ma sát của piston có độ lệch ắc và không có độ lệch ắc Sự khác nhau giữa tiếng ồn và ma sát trong động cơ có độ lệch ắc và động cơ không

• ẢNH HƯỞNG CỦA BIÊN DẠNG VÁY ĐẾN MA SÁT, BÔI TRƠN, TIẾNG Gế

Ảnh hưởng của độ lệch ắc đến sự làm việc của hệ thống trao đổi khí Độ lệch ắc piston của động cơ có ảnh hưởng quan trọng đến ma sát, bôi trơn, tiếng gừ và chất lượng làm việc của hệ thống trao đổi khớ thụng qua gúc phối khớ. Động cơ có piston độ lệch ắc trái 1.5 mm, các góc phối khí được tham khảo trên tài liệu kỹ thuật của động cơ FD19-G trang bị trên xe Captiva 2.4, tại Công ty Sao Mai Anh (Nha Trang). Trong quá trình lắp ráp giả sử piston lắp sai trong khi đó lại thực hiện cân cam đúng theo dấu, sẽ dẫn đến hiện tượng làm thay đổi các góc phối khí (trình bày trong hình 3.25) làm giảm chất lượng quá trình nạp- xả của động cơ.

Do biên dạng cam không thay đổi và chuyển động của trục khuỷu có liên hệ với trục cam, nên khi piston bị lắp sai sẽ làm cho các góc phối khí bị thay đổi so với các góc ban đầu, làm cho chất lượng quá trình nạp xả giảm. Mục đích của biên dạng váy cũng giống như những thông số khác, nó dùng để duy trì trạng thái bôi trơn lí tưởng trên đường cong Stribeck, để cân bằng bôi trơn thủy động và bôi trơn giới hạn, sao cho tổn thất ma sát là nhỏ nhất.

Động lực học piston có biên dạng váy cong

Điều này tạo ra áp suất phân bố đều và có thể đạt được lực thủy động lớn nhất, chiều dày màng dầu có thể được tạo ra gần đồng dạng bởi một biên dạng phẳng. Tuy vậy, đơn thuần chỉ thiết kế một biên dạng gần phẳng sẽ không đủ, vì đường kính của phía đỉnh piston tăng hơn phía dưới do sự chênh lệch nhiệt độ. Do đó hình dạng ban đầu sẽ bị biến dạng, nó sẽ thay đổi đáng kể khi tăng tải, vì vậy biên dạng piston được thiết kế phải đảm bảo sự biến dạng do nhiệt.

So sánh với các phương trình (2.7) và (3.5) ta thấy rằng khi biên dạng váy có độ cong sẽ tạo thêm hai mô men do khoảng lệch tiếp xúc giữa đường tâm chốt với vị trí điểm tiếp xúc nhỏ nhất FT.yj, FA.yi. ATh- tổng diện tích đỡ trên bên va đập (bên trái của xilanh). Khi khoảng cách giữa váy và xilanh đủ nhỏ, bôi trơn thủy động không có tác dụng khi đó lực ma sát tiếp xúc của hai bề mặt tăng. Áp suất tiếp xúc được xác định bằng cách tính toán áp suất pháp cho một mấp mô trên bề mặt, sau đó kết hợp cho toàn diện tích để tìm áp suất tổng, lực ma sát và mô men. Áp suất tiếp xúc trên một khu vực mấp mô pwvà biến dạng mấp mô δ được xác định:. 2) Phõn tớch ảnh hưởng của biờn dạng vỏy đến ma sỏt và tiếng gừ.

Phõn tớch ảnh hưởng của biờn dạng vỏy đến ma sỏt và tiếng gừ - Tác dụng làm giảm va đập

Khi khoảng cách giữa váy và xilanh đủ nhỏ, bôi trơn thủy động không có tác dụng khi đó lực ma sát tiếp xúc của hai bề mặt tăng. Áp suất tiếp xúc được xác định bằng cách tính toán áp suất pháp cho một mấp mô trên bề mặt, sau đó kết hợp cho toàn diện tích để tìm áp suất tổng, lực ma sát và mô men. Áp suất tiếp xúc trên một khu vực mấp mô pwvà biến dạng mấp mô δ được xác định:. 2) Phõn tớch ảnh hưởng của biờn dạng vỏy đến ma sỏt và tiếng gừ. Sự ảnh hưởng này đáng kể nhất ngay lập tức sau điểm chết trên sau kì nổ, vào thời điểm này piston được tăng tốc ngang qua xilanh rất nhanh, kết quả là mô men thủy động khá lớn. Trong biên dạng với đường cong sắc nét (hình 3.30 tức là x2 ) sự hỗ trợ thủy động không phù hợp dẫn tới ma sát giới hạn, hiển thị như là một hình tam giác nhỏ ở trung tâm của váy.

Trong phần này sẽ phân tích đặc tính bôi trơn và tổn thất ma sát trên cơ sở những kết quả nghiên cứu bề mặt biên dạng váy của các tác giả Kwang-soo Kim, Paras Shah,Masaaki Takiguchi / Shuma Aoki tại Viện công nghệ Musashi. Bề mặt váy đã được xử lí phosphate để cung cấp một bề mặt tối cho ảnh chụp: khi màng dầu mỏng nó sẽ xuất hiện màu tối trong khi màng dầu dày hơn nó sẽ xuất hiện màu sáng hơn.

Kì nén

Biên dạng piston tiêu chuẩn đã được tối ưu hóa, như đã thể hiện trong hình 3.46 piston bắt đầu di chuyển xuống với một lượng dầu giới hạn được tích trên bề mặt váy. Các rãnh ở đỉnh của váy tích tụ nhiều dầu, nó đưa dầu qua khu vực hình ‘Λ’, ngoài ra cũng thấy rằng dầu được giữ trong các máng nhỏ giữa các vùng tựa. Tuy vậy, thiết kế này đã giảm diện tích tiếp xúc, tải được hỗ trợ bởi khu vực giới hạn này, kết quả là áp lực tiếp xúc sẽ cao, dầu cung cấp tới khu vực tiếp xúc này không phù hợp.

Khi váy nhận tải bởi lực bên, khu vực tiếp xúc chính hoàn toàn được bôi trơn bởi dầu tích trong các rãnh dưới, nhiều dầu được đưa vào hơn khi piston tăng tốc độ. Điều thú vị là dầu thu được ở phía dưới đáy của váy cung cấp dầu tới trung tâm váy trong suốt kì này, trong khi dầu trên những khu vực tiếp xúc khác lại bị nén ra ngoài, kết quả là dẫn đến thiếu dầu.

Kì xả

• ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ LỆCH TRỌNG TÂM C g ĐẾN VA ĐẬP CỦA PISTON

Piston ovan là một biên dạng piston được định hướng theo chiều ngang và nó cũng đáp ứng nhiều mục đích tương tự như biên dạng váy.Như với các biên dạng, phân tích của ovan tập trung vào ảnh hưởng của ma sát, hình 3.51 thể hiện mặt cắt ngang của piston kiểu ovan. Do đó, các khu vực này sẽ làm biến dạng nhiều nhất, một piston tròn hoàn toàn như vậy sẽ làm biến dạng ưu tiên theo đường chống lực đẩy và lực đẩy, dẫn đến "ovan âm" hay hình dạng một vựng lừm và làm thay đổi vị trớ trờn xilanh, cú thể là lực bờn khụng cũn. Trong động cơ có piston chuyển động qua lại trong xilanh, ở những vị trí thay đổi hướng chuyển động tại các điểm chết trên và chết dưới (hình 3.57), ở đây sẽ sinh ra sự thay đổi lực bên do đó sẽ làm cho piston va đập vào thành xilanh.

Như đã đề cập các phần trước va đập chính ở điểm chết trên cuối kì nén thường được coi như là nguồn gốc gõy ra tiếng gừ, nhưng ở cỏc hành trỡnh khỏc vẫn xảy ra do đú để giảm tiếng gừ đến mức nhỏ nhất trờn động cơ, thỡ ngoài cỏc giải phỏp biờn dạng piston. Ta thấy rằng cuối kì hút đầu kì nén hoặc cuối kì giãn nở đầu kì xả, piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, ở thời điểm chuyển giao giữa hai kì có sự thay đổi đột ngột lực bên, cũng như lực quán tính trước khi tới điểm chết dưới.