Các thông số ban đầu cho việc tính toán và chọn công suất của động cơ
- Tổng tải trọng của xe: 80 (kg).
- Vận tốc tối đa khoảng: Vmax = 35 (km/h) = 9,72 (m/s). - Khả năng vượt dốc với: α = 10% = 60
Xác định công suất của động cơ
Công suất của động cơ phát ra sau khi đã tiêu tốn đi một phần do ma sát trong hệ thống truyền lực, phần còn lại dùng để khắc phục lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản dốc, lực cản quán tính. Trường hợp tổng quát, ta có phương trình cân bằng lực kéo như sau [1]:
j N i N N f N k N (W) [3 - 4] Trong đó:
Nk: Công suất của động cơ phát ra tại bánh xe chủ động; Nf:Công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn;
Nω:Công suất tiêu hao để thắng lực cản gió; Ni:Công suất tiêu hao để thắng lực cản dốc; Nj:Công suất tiêu hao để thắng lực cản quán tính.
Tính cho trường hợp xe lên dốc (cho độ dốc là 10%): sinα = 0,1 => α =6
Trong thực tế 4 lực cản này không xảy ra cùng lúc. Cụ thể như khi xe lên dốc chạy đều với vận tốc nhỏ có thể bỏ qua lực cản quán tính và lực cản không khí, hoặc khi xe chạy tốc độ tối đa xảy ra ở đường bằng và không có lực cản dốc và cản quán tính, vậy khi tính chọn công suất cho động cơ ta chỉ tính cho một trong hai trường hợp trên.
Trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa thì động cơ hoạt động ở công suất tối đa, trường hợp xe chạy lên dốc tốc độ chậm công suất động cơ lúc này vẫn bé hơn công suất động cơ khi chạy tốc độ tối đa.
Vậy ta có thể chọn trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa để xác định cân bằng công suất cho động cơ.
Nf N f N (W) [3 - 5]
3.3.2.1. Công suất tiêu hao cho lực cản lăn đƣợc tính [1]:
G.f.v.cos f
N (W) [3 - 6]
Trong đó:
G:Trong lượng toàn bộ của xe, G = 80 (kg) = 80.9,81 = 785 (N); f:Hệ số cản lăn, f = 0,018 đối với đường nhựa tốt;
v:Vận tốc lớn nhất của xe, v = 35 (km/h) = 9,72 (m/s). =>Nf 785.0,018.9,72.cos6= 136 (W)
3.3.2.2. Công suất tiêu hao cho lực cản không khí [1]:
Nω = k.F.v3 (W) [3 - 7]
Trong đó:
K:Hệ số cản không khí, chọn k = 1 (Ns2/m4); F:Diện tích cản chính diện, F = B.H;
B:Chiều rộng tiết diện cản gió, B = 0,3 (m); H:Chiều cao tiết diện cản gió, H = 1,65 (m).
=>F = 0,3 .1,65 = 0,49 (m2).
=> Nω = 1.0,49.9,723 = 450 (W)
Vậy công suất cản của xe là:
586 450 136 f
N (W)
Công suấtcó ích Necủa động cơ để cân bằng với công cản của xe, công suất có ích của động cơ là:
Nf e
N (W) [3 - 8]
Hiệu suất bộ truyền xích chọn sơ bộ là η = 0,9.
=> 652 9 , 0 586 e N (W)
Công suất cực đại của động cơ là
Ne max
N
Động cơ đặt trên xe sẽ phát ra công suất thấp hơn công suất cực đại của động cơ, công suất thực tế mà động cơ phát ra trên xe sẽ bằng công suất cực đại nhân với hệ số α. Hệ số này có giá trị nhỏ hơn 1 và α = 0,8÷0,9, chọn α = 0,85 [1]
Vậy công suất cực đại của động cơ là:
767 85 , 0 652 max N (W)
Kết luận: Để đảm bảo xe đạt được các thông số thiết kế và mang lại hiệu quả kinh tế ta cần chọn động cơ có công suất trong khoảng 0,7÷1 (kW).
3.3.2.3. Lựa chọn động cơ
Yêu cầu lựa chọn động cơ
- Động cơ phải đáp ứng được công suất đã tính toán nhưng không quá lớn nhằm giảm chi phí sản xuất.
- Dễ dàng tìm kiếm, thay thế, sửa chữa.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều động cơ đốt trong do các hãng sản xuất nổi tiếng như Honda, Missubishi,…có công suất thấp từ dưới 3 (kW) và được sử dụng phổ biến cho nhiều nhiệm vụ khác nhau như sử dụng trong máy cắt cỏ, máy phun thuốc, máy cưa,….với những loại động cơ 4 kỳ thì các hãng sản xuất những mẫu động cơ có công suất lớn hơn công suất mà động cơ thiêt kế sử dụng, với những loại động cơ 2 kỳ có những loại động cơ rất nhỏ gọn mà công suất đủ đáp ứng động cơ của thiết kế.
Động cơ hai kỳ không có riêng hành trình thải nạp (chiếm một vòng quay trục khuỷu) nên phải thực hiện thải và nạp cùng một lúc, trong khoảng thời gian rất ngắn ngay trước và sau vị trí điểm chết dưới của piston. Vì thời gian thay đổi môi chất rất ngắn chỉ bằng 1/3 thời gian thải và nạp của động cơ 4 kỳ nên phải dùng môi chất mới đã được nén trước đưa vào tạo áp lực đẩy sản phẩm cháy từ xylanh ra đường thải gây tác dụng quét khí thải ra khỏi xylanh. Nếu trong thời gian ấy làm tốt nhiệm vụ quét sản phẩm cháy ra ngoài và nạp đầy môi chất mới vào xylanh thì cùng với một kích thước, một số vòng quay n và số xylanh i sẽ thu được công suất lớn hơn động cơ 4 kỳ khoảng 0,5 – 0,7 lần.
Theo phân tích và đã tính toán ta chọn động cơ Oshima 260:
Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật động cơ Oshima 260
STT Thông số kỹ thuật Giá trị
1 Hãng sản xuất Oshima
2 Kiểu động cơ Xăng 2 kỳ
3 Mã số 260
4 Dung tích xylanh 32,6 cc
5 Công suất máy 0,81 (kw) tại tốc độ vòng quaytrục khuỷu 6000 (v/ph). 6 Tỉ lệ pha trộn nhiên liệu (xăng/nhớt) 25 : 01
7 Tốc độ không tải 2800-3200 (v/ph). 8 Hệ thống đánh lửa Transitor từ tính (IC)
3.3.2.4. Nguyên lý làm việc của động cơ Oshima 260
Chất lượng thay đổi môi chất trong động cơ hai kỳ phụ thuộc nhiều vào diễn biến của quá trình thải và quét trong động cơ (thể hiện qua thời điểm mở và đóng cơ cấu quét và thải).
Hình 3.7. Là đồ thị hệ thống quét vòng được sử dựng trên động cơ xe thiết kế, thời điểm đóng và mở các cửa khí đối xứng qua điểm chết dưới, nghĩa là cửa nào mở sớm hơn sẽ đóng muộn hơn và ngược lại tạo nên pha đối xứng. Thời gian từ lúc đóng cửa quét đến lúc đóng cửa thải gọi là thời kì lọt khí. Ưu điểm chính của pha phối khí đối xứng là động cơ có cấu tạo đơn giản, ít hư hỏng nhưng nhược điểm lớn là có thời kì lọt khí gây mất mát khí quét.
Thời kì thải tự do: Bắt đầu từ lúc mở cửa thải φB (áp suất trong xylanh pB) tới lúc không khí quét đi vào xylanh thực hiện quétsản vật cháy φN (áp suất trong xylanh pN bằng áp suất trung bình suốt thời kì quét và thải cưỡng bức). Trong thời kì thải tự do áp suất trong xylanh lớn hơn nhiều so với áp suất trung bình trong ống thải pth nên dòng khí thoát ra ngoài với tốc độ lớn.
Từ lúc mở cửa thải (điểm B ở φB) tới lúc mở cửa quét (điểm H ở φH) với áp suất trong xylanh là pH được gọi là giai đoạn thải sớm.
Trong thời kì thải tự do BN có hai giai đoạn lưu động: trên giới hạn BE và với tốc độ dòng khí bằng tốc độ truyền âm và dưới giới hạn EN với tốc độ dòng khí nhỏ hơn tốc độ truyền âm. Tại E có px = pE đường thải trực tiếp thông với khí trời (px – áp xuất trong xylanh tại thời điểm đang xét)
Thời kì thải cưỡng bức và quét khí:Trong thời kì này các cơ cấu thải và quét đều mở và đồng thời xảy ra hai quá trình: khí quét từ cacte đi vào xylanh và sản phẩm cháy bị khí quét đẩy ra đường thải.
Thời kì thải cưỡng bức và quét khí bắt đầu từ lúc khí quét đi vào xylanh (điểm N ở φN) hình 3.7 và kết thúc tại điểm đóng kín cửa quét (điểm D và φD), đối với động cơ sử dụng cho mẫu xe thiết kế có mép trên cửa quét thấp hơn cửa thải nên thời kì thải cưỡng bức và quét khí kết thúc khi cửa quét được đóng kín.
Đầu thời kỳ này, mặc dù khí quét đã bắt đầu đi vào xilanh nhưng do ảnh hưởng hút của dòng khí qua cửa thải, nên áp xuất px vẫn tiếp tục giảm tiếp theo diện tích cửa quét fq mở rộng hơn làm tăng lưu lượng khí quét làm tăng px tới pN rồi quá pN sau đó dao động quanh pN với biên độ ngày một giảm.
Trong thời kỳ này với hệ thống quét vòng thì sản phẩm cháy và khí quét hòa trộn với nhau và một phần lưu lại trong xylanh còn một phần đi ra ngoài xylanh.
Thời kì lọt khí: thời kì này bắt đầu từ khi cửa quét đóng hoàn toàn (điểm D ởφD) đến khi cửa thải đóng hoàn toàn (điểm A ở φA).[6]
Hình 3.7. Đồ thị biến thiên áp xuất px trong xilanh (a) và tiết diện lưu thông cơ cấu thải ft và cơ cấu quét fq theo góc quay trục khuỷu của động cơ sử dụng
cho xe thiết kế (b).