Kích thước hình học của rãnh cấp và vị trí bố trí chúng trên ống lót của

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.3. Kích thước hình học của rãnh cấp và vị trí bố trí chúng trên ống lót của

của van phân phối

Với mục đích bảo đảm thời điểm đóng mở xupap (pha phối khí) theo yêu cầu thực tế của động cơ, bảo đảm lưu lượng cần thiết đế điều khiến xi lanh chấp hành và pha phối khí đã có sẵn động cơ, người ta xác định các kích thước hình học của rãnh cấp trên ống lót và sơ đồ bố trí của các cửa cấp, cửa xả này cho phù hợp.

Ký hiệu cp là góc mở sớm của xupap, Ỵ góc đóng muộn của xupap,

a góc mở của xupap theo góc quay trục khuỷu và ta có:

Đe mở xupap hoàn toàn thì trục phân phối cần quay một góc là:

Ị3 - góc quay của cửa cấp trên trục phân phối; Dt - đường kính ngoài của trục phân phối; d - đường kính của lỗ cấp trên trục phân phối. Sơ đồ tính toán góc quay của cửa cấp trên trục phân phối được thể hiện qua hình 3.5.

Dh

Hình 3.5. Sơ đồ tính toán góc quay của cửa cấp trên trục phân phổi

Ký hiệu L là chiều dài cung của rãnh cấp trên ống lót, chiều dài của rãnh cấp được tính bằng biểu thức sau:

L = [m].

360

Đe giảm cản trở thủy động tại rãnh cấp người ta chọn hình dạng của rãnh cấp hình ô van như trên hình 3.6.

d/2

Hình 3.6. Hình dáng của rãnh cấp trên van phân phổi

Trên cơ sở đồ thị pha phối khí của động cơ, người ta xác định được vị trí bố trí cửa cấp và cửa xả trên ống lót như hình 3.7.

Hành

trình xupap

Hình 3.7. Sơ đồ bố trí các cửa xả, cửa cấp trên ống lót 1, 1 ’ Cửa nạp và cửa xả của xi lanh dân động xupap xả; 2, 2 ’ Cửa nạp và cửa xả của x i lanh dân động xupap nạp

3.4. Quy luật cấp chất lồng cho xỉ lanh dẫn động xupap

Quy luật cấp chất lỏng công tác cho xi lanh thủy lực được đặc trưng bởi quy luật biến thiên của diện tích trùng khớp lỗ cấp trên trục phân phối và rãnh cấp trên ống lót. Sơ đồ tính toán thể hiện trên hình 3.8.

B YẠ

(a)

(c)

Hình 3.8. Sơ đồ tính toán sự biến thiên diện tích cửa câp chât lỏng công tác điểu khiên xupap.

(a ) - khi bẳt đâug m ở cửa cấp; (b) - khi cửa cấp mở hoàn toàn; (b) (c) - khi đóng cửa cấp

Đe giảm thiểu tổn thất lưu lượng qua cửa cấp thì người ta chọn bề rộng của rãnh cấp trên ống lót bằng đường kính của cửa cấp trên trục phân phối, diện tích trùng khớp của cửa cấp và rãnh cấp được xác định bằng:

F (t) =

S [ , r 2 r -

s\,=n.rm—

sl = 2.r

3.5. Phương trình toán học mô tả chuyến động của xupap dẫn động bằng thủy lực

3.5.1. Phương trình mô tả chuyến động của con trượt

Hình 3.9. Mô hình tính toán quy luật chuyên động của con trượt 1 - x y lanh thủy lực; 2 -p itto n g ; 3 - lò xo hồi vị của pittong; 4- hộp van phân phôi; 5 - con trượt; 6 - l ò xo hôi vị của con trượt

Sơ đồ tính toán quy luật chuyến động của con trượt được thế hiện trên hình 3.9.

Lực do áp suất chất lỏng tác dụng lên pittong sẽ cân bằng với lực quán tính, lực lò xo, lực ma sát tác dụng lên con trượt. Phương trình cân bằng lực cho pittong dẫn động con trượt được xác định bằng:

Trong đó:

M dỉ" khối lượng chuyển động của pittong, con trượt và lò xo quy dẫn về đường tâm pittong dẫn động con trượt, [kg].

y - chuyển dịch của pittong dẫn động con trượt, [m].

s - diện tích tiết diện ngang ủa pittong dẫn động con trượt, []fi2]. p - áp suất chất lỏng công tác trong xi lanh, [Pa].

ỵrb - hệ số cản nhớt, [N/(m/s)].

f - hệ số ma sát giữa pittong và xi lanh, [N/(m/s)].

Jtns

- hệ số độ cứng của lò xo hồi vị, [N/m].

Biến thiên áp suất trong xi lanh dẫn động con trượt:

d p 1 = _______________________________________________________

d t = |-< r„ + S.JV

(2)

Trong đó:

JU - hệ số lưu lượng của van phân phối. F (t) - diện tích cửa van phân phối, [ffỊ2 ].

p - áp suất chất lỏng trước van phân phối, [Pa].

kv = —(Ị/ + s y ) - hê số đàn hồi thể tích của chất lỏng công tác, [ m 3/Pa].

E 0 1

V() - thế tích ban đầu của khoang trong xi lanh tại thời điếm xupap đóng,

l m ' l

F (t) - biến thiên diện tích cửa cấp theo thời gian, [ щ 2].

Lưu lượng chất lỏng công tác cấp cho van phân phối:

Q«=MF(l>Jỹp - p j +kọ-p (

)

Trog đó:

Áp suất bơm: p = p + ầp; Ap- tổng tổn thất áp suất trong đường ống, [Ра].

AP = А"“ p + A '10

+

“1

2

Ạ ja" p = pẲ— - tổn thất áp suất của van, [Ра]; я - hệ số tổn thất của van

2

A d0p = p ệ —— - tổn thất áp suất trên đường ống, [Pa]; ặ - hê số tổn thất trên

d 2

đường ống.

д "'p - tổn thất áp suất của chất lỏng do quán tính; [Ра].

3.5.2. Phương trình mô tả chuyển động của xupap dẫn động bằng thủy lực lực

Sơ đồ tính toán quy luật chuyến động của xupap được thế hiện trên hình 3.10.

Vị trí XP đóng xi lanh TL pittong fri_ - - - у и L | - I ■ I

F

H ình 3.10. Mô hình tỉnh toán quy luật chuyến động của xupap dân động băng thủy lực

Phương trình cân bằng lực cho pittong dẫn động xupap

M ,J

- 1 + / с „ ^ + + /сЬ2■<>’„+ y 2>+ F t, = s . p 2 (4)

Trong đó:

M - khối lượng chuyển động của pittong, xupap, lò xo, móng hãm, đĩa đệm quy dẫn về pittong, [kg].

p kx - lực khí xả tác dụng lên xupap, [N].

у ^ - dịch chuyển của pittong, chuyển vị của xupap,[m].

s - diện tích tiết diện ngang của pittong, [ffị2].

y - chiều cao nén sơ bộ của lò xo, [m].

* 0

k - hệ số độ cứng của lò xo, [N/m].

p - áp suất của chất lỏng công tác trong xi lanh, [Pa].

Biến thiên áp suất trong xi lanh dẫn động xupap:

dt ụ Về+Sy)

Trong đó:

Ị^l - hệ số lưu lượng của van trượt.

d - đường kính công tác của con trượt, [m].

p - áp suất chất lỏng trước van phân phối, [Pa].

p -áp suất trong đường ống trươc xi lanh dẫn động xupap, [Pa].

' do 2

Trong đó: Q - lưu lượng chất lỏng cấp cho van trượt, [f l ỉ /s].

E - mô đun đàn hồi của chất lỏng, [N /^22 ].

Lưu lượng chất lỏng công tác cấp cho van trượt:

Hệ phương trình mô tả hệ thống dẫn động xupap bằng thủy lực bao gồm hệ các phương trình (1), (2), (3), (4), (5), (6) với các biến số yi(t), y2(t),

P i(t), p 2(t), Pdoi, Pdo2*

3.6. Kết quả khảo sát mô hình toán học dẫn động xupap bằng thủy lực 3.6.1. Áp suất nguồn nuôi không đổi, tốc độ trục phân phối thay đổi

Khảo sát chuyển vị của xupap và áp suất trong xi lanh dẫn động xupap thay đổi góc quay trục khuỷu, áp suất nguồn nuôi 2.0 Mpa với các chế độ tốc độ n = 600, 700, 800 vg/phút cho thấy ảnh hưởng của các thông số đễn các giá trị cực đại của chuyển dịch , vận tốc, áp suất trong xi lanh thủy lực được thê hiện trong bảng 3.1

Bảng 3.1: Anh hưởng của tốc độ trục phân phổi đến cúc giá trị cực đại của chuyến dịch, vận tốc, áp suất trong xy lanh thủy lực

n (vg/ph)

2.5Mpa 2.0MPa 1.5Mpa

Chuycn vị max (mm) Vận tôc max (mm) Ap suât max (Mpa) Chuycn vị max (mm) Vận tôc max (mm) Ap suât max (Mpa) Chuycn vị max (mm) Vận tôc max (mm) Apsuât max (Mpa) 500 11,1789 435,0292 2,4328 8,7286 364,1478 1,98834 6,1534 278,7715 1,4812 600 10,7835 456,4702 2,3682 8,6117 381,925 1,96885 6,1527 290,4665 1,4808 700 10,1169 470,4175 2,2536 8,2346 391,9276 1,90735 6,0196 295,8525 1,45936 800 9,3655 478,6156 2,1208 7,689 397,0625 1,81088 5,6991 298,2361 1,40700 39

Kết quả khảo sát trong bảng 3.1 cho ta thấy khi tăng tốc độ trục phân phối với áp suất nguồn nuôi nhất định thì giá trị chuyển vị lớn nhất (hành trình) xupap và áp suất trong xi lanh dẫn động xupap giảm. Ví dụ với áp suất nguồn 2.0Mpa, khi tăng tốc độ phân phối tù’ 500 lên 800 vg/phút thì hành trình của xupap giảm từ 8,73mm xuống 7,69mm tức là giảm 11,91%. Với áp suất càng nhỏ thì thời gian suy giảm cũng càng thấp bởi khi tăng tốc độ trục phân phối, cản trở thủy động của hệ thống tăng lên, do đó lưu lượng cấp cho xi lanh dẫn động xupap giảm. Tuy nhiên khi tăng áp suất nguồn nuôi của hệ thống thì hạn chế trên lại được cải thiện đáng kể, ví dụ tại 600vg/phút khi tăng áp suất từ 1.5Mpa lên 2.5Mpa hành trình xupap tăng tù’ 6.15mm lên 10.78 mm tức là tăng 42.95%. Tốc độ càng cao thì sự gia tăng hành trình theo % khi tăng áp suất sẽ càng giảm. Bằng cách khảo sát mô hình của hệ thống dẫn động thì sẽ lựa chọn được giải áp suất nguồn nuôi phù họp cho hệ thống dẫn động xupap tương ứng với tốc độ động cơ.

3.6.2. Tốc độ trục phân phối không đổi, áp suất nguồn nuôi thay đổi

Khảo sát chuyển vị của xupap và áp suất trong xi lanh dẫn động xupap theo góc quay trục khuỷu, áp suất nguồn nuôi l.OMPa, 1.5Mpa, 2.0Mpa, 2.5MPa và tốc độ trục phân phối 800vg/phút cho ta thấy ảnh hưởng của áp suất nguồn nuôi đến chuyến vị của xupap là một cơ sở quan trọng giúp cho việc lựa chọn dải áp suất phù hợp trong quá trình thiết kế hệ thống dân động bằng thủy lực cho xupap trên động cơ. Bảng 3.2 trình bày ảnh hưởng của áp suất nguồn đến các giá trị cực đại của chuyển vị, vận tốc, áp suất trong xi lanh thủy lực.

Bang 3.2. Anh hưởng của úp suất nguồn đến các giá trị cực đại của chuyển vị, vận tốc, áp suất trong xi lanh thủy lực

n (vg/ph) 2.5Mpa 2.0Мра 1.5MPa Chuyên vị max (mm) Vận tôc max (mm) Ap suât max (Мра) Chuyên vị max (mm) Vận tôc max (mm) Ap suât max (Мра) Chuyên vị max (mm) Vận tôc max (mm) Ap suât max (Мра) 800 9,3655 478,6156 2,1208 7,689 397,0625 1,81088 5,6991 298,2361 1,40700 41

Đe đảm bảo hành trình xupap không nhỏ hơn hành trình khi được dẫn động bằng cơ khí (7mm đối với động cơ R I 80) thì phải chọn áp suất nguồn thấp nhất là khoảng 2.5MPa, nhưng phải kế đến yếu tố: tốc độ tăng thì hành trình sẽ giảm (theo bảng 3.1). Xuất phát từ nhu cầu thực tế về hành trình lớn nhất của động cơ và thông qua bảng 3.2 cho phép ta lựa chọn dải áp suất của hệ thống.

3.6.3. Ảnh hưởng của độ cứng lò xo xupap đến quy luật động học của xupap dẫn động bằng thủy lực. xupap dẫn động bằng thủy lực.

Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng lò xo đến quy luật động học của xupap dẫn động bằng thủy lực cho ta thấy rằng với một giá trị áp suất nguồn nuôi và tốc độ trục phân phối nhất định, ảnh hưởng của độ cứng lò xo xupap đến chuyển vị của xupap cũng không nhỏ và được thể hiện trong bảng 3.3.

Bảng 3.3. Anh hưởng của độ cứng lò xo đến chuyến vị của xupap

Hệ sô độ cúng của lò xo xupap kỊx (N/mm) Hành trình của xupap y2max (mm) 30 13,5388 40 11,9361 50 10,5631 60 9,3655 70 8,306 42

Thông qua việc khảo sát ảnh hưởng của độ cứng lò xo đến chuyến vị của xupap cho phép ta lựa chọn loại lò xo thích hợp dùng trong hệ thống dẫn động xupap bằng thủy lực. Tuy nhiên để đảm bảo khả năng chống tự mở của xupap khi động cơ làm việc thì hệ số độ cứng của lò xo phải nằm trong dải 5.4 N/mm đến 6.0 N/mm. Ket quả khảo sát mô hình dẫn động xupap bằng thủy lực trên máy tính ở các chế độ khác nhau được thể hiện trên bảng 3.4 đến 3.6.

Bảng 3.4. Hành trình lý thuyết của xupap dẫn động bằng thủy lực, [mm]

TT n(vg/phút) 1 .OMPa 1.5MPa 2.0MPa 2.5MPa

1 500 3,2974 6,1534 8,7286 11,1789

2 600 3,3121 6,1527 8,6117 10,7835

3 700 3,2901 6.0196 8,2346 10,1169

4 800 3,1696 5,6991 7,689 9,3655

Bảng 3.5. Trị sô “thời gian — tỉêt diện ” lý thuyêt của xupap dẫn động băng thủy lực, [N /fỊị2]. (trong bảng là diện tích nằm

giữa đường cong diện tích tỉêt diện lưu thông và trục hoành)

TT n(vg/phút) l.OMPa 1.5MPa 2.0MPa 2.5MPa

1 500 38231,99 78320,28 117691,30 157753,20

2 600 36790,61 76039,74 113707,30 150112,00

3 700 35040,06 72049,64 106568,20 138665,70

Bảng 3.6. Pha lý thuyết của xupap dẫn động bằng thủy lực

TT n(vg/phút) l.OMPa 1.5MPa 2.0MPa 2.5MPa

1 500 223 241 256 271

2 600 226 249 266 279

3 700 231 254 276 287

4 800 224 258 276 291

Ta thấy hành trình xupap tăng nhanh (3.0 -ỉ-3,5 lần) khi tăng áp suất nguồn từ 1 .OMPa đến 2.5MPa, nhưng giảm chậm hơn theo mức độ tăng tốc độ trục phân phối (ở áp suất cao hơn thì giảm nhanh hơn), trị số “thời gian - tiết diện” tăng khoảng 4 lần khi tăng áp suất nguồn từ l.OMPa đến 2.5MPa và giảm không đáng kể khi tăng tốc độ trục phân phối (14% khi áp suất bằng 1 .OMPa; 19.3% ở áp suất 2.5MPa khi tốc độ trục phân phối tăng từ 500vg/ph đến 800vg/ph - tương ứng với tốc độ trục khuỷu của động cơ tăng từ lOOOvg/ph đến 1600vg/ph). Sự tăng nhanh hơn của trị số “thời gian - tiết diện” so với hành trình xupap là pha phối khí tăng đáng kể (48° ở tốc độ 500vg/ph đến 67° ở tốc độ 800vg/ph khi tăng áp suất nguồn nuôi và tăng tốc độ trục phân phối). Ớ miền áp suất nguồn cao thì sự gia tăng được thế hiện ró nét hơn.

3.7.Ket luận chương 3

Với nhũng nội dung trên ta đã tìm hiểu được chi tiết về phương án dẫn động xupap bằng thủy lực: mô hình sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn động xupap bằng thủy lực có sử dụng van phân phối mà cụ thể là van phân phối kểu khóa.

Tìm hiếu về các phương trình mô tả chuyến động của con trượt và xupap trong hệ thống dẫn động bằng thủy lực và quy luật cấp chất lỏng công tác cho việc đóng, mở xupap. Từ các phương trình ấy người ta đã tiến hành khảo sát trên máy tính và thu được các bảng số liệu mà tôi trình bày, từ đó mà ta rút ra được những nhận xét về ảnh hưởng của các tham số như áp suất, tốc độ trục quay, độ cứng lò xo tới quy luật chuyển động của xupap.

PHÀN KÉT LUẬN

Trong các động cơ hiện nay dẫn động xupap chủ yếu bằng cơ khí, dẫn động gián tiếp thông qua các chi tiết trung gian như con đội, đũa đẩy, cò mổ, ...hoặc dẫn động trực tiếp thông qua trục cam. Tuy nhiên các phương án này vẫn còn nhiều hạn chế, và phương án dẫn động xupap bằng thủy lực đã khắc phục được những hạn chế cơ bản của các phương án này. Trong khuôn khố khóa luận tôi đã trình bày về các phương án dẫn động xupap và cụ thể tìm hiểu về phương án dẫn động bằng thủy lực: sơ đồ nguyên lý chung, sơ đồ nguyên lý sử dụng van phân phối, quy luật cấp chất lỏng công tác cho xyalnh thủy lực, phương trình toán học mô tả chuyến động của xupap trong hệ thống dẫn động bằng thủy lực, đánh giá kết quả khảo sát mô hình toán học dẫn động xupap bằng thủy lực trong cơ cấu phân phối khí động cơ đốt trong. Phương án này cũng phù hợp với thực tiễn và công nghệ ở nước ta hiện nay. Tuy nhiên trong khuôn khổ khóa luận tôi mới tìm hiểu được về mặt lý thuyết, phương hướng đưa ra là sẽ có động cơ sử dụng dẫn động xupap bằng thủy lực trong thực tế ở Việt Nam.