IV. TÍNH TỐN THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ :
3.1. Xác định kích thướt của tiết diện lưu thơng:
Tiết diện lưu thông của xupáp ảnh hưởng đến chất lượng nạp thải của động cơ. Vì vậy khi thiết kế cần tăng đường kính xupáp càng lớn càng tốt nhưng bị hạn chế bởi đường kính
xilanh, Diện tích mặt nấm xupáp của các động cơ hiện nay thường chiếm khoảng 25 40% diện tích đỉnh pittơng, tuy vậy trong động cơ xăng dùng buồng cháy bán cầu hoặc chõm cầu, xupáp bố trí nghiêng hai bên nên diện tích xupáp lớn đến 35% diện tích đỉnh pittơng. Ở động cơ dùng nhiều xupáp cho một xilanh (4 xupáp) thì diện tích này mới tăng được 60% so với diện tích đỉnh pittơng. Diện tích xupáp nạp thường lớn hơn diện tích xupáp thải khoảng 10 15% và thường bằng 15 35% diện tích đỉnh pittơng.
Khi tính tốn tiết diện lưu thơng của xupáp phải dựa vào giả thiết lưu động ổn định của dịng khí khi đi qua họng đế xupáp. Ta coi dịng khí nạp hoặc thải có tốc độ bình qn và tốc độ của pittông không đổi.
Căn cứ vào điều kiện lưu động ổn định và liên tục của dịng khí, ta có:
Trong đó: f 2 h d i
k và p - mật độ của dịng khí ở họng xupáp và ở trong xilanh, xem
v p - Tốc độ bình qn của pittơng. Từ cơng thức (3 – 1) ta có: vk Với vp = S.n/30 = 75.5000.10-3/30 = 12,5 (m/s) Và Fp = .8,672/4 = 59,03 (cm2) S – Hành trình pittơng. S = 75 (mm). n – Số vịng quay trục khuỷu. n = 5000 (vịng/phút) D – Đường kính xilanh. D = 86,7 (mm).
Từ (3 – 2) ta rút ra tốc độ bình qn của dịng khí qua họng đế xupáp.
k
= p.
(3–3)
Đường kính họng đế xupáp:
d
(3–4)
Tốc độ bình qn của dịng khí thải thường lớn hơn dịng khí nạp khoảng 20
Do đó xupáp thải làm nhỏ hơn xupáp nạp. Vì vậy mặt nấm của xupáp thải có độ cứng vững lớn, khó biến dạng và diện tích chịu nhiệt nhỏ hơn.
dh
h
h'
dh
d1
Hình 3-1 Tiết diện lưu thơng qua xupáp.
Tiết diện lưu thông fkx qua xupáp (tiết diện vành khăn) được xác định theo công thức:
f
kx
Với: d1 = dh + 2.e ;
Thay vào (3 – 5) ta được:
2.h' (d h d1 ) h’ = h.cos ; (3 e = h’.sin – 5)
fkx = .h.(dh.cos + h.sin .cos2 ). (3 – 6)
Rõ ràng fkx phụ thuộc vào và h, khi càng nhỏ tiết diện lưu thơng càng lớn. Hành trình h càng lớn fkx càng lớn. Tuy vậy hành trình h bị hạn chế bởi tiết diện của họng đế xupáp, tiết diện lưu thông không thể lớn hơn tiết diện họng đế xupáp.
= 00 , thì fkx =
Khi = 450 thì hành trình xupáp phải lớn hơn mới có thể đạt được điều kiện tiết diện lưu thông bằng tiết diện họng đế xupáp. Cụ thể: hmax = 0,31.dh. Trong động cơ ngày nay, hành trình xupáp nằm trong phạm vi: h = (0,18 0,3)dh
*Tiết diện lưu thơng qua xupáp nạp:
Theo thực nghiệm và tính tốn nhiệt tốc độ của dịng khí nạp được chọn:
vkn = (40 115) (m/s) chọn vkn = 60 (m/s)
Số xupáp nạp i = 2.
Từ (3 – 4) suy ra đường kính họng nạp: dhn = 27,98
Chọn h = 0,263.dhn = 0,263.27,98 Góc cơn của nấm xupáp nạp: Từ (3 – 6) ta có:
fkx =
Kiểm nghiệm lại
.7,36.(27,98.cos450 + 7,36.sin450.cos2450) = 517,63 (mm2).
tiết diện lưu thông thực của xupáp nạp theo (3 – 2).
vkn = vp.F
i. f
59,03= 12,5.2.517,63.10^−2 = 71,27 (m/s). = 12,5.2.517,63.10^−2 = 71,27 (m/s).
vkn < (70
*Tiết diện lưu thông
Theo thực nghiệm và
90) (m/s). Vậy vkn thỏa mãn điều kiện. qua xupáp thải:
tính tốn nhiệt tốc độ của dịng khí thải được chọn:
vkt = (1,2 1,5).vkn = 1,3.60 = 78 (m/s) Số xupáp thải i = 2.
Từ (3 – 4) suy ra đường kính họng thải:
dht = √12,5.86,72/78.2 = 24,54 (mm)
Chọn h = 0,28.dht = 0,28.24,54 = 6,8712 (mm) Góc cơn của nấm xupáp thải: = 450
Từ (3 – 6) ta có:
fkx = .6,8712.(24,54.cos450 + 6,8712.sin450.cos2450) = 427 (mm2). Kiểm nghiệm lại tiết diện lưu thông thực của xupáp thải theo (3 – 2).
vkt = vp.