tính toán lượng không khí nạp thời kỳ chạy không tải và thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ không tải động cơ

Mục lục
Mục lục 1
Giới thiệu đầu 2
Chơng I: hệ thống không tảI sử dụng bộ chế hoà khí & các hệ thống không tải hiện nay 2
Chơng II: Tính lu lợng không khí nạp thời kỳ chạy không tải 17
A. Quá trình chạy không tải ổn định 18
B. Quá trình chạy không tải phụ thuộc vào 31
nhiệt độ động cơ 31
Chơng III: Viết chơng trình tính toán lu lợng không khí nạp thời kỳ chạy không tải và mô phỏng quá
trình hoạt động của van 34
Chơng iV: xây dựng mô hình Sơ đồ điều khiển & 50
thiết kế mạch điều khiển 50
Chơng V: lựa chọn cảm biến 54
Chơng VI: Thiết kế & tính toán động cơ bớc 65
Chơng VII: Chọn linh kiện chế tạo ECU 74
Phạm vi ứng dụng 80
Tài liệu tham khảo 81
1
Giới thiệu đầu
Khoảng 30 năm gần đây, Ngành công ngiệp ô tô đạt đợc bớc tiến đáng kể, và sẽ
phát triển rất nhanh trong những năm tới, nhiều công nghệ mới về vật liệu, điện tử,
điều khiển, đợc áp dụng cho các loại động cơ đốt trong, làm cho động cơ gọn nhẹ
hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn, dễ điều khiển hơn và ngày càng tiện nghi cho ngời sử
dụng. Đặc biệt vấn đề bảo vệ môi trờng đa ra các yêu cầu rất cao về khí xả, các xe đời
mới đã có những cải tiến cơ bản để đáp ứng với những yêu cầu đó.
Trong những năm gần đây, công nghệ chế tạo động cơ đang đợc đa vào Việt nam
với nhiều công ty liên doanh, hoặc công ty 100% vốn nớc ngoài, xe hơi bắt đầu đang
đợc sử dụng rộng rãi, không chỉ các xe công, các xe t nhân cũng đang đợc sử dụng, và
phát triển nhanh trong thời gian tới.
Trên cơ sở các dự báo về sự phát triển ô tô trong thời gian tới, em nhận chọn đề
tài: Tính toán lợng không khí nạp thời kỳ chạy không tải và thiết kế hệ thống điều

khiển tốc độ không tải động cơ. Đề tài này đợc chia ra thành 6 chơng với những nội
dụng chính sau:
Chơng I: Sự cần thiết điều khiển tốc độ không tải động cơ & Các hệ thống
không tải hiện nay.
Chơng II: Tính lu lợng không khí nạp thời kỳ chạy không tải.
Chơng III: Viết chơng trình tính lu lợng không khí nạp thời kỳ chạy không tải
và mô phỏng quá trình hoạt động của van.
Chơng IV: Thiết kế cảm biến.
Chơng V: Tính toán & Thiết kế động cơ bớc.
Chơng VI: Thiết kế mô hình điều khiển tốc độ động cơ & Chọn linh kiện chế
tạo ECU.
Các chơng viết theo bố cục chặt chẽ và chi tiết tiện cho quá trình truy cứu.
Chơng I: hệ thống không tảI sử dụng bộ chế hoà khí &
các hệ thống không tải hiện nay
2
I. Hệ thống không tải trong động cơ dùng bộ chế hoà khí.
1. Sự cần thiết của hệ thống không tải.
Trong quá trình hoạt động của động cơ ban đầu là khởi động lạnh động cơ
tiếp đó là quá trình chạy không tải trong một thời gian sau đó động cơ hoạt động
có tải, Khi động cơ hoạt động bình thờng thì hệ thống nhiên liệu chính làm việc
quá trình này động cơ hoạt động ở tốc độ cao và công suất phát ra của động cơ
lớn, cần lợng không khí và nhiên liệu nhiều, nhng khi hoạt động ở chế độ không
tải ta chỉ N
e
= 0 chỉ cần phát ra công suất đủ thắng sức cản bản thân động cơ ở số
vòng quay nhỏ (N
i
= N
m
) vì vậy chỉ cần lợng hỗn hợp nhỏ nên bớm ga đóng nhỏ,

khi đó tốc độ không tải qua họng và độ chân không ở họng p
h
nhỏ không đủ hút
nhiên liệu ra khỏi vòi phun chính, mặt khác hỗn hợp khí chạy không tải phải đậm
(thờng = 0,6). Cần phải có một hệ thống cung cấp hỗn hợp cho động cơ khi
chạy không tải.
2. Nguyên lý làm việc hệ thống không tải dùng chế hoà khí.
Trong động cơ cổ điển hệ thống không tải chủ yếu là cơ khí. Kết cấu hệ
thống không tải này thờng đơn giản làm việc chắc chắn tuổi thọ cao, để điều chỉnh
lợng không khí nạp cho thời kỳ chạy không tải này ngời ta thờng thiết kế vít điều
chỉnh để tăng hoặc giảm tuỳ theo kiểu động cơ.
3
a) Sơ đồ nguyên lý.
7
1
3
2
4
6
5
Hình 1.1
1. Lỗ cung cấp hỗn hợp. 2. Lỗ chuyển tiếp.
3. Vít điều chỉnh hỗn hợp. 4. ống hỗn hợp.
5. Giclơ không khí. 6. Giclơ nhiên liệu.
7. Vít điều chỉnh kênh ga.
b) Nguyên lý làm việc.
Khi động cơ chạy bớm ga đóng gần kín lu lợng không khí qua họng
khuyếch tán nhỏ khiến độ chân không tại đây nhỏ nên khả năng hút xăng cũng
nh xé tơi và hoà trộn xăng với không khí kém. Do đó hệ thống chính không có
khả năng cung cấp hỗn hợp cho động cơ chạy không tải. Trong khi đó độ chân

không sau bớm ga lớn nên đợc tận dụng để hút xăng ra họng khuyếch tán và tạo
thành hỗn hợp cho động cơ chạy không tải, cụ thể xăng đợc hút ra từ buồng
phao qua gíc lơ nhiên liệu 6 (Hình 1.1) còn không khí đợc hút qua gíc lơ 5 vào
ống hỗn hợp 4. Tại đây xăng hoà trộn với không khí tạo thành dạng nhũ tơng
tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bay hơi và hoà trộn của xăng với không khí
tạo thành hỗn hợp. Cuối cùng hỗn hợp đợc hút qua lỗ 1 phun vào không gian
sau bớm ga. Quá trình bay hơi và hoà trộn của xăng với không khí tiếp tục diễn
ra trên đờng nạp vào xy lanh động cơ.
4
Khi động cơ chuyển từ chế độ không tải sang chế độ có tải, bớm ga mở to
dần. Độ chân không sau bớm ga giảm đi dẫn tới lợng hỗn hợp cung cấp qua hệ
thống không tải giảm trong khi hệ thống chính cha hoạt động vì độ chân không
ở họng khuyếch tán còn nhỏ khiến động cơ có thể bị chết máy. Để khắc phục
hiện tợng này, trong hệ thống không tải có lỗ chuyển tiếp 2 ở vào vị trí phía sau
bớm ga, lúc đó lỗ 2 sẽ trở thành lỗ bổ sung hỗn hợp cho chế độ chuyển tiếp.
Còn ở chế độ không tải, lỗ 2 đóng vai trò cung cấp không khí vào ống hỗn hợp
4.
Chế độ không tải đợc điều chỉnh sao cho động cơ làm việc ổn định ở số
vòng quay nhỏ nhất có thể nhằm tiết kiệm nhiên liệu.
Thông thờng chế độ không tải đợc điều chỉnh theo trình tự sau đây. đầu
tiên vít điều chỉnh hỗn hợp 3 đợc vặn chặt rồi nới ra theo quy định của nhà chế
tạo (ví dụ đối với xe Dream II là 2
8
1
vòng). Vít kênh ga 7 đợc vặn vào một chút
để tăng độ mở của bớm ga. Sau đó cho động cơ khởi động. Nếu không tác động
lên cơ cấu điều chỉnh bớm ga thì động cơ sẽ chạy không tải ở tốc độ cao. Nới
dần vít 7 bớm ga sẽ đóng nhỏ lại, tốc độ động cơ giảm đi cho đến khi động cơ
đạt đợc tốc độ không tải ổn định nhỏ nhất.
3. Hiệu chỉnh không tải nhanh.

*.Sơ đồ nguyên lý.
5
1
2
3
4
5
6
Hiệu chỉnh không tải nhanh
A (Độ chân không)
Hình 1.2
1. Cam không tải nhanh 2.Bớm gió.
3. Van nhiệt 4. Hộp màng.
5. Cần ga.
Khi nhiệt độ động cơ còn thấp (sau khởi động lạnh), van nhiệt 3 {lắp trên
thùng nớc làm mát} (Hình 1.2) cha làm việc, độ chân không sau bớm ga truyền
qua đờng a vào hộp màng 4 hút màng dịch sang phải cam 1 quay và tác động
vào cần ga 5 giữ cho bớm ga có độ mở nhất định, đảm bảo lợng hỗn hợp thích
hợp cho động cơ làm việc ở chế độ không tải nhanh. Khi nhiệt độ động cơ làm
việc đến nhiệt độ yêu cầu thì van nhiệt 3 làm việc (thờng là thanh lỡi lam) đóng
kín đờng chân không tới hộp màng 4, lò xo trong hộp màng sẽ đẩy màng sang
trái, tác động vào cam 1 làm cho cần ga quay, đóng nhỏ bớm ga ứng với chế độ
không tải chuẩn.
4. Phân tích thời kỳ chạy không tải (chế độ chuẩn).
Khi động cơ làm việc kéo dài ở chế độ không tải, nhiệt độ động cơ tăng
lên hỗn hợp quá đậm (do lợng khí nạp vào giảm), động cơ làm việc không ổn định
thậm chí còn bị chết máy. Để hạ nhiệt độ ngời ta thờng dùng van hạ nhiệt nhằm đa
6
thêm gió vào làm mát máy, nhờ đó hỗn hợp sẽ không quá đậm. Ngoài chế độ chạy
không tải chuẩn còn có chế độ chạy không tải cỡng bức (Khi đạp chân ga ).

Fresh AirFresh Air
máy nóng Mát máy
hiệu chỉnh theo nhiệt độ động cơ
Hình 1.3
Van hạ nhiệt thờng là một van lỡng kim làm việc theo nhiệt độ (Theo
Hình1.3).
Khi động cơ có nhiệt độ bình thờng thì van đóng, khi nhiệt độ đông cơ có
nhiệt độ cao, van mở, không khí vào làm cho hỗn hợp không quá đậm, lợng hỗn
hợp tăng làm cho số vòng quay tăng (lợng hỗn hợp tăng làm tăng số vòng quay),
động cơ giảm nhiệt độ.
7
5. Nhận xét.
Nhợc điểm của hệ thống không tải kiểu cơ khí:
- Số vòng quay không ổn định.
- Biến thiên theo nhiệt độ động cơ.
- Chuyển tiếp từ không tải thành có tải sang có tải chậm.
- Tốn nhiên liệu.
- ô nhiễm lớn do hỗn hợp đậm.
Với việc phát triển của khoa học và công nghệ nhanh nh hiện nay thì việc
ứng dụng vào thực tế phát triển rất nhanh nhất là các ngành mũi nhọn nh: Công
nghệ thông tin, điện tử viễn thông, tự động hoá, sinh học trong đó cơ khí
không ngoại lệ, nhu cầu đòi hỏi tiết kiệm nhiên liệu ngày càng cao do nhiên
liệu ngày càng hiếm dần và các tiêu chuẩn ô nhiễm môi trờng ngày càng khắt
khe đòi hỏi môi trờng trong sạch đẹp. Trong đó khí thải của động cơ gây ra ô
nhiễm cho môi trờng khá lớn do đó ta cần phải cải tiến động cơ sao cho tiết
kiệm đợc nhiên liệu đợc ít nhất có thể đợc và lợng khí thải gây ô nhiễm cho môi
trờng giảm tối thiểu. Phơng pháp hiện đại nhất hiện nay là dùng hệ thống điều
khiển tự động bằng điện tử.
II. Hệ thống không tải hiện đại và việc điều khiển.
1. Sự ra đời hệ thống điều khiển tốc độ không tải động cơ.

Việc phát triển của vi xử lý trong mấy chục năm gần đây đã tạo ra cuộc
cách mạng lớn về khoa học đã làm thay đổi cả nhân loại. Đã có rất nhiều viện
nghiên cứu và các tập đoàn lớn đã đầu t nghiên cứu chế tạo bộ vi xử lý và trong đó
công nghệ chế tạo chíp đã có sự phát triển vợt bậc, mốc đánh dấu đầu tiên phải kể
đến hãng Intel Những năm 70 đã chế tạo nhiều bộ vi xử lý khác nhau cho công
nghiệp trong, và tiếp đến là nhiều hãng khác, Để tận dụng đợc thế mạnh đó chúng
ta đã áp dụng đợc vào cho ô tô để điều khiển lợng phun nhiên liệu cho động cơ,
góc đánh lửa sớm, điều khiển tốc độ không tải động cơ
Sự áp dụng điều khiển tự động vào cho động cơ đã tạo ra sự phát triển mới
mẻ cho ngành công nghiệp ô tô, trong đó điều khiển tốc độ không tải động cơ thời
kỳ chạy không tải đã có hiệu quả và phát triển.
8
Quá trình điều khiển tốc độ không tải động cơ rất khả thi và hiệu quả đối
với các nớc có ngành công nghiệp ô tô phát triển nh: Nhật, Mỹ, Đức
Nhng đối với nớc ta đây là vấn đề vẫn còn khá mới mẻ đang ở giai đoạn
mầm mống. Số lợng xe ô tô có sử dụng bộ vi xử lý cha nhiều, thu nhập nớc ta còn
thấp để có thể mua đợc một ô tô có trang thiết bị hiện đại. Để giảm giá thành nhập
ngoại thì chúng ta phải thiết kế lấy bộ vi xử lý mới thay thế cho vi xử lý của các
hãng, do bộ điều khiển chính hãng sau một thời gian làm việc kém chất lợng, gây
ra sự mất ổn định của tốc độ không tải thậm chí gây ra chết máy , điển hình là các
xe Daewoo , làm cho xe không thể chạy ở chế độ không tải. Mục tiêu đặt ra của
chúng ta là chế tạo ra hệ thống điều khiển tốc độ không tải không chỉ áp dụng cho
một loại xe có hệ thống phung xăng điện tử của một loại xe duy nhất mà phải áp
dụng đợc cho nhiều loại xe khác nhau.
2. Các bớc để thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ không tải động cơ.
a) Tiêu chí thiết kế.
Đơn giản
Dễ chế tạo
Làm việc chắc chắn và ổn định
Có thể sản xuất đợc hàng loạt

Có sự chuẩn hoá
Lắp đặt nhanh.
b) Phân tích quá trình tính toán & thiết kế đề tài.
Do chúng ta phải tự thiết kế toàn bộ hệ thống điều khiển tốc độ không tải
động cơ, đòi hỏi phải có độ chính xác cao, có thể sản xuất đợc hàng loạt, hơn
nữa việc thiết kế và tính toán bằng tay là kém chính xác hiệu quả không cao,
thời gian thiết kế lại nhiều, và để điều khiển đợc tốc độ không tải chúng ta phải
đa thông số vào cho vi xử lý hoạt động. Để làm đợc việc này chúng ta phải sử
dụng đến kiến thức của các ngành khác nh: công nghệ thông tin, điện, điện tử,
trong đó ngôn ngữ lập trình rất quan trọng.
9
Để đáp ứng với nhu cầu thiết kế trên em chọn hai ngôn ngữ lập trình:
Ngôn ngữ lập trình Delphi6.0 và ngôn ngữ lập trình Pascal 7.0 trong quá trình
tính toán và thiết kế.
Chơng trình viết bằng ngôn ngữ lập trình Delphi nhằm giải quết các vấn
đề sau:
Tính toán công suất phát ra của động cơ và công suất cản của động cơ
của động cơ để sao cho công suất phát ra của động cơ luôn lớn hơn
hoặc bằng công suất cản
Tính toán lợng không khí nạp vào cho động cơ thời kỳ chạy không tải
từ đó tính đợc độ mở van điều khiển tốc độ không tải và số bớc của
động cơ bớc, tần số của xung
Mô Phỏng hoạt động của van không tải theo sự thay đổi nhiệt độ môi
trờng và vẽ các đặc tính của động cơ.
Chơng trình viết bằng ngôn ngữ lập trình Pascal nhằm giải quyết vấn đề
sau:
Tính toán nhiệt.
Vẽ đồ thị (đồ thị công, đồ thị động học, đồ thị động lực học) {Do khối
lợng chơng trình này rất lớn nên đợc trình bầy trong một tài liệu
riêng}.

Sau khi tính toán đợc các thông số cho động cơ cùng các đặc tính của nó
ta bắt đầu đi vào thiết kế mô hình điều khiển sơ đồ điều khiển phản hồi về tốc
độ, các cảm biến cần thiết, động cơ bớc, vi mạch điều khiển.
III. Thiết kế van điều khiển tốc độ không tải động cơ
1. Sơ đồ hệ thống điều khiển động phun xăng điện tử trên xe Audi 2.0.
Trong các hệ thống điều khiển phun xăng điện tử ngày nay có rất nhiều
loại, loại đơn giản nhất chỉ điều khiển phun nhiên liệu tự động và điều khiển góc
đánh lửa sớm nh (hệ thống phun xăng điện tử EFI). Có loại có thêm điều khiển
chế độ không tải, điều khiển hệ thống treo, điều khiển khả năng kéo nh (hệ thống
phun xăng điện tử ECCS), một số động cơ hiện đại bây giờ có cả điều khiển hộp
10
số tự động nh (hệ thống phun xăng điện tử dùng trên xe Mercedes), , sau đây là
hệ thống điều khiển phun xăng điện tử dùng trên xe Audi 2.0.
Sơ đồ hệ thống điều khiển phun xăng điện tử.
ECU
2
3
5
6
10
sơ đồ hệ thống điều khiển phun xăng điện tử
18
20
19
11
7
1
13
28
14

16
15
8
12
23
22
21
24
25
26
27
17
9
Hình 1.4
1. ắc quy 15. Vòi phun xăng.
2.ổ khoá 16. Van điều áp.
3. Rơ le bơm xăng. 17. Bộ điều chỉnh không khí
4. Bơm xăng 18. Bộ hoạt hoá các bon
5. Thùng xăng 19. Công tắc điều hoà nhiệt độ
6. Lọc xăng. 20. Công tắc áp suất dầu trợ lực lái
7. Đèn chuẩn đoán. 21. Công tắc tốc độ xe.
8. Cảm biến áp suất. 22. Công tắc bật đèn pha
9. Van điều khiển tốc độ không tải. 23. Công tắc khởi động.
11
10. Van điều chỉnh luân hồi khí thải. 24. Bộ xúc tác khí thải.
11. Giắc kiểm tra. 25. Cảm biến ôxy gen.
12. IC đánh lửa + mô bin. 26. Cảm biến nhiệt độ nớc.
13. Lọc khí. 27. Cảm biến nhiệt độ khí nạp.
14. Cảm biến vị trí bớm ga.
Nguyên lý hoạt động.

Từ sơ đồ hệ thống điều khiển phun xăng điện tử (Hình 1.4), ta chia làm 3
hệ thống chính: Hệ thống điện, hệ thống nhiên liệu, hệ thống không khí. Đợc
thể hiệ bằng sơ đồ khối nguyên lý hoạt động dới đây.
sơ đồ khối nguyên lý hoạt động
Xăng
Thùng xăng
Bơm xăng
Lọc xăng
ống chia
Van điều áp
Vòi phun khởi
động lạnh
Các vòi phun
Điện
- CB áp suất.
- CB đo số vòng quay động cơ.
- CB vị trí b ớm ga.
- CB nhiệt độ n ớc làm mát.
- CB nhiệt độ khí nạp.
- CB L ợng ô xy d trong khí xả.
- CB kích nổ.
Cảm biến
Không khí
Lọc gió
Khoang chia khí
ống nạp từng xy lanh
xu pap nạp
B ớm ga
Xy lanh động cơ
ECU máy

ĐK luân
hồi khí xả
Không khí
Van khí
không tải
Điều chỉnh
tự động
đánh lửa sớm
Điều khiển
phun nhiên liệu
Điều khiển
chế độ
chạy không tải
Chuẩn đoán
- Công tắc khởi động.
- Công tắc điều hoà nhiệt độ.
- Công tắc áp suất dầu trợ lực lái.
- Công tắc tốc độ xe.
- Công tắc bật đèn pha.
- Công tắc khởi động
Các công tắc
Giắc kiểm tra
Đèn kiểm tra
máy
Nguồn điện
Hình 1.5
2. Thiết kế van điều khiển tốc độ không tải động cơ.
Van điều khiển tốc độ không tải đợc điều khiển bằng bộ vi sử lý thông qua
động cơ bớc, từ động cơ bớc đợc dẫn động tới van để mở van hoặc đóng van
12

Cấu tạo của van.
Đ ờng khí vào
14
15
16
10
12
11
Đ ờng khí ra
1
2
4
5
6
7
9
13
3
8
Hình 1.6
1. Thân van 9. Thân động cơ bớc
2. Van 10. Dây điện
3.Lò xo 11. Giắc điện
4. Then 12. Nắp sau động cơ bớc.
5. Nắp động cơ bớc 13. Vít M3
6. Đệm 14. Rô to
7. Vít định vị M4 15. Stato
8. Bạc 16. Vít M4
Nguyên lý hoạt động :
Trong thời kỳ sấy nóng máy của động cơ, nhiệt độ dầu bôi trơn trong

động cơ thay đổi làm cho độ nhớt thay đổi dẫn đến mô men cản của các thiết bị
chuyển động quay trong động cơ thay đổi từ đó công suất cản của động cơ thay
đổi.
13
Để cho động cơ hoạt động đựơc ổn định tại một số vòng quay thì công
suất phát ra của động cơ phải lớn hơn công suất cản của động cơ, khi đó ta phải
thay đổi áp suất cuối hành trình nạp từ đó tính ra lu lợng không khí đi vào động
cơ cho thời kỳ nạp, từ lu lợng không khí ta tính đợc diện tích lu thông qua van
và hành trình của van và từ đó tính đợc số bớc của động cơ điện.
ứng với hành trình của van làm cho piston của van nạp đi xuống để mở
van nạp làm cho luồng không khí đi qua van theo hình mũi tên (Hình 1.6) và đi
tiếp vào động cơ để nạp cho từng xy lanh động cơ.
Các chỉ tiêu khi thiết kế các chi tiết cho van điều khiển.
Trong quá trình hoạt động lâu dài của van sẽ gây ra hiện tợng mòn
của van và thân van tại vị trí tiếp xúc theo biên dạng nhất định, do đó nếu
ta thờng xuyên tháo van ra thì trong khi nắp lại sẽ dẫn đến hiện tợng xoay
van và làm cho van bị kênh do vậy ta phải thiết kế thêm then dẫn để
chống xoay cho van.
Và khi van lên xuống chiều dài lỗ dẫn hớng của nắp trên đông cơ
bớc (chi tiết số 5) phải đảm bảo đợc định vị đợc 4 bậc tự do giữa van và
và chi tiết số 5.
Các chỉ tiêu công nghệ khi gia công các chi tiết (Hình 1.7).
Thân van:
Vật liệu đợc đúc bằng hợp kim nhôm để đảm bảo đợc hoạt động
lâu dài.
Đảm bảo đợc động đồng tâm giữa của lỗ
14
0.01 A
A
0.01 A

A
0.01 A
0.01
A
A
0.01
A
0.01 A
0.01 A
0.01 A
A
0.01
A
A
0.01 A
0.01
A
Hình 1.7 Chỉ tiêu công nghệ khi gia công các chi tiết của van.
Van.
Đợc làm vật liệu Thép C45 để tiện cho quá trình gia công.
Náp trên động cơ bớc.
Đợc làm bằng vật liệu thép.
Động cơ bớc đợc làm bằng các vật liệu kỹ thuật điện.
Bạc
15
đợc làm bằng vật liệu đồng
Phân tích các hỏng hóc thờng gặp đối với van điều khiển tốc độ không
tải.
Khi hệ thống điện bị hỏng dẫn đến van không hoạt động (các hệ thống
khác cũng sẽ ngừng hoạt động) đây là trờng hợp thông thờng xẩy ra không

chỉ riêng một loại xe mà các xe khác cũng hay xẩy ra hiện tợng này.
Ngoài ra van điều khiển còn có hỏng hóc riêng đó là hiện tợng bị kẹt van,
do làm việc lâu ngày truyền động bằng ren hoạt động kém chất lợng sinh ra
ma sát lớn tại các bề mặt của ren làm cho van hay bị kẹt (mô men kéo của
động cơ bớc nhỏ) dẫn đến hệ thống làm việc không ổn định. Đây là trờng hợp
hay xẩy ra đối với các loại xe có thêm điều khiển tốc độ không tải.
Nếu bị kẹt nhng động cơ bớc vẫn quay đợc một số bớc nhất định khi đó
van vẫn làm việc đợc nhng không ổn định.
Nếu bị kẹt ở phía trên thì sẽ không có lợng không khí đi qua van dẫn đến
không có lợng nhiên liệu đợc phun ra, động cơ sẽ bị chết máy.
Nếu bị kẹt ở phía dới thì lợng không khí đa vào nhiều quá dẫn đến lợng
xăng đợc đa vào nhiều và động cơ làm việc có tốc độ không ổn đinh (có điều
khiển phản hồi lại tốc độ) và làm việc ở tốc độ cao.
Chú ý:
Khi tháo van ra khỏi động cơ bớc ta dùng điện áp đa vào sao cho quay
theo chiều ngợc để van đi lên.
16
Chơng II: Tính lu lợng không khí nạp thời kỳ chạy
không tải
Do chúng ta tự chế tạo lấy van điều khiển tốc độ không tải để thay thế cho các
xe có hệ thống không tải bị hỏng và để lắp mới cho xe cha có hệ thống điều khiển tốc
độ không tải nên ta có thể tính cho một xe bất kỳ từ đó có thể áp dụng cho các xe
khác, ở đây em chọn xe Audi 2.0 để tính.
Hình 2.1 Mặt cắt ngang động cơ Audi 2.0
Hình 2.2 Mặt cắt dọc động cơ Audi 2.0
17
A. Quá trình chạy không tải ổn định.
Số liệu ban đầu.
(Động cơ xăng Audi 2.0)
1. số vòng quay định mức n = 5600 (v/ph)

2. Số vòng quay không tải n
kd
=600 (v/ph)
3. Tỷ số nén =10,7
4. Số xylanh i=4
5. Sốkỳ =4
6. Hành trình piston S=92,8 (mm)
7. Đờng kính xylanh D=82,5 (mm)
8. Độ nhớt theo SAE 10W-40
Nhiệm vụ của ta là tính lợng không khí nạp để sao cho công suất phát ra của
động cơ lớn hơn công suất cản của động cơ, sau đây là quá trình tính toán.
I. Tính công suất cản động cơ.
1. Phân tích thời kỳ động cơ chạy không tải.
a) Công tổn thất cơ giới L
cg
.
Gồm công tiêu hao cho ma sát giữa các chi tiết của động cơ: Công dẫn
động các cơ cấu phụ, công tổn thất trong hành trình nạp và thải, công tổn thất
do lọt khí trong hành trình nén và giãn nở gây ra
Công tổn thất cơ giới phụ thuộc vào áp suất tổn thất cơ giới trung bình p
cg
khi khởi động
áp suất tổn thất cơ giới trung bình đợc tính nh sau
p
cg
= p
1
+ p
2
+p

3
+ p
4
Trong đó:
P
1
: biểu thị sức cản ma sát, p
1
phụ thuộc vào độ nhớt của đầu bôi
trơn tức là phụ thuộc vào loại dầu và nhiệt độ dầu (nhiệt độ của động cơ).
Nhiệt độ thấp thì độ nhớt của dầu sẽ tăng, trị số p
1
còn phụ thuộc vào tốc
độ chuyển động tơng đối của các bề mặt ma sát. Vì vậy p
1
cũng phụ
thuộc vào số vòng quay trục khuỷu của động cơ. Mặt khác, sức cản ma
sát hầu nh không phụ thuộc gì vào áp suất khí thể trong xy lanh động cơ,
18
lúc chạy không tải có hoặc không có cơ cấu triệt áp thì p
1
vẫn không thay
đổi. Chính vì vậy trong thời gian chạy sấy nóng động cơ, giá trị của p
1
lớn
hơn nhiều so với lúc động cơ nóng đang làm việc bình thờng.
P
2
: thể hiện công dẫn động các cơ cấu phụ(dẫn động bơm nớc,
máy phát điện )

P
3
: thể hiện công tiêu hao trong quá trình thay đổi khí, khi sấy
nóng trị số p
2
và p
3
nhỏ hơn nhiều so với lúc động cơ làm việc bình thờng
với nhiệt độ đủ lớn.
P
4
: gồm sức cản do tổn thất nh truyền nhiệt lọt khí qua xu pát và
xéc măng gây ra.
Có thể tính p
cg
theo công thức kinh nghiệm dới đây:
P
cg
= 0,02 + 0,282
3
1
4
1
100

kt
n
(MPa)
Trong đó:
- độ nhớt tuyệt đối của dầu nhờn ở nhiệt độ tính toán (N/s.m
2
)
b) Mô men trung bình của các lực cơ giới M
cg
.
M
cg
=
iVnp
hktcg

318,0
(MNm)
Trong đó:
P
cg
tính theo MPa.
V
h
thể tích công tác của xy lanh (m
3
).
n
kt

số vòng quay không tải (v/ph).
Nh vậy mô men cản thời chạy không tải phụ thuộc vào những yếu tố sau:
Kích thớc đặc điểm kết cấu của động cơ(đờng kính xy lanh, hành trình
piston, số xylanh, tỷ số nén, đờng kính và khối lợng của bánh đà v.v
Nhiệt độ môi trờng và nhiệt độ động cơ khi chạy không tải.
Số vòng quay không tải.
Chất lợng dầu bôi trơn.
Tăng dần số vòng quay sẽ làm cho ma sát khô chuyển thành ma sát nửa -
ớt. Quá trình chuyển tiếp này làm giảm mô men cản M
c
nhiệt độ động cơ càng
19
thấp thì khoảng chuyển tiếp ấy càng nhỏ, vì nhiệt độ thấp sẽ làm tăng độ nhớt
của dầu nhờn và độ nhớt càng cao thì ma sát nửa ớt đợc hình thành ở số vòng
quay càng thấp.
Tiếp tục tăng số vòng quay sẽ làm cho ma sát nửa ớt trở thành ma sát ớt
đồng thời làm tăng M
c
. Nhiệt độ động cơ càng thấp, tức là độ nhớt của dầu nhờn
càng lớn thì M
c
tăng càng mạnh
Khi nhiệt độ dầu nhờn (tức nhiệt độ động cơ) 13,5
0
C hoặc 8
0
C nếu
tăng số vòng quay n lên quá 150 ữ 200 v/ph sẽ làm công ma sát tăng nhanh và
dó đó làm tăng nhiệt lợng truyền cho bề mặt ma sát và do đó làm giảm độ nhớt
của dầ.

Nhờ đó mà mô men cản M
c
của động cơ lại giảm khi tiếp tục tăng số
vòng quay n
Nếu nhiệt độ của động cơ từ 10,5 ữ 69
0
C thì nhiệt lợng truyền cho ma sát
chỉ gây ảnh hởng rất ít tới độ nhớt của dầu. Vì vậy trong phạm vi nhiệt độ ấy
mô men cản M
c
tiếp tục tăng theo mức độ tăng của số vòng quay.
c) Công suất của thiết bị thời kỳ chạy không tải.
N
kt
=
kt
ktc
M


.10
3
Trong đó:

td
hiệu suất truyền động của thiết bị.
M
c
mô men cản (MNm).

kt
tốc độ chạy không tải (rad/s).
2. Tính công suất cản.
Quá trình hoạt động của động cơ ở tốc độ không tải là ổn định do vậy mô
men cản của động cơ lúc này chỉ phụ thuộc vào mô men cản cơ giới
20
Hình 2.3 Biểu đồ độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ.
a) Tính P
cg
theo công thức kinh nghiệm.
P
cg
= 0,002 + 0,0282
3
1
4
1
100







kt
n
(N/m
2
)

Trong đó:
- độ nhớt tuyệt đối của dầu nhờn ở nhiệt độ tính toán tại nhiệt độ 10
0
C
biến thiên độ nhớt của dầu nhờn theo nhiệt độ môi trờng biến thiên trên
Khi động cơ chạy ổn định chọn =3

(N.s/m
2
)
P
cg
= 0,002 + 0,0282
3
1
4
1
3
100
600






= 0,248 MPa
b) Mô men trung bình của các lực cơ giới M
cg
.

M
cg
=
iVp
hcg

318,0
(MNm)
Trong đó:
P
cg
tính theo (Mpa)
V
h
thể tích công tác của xy lanh (m
3
)
n
kt
số vòng quay không tải (v/ph)
i Số xy lanh động cơ.
M
cg
=
.4.10.496,0.1.248,0
4
318,0
3
= 39,234.10
-6

(MNm)
21
c) Công suất cản của động cơ.
N
c
=
td
kdc
M


3
10
Trong đó:
M
c
= M
cg
= 39,234 (MNm)

td
hiệu suất truyền động của thiết bị
N
c
= 1000.39,234.10
-3
.(.600/30)/0,98
= 2,515 kw < N
i
= 5,92 kw (thoả mãn).

II. Tính công suất động cơ.
1. Các thông số cần chọn.
a) áp xuất và nhiệt độ khí trời.
áp suất khí trời p
0
=0,1 (MPa)
nhiệt độ khí trời T
0
=24+273=297 (
0
K)
b) áp suất cuối hành trình nạp.
p
a
=(0,1ữ0,9)p
0
=(0,1ữ0,9).0,1=0,023(MPa)
c) áp xuất và nhiệt độ khí sót.
p
r
=(1,05 1,2)p
0
=(1,05 1,2).0,1=0,1122 (MPa)
T
r
=(900 1000)
0
K chọn T
r
=900 (

0
K)
d) Độ tăng nhiệt độ do sấy nóng khí nạp mới.
T=(0 20)
0
K; chọn T=20 (
0
K)
e) Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt.
Động cơ xăng =0,8 0,9
t
=1,17
f) Hệ số quét buồng cháy.

2
=0,8
g) Hệ số nạp thêm.
1=1,02 1,07, chọn 1=1,04
h) Hế số lợi dụng tỷ nhiệt tại điểm z, b.
Động cơ xăng:

z
=0,82 0,92, chọn
z
=0,915
22

b
=0,85 0,95, chọn
b

=0,919
i) Hệ số hiệu đính đồ thị công.

i
=0,92 0,97; chọn
i
=0,97
2. Quá trình nạp.
a) Hệ số khí sót.

r
=
T
T
r
T)(
0
2
+

.
p
p
r
0
.
)(
0

1

1
21
p
p
r
m
t



chỉ số giãn nở đa biến của khí sót (m=1,5)

r
=
900
)20297.(8,0 +
.
1,0
1122,0
.
)
1,0
1122,0
(
5,1
1
17,1.8,004,1.7,10
1

= 0,0312

b) Nhiệt độ cuối quá trình nạp.
T
a
=



r
m
m
r
r
t
p
p
T
r
a
TT
+
++

1

)(
1
0
=
0312,01
900.0312,0.17,120297

)
1122,0
0229,0
(
5,1
15,1
+
++

T
a
=326(
0
K)
c) Hệ số nạp.

v
=
p
p
0
a
0
0

1
1
T
T
T

+

[
1
-
t

2
)(
1
p
p
a
r
m
]
=
1,0
0229,0
.
20297
297
.
17,10
1
+
[10,7.1,04-1,17.0,8.
)
0229,0
1122,0

(
5,1
1
] = 0,1864
23
d) Lợng khí nạp lý thuyết để đốt 1kg nhiên liệu.
M
0
=
)
32412
.(
21,0
1 OHC
+
{Trong đó C,H,O là lợng Các bon, Hydro, oxi, có trong 1kg nhiên liệu
C=0,855; H=0,145; O=0}
M
0
=
)
32
0
4
145,0
12
855,0
.(
21,0
1

+
= 0,512 (kmol/kg.nl)
e) lợng khí nạp mới.
M
1
= .M
0
+ 1/à
nl
= 0,8.0,512 + 1/114 = 0,4183
3. Quá trình nén.
a) Tỷ nhiệt của quá trình công tác.
b) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới.
{coi nh chỉ có không khí}
m
c
v
= 19,806+0,00209T (KJ/kmol.độ)
a
v
=19,806;
2
b
v
=0,00209
c) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót (sản vật cháy).
+ Động cơ xăng
,,
m
c

v
= (17,997+3,504)+
2
1
(360,34+252,4).10
-5
.T (KJ/kmolđộ)
=(17,997+3,504.0,8)+
2
1
(360,34+252,4.0,8).10
-5
.T
=21,48779+0,00306.T
a
v
,,
=20,8002;
2
,,
b
v
=0,00281
d) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác.
,
m
c
v
=
) (

1
1
,,
vr
v
r
mcm
c


+
+
(KJ/kmol.độ)
24
a
v
,
=
) (
1
1
,,
aa
v
r
v
r


+

+
=
)00281,0.0312,000209,0.(
0312,01
1
+
+
=19.8361
2
,
b
v
=
)
2
.
2
.(
1
1
,,
bb
v
r
v
r


+
+

==0.00211
=
a
v
,
+
2
,
b
v
.T=19,8361+0,00211.T
e) Tỷ số nén đa biến trung bình.
n
1
-1 =
)1.(.
2
314,8
1
,
,
1
++


n
T
a
v
v

b
a
{n
1
=1,34ữ1,39}
Giải phơng trình ra ta đợc n
1
=1,3745
f) Nhiệt độ cuối quá trình nén.
T
c
=T
a

1
1

n
(
0
K)
=326.10,7
1,3745-1
=793 (
0
K)
4. Quá trình cháy.
a) Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết.

0

=1+
à
à


nl
nl
M
OH
M
1
1
324
)1(21,0
0
0
+
++
= 1+
114
1
512,0.8,0
114
1
32
0
4
145,0
512,0).8,01(21,0
+

++
= 1,1225
b) Hệ số thay đổi phân tử thực tế.
=



r
r
+
+
1
0
=
0312,01
0312,011225,1
+
+
= 1,1187
25