Tài liệu Ứng dụng động cơ đốt trong trên xe máy

Đề tài: Ứng dụng động cơ đốt trong trên xe máy

MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài
Xe máy với nguồn động lực là động cơ đốt trong và là phương tiện giao thông chủ yếu ở Việt Nam. Xe máy trở thành tiện thông dụng để đi lại, chở hàng hóa của mỗi người, mỗi gia đỡnh Và không ít người đă từng đặt ra câu hỏi “tại sao xe máy có thể chuyển động được trên đường?’’ “Khi xe chuyển động thỡ cỏc cơ cấu, hệ thống của nó hoạt động như thế nào? Cũng xuất phát từ những câu hỏi đó và cùng với mong muốn được t́m hiểu sâu hơn về xe máy, em chọn đề tài “Ứng dụng động cơ đốt trong trên xe mỏy”.
2. Mục đích nghiên cứu
- T́m hiểu về động cơ đốt trong dùng trên xe máy.
- Xây dựng một vài mô phỏng của hệ thống truyền lực xe máy.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu tài liệu về động cơ đốt trong và ứng dụng của động cơ đốt trong trên xe máy.
- Quan sát, nghiên cứu cấu tạo đặc điểm động cơ, các hệ thống của xe máy ở pḥng thực hành
- Nghiên cứu lí luận dạy học và khai thác ứng dụng của một số phần mềm tin học và xây dựng mô phỏng về một số cấu tạo và hoạt động của xe máy
4. Phương pháp nghiên cứu.
- Nghiên cứu lí thuyết: t́m kiếm, lựa chọn các thông tin trên tài liệu và trên internet.
- Khảo sát thực tiễn: T́m hiểu cấu tạo đặc điểm động cơ, các cơ cấu, hệ thống của xe máy và hoạt động của hệ thống truyền lực xe máy ở pḥng thực hành
Cấu trúc khóa luận:
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục. Nội dung chính của khóa luận gồm:
Chương 1. Cơ sở ứng dụng động cơ đốt trong trên xe máy
Nghiên cứu cơ sở lí thuyết của ô tô và vận dụng vào cho nghiên cứu xe máy
Chương 2. Ứng dụng động cơ đốt trong trên xe máy.
Tŕnh bày đặc điểm cấu tạo động cơ xe máy, đặc điểm cấu tạo, hoạt động của hệ thống truyền lực, hệ thống lái, hệ thống điện trên xe máy.
Chương 3. Xây dựng mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe máy
Thử xây dựng một vài mô phỏng của hệ thống truyền lực xe máy.


Chương I
CƠ SỞ ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRÊN XE MÁY
1.1. Sơ lược lịch sử ra đời xe máy
Thời ḱ đầu, động cơ của xe được đặt ngay trục bánh xe, xe không có giảm xóc. Dần dần, sau nhiều cải tiến, động cơ được đưa vào giữa khung xe để đảm bảo cân bằng. Các bộ phận khác như khung, li hợp (côn), hộp số, phanh, giảm xóc cũng phát triển và hoàn thiện để xe dễ điều khiển và có tốc độ tối ưu.
Sự phát triển của mụ- tụ 2 bánh
[TABLE=width: 208, align: right]
[TR]
[TD]
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]H́nh ảnh của chiếc mô- tô đầu tiên (1885)
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
Năm 1885, lịch sử thế giới ghi nhận chiếc mụ- tụ đầu tiên ra đời do Gotthieb Daimler (1834 - 1900) sáng chế, thời gian đầu xe mụ- tụ 2 bánh phát triển chậm do điều khiển khó khăn và tốc độ quá chậm. Đến thế kỷ XX mụ- tụ 2 bánh mới được sử dụng rộng răi ở châu Âu.
H́nh 1.1 – h́nh ảnh chiếc mô tô (1885)
1.2. +Các chế độ làm việc và đường đặc tính của động cơ.
1.2.1. Các chế độ làm việc của động cơ
Các chế độ làm việc của ĐCĐT được đặc trưng bởi một tổ hợp những thông số máy công tác chủ yếu của động cơ như: phụ tải, số ṿng quay, trạng thái nhiệt Chế độ làm việc luôn luôn thay đổi theo đặc điểm sử dụng động cơ.
Yếu tố chính thể hiện công của động cơ dẫn động các loại máy công tác là công có ích N­[SUB]e [/SUB](kw) đươc tính theo mụmen có ích (kN.m) và tốc độ quay của trục khuỷu n (vũng /phỳt)

[TABLE]
[TR]
[TD]Trong quá tŕnh làm việc phụ tải và tốc độ của động cơ luôn luôn thay đổi theo nhu cầu của máy công tác:
Tốc độ nhỏ nhất, phụ thuộc vào điều kiện làm việc ổn định của động cơ. Tốc độ cho phép lớn nhất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: các điều kiện đảm bảo chu tŕnh công tác và ứng suất nhiệt của các chi tiết, mức giảm của hệ số nạp và nhiều yếu tố khác gây ảnh hưởng xấu tới chu tŕnh công tác, tuổi thọ và độ tin cậy của động cơ.
[/TD]
[TD]
H́nh 1.2 - Đặc tính của động cơ và của máy công tác
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
Động cơ có thể hoạt động tốt trong pham vi tốc độ nhỏ nhơt tốc độ lớn nhất cho phép. Ở mỗi tốc độ n, mụmen hoặc công suất có thể thay đổi từ không (chế độ không tải) tới giá trị lớn nhất tương ứng với tốc độ ấy. Như vậy tổng hợp mọi chế độ có thể làm việc của động cơ trên đồ thị M[SUB]e[/SUB](n) hoặc N[SUB]e[/SUB](n) sẽ là diện tích đồ thị giới hạn bởi bốn đường: hai đường song song với tung độ đi qua n[SUB]min[/SUB] (số ṿng quay nhỏ nhất) và n[SUB]max[/SUB] (số ṿng quay lớn nhất), bản thân trục hoành và đường a nối các điểm có công suất hoặc mụmen cực đại tương ứng với các chế độ làm việc.
Trờn h́nh 1.2, giới thiệu hàm N[SUB]e[/SUB] = f(n) thể hiện trờn cỏc đường từ 1 đến 4, mỗi đường tương ứng với một vị trí của cơ cấu điều khiển động cơ (vị trí bướm ga hoặc thanh răng bơm cao áp). Biến thiên về công suất của máy công tác N[SUB]c[/SUB] cũng là hàm của tốc độ quay n: N[SUB]c [/SUB]= f(n). Các đường I IV (h́nh 1. 2) thể hiện biến thiên theo hàm N[SUB]c [/SUB]theo n với các mức cản khác nhau
Nếu động cơ hoạt động ở một chế độ mà các thông số cộng tác (công suất, mụmen, số ṿng quay, trạng thái nhiệt) không thể thay đổi theo thời gian th́ động cơ hoạt động ở chế độ ổn định. Chế độ ổn định chỉ tồn tại khi công suất có ích của động cơ N[SUB]e [/SUB]bằng công suất của máy công tác, khi không thay đổi cơ cấu điều khiển động cơ cũng như mức cản của máy công tác. Nếu nối liền trục khuỷu của máy công tác với trục quay của động cơ th́ số ṿng quay của máy công tác bằng số ṿng quay của động cơ, lúc ấy muốn xác định chế độ hoạt động của động cơ chỉ cần đặt các đồ thị của động cơ lên cùng một bản vẽ. Điểm cắt của đặc tính động cơ và đặc tính của máy công tác a, b, c đều là các chế độ ổn định của hệ thống động cơ và máy công tác.
Mỗi chế độ dừng, cơ cấu điều khiển động cơ nằm ở một vị trí nhất định, máy công tác cũng hoạt động ở một điều kiện cản nhất định, chính là điểm cắt của hai đặc tính, ví dụ: điểm a là điểm cắt của đặc tính 2 của động cơ và đặc tính II của máy công tác, khi động cơ chạy theo đường 2 và máy công tác theo đường II.
Cho thay đổi điều kiện hoạt động của máy công tác (thay đổi độ dốc và chất lượng của mặt đường .) sẽ làm thay đổi đặc tính của máy công tác N[SUB]c[/SUB]. Ví dụ giảm mức độ cản của máy công tác từ a xuống b (từ đường II xuống đường III) với tốc độ n[SUB]1[/SUB]công suất động cơ N[SUB]e[/SUB] > N[SUB]c[/SUB] (công suất máy công tác), một đoạn ab, công suất dư ấy sẽ làm tăng tốc đối với hệ thống cho tới khi cân bằng năng lượng được phục hồi ở chế độ dừng mới (điểm c).
Nếu thay đổi cơ cấu điều khiển động cơ (khi giữ không đổi mức cản của máy công tác), cũng sẽ làm thay đổi chế độ dừng của cả hệ thống diễn ra tương tự.
1.2.2 Các đường đặc tính của động cơ đốt trong
Thông qua các đường đặc tính của động cơ để đánh giá các chỉ tiêu kĩ thuật của động cơ, khi chúng hoạt động ở các điều kiện khác nhau. Đặc tính của động cơ là hàm số thể hiện sự thay đổi các chỉ tiêu công tác chính theo chỉ tiêu công tác khác hoặc theo nhân tố nào đó có ảnh hưởng trực tiếp đến chu tŕnh công tác.
Các đặc tính sử dụng nhiều trong động cơ gồm có
- Đặc tính tốc độ (gồm có đặc tính ngoài và đặc tính bộ phận )
- Đặc tính tải
- Đặc tính tổng hợp
- Đặc tính không tải
- Đặc tính điều tốc
- Đặc tính chân vịt
- Đặc tính điều chỉnh
Các đường đặc tính tổng hợp, không tải, chân vịt, chỉ là các trường hợp đặc biệt của đặc tính tốc độ
a) Đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Các hàm số thể hiện biến thiên của sông suất, mụmen có ích (hoặc áp suất có ích trung b́nh) suất tiêu hao nhiên liệu có ích . và các chỉ tiêu khác của động cơ theo số ṿng quay, khi giữ tay điều khiển động cơ ở một vị trí qui định được gọi là đặc tính tốc độ.
Đặc tính tốc độ biểu thị công suất cực đại của động cơ tương ứng với từng số ṿng quay của động cơ gọi là đặc tính ngoài.

H́nh 1.3 - Đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng
Đặc tính tốc độ nhận được khi bướm ga mở hoàn toàn hoặc cung cấp nhiên liệu hoàn toàn gọi là đặc tính tốc độ ngoài
Các đặc tính khi bướm ga mở không hoàn toàn hoặc cung cấp nhiên liệu không hoàn toàn gọi là đặc tính tốc độ riêng phần. Trên đặc tính biểu diễn các tần số quay đặc trưng sau: n[SUB]min[/SUB] tương ứng giá trị c̣n có thể làm việc ổn định khi cung cấp hoàn toàn, n[SUB]M[/SUB] - tần số quay tương ứng mụmen quay lớn nhất, n[SUB]max[/SUB] tương ứng với giá trị hạn chế hoặc điều chỉnh, n[SUB]M[/SUB] tương ứng với công suất lớn nhất
Động cơ chế hoà khí làm việc cơ bản ở tải trọng không hoàn toàn để sử dụng tốc độ của động cơ. Bộ hạn chế tốc độ cực đại giới hạn ở tần số vượt quá 20% tần số quay tương ứng với công suất lớn nhất (n[SUB]max[/SUB] ≈ 1,2n[SUB]N[/SUB])
Từ các đường biểu diễn của đặc tính tốc độ thấy rằng đường cong công suất có điểm cực đại, N[SUB]emax[/SUB] nằm ở chỗ khi mà ảnh hưởng của tần số quay làm tăng công suất được bù vào bởi sự giảm áp suất p[SUB]c[/SUB] do giảm hệ số nạp và tăng hao tổn cơ học
Đặc tính tốc độ được xây dựng theo kết quả thí nghiệm. Đặc tính tốc độ ngoài của động cơ thiết kế cũng có thể xây dựng theo công thức thực nghiệm
Công thức có dạng:
, (KW)
a, b, c – hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào chủng loại động cơ
Đối với động cơ xăng a = b = c = 1
Từ quan hệ N[SUB]e[/SUB]= f(n) dễ dàng xây dựng quan hệ M[SUB]e[/SUB]= f(n) theo
M[SUB]e[/SUB]= 9,550 (KW)
Giảm mụmen quay từ giá trị cực đại khi tăng dần tần số quay ảnh hưởng đến tính ổn định chế độ tốc độ quay của động cơ. Trên đồ thị công suất động cơ cực đại khi mụmen quay c̣n nhỏ hơn giá trị cực đại. Tuy nhiên mụmen này đă đủ để khắc phục mụmen cản nếu động cơ có chế độ ổn định
Hệ số thích ứng đặc trưng cho khả năng khắc phục quá tải mà không cần sang số, kí hiệu k:

M[SUB]emax[/SUB] : mụmen cực đại của động cơ
M[SUB]N[/SUB] : mụmen của động cơ ở tốc độ ứng với công suất cực đại
Đối với động cơ xăng có bộ hạn chế tốc độ ṿng quay:
k = 1,08 ữ 1,15
Đối với động cơ xăng không có bộ phận hạn chế tốc độ ṿng quay:
k = 1,2 ữ 1.35
Đặc tính G[SUB]t[/SUB] và g[SUB]e[/SUB] để đánh giá tính tiết kiệm của động cơ khi làm việc ở các chế độ tốc độ khác nhau
Chi phí nhiên liệu G[SUB]t[/SUB] khi độ mở van tiết lưu không đổi phụ thuộc chủ yếu vào tần số quay cũng như hệ số nạp. Do đó khi n, G[SUB]t [/SUB]tăng gần như đường thẳng lúc đầu và sau đó có ảnh hưởng của hệ số nạp mức độ tăng G[SUB]t[/SUB] giảm đi. Chi phí nhiên liệu riêng g[SUB]e[/SUB] được xác định trên cơ sở tính toán nhiệt ở các chế độ tốc độ khác nhau
Đối với động cơ chế hoà khí
g[SUB]e[/SUB]= g[SUB]eN[/SUB]
b) Đặc tính tải trọng
Để phân tích tính tiết kiệm của động cơ khi làm việc với tải trọng khác nhau, người ta dùng đặc tính tải trọng, là sự phụ thuộc của chi phí nhiên liệu g[SUB]e [/SUB]và G[SUB]t [/SUB]và công suất động cơ ở các tần số quay không đổi. Đặc tính tải trọng của động cơ chế hoà khí được gọi là đặc tính tiết lưu, biểu diễn sự thay công suất đạt được khi thay đổi vị trí van tiết lưu. Để đánh giá tính tiết kiệm trong khoảng rộng tần số quay sử dụng một số đặc tính tải trọng đối với các tần số quay khác nhau

H́nh 1.4 - Đặc tính tải trọng của động cơ xăng và điờden
Lúc đầu chi phí nhiên liệu G[SUB]t[/SUB] tăng gần như đường thẳng. Sự thay đổi đột ngột với tải trọng cực đại, do sự làm việc của bộ phận tiết kiệm và làm giàu hỗn hợp ở chế hoà khí
Tăng g[SUB]e[/SUB] khi mở bướm ga xảy ra do các quá tŕnh làm việc bị xấu đi (giảm η[SUB]v[/SUB], tăng γ[SUB]r[/SUB]) và giảm hiệu suất cơ học
Trong động cơ điờden khi tăng tải trọng và do đó chi phí nhiên liệu riêng bắt đầu giảm do giảm trị số tương đối của hao tổn cơ học và sau đó tăng do giảm α
Chi phí G[SUB]t[/SUB] ở động cơ điờden không được vượt quá giá trị xác định
c) Đặc tính điều chỉnh
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của công suất và tính tiết kiệm vào thành phần hỗn hợp, góc đốt sớm hay phun sớm, nhiệt độ dầu, nước và các yếu tố điều chỉnh khác đặc trưng cho các chế độ làm việc của động cơ gọi là đặc tính điều chỉnh. Các đặc tính này để phân tích các điều kiện làm việc có lợi nhất phụ thuộc vào các yếu tố đánh giá mức độ hoàn thiện sự điều chỉnh. Đặc tính điều chỉnh theo thành phần hỗn hợp biểu diễn sự phụ thuộc công suất N[SUB]e[/SUB] và chi phí nhiên liệu riêng g[SUB]e[/SUB] vào chi phí G[SUB]t[/SUB] khi không thay đổi tần số quay và góc đốt sớm hay phun sớm tối ưu

H́nh 1.5 - Đặc tính điều chỉnh của động cơ chế hoà khí theo thành phần hỗn hợp và theo góc đánh lửa sớm
1.3. Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động và các lực cản chuyển động của xe máy
1.3.1. Mụmen xoắn của bánh xe
Lực làm cho xe máy chuyển động xuất hiện ở các khu vực tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường là do kết quả tác động tương hỗ giữa chúng với nhau. Lực này tạo bởi mụmen xoắn truyền từ động cơ đến bánh xe chủ động
Gọi mụmen xoắn của bánh xe chủ động là M[SUB]k[/SUB] th́ công thức tớnh mụmen xoắn M[SUB]k[/SUB] từ mụmen xoắn của động cơ trong trường hợp xe máy chuyển động ổn định (chuyển động đều) sẽ là:
M[SUB]k[/SUB] = M[SUB]e[/SUB] . i[SUB]t[/SUB] . η[SUB]t [/SUB] ( 1)
Trong trường hợp xe máy chuyển động không ổn định th́ công thức để tớnh mụmen xoắn trên bánh xe chủ động như sau:
(2)
M[SUB]k[/SUB], M’[SUB]k[/SUB] là mụmen xoắn trên bánh xe chủ động khi xe máy chuyển động ổn định và không ổn định (K.G.m)
i[SUB]t[/SUB]: tỉ số truyền lực từ chi tiết K nào đó trong hệ thống truyền lực đến bánh xe chủ động
η[SUB]t[/SUB], η[SUB]k[/SUB]: hiệu suất cơ của hệ thống truyền lực
M[SUB]e[/SUB], M’[SUB]e[/SUB]: mụmen xoắn trên trục khuỷu động cơ khi xe máy chuyển động ổn định và không ổn định
I[SUB]e[/SUB], I[SUB]k[/SUB], I[SUB]b[/SUB] lần lượt sẽ là mụmen quán tính của bánh đà động cơ và của các chi tiết khác trong động cơ được qui dẫn về trục khuỷu động cơ, của các chi tiết quay nào đó trong hệ thống truyền lực đối với trục quay của nó,
M’[SUB]e[/SUB] trong trường hợp này được tính như sau: