Nguyên lý động cơ đốt trong là một chủ đề quan trọng được giảng dạy trong trường Đại học Quy Nhơn. Đây là một môn học thuộc lĩnh vực cơ khí và động cơ, tập trung vào nguyên lý hoạt động và ứng dụng của các loại động cơ đốt trong.Môn học này bắt đầu bằng việc giới thiệu các khái niệm cơ bản về động cơ đốt trong, bao gồm các thành phần chính như xilanh, piston, van và hệ thống nhiên liệu. Sinh viên sẽ tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong, từ quá trình hút, nén, đốt và xả khí.Môn học cũng tập trung vào các công nghệ mới và phát triển trong lĩnh vực này, bao gồm các hệ thống phun nhiên liệu, hệ thống điều khiển và sử dụng năng lượng tái tạo. Sinh viên sẽ được tìm hiểu về hiệu suất và khả năng vận hành của các loại động cơ đốt trong khác nhau, và cách tối ưu hóa chúng để đạt được hiệu quả cao và tiết kiệm nhiên liệu.
QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt Chương I KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Giới thiệu chung Kể từ người phát minh kỹ thuật biến đổi lượng từ dạng sang dạng khác, mà chủ yếu biến thành sức lao động người được giải phóng đáng kể, suất lao động tăng cao Sự đời động đốt giúp phương tiện giao thông vận tải thơ sơ trước người như: xe ngựa, xe bị, xe kéo,… giới hố thành phương tiện giao thông vận tải ngày loại xe ôtô, máy kéo, tàu thuỷ, tàu hoả, máy bay, … Cho đến động đốt nguồn động lực dẫn động chúng Động đốt chiếm vai trò quan trọng trình giới hố sản xuất lĩnh vực cơng nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp, xây dựng, khai thác, hố chất, dầu mỏ, giao thơng vận tải, Chúng ta tóm lượt lịch sử phát triển động đốt sau: Năm 1860: Động đốt đời ông Lenoir người hầu bàn nhà kỹ thuật nghiệp dư Paris chế tạo Động chạy khí đốt, có hiệu suất nhiệt 3% Được coi năm đời động đốt giới Năm 1876: Nicôla Aogut Ôttô nhà buôn thành phố Koin Đức chế tạo loại động chạy khí đốt đạt hiệu suất cao với hiệu suất nhiệt 10% Năm 1877: Nicơla Aogut Ơttơ (Đức) phối hợp với Lăng Ghen (Pháp) đề xướng nguyên lí động kì chế tạo thử chạy khí than Năm 1885: Gơlip Đemlơ (Đức) chế tạo thành công động đốt chạy xăng Năm 1886: Hãng Daimler - mayach cho xuất xưởng động xăng có cơng suất có ích 0,25 mã lực với tốc độ vòng quay 600 vòng/phút Năm 1892: Động Diesel phát minh nhờ vào kỹ sư người Đức Rudolf Diesel, hoạt động theo nguyên lý tự cháy Ở gần cuối trình nén, nhiên liệu phun vào buồng cháy động để hình thành hịa khí tự bốc cháy Năm 1897: Ruđônphơ Saclơ Sređiêng Diesel (kĩ sư người Đức) chế tạo thành công động đốt chạy nhiên liệu nặng, công suất 20 mã lực Động QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt Diesel đời có hiệu suất nhiệt cao 26 % Đến năm 1927: Robert Bosch phát triển bơm cao áp (bơm phun Bosch lắp cho động Diesel ôtô thương mại ôtô khách vào năm 1936) Năm 1954: Động piston (píttơng) quay hãng NSU- Wankel chế tạo Hệ phun xăng điện tử thương mại hóa Bosch 1955 Wright R-3350 Hệ thống cải biến trên hệ thống diesel có áp lực cao gắn cánh bướm ga (diesel cổ điển bướm ga) Nó dùng bơm xăng bình thường cung cấp nhiên liệu cho vòi phun tăng áp vào buồng đốt Khi kết hợp với valve Desmo xe đua 300SL tạo sức >100 mã lực /mỗi 1000 cc xem tốt xe ngày không xài turbo Cũng vào năm 1955, Mercedes – Benz ứng dụng phun xăng trực tiếp vào buồng cháy động cylinder (Mercedes – Benz 300SL) với thiết bị bơm tạo áp suất phun Bosch Tuy nhiên, việc ứng dụng bị quên lãng vào thời điểm thiết bị điện tử chưa phát triển ứng dụng nhiều cho động ôtô, nên việc điều khiển phun nhiên liệu động tuý khí, việc tạo hỗn hợp phân lớp cho động chưa nghiên cứu ngày Vì vậy, so với trình tạo hỗn hợp ngồi động q trình tạo hỗn hợp buồng đốt không khả quan kết cấu giá thành cao nhiều Sản phẩm điện tử EFI thương mại Electrojector đời 1957 American Motors cho động 288 bhp (214.8 kW) Nhưng chưa đưa vào sản xuất đại trà Năm 1957: Chrysler sử dụng hệ phun xăng điện tử EFI (electronic fuel injection) đời thương mại Bendix Corporation 1958 Chrysler xe Chrysler 300D, Dodge D500, Plymouth Fury DeSoto Adventurer Nhưng quyền sáng chế lại tay Bosch Năm 1967: Bosch phát minh hệ EFI gọi D-Jetronic (D for Druck, German =áp suất) xe VW 1600TL Đây hệ dùng vận tốc tỉ trọng khơng khí để tính tốn khối lượng khí cần từ tính thể tích nhiện liệu cần Hệ thống sử dụng cảm biến điện tử thứ bị ảnh hưởng rung động tạp chất Sau đó, Năm 1967: hệ K-Jetronic L-Jetronic đời Các hệ thống dùng cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến áp suất, nhiệt độ khơng khí nạp sau đến cảm biến khối lượng khơng khí nạp đời Năm 1982: Bosch giới thiệu hệ có cảm biến đo trực tiếp khối lượng khí nạp QNU- Bộ mơn Kỹ thuật tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt gọi LH-Jetronic (L for Luftmasse and H for Hitzdraht, German for "air mass" and "hot wire", respectively) Cảm biến dùng cuộn platin nung nóng đặt luồng khí nạp Tốc độ làm lạnh cuộn dây tỉ lệ với khối lượng khí thổi qua đo trực tiếp khối lượng khí LH Jetronic: hệ EFI hồn chỉnh làm cho sau Sự tiến việc tạo vi mạch số (digital microprocessor) cho phép tổng hợp nguồn điều khiển chung Với phát minh EFI, Honda áp dụng phương pháp cho xe hãng Với số kiểu xe giá rẻ Bắc Mỹ dùng EFI tên gọi PGM-FI vào cuối thập niên 1980 dòng xe Accord Prelude trang bị động Honda A20A, A20A3 A20A4 Năm 1986, Honda Civic gắn PGM-FI Năm 1998, xe gắn máy giới sử dụng PGM-FI VFR800FI Năm 1986: Bosch đưa thị trường việc điều khiển điện tử cho hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel gọi hệ thống nhiên liệu Common Rail Đến năm 1996, với tiến khoa học kỹ thuật điện tử, động xăng ứng dụng phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt Mitsubishi Motors đưa trở lại thị trường Nhật với tên GDI (Gasoline direct injection), xuất châu Âu vào năm 1998 Mitsubishi áp dụng kỹ thuật sản xuất 400.000 động cho dòng xe chỗ đến trước năm 1999 Tiếp theo sau, hàng loạt hãng tiếng PSA Peugeot Citron, Daimler Chrysler (với cho phép Mitsubishi) áp dụng kỹ thuật cho dòng động vào khoảng năm 2000 – 2001 Volkswagen/Audi cho mắt động GDI vào năm 2001 tên gọi FSI (Fuel Stratified Injection) BMW không chịu thua cho đời động GDI V12 Các nhà sản xuất xe hàng đầu General Motors áp dụng kỹ thuật GDI cho động đời dịng xe vào năm 2002 Sau Toyota phải từ bỏ việc tạo hỗn hợp động để chuyển sang tạo hỗn hợp buồng đốt mắt thị trường với động 2GR – FSE V6 vào đầu năm 2006 Ngày nay, với điều luật khắc khe nhiễm khí xả nhiều loại động khác như: động điện, tua bin khí, tua bin nước, động chạy nhiên liệu khí, lượng mặt trời, nghiên cứu sản xuất Song thực tế chưa thể hoàn toàn thay động đốt dùng nhiên liệu lỏng (xăng, diesel) tinh chế từ dầu mỏ, đặc biệt loại động đốt ôtô, máy kéo, máy xây dựng, máy phát điện, tàu thủy, … lý (giá thành chế tạo cao, không tiện dụng, không QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt nhỏ gọn, vấn đề tích trữ lượng, sở hạ tầng, tâm lý người dùng, vấn đề an toàn, …) Do đó, động đốt chiếm tỉ trọng lớn tổng lượng sử dụng toàn giới 1.2 Định nghĩa phân loại động đốt 1.2.1 Động nhiệt: Động nhiệt loại máy biến đổi nhiệt nhiên liệu thành Có thể phân q trình cơng tác động nhiệt thành hai trình sau: Thứ nhất: trình đốt cháy nhiên liệu, giải phóng hố thành nhiệt gia nhiệt cho môi chất công tác Trong giai đoạn xảy tựợng lý hoá phức tạp Thứ hai: trình biến đổi trạng thái mơi chất cơng tác, hay nói cách khác, mơi chất cơng tác thực chu trình nhiệt động để biến đổi phần nhiệt thành Trên sở ta phân loại động nhiệt thành hai loại động đốt ngồi động đốt Ở động đốt ngoài, ví dụ máy nứớc cổ điển tàu hoả, hai giai đoạn xảy hai nơi khác Giai đoạn thứ xảy buồng đốt nồi (xúp-de), kết đựợc nước có áp suất nhiệt độ cao Còn giai đoạn thứ hai trình giãn nở nước buồng công tác sinh công làm quay bánh xe Còn động đốt trong, hai giai đoạn diễn vị trí, bên buồng cháy động Hai loại động nói có hai kiểu kết cấu, động kiểu piston kiểu tuốc-bin Trong giáo trình này, xét đến động đốt kiểu piston từ gọi tắt động đốt hay động 1.2.2 So sánh động đốt động khác: 1.2.2.1 Ưu điểm - Hiệu suất có ích e lớn nhất, đạt tới 50% Trong đó, máy nước cổ điển kiểu piston đạt khoảng 16%, tuốc bin nước từ 22 đến 28%, cịn tuốc bin khí tới 30% Lý chủ yếu chu trình Các-nơ tương đương động đốt có chênh lệch nhiệt độ trung bình nguồn nóng nguồn lạnh lớn (Theo định luật Các-nô hiệu suất nhiệt t = − T2 T1 , Tl nhiệt độ nguồn nóng T2 nhiệt độ nguồn lạnh) Cụ thể động đốt trong, QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt nhiệt độ trình cháy cao đến 1800 đến 2700 K, nhiệt độ cuối trình giãn nở nhỏ, vào khoảng 900 đến 1500 K - Kích thước trọng lượng nhỏ, công suất riêng lớn Nguyên nhân q trình cháy diễn buồng cháy động nên không cần thiết bị cồng kềnh lò đốt, nồi sử dụng nhiên liệu có nhiệt trị cao (ví dụ xăng, nhiên liệu diesel so với than, củi, khí đốt dùng động đốt ngồi) Do đó, động đốt thích hợp cho phương tiện vận tải với bán kính hoạt động rộng - Khởi động, vận hành chăm sóc động thuận tiện, dễ dàng 1.2.2.2 Nhược điểm - Khả tải kém, cụ thể không 10% - Tại chế độ tốc độ vòng quay nhỏ, mơmen sinh khơng lớn Do đó, động khơng thể khởi động có tải phải có hệ thống khởi động riêng - Công suất cực đại khơng lớn Ví dụ, động lớn giới động hãng MAN B&W có cơng suất 68.520 kW (số liệu 1997), tuốc-bin bình thường có cơng suất tới vài chục vạn kW - Cấu tạo phức tạp, giá thành chế tạo cao - Nhiên liệu cần có yêu cầu khắt khe hàm lượng tạp chất thấp, tính chống kích nổ cao, tính tự cháy cao nên giá thành cao Mặt khác, nguồn nhiên liệu dầu mỏ ngày cạn dần Theo dự đoán, trữ lượng dầu mỏ đủ dùng kỷ 21 - Ơ nhiễm mơi trường khí xả ồn Tuy nhiên, động đốt máy động lực chủ yếu, đóng vai trị vô quan trọng lĩnh vực đời sống người giao thông vận tải, xây dựng, khai thác mỏ, nông nghiệp, ngư nghiệp Theo nhà khoa học, vòng nửa kỷ tới chưa có động thay động đốt So sánh động đốt động đốt ngoài: Động đốt Động đốt ngồi - Có hiệu suất nhiệt cao: 30 - 45 % - Có hiệu suất nhiệt thấp: nhỏ 15% với máy tua bin 25 % tua bin nước - Nhiệt độ lớn tmax = 25300C (tuy QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt nhiên tồn suốt khoảng - Nhiệt độ lớn tmax ≤ 7000C tồn thời gian nhỏ Vì so với tồn chu chu trình cơng tác động vật trình cơng tác động cơ) tiêu hao liệu chế tạo động không chịu nhiệt cho hệ thống làm mát nhiệt độ cao, tổn thất nhiệt cho - Nếu so sánh cơng suất Ne thì: việc giải nhiệt động cao + Gọn nhẹ khơng có thiết bị phụ nồi hơi, tụ + Nặng nề cồng kềnh có thiết bị phụ: lò hơi, ngưng tụ + Dễ khởi động, cần từ 3-5 giây + Phải cần thời gian đốt lò trước - Dùng nước chí không cần nước khởi động, thời gian khởi động hàng động làm mát gió - Tốn nhiều nước, hạn chế - Dùng nhiên liệu đắt tiền xăng, sử dụng nơi thiếu nước dầu diesel nhiên liệu thể khí - Dùng loại nhiên liệu rẻ tiền, nhiên liệu - Động không tự khởi động thể rắn thể đặc - Động tự khởi động áp lực nước đủ lớn 1.2.3 Phân loại động 1.2.3.1 Theo cách thực chu trình - Động bốn kỳ: động có chu trình cơng tác thực sau bốn hành trình piston hay hai vịng quay trục khuỷu có hành trình sinh cơng - Động hai kỳ: động có chu trình cơng tác thực sau hai hành trình piston hay vịng quay trục khuỷu có hành trình sinh cơng 1.2.3.2 Theo nhiên liệu sử dụng - Động nhiên liệu lỏng xăng, diesel, cồn (methanol, ethanol), cồn pha xăng diesel, dầu thực vật - Động nhiên liệu khí (cịn gọi động gas) Nhiên liệu khí bao gồm: khí thiên nhiên (Compressed Natural Gas - CNG), khí hố lỏng (Liquidfied Petroleum Gas - LPG), khí lị ga, khí sinh vật (Biogas) - Động nhiên liệu kép (Dual Fuel) ví dụ động gas mồi nhiên liệu lỏng xăng hay diesel - Động đa nhiên liệu (Multi Fuel) động dùng nhiên QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt liệu nặng diesel nhiên liệu nhẹ xăng, động dùng xăng khí đốt 1.2.3.3 Theo phương pháp hình thành khí hỗn hợp - Hình thành khí hỗn hợp bên ngồi động xăng, động gas Khi đó, động khí dùng chế hồ khí hay phun xăng vào đường nạp cịn gọi phun gián tiếp - Hình thành khí hỗn hợp bên động diesel hay động phun xăng trực tiếp (Gasoline Direct Injection - GDI) vào xi lanh Đối với loại động cụ thể, ví dụ động xăng hay diesel, lại có loại hình thành khí hỗn hợp khác xét sau chương sau 1.2.3.4 Theo phương pháp đốt cháy hỗn hợp - Đốt cháy cưỡng động xăng, động gas dùng tia lửa điện - Đốt tự cháy nén động diesel nhờ áp suất nhiệt động cao không khí bị nén 1.2.3.5 Theo dạng chu trình nhiệt động - Động làm việc theo trình cấp nhiệt đẳng tích, loại bao gồm động có tỷ số nén thấp (từ đến 12), động sử dụng xăng, nhiên liệu cồn khí - Động làm việc theo trình cấp nhiệt đẳng áp, loại bao gồm động có tỷ số nén cao (từ 12 đến 24), động phun nhiên liệu khơng khí nén tự bốc cháy, động sử dụng bột than - Động làm việc theo trình cấp nhiệt hỗn hợp, loại bao gồm động có tỷ số nén cao (từ 12 đến 24), động diesel 1.2.3.6 Theo phương pháp nạp - Động không tăng áp: khơng khí hay hỗn hợp hút vào xi lanh - Động tăng áp: khơng khí hay hỗn hợp nén trước nạp vào xi lanh 1.2.3.7 Theo tỷ số S/D - Động có hành trình ngắn khi: S/D < - Động có hành trình dài khi: S/D > (Trong đó: S hình trình piston; D đường kính xi lanh động cơ) QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt 1.2.3.8 Theo tốc độ trung bình piston Gọi tốc độ trung bình piston Cm Ta có: Cm = S n [m / s ] 30 Trong đó: S: hành trình piston [m] n: tốc độ vịng quay trục khuỷu [vòng/phút] Phân loại động theo Cm sau: + Khi Cm = (3 6) m/s gọi động tốc độ thấp + Khi Cm = (6 9) m/s gọi động tốc độ trung bình + Khi Cm = (9 13) m/s gọi động tốc độ cao + Khi Cm > 13 m/s gọi động siêu cao tốc 1.2.3.9 Theo dạng chuyển động piston - Động piston tịnh tiến thường gọi ngắn gọn động piston Đa số động đốt động piston - Động piston quay hay động rôto Wankel phát minh năm 1954 nên gọi động Wankel 1.2.3.10 Theo số xi lanh (Cylinder): - Động xi lanh (Single Cylinder Engine) - Động nhiều xi lanh (Multi Cylinder Engine): có 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, … xi lanh 1.2.3.11 Theo cách bố trí xi lanh Động thẳng hàng I, động chữ V, động phẳng Flat hay Boxer, động W, động Wankel,… xem hình 1.1 a) b) QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt c) d) e) f) g) h) k) i) QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt Hình 1.1 Phân loại động theo bố trí xi lanh a) Động thẳng hàng I; b) Động chữ V; c) Động phẳng Flat hay Boxer; d) Động chữ W; e) Động Wankel; f) Động hình sao; g) Động hình VR; h) Động hình chữ H; i) Động hình chữ X; k) Động piston đối đỉnh; 1.2.3.12 Theo môi chất làm mát - Động làm mát dung dịch nước làm mát (chất lỏng) - Động làm mát gió (khơng khí) 1.2.3.13 Theo cơng dụng - Động tĩnh máy phát điện - Động tàu thuỷ - Động ô tô xe máy - Động máy kéo - Động tàu hoả - Động máy bay -… 1.3 Khái niệm thuật ngữ động đốt Để có sở nghiên cứu tìm hiểu nguyên lý làm việc động đốt Người ta đưa vài thuật ngữ động đốt sau: Q trình cơng tác: tổng hợp tất biến đổi môi chất công tác xảy xi lanh động hệ thống gắn liền với xi lanh hệ thống nạp - xả Chu trình cơng tác: tập hợp biến đổi môi chất công tác xảy bên xi lanh động diễn chu kỳ Điểm chết: điểm mà piston đổi chiều chuyển động Có hai điểm chết điểm chết (ĐCT) điểm chết (ĐCD) + Điểm chết (ĐCT): điểm xa piston so với đường tâm trục khuỷu + Điểm chết (ĐCD): điểm gần piston so với đường tâm trục khuỷu Hành trình piston (S: stroke): khoảng cách hai điểm chết khoảng 10 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt Khi chạy với máy nén có cánh vành c) Máy nén ly tâm có cánh ̅𝟐 + 𝒏 ̅ 𝟒 - đặc tăng áp (hình 12.30c) Các đặc tính thủy lực vành tăng áp; 𝒏 tính tải động đặt vùng hiệu suất máy nén lớn so với trường hợp hình 11.40b Nhưng chạy theo đặc tỉnh đặc tính N=const hiệu suất máy nén thay đổi phạm vi rộng hơn, so với trường hợp dùng máy nén khơng cánh vành tăng áp, đường giới hạn ốn định trường hợp hình 12.30c phẳng Lắp máy nén ly tâm không cánh vành tặng áp dễ đảm bảo phối hợp đặc tính máy nén động Như vậy, thấy máy nén thể tích đáp ứng đầy đủ u cầu động có cơng dụng khác Máy nén ly tâm không cánh vành tăng áp phối hợp tốt với loại đặc tính động Máy nén ly tâm, có cánh vành tăng áp phối hợp tốt với loại đặc tính động cơ, phạm vi thay đổi rộng tốc độ, trừ đặc tính Ne = const Qua hình 12.30 thấy rõ tăng áp suất Pk khó phối hợp đặc tính, đặc biệt động cường hóa địi hỏi có hệ số thích ứng K lớn hệ số tốc độ Kt nhỏ, với K Pe lớn Kt nhỏ làm tăng giới hạn hoạt động động theo lượng khơng khí Gk tức tăng chênh lệch lưu lượng khơng khí chế độ định mức chế độ mômen cực đại Nếu động hoạt động theo đặc tính tải đặc tính chân vịt, thường tính chọn thơng số tối ưu máy nén chế độ định mức (Nen nn động Khi chuyển sang đặc tính phận đảm bảo đủ khơng khí cấp cho động cơ, kể trường hợp tiêu máy nén lúc Muốn có thơng số cao tua bin tăng áp động chạy theo đặc tính ngồi với hệ số thích ứng K lớn hộ số tốc độ Kt nhỏ cần phải tính tinh chỉnh máy nén tua bin chế độ mômen cực đại chế độ định mức Chế độ tĩnh máy nên cần chọn cho cho lưu lượng khơng khí lớn giới hạn ốn định máy nến khoảng 5-15% Khả thông qua tua bin phải tương ứng với chế độ mômen cực đại động Cách chọn làm cho hiệu suất cột áp máy nén tua bin giảm chuyển sang chở độ định mức Việc chọn thông số tỉnh tua bin tăng áp cản đảm bảo cho hiệu suất chung chế độ định mức không thấp giới hạn cho phép, kể cần thiết quét xilanh tăng tổn thất công suất cho trình bơm động Điều kiện đặt giới hạn định cho việc chọn pha phối Khi chuyển sang chế độ định mức, việc giảm hiệu suất ra, cịn làm tăng trức Hổ vàng quay rôto tua bin tăng áp Khả lưu thơng tua bin có ảnh hưởng tới chế độ làm việc tua bin tăng áp nhiều so với việc tính chnh máy nén Chỉ cần thay đổi tiết diện miệng phun tua bin khoảng (2- 6%) thấy rõ ảnh hưởng tới đặc tính tua bin; máy nén áp suất tăng lên cao phải tinh chỉnh bớt tua bin để tua bin tăng áp hoạt động chở độ tối ưu, 𝜋𝑘 lớn đặc tính máy nén dốc Do cần chế độ hoạt động tua bin lệch khỏi chế độ tối ưu làm cho xe hiệu suất máy nén giảm nhanh Cần chọn xác thông số tua bin hoạt động dịng mạch động Áp suất phía trước tua bin dao động lên, chế độ hoạt động tua bin cần phải chọn xác, với biên độ dao động lớn áp suất phía trước tua bin, thu hẹp phạm vi hoạt động tua bin hiệu suất lớn 567 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt Nếu tốc độ cực đại khí thể phía trước tua bin khí cao, làm tăng hiệu suất tua bin cách giảm đường kính bánh cơng tác máy nén Lúc ấy, tăng tốc độ rôto tu tăng tốc độ tiếp tuyến bánh tua bin tăng hiệu suất tua bin chạy với nhiệt giảng lớn Lựa chọn chế độ thông số làm việc tua bin máy nén đảm bảo phối hợp đặc tính chúng với đặc tính động trường hợp có 𝜋𝑘 ≤1,8 - 2,0, Nếu 𝜋𝑘 cao nữa, muốn phối hợp đặc tính động với tua bin máy nên cẩn phải điều chỉnh tua bin máy nén theo nhiều cách khác Các cách điều chỉnh gồm có: - Tiết lưu khơng khí cửa vào gần cửa máy nén; - Thay đổi góc ∝1 văn bánh công tác nhờ thiết bị dẫn hướng cho cửa vào; - Quay cánh vành có cách; - Quay cánh cần thiết bị dẫn hướng cửa vào vành tăng áp có cánh; - Thay đổi chiều rãnh vành tăng áp; - Xả bớt khơng khí từ khơng gian chứa khí nén cửa hút xả bớt trời; - Tiết lưu dịng khí cửa vào cửa tua bin; - Thay đổi chiều cao miệng phun; - Thay đổi góc ∝1 với miệng phun điều chỉnh; - Điều chỉnh đồng thời tua bin máy nén; - Thay đổi tốc độ tua bin máy nén bẳng truyền động vi sai trục động cơ, roto máy nén trục thu cơng suất Điều chỉnh tính phối hợp Nếu phối hợp không tốt động điêden tăng áp làm cho đặc tính thủy lực động nằm xa khu vực có hiệu suất cao tăng áp, làm Pk cáo thấp làm đặc tính thủy lực động nằm sát cắt đường giới hạn ổn định Có thể khắc phục tình trạng cách điều chỉnh vài phận thay tua bin tăng áp khác 1) Điều chỉnh tính ổn định giới hạn ổn định máy nén khí Tại giới hạn ổn định lưu lượng khơng khí Gk, áp suất Pk tăng giảm đột ngột, chí cịn làm cho khơng khí nén phì miệng hút, đơi lúc cịn gây dao động gây tiếng ồn lớn Trong điều kiện động điêden khơng thể hoạt động bình thường, tua bin tăng áp chóng hỏng Mặc dù có nhiều cơng trình nghiên cứu ảnh hưởng lý nhân tố ảnh hưởng tới giới hạn ổn định tới chưa thật rõ Người ta hiểu cách trừu tượng sau: hoạt động ổn định máy nén có liên quan mật thiết với tượng dịng chảy đường lưu thơng máy nén Khi điều chỉnh trước tiên cần phân tích nguyên nhân gây ổn định, sau tìm biện pháp thích hợp để khắc phục a/ Dịch chuyển đường giới hạn ổn định máy nén Dùng tua bin tăng áp có số hiệu nhỏ (lưu lượng), lúc đường giới hạn ổn định chuyển dịch song song với trục hồnh phía lưu lượng nhỏ, điểm vận 568 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt hành máy nén có hiệu suất cao đường vận hành chuyển dịch vệ hướng lưu lượng nhỏ Thay đổi tiết diện đường thơng máy nén (hình 12.31), lúc thay đổi tiết diện lưu thông rãnh cánh vành tăng áp mà không thay đổi kích thước máy nén Cách làm làm cho đặc tính máy nén chuyển dịch theo hướng gần song song với trục hoành, thường sử dụng trường hợp chuyển dịch đường vận hành với phạm vi nhỏ Giảm góc vào vành tăng áp (trường hợp dùng vành tăng áp) chuyển dịch giới hạn đn định khu vực hiệu suất cao máy nén phạm vi 20 - 30% lưu lượng (hình 12.32) Hình 12.32 Ảnh hưỏng cùa vành tăng áp có cánh tới đặc tính máy nén - giói hạn ổn định; vành tăng áp số 1#; vành tăng áp só 2#; vành tăng áp sổ 3# Hình 12.31 Thay đổi tiết diện đường thống máy nén Trong máy nén lắp vành tăng áp có cánh, nguyên nhân chủ yếu gây ổn định góc tỉ số kích thước cửa vào kích thước họng vành tăng áp gây ra, giảm bớt góc vào làm cho giới hạn ổn định chuyển hướng giảm lưu lượng Nếu giảm bớt tiết diện lưu thông cửa vào vành tăng áp phạm vi 20% làm cho đường giới hạn ổn định gần quay quanh gốc tọa độ Nếu giảm góc vào nhiều, ví dụ nhỏ 15° làm tăng tổn thất lưu động đồng thời làm giảm hiệu điều chỉnh Do thay đổi góc vào 𝛽 vành tăng áp qua làm giảm tiết diện lưu thơng, làm cho đặc tính quay quanh gốc tọa độ, trường hợp mà phần đường vận hành nằm vùng ổn định khơng đem lại hiệu tốt Giảm kích thước đường thông sau cửa bánh Công tác Khi làm tăng phần tốc độ hướng kinh dịng chảy sau cửa bánh cơng tác qua thích ứng với góc vào vành tăng áp, tránh tượng ổn định Ngồi giảm nhỏ kích thước đường thơng sau cửa bánh cơng tác có lợi cho tính ổn định dịng chảy bánh làm giảm bớt mức độ tăng áp dòng chảy bánh công tác Giảm bớt chiều cao miệng vào bánh công tác Trong số máy nén, tượng ổn định bánh công tác gây Có thể cánh dẫn hướng cho dịng chảy vào bánh công tác đặt không tạo góc diện lớn, trường hợp mặt phải thiết kế lại bánh dẫn hướng, đồng thời giảm bớt chiều cao hướng 569 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt kính cửa vào bánh cơng tác Sau giảm bớt chiều cao cửa vào với lưu lượng khơng khí tốc độ dịng chảy miệng vào bánh cơng tác tăng lên, nhờ giảm bớt giá trị góc chỉnh điện dịng chảy b) Tăng lực lưu thông tua bin Sau tăng lực lưu thông tua bin, với tỷ số giãn nở tua bin lưu lượng tăng, đồ thị đặc tính đường vận hành chuyển sang phải phía tặng lưu lượng làm cho máy nén tách xa giới hạn đn định (hình 12.33) Trên thực tế tăng tiết diện họng miệng phun để tăng lực lưu thông tua bin, phải dựa vào tình hình vận hành cụ thể động điêden Nếu áp suất tăng áp PE cịn thấp, sau tăng diện tích họng ,miệng phun, lượng sản vật cháy bị giảm, khiến cho PE giảm theo, làm tăng nhiệt Hình 12.33 Ánh hưởng tiết diện độ độ khói khí xả, tăng suất tiêu hao nhiên vành miệng phun tới đường vận liệu động cơ, khơng lợi cho tính động hành; điêden Biện pháp thay đổi tiết diện họng thông I - giới hạn ổn định miệng phun biện pháp để điều chỉnh P hiệu c) Giảm lực cản cửa máy nén Khi lắp tua bin tăng áp động cơ, lực cản cửa máy nén lực cản tổng hợp đường nạp, két làm mát trung gian, đường dẫn khí động cơ, nhánh ống thải, đường thơng khí tua bin đường ống phía sau tua bin Nếu tổng lực cản kể lớn, dễ gây ổn định hoạt động máy nén, cẩn tìm nơi gây cản lớn rối cải tiến, không nên vội vã thay đổi phần tua bin tăng áp Nói chung lực cản phần quy định sau : cản đường nạp động khoảng 0,5-2kPa ; cản ống thải phía sau tua bin nhỏ 2kPa, cản két làm mát trung gian nhỏ 2,5kPa d) Giảm bớt dao động áp suất đường nạp Quá trình hút động dieden trình khơng liên tục, tất nhiên gây dao động áp suất đường nạp Đường nạp nhỏ, dao động áp suất lớn Áp suất máy nén thường đo đồng hồ quán tỉnh, giá trị đồng hồ giá trị trung bình theo thời gian Mặc dù áp suất đo chưa đạt tới giới hạn gây ổn định, thực tế giá trị cực đại sóng áp suất đạt giá trị cực đại gây ổn định máy nén số vịng quay đó, khiến cho máy nén chạy không ổn định Tần số dao động áp suất thấp gây ảnh hưởng lớn tới tính ổn định máy nén 2) Điều chỉnh áp suất tăng áp Pk 570 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt Áp suất tăng áp Pk lớn nhỏ gây ảnh hưởng bất lợi tới tính vận hành động Nếu Pk thấp làm giảm công suất động cơ, nhiên liệu cháy khơng tốt, gây tăng nhiệt độ khí xả tăng suất tiêu hao nhiên liệu Nếu Pk lớn làm tăng áp suất cuối trình nén tăng áp suất cháy cao Pz làm tăng tổn thất giới động cơ, Biện pháp thường dùng để điều chỉnh Pk thay đổi diện tích họng thơng vành miệng phun Nếu giảm tiết diện lưu thông họng miệng phun tua bin, làm tăng PT lượng khí thải động cơ, làm tăng tốc độ quay tua bin tăng áp, qua làm tăng Pk cịn tăng diện tích cho kết ngược lại Sau thay diện tích họng thơng vành miệng phun đặc tính tua bin thay đổi theo Đường khuất (hình 11.44) đặc tính tua bin sau giảm tiết diện họng thông vành miệng phun Với 𝜋𝑇 sau giảm tiết diện họng thông tốc độ tua bin tăng cao, lưu lượng lại giảm nhiều, vị trí khu vực có hiệu suất lớn Hình 12.34 Thay đổi dặc tính tua bin thay đổi Nếu giảm nhiều tiết diện sau thay đổi tiết diện họng miệng họng thông miệng phun làm thay đổi phun lớn mức độ phản lực 𝜌𝑇 tua bin gây giảm hiệu suất tua bin Thơng thường thay đổi diện tích họng thơng phạm vi ∓ 20%, không đạt yêu cầu áp suất tăng áp Pk cần thay đổi kích thước rãnh thơng bánh cơng tác tua bin thay tua bin tăng áp khác Kiểm tra pha phân phối khí động điêden Nếu xupáp (hoặc cửa) thải mở muộn làm giảm áp suất nhiệt dộ sản vật cháy vào tua bin, lượng cấp cho tua bin it, làm giảm tốc độ tua bin áp suất tăng áp P k: Trong trường hợp cần tảng góc mở sớm xupáp thải Nhưng mở xupáp thái sớm, làm giảm căng giãn nở xilanh giảm công suất động cơ, lượng tăng khí xả làm tăng Pk: trường hợp cần mở xupáp xà muộn Đối áp phía sau tua bin cao Lúc tỷ số giãn nở 𝜋T tua bin giảm làm giảm công suất tua bin giảm pk.Trường hợp cần xem đường thải có tác khơng, đường kính đường thai nhỏ q Đường kính đường thải phía sau tua bin phải lớn đường kính cửa tua bin Đối áp phía sau tua bin cao q, có tác dụng làm tăng chút nhiệt độ áp suất sản vật cháy vào tua bin qua thu hồi phần lượng sinh công tua bin, làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu động cơ, chí cịn làm cho nhiệt độ vào tua bin vượt giới hạn cho phép 571 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt Áp suất khơng khí vào máy nén thấp q làm giảm pk Có tượng cản đường vào máy nén bình lọc khí q lớn gây Cần rút ngắn chiều dài tăng đường kính cho đường khí vào máy nén, Cần tăng diện tích lọc khí thay lọc khí khác, cản có hiệu lọc tốt Cản bình lọc thường vào khoảng 0,5-1,0kPa Cản bình làm mát trung gian lớn làm giảm pk Thông thường cần đảm bảo cho cản bình làm mát nhỏ 3kPa Cáu ghét máy nén gây giảm hiệu suất máy nén làm giảm PKN cáu ghét nhiều làm giảm hiệu suất 10-15% nhiều hơn, trường hợp cần lau rửa cho máy nén Trên tua bin tăng áp cở lớn thường có thiết bị lau rửa máy nén cách phun nước vào miệng hút máy nén để rửa rãnh thông bánh công tác, vành tăng áp mà không cần tháo rời Lọt gây giảm pk Đường nạp đường thải động điêden tăng áp phải giữ kín khơng để rị khí Nếu có rị khí đường thải làm giảm lưu lượng khí vào tua bin giảm tốc độ quay tua bin, máy nén giảm pk làm tăng nhiệt độ vào tua bin tăng suất tiêu hao nhiên liệu độ khói khí xả Cần kiểm tra đường ống bịt kín 3) Điều chỉnh nhiệt độ TT phía trước tua bin Một vấn đề thường gặp động tăng áp tua bin nhiệt độ TT phía trước tua bin cao Hiện tượng ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy tua bin mà làm tăng phụ tải nhiệt động cơ, gây rạn nứt mặt thành buồng cháy, đế xupáp nắp xilanh gây kết keo rãnh vịng găng Ngồi cịn làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu động Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ TT, ví dụ: áp suất tăng áp pk thấp q, làm cho hệ số dư lượng khơng khí nhỏ, tăng cháy rớt nhiệt độ TT Sau tăng pk làm cho TT hạ thấp Các thơng số hệ thống nhiên liệu có ảnh hưởng lớn tới trình cháy Sau tăng áp tăng lương nhiên liệu cấp cho chu trình, phải thay đổi thông số hệ thống nhiên liệu cho phù hợp Nếu thông số hệ thống nhiên liệu khơng hợp lý, q trình cháy không tốt làm tăng TT Nếu kéo dài thời gian cấp nhiên liệu góc phun sớm nhỏ làm tăng cháy rớt tăng nhiệt độ TT Nếu đường kính lỗ tia phun áp suất phun nhiên liệu không phù hợp làm ch.o tia nhiên liệu không phối hợp tốt với không gian lưu động môi chất buồng cháy, làm cho nhiên liệu không cháy kịp thời làm tăng TT Chỉ cần điều chỉnh thông số hệ thống cấp nhiên liệu cho phù hợp giảm TT Tăng góc trùng điệp xupáp xả nạp làm tăng khả quét buồng cháy, tăng lượng mơi chất nạp vào xilanh, nhờ q trình cháy thực tốt hơn, làm giảm suất tiêu hao nhiên liệu, mặt khác phần khỉ quét vào đường thài làm giảm nhiệt độ TT Đối với hệ thống đẳng áp, tăng góc trùng điệp cần để ý đến chế độ tải nhỏ (hiệu suất tua bin tăng áp thường hạ thấp, áp suất PT cao pk, làm cho khí thải chảy ngược đường nạp Đối với hệ thống mạch động quét buống cháy giai đoạn thấp áp sóng áp suất đường thải, nên chế độ tải nhỏ qt buồng cháy, góc trùng điệp hệ thống tới 110 -140 độ góc quay trục khuỷu 572 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt Trường hợp không làm mát trung gian cho khơng khí tăng áp, làm tăng hiệu suất nén k phương pháp quan trọng để giảm TT Tăng hiệu suất máy nén làm giảm nhiệt độ mơi chất sau máy nén qua làm giảm nhiệt độ điểm chu trình làm việc động cơ, nhiệt độ TT phụ tải nhiệt động giảm Thí nghiệm giảm nhiệt độ nạp 1°C TT giảm 2- 3°C Mức tăng áp cao nhiệt độ môi chất khỏi máy nén cao làm tăng nhanh nhiệt độ TT phụ tải nhiệt động chí làm cho động cơ, khơng thể hoạt động bình thường Vì động có mức tăng áp từ trung bình trở lên có thiết bị làm mát trung gian cho khí nén nhằm hạn chế nhiệt độ TT mức tăng áp cao hiệu làm mát trung gian tạo rõ 4) Áp suất cháy lớn pz Phụ tải học động thể qua áp suất cháy cao pk Do áp suất khí nén pk hút vào động cao nên áp suất cuối trình nén pc áp suất cháy cao pz tăng theo, có pz đạt tới 13- 15 MPa Phụ tải học tảng làm tăng mức mài mòn chi tiết mà đơi cịn gây phá hỏng chi tiết, phải hạn chế giá trị pz Giảm giá trị: pk, tỉ số nén 𝜀 góc phun Sớm nhiên liệu có tác dụng hạn chế pz Nhưng trị số p nhu cầu cần đạt tới áp suất có ích trung bình định Vì để hạn chế pk giảm chút tỉ số nén 𝜖 góc phun sớm nhiên liệu, không ảnh hưởng xấu tới trình cháy, làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu, tăng nhiệt độ TT gây khó khăn cho khởi động Đối với động điêden tăng áp cao, người ta phải dùng số biện pháp cam dẫn động bơm cao áp để hạn chế phần nhiên liệu bốc cháy giai đoạn đẳng tích nhờ hạn chế pz 12.2 Tự động điều chỉnh tốc độ động đốt 12.2.1 Tính ổn định chế độ dừng phân loại điều tốc Chế độ dừng (chế độ cân bằng) Trạng thái làm việc động đặc trưng tiêu thơng số: Cơng suất có ích Ne, mơmen Me, tốc độ trục khuỷu 𝜔, suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge, hệ số dư lượng khơng khí 𝛼, hiệu suất có ích ne, áp suất tăng áp pk gọi chế độ làm việc Chế độ làm việc gọi dừng tiêu thông số kể không thay đổi theo thời gian Do tính chu kỳ trình hoạt động nên vài thơng số, ví dụ 𝛼 phải dao động xung quanh giá trị trung bình Lúc giá trị trung bình dùng để giá trị dừng thông số dao động Chế độ dừng gọi chế độ cân thỏa mãn điều kiện cần sau: Mco - Mco = (12-1) : Meo Mco - mômen động mômen cản máy công tác quy trục khuỷu động chế độ dừng 573 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt Các chế độ dừng điểm nằm miền gạch chéo thị (hình 12.1) 𝜔 giới hạn bởi: trục hồnh; đường vng góc với trục hồnh qua điểm 𝑚𝑖𝑛 , 𝜔𝑚𝑎𝑥 𝜔𝑛 𝜔𝑛 ; đặc tỉnh DA (𝜔𝑛 tốc độ định mức động cơ) Các điểm A(1,1) chế độ định mức, B - chế độ vượt tải (10-15%) chạy không giờ, C - chế độ không tải 𝜔𝑛 , D, E - chế độ hoạt động 𝜔𝑚𝑖𝑛 , đường chế độ làm việc động dẫn động máy tính (bơm nước, máy phát điện ) Tập hợp chế độ dừng giữ cho Hình 12.35 Các chế độ dừng dộng thông số tiêu công - đặc tính ngồi; 2, — đặc tính chân vịt; tính động quay máy tĩnh tại; tác khơng đổi gọi đặc tính 35 đặc đặc tính phận; - giới hạn khói đen động Ví dụ: Me = f(𝜔) giữ khơng thay đổi vị trí bơm cao áp h - đặc tính tốc độ ; Me = f(h) giữ 𝜔 = const đặc tính tải Các máy công tác đo động dẫn động có đặc tính riêng tùy theo cấu tạo nguyên tắc loại Ví dụ: đường 2,4 (hình 12.35) đặc tính chân vịt tầu thủy đặc tính phanh thủy lực (Mc =∅𝑐 𝜔2); đặc tính phanh điện Mc= 𝐵 c.𝜔, ∅c Bc số 12.1.2 Tính ổn định chế độ dừng Các điểm B (hình 12.36) chế độ dừng MeB = McB (mơmen Mc, quy dẫn trục động cơ) Do nhiễu, 𝜔B tăng ∆𝜔′ giảm ∆𝜔′′ Nếu sau nhiễu, 𝜔 tăng liên tiếp giảm liên tiếp đến lúc máy dừng lại B chế độ dừng không ổn định, ngược lại sau nhiễu tốc độ động lại trở lại Hình 12.36 Tính ổn định động a) Chế độ làm việc ổn định 𝜔𝐵 thỉ B chế độ dừng ổn định b) Chế độ làm việc không ổn định - Me = f(𝜔) ; - Me = f(𝜔) Điểm B hình 12.2a chế độ đừng ổn định có nhiều 𝜔′ 𝐵 ; = 𝜔𝐵 + ∆𝜔 𝑀𝑒′ > 𝑀𝑐′ làm giảm 𝜔 để trở lại điểm B (𝜔B) 𝜔′ ′𝐵 ; = 𝜔𝐵 + ∆𝜔′′ 𝑀𝑒′′ > 𝑀𝑐′′ làm tăng 𝜔 để trở lại điểm B 𝜔B (giống viên bị đặt lòng địa lõm) Điểm B cùa hình 12.2b chế độ khơng ổn định cần nhiễu nhỏ lằm cho 𝜔 ≠ 𝜔𝐵 tốc độ 𝜔 động tăng giảm tới chết máy (giống viên bi đặt đỉnh mặt cầu lồi) Người ta dừng nhân tố ổn định cùa động Fd để đánh giá tính ổn định cùa chế độ dừng: 574 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt ∆𝑀′ ∆𝜔′ ′ ′ Trong đó: hình 12.36a: ∆𝑀′ = 𝑀𝑐 − 𝑀𝑐𝑒 = ∆𝑀𝑐′ − ∆𝑀𝑒′ 𝐹𝑑 = Với ∆𝜔′ nhỏ so với 𝜔 tính sau: 𝜕𝑀𝑐 𝜕𝑀𝑒 ∆𝑀𝑐′ = ∆𝜔′ 𝑣à ∆𝑀𝑒′ = ∆𝜔′ 𝜕𝜔 𝜕𝜔 Thay giá trị vào biểu thức Fd ta được: 𝜕Mc 𝜕Me 30 𝜕Mc 𝜕Me Fd = − = ( − ) 𝜕𝜔 𝜕𝜔 𝜋 𝜕n 𝜕n Áp dụng Fd vào hai trường hợp hình 12-2 thấy rằng: trường a có Fd > cịn trường hợp b có Fd < Như kết luận: Fd > chế độ dừng ổn định, Fd ≤ - chế độ dừng không ổn định Nhiệm vụ bô điều tổc giảm giá trị ∆Me′ cách cát bớt nhiên liệu hịa khí 𝜔 > 𝜔𝐵 nhờ làm tăng Fd 12.2.2 Điều kiện cần lắp điều tốc 1) Chế độ không tải Theo quan điểm sử dụng tính ổn định động (đặc biệt động vận tải) chế độ khơng tải có ý nghía quan trọng Động thường làm việc chế độ không tải chạy ấm máy, lúc sang số lúc xe phải tạm dừng chờ đợi ngã tư đường động hoạt động không ổn định dễ chết máy gây nhiều phiền hà cho người lái Hình 12.37 Chế độ không tải cùa động điêden (a) động xăng (b) Khi chạy không tải, áp suổt thị trung bình pj áp suất tổn thất khí (hình 12.37), để tránh tổn nhiên liệu đỡ hại máy cần cho động chạy tốc độ ổn định nhỏ nhất, vỉ cấu điểu khiển nhiên liệu (bướm ga bơm cao áp) cần nằm vị trí cấp nhiên liệu Khỉ chạy chế độ không tải, pj động điêden thường tăng nhanh so với pm tăng tốc độ n (hình 12.37a) đặc điểm biến thiên pj lúc phụ thuộc vào đặc tính tốc độ cùa bơm cao áp vị trí nhỏ nhất, hầu hết loại bom cao áp làm tăng gct tăng n Chính với chế độ dừng điểm (hình 12.37a) cần có nhiễu nhỏ pm (từ ab chuyển qua a’b’ a’’ b’’) làm cho tốc độ động ổn định Để khắc phục tượng cần lắp điều tổc để động điêden chạy ổn định chế độ 575 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt không tải Sau lắp điểu tốc, đặc tính khơng tải pj động từ đường nét đậm chuyển thành đường cd (đường nét đứt) lúc tăng n điểu tóc cắt bớt nhỉên liệu, cịn giảm n cấp thêm nhiên liệu nhờ để đường pj giảm nhanh khỉ tăng n làm cho động hoạt động rẩt ổn định Động xăng chạy chế độ khơng tải (đóng nhỏ bướm ga) ηv ηm giảm nhanh tăng n nhờ pj giảm nhanh theo mức tăng n (hình 12.37b) Do động xăng chạy ổn định chế độ cân Bất kỳ nhiễu pm làm cho động chạy ổn định chế độ cân bàng cũ (điểm với tóc độ nKT) vị trí n’KT n’’KT rẩt gắn với nKT 2) Động quay chân vịt tàu thủy Hình 12.38 giới thiệu đặc tính chân vịt quay khơng khí (đường gạch chấm), đặc tính ngồn I đường đặc tính phận II-VII động điêden Các điểm cắt đặc tính động với đặc tính chân vịt quay nước thể qua điểm từ đến với vị trí từ I đến VI chế độ Hình 12.38 Động quay chân vịt tàu ổn định Tại vị trí thứ VII, chế độ thủy đặc tính chân vịt quay nước; làm việc động tương ứng với tốc - đặc tính chân vịt quay nước - đặc tính chân vịt quay khơng độ n7 nhỏ n7 hoạt động khí động khơng ổn định Muốn cho động ổn định chế độ cần phải lắp điều tốc để kịp thời thay đổi gct theo nhiễu giúp động hoạt động ổn định Do đặc điểm đặc tính ngồi đặc tính chân vịt động xăng, nên chạy ổn định chế độ đặc tính chân vịt Tuy nhiên với trường hợp chân vịt quay môi trường nước Một số trường hợp khác, ví dụ: chân vịt nhô khỏi mặt nước, động hoạt động theo đặc tính chân vịt quay khơng khí, lúc tốc độ tới n’1 (nếu giữ bướm ga vị trí tồn tải) gây hư hại cho máy Muốn tránh điểu cần lắp điểu tốc hạn chế tốc độ cực đại động (trên động xăng động điêden) 3) Động làm việc diều kiện tĩnh tạì Trong điểu kiện phải giữ cho động chạy tóc độ khống đổi thay đổi Nếu có nhiều động chạy song song, đòi hỏi phải điều chỉnh tốc độ tỉ mỉ, lúc phụ tải động thay đổi đột ngột thường xuyên từ đến cực đại Do phải lắp điểu tốc để điểu chỉnh kịp thời lượng nhiên liệu cấp cho động tương ứng với tải máy công tác 12.2.3 Cấu tạo nguyên lý làm việc loại điều tốc Bộ điều tốc chế độ Trên hình 12.39 giới thiệu điều tốc giới chế độ Lò xo điều tốc có lực ép ban đầu khơng đổi văng điều tốc, tác dụng lực ly tâm vận động chế độ tốc độ động đạt tới giá trị định 576 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt a) b) Hình 12.39 Sơ đồ điều tốc ly tâm chế độ (a) chế độ làm việc động (b) Nếu cắt phụ tải bên ngoài, động có khuynh hướng làm tăng số vịng quay, lúc tác dụng lực ly tâm, văng điều tốc văng làm di động khớp trượt bơm cao áp qua làm cho lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình giảm tới giá trị cần thiết Nếu tăng tải bên số vòng quay động giảm tất biến động ngược chiều so với trường hợp kể Tất chế độ làm việc nằm đường đặc tính điều tốc ab chế độ quy động có lắp điều tốc Như điều tốc giữ cho số vòng quay động không đổi không phụ thuộc vào phụ tải Khu vực chế độ làm việc động có lắp điều tốc xác định diện tích gạch chéo (hình 12.40b) đường cong đặc tính ngồi 2,3,4,5 đặc tính phận đặc tính điều tốc Bộ điều tốc hai chế độ Bộ điều tốc hai chế độ đảm bảo cho động làm việc ổn định số vòng quay cực tiểu chế độ không tải tránh không cho động chạy vượt số vòng quay thiết kế 577 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt Hình 12.40 Sơ đồ điều tốc hai chế độ có hai lị xo (a) chế độ làm việc động (b) Bộ điều tốc hai chế độ thường đặt động thiết bị vận tải đường (ô tơ máy kéo), bơm cao áp thường loại bơm Bosh Có thể tiến hành điều chỉnh hai chế độ tốc độ điều tốc, điều tốc dùng hai lò xo có lực ép ban đầu khác nhau, dùng văng có khối lượng khác tác dụng lên lị xo, phối hợp hai biện pháp Trên hình 12.41 giới thiệu sơ đồ điều tốc hai tốc độ dùng hai lò xo có lực ép ban đầu khác Bên văng điều tốc đặt lên hai lò xo Lị xo bên ngồi điều tốc tựa lên văng đẩy qủa văng vào Lò xo tựa lên vòng đệm Chuyển dịch văng, thơng qua tay địn truyền đến ống trượt 6, sau qua tay đòn kéo 10 bơm cao áp Lị xo ngồi đảm bảo cho động chạy ổn định số vòng quay nhỏ nhất, lò xo dùng để hạn chế số vòng quay cực đại Nếu tăng số vòng quay từ n1 đến n2 văng ép lò xo Tiếp tục tăng số vòng quay văng dừng lại tựa lên vòng đệm lực ly tâm văng lớn lực ép ban đầu lò xo trong, lúc số vòng quay động vượt q số vịng quay thiết kế Từ trở văng tiếp tục ép hai lò xo chuyển dịch ngoài, giảm lượng nhiên liệu cấp cho động Vị trí tay gạt kéo xác định lượng nhiên liệu cấp cho động phạm vi tốc độ từ n2 đến n3 Như việc cung cấp nhiên liệu phạm vi tốc độ từ n2 đến n3 công nhân vận hành điều khiển Chế độ tốc độ xác định cách tự động qua điều kiện cân công suất động công suất cản Chế độ không tải điều tốc điều khiển kéo tay gạt vị trí cấp nhiên liệu Trên hình 12.41b giới thiệu đặc điểm chuyển dịch bơm cao áp chế độ làm việc động đặt tay gạt vị trí khác Nếu đặt tay gạt vị trí lớn (vị trí 1) 10 tựa lên chốt hạn chế, lị xo ngồi bị ép tới mức văng tiếp xúc với vòng đệm Trong trường hợp động ln ln làm việc theo đường đặc tính cấp nhiên liệu nhiều Chỉ n> n3 điều tốc bắt đầu gây tác dụng Trong trường hợp thứ hai ba vị trí (2 3), bơm cao áp tỳ lên chốt hạn chế, lị xo ngồi bị ép nhẹ Lúc đầu n1 < n < n2 động làm việc theo đặc tính ngồi Sau lị xo ngồi bị ép dần phía giảm nhiên liệu động chuyển từ đặc tính ngồi sang đặc tính phận Chỉ n> n3 điều tốc gây tác dụng lần thứ Ở vị trí thứ bơm cao áp tiếp xúc nhẹ lên chốt hạn chế, lị xo ngồi khơng bị ép Bộ điều tốc gây tác dụng phạm vi tốc độ từ n1 đến n2 từ n3 đến n4 Khi n < n1 bơm cao áp nằm vị trí cấp nhiên liệu nhiều Nếu tốc độ vượt q n1 lị xo ngồi bị ép, động chuyển dần từ đặc tính ngồi sang đặc tính phận Chế độ khơng tải động thực điều kiện cấp nhiên liệu (vị trí 5) lúc ép lị xo ngồi (giảm nhiên liệu cấp cho động cơ) nên công thị động sinh công tổn thất giới động Tất chế độ làm việc động điêzen lắp điều tốc hai chế độ nằm diện tích gạch chéo (hình 12.40) Trong khu vực (b) lượng nhiên liệu cấp cho động phụ thuộc vào vị trí tay gạt Bộ điều tốc gây tác dụng tới 578 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt bơm cao áp phạm vi tốc độ từ n1 đến n2 từ n3 đến n4 (khu vực a) Bộ điều tốc đa chế (nhiều chế độ) Bộ điều tốc nhiều chế độ đảm bảo cho động làm việc ổn định chế độ tốc độ (từ nmin đến nmax) Trong số trường hợp cho phép công nhân điều khiển trực tiếp thiết bị nhiên liệu tắt động Hiện động ô tô máy kéo, đầu máy xe lửa tàu thuỷ sử dụng động điêzen có cơng suất lớn dùng điều tốc đa chế (nhiều chế độ) có nhiều ưu điểm so với điều tốc chế độ hai chế độ + Cải thiện điều kiện vận hành máy (lái máy) tốt + Nâng cao suất lao động (nhờ tăng hệ số sử dụng thời gian làm việc) + Bảo quản máy tốt + Tăng tính tiết kiệm máy làm việc không hết tải trọng Ba ưu điểm đầu máy (do điều tốc đa chế mang lại) nhờ thay đổi tốc độ chuyển động tịnh tiến phương tiện dễ dàng đơn giản (bằng cách dịch chuyển tay ga) mà không cần phải dùng tay để đổi số Nhờ không thời gian để đổi sang số thấp mà ngược lại nên tăng hệ số sử dụng thời gian làm việc tăng suất kéo Bộ điều tốc đa chế cho phép giảm mức tiêu thụ nhiên liệu Sự ảnh hưởng điều tốc đa chế tới tính kinh tế (tiết kiệm) động điêzen ôtô, máy kéo phân tích hình 12.41 Hình 12.41 Đồ thị phân tích ảnh hưởng điều tốc đa chế độ đến số làm việc ô tô, máy kéo Phần đồ thị đường cong sơng suất chi phí nhiên liệu (GT) hàm số số vòng quay Phần vẽ đường thẳng biểu thị phụ thuộc tốc độ tịnh tiến ô tô, máy kéo vào số vòng quay Với giá trị vận tốc v1, công suất động làm việc với chế độ tốc độ (A-B) Ne1 Từ đồ thị ta thấy rõ động làm việc chế độ cho thiếu tải nhiều (độ thiếu tải ∆Ne) Do làm việc không hết tải nên suất tiêu hao nhiên 𝐺 liệu có ích tính cơng thức: 𝑔𝑒 = 𝑇1 (6-1) cao 𝑁𝑒1 579 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt Nhờ có điều tốc đa chế ta cho động làm việc chế độ tốc độ n2 để giữ tốc độ tịnh tiến v1 trước ta cần đổi từ số sang số Chắc chắn giữ tốc độ tịnh tiến v1 cũ công suất Ne1của động giữ trước Mức tải động tăng lên nhiều nhờ tăng tính kinh tế (tiết kiệm) động Với chế độ làm việc suất tiêu hao nhiên liệu có ích tính biểu thức: 𝑔𝑒2 = 𝐺𝑇2 𝑁𝑒1 𝑔 Vì mẫu số hai công thức (6-1) (6-2) trị số, GT2 < GT1 ge2 nhỏ ge1 Do trường hợp động điêzen làm việc không hết tải, nên dùng điều tốc đa chế tiết kiệm lượng nhiên liệu lớn (25-30%) Tất điều tốc đa chế chia làm hai loại sau: + Thay đổi lực ép ban đầu lò xo (tác dụng trực tiếp lên lị xo), hình 12.42a + Khơng thay đổi lực ép ban đầu lò xo (tác dụng gián tiếp lên lị xo), hình 12.42b Theo sơ đồ hình 12.42a, đạp lên bàn đạp làm thay đổi lực ép ban đầu lò xo Mỗi lực ép ban đầu lò xo ứng với số vịng quay động mà lực ly tâm văng khắc phục lực lò xo làm cho văng bắt đầu dịch chuyển ngồi Di động văng thơng qua khớp trượt hệ tay đòn truyền tới bơm cao áp làm cho lượng nhiên liệu cấp cho động giảm tới mức đảm bảo mô men động vừa mơ men cản Vì điều tốc ln có khả tự động điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình thích ứng kịp thời với phụ tải động chạy chế độ tốc độ cho trước Theo sơ đồ hình 12.42b đạp lên bàn đạp thơng qua hệ thống tay địn làm chuyển dịch bơm cao áp 2, làm tăng lượng nhiên liệu cấp cho động Muốn trở lại lượng nhiên liệu cũ đảm bảo cân mô men động mô men cản, văng cần làm cho khớp trượt dịch chuyển đoạn lớn (ép lò xo nhiều hơn) điều thực tăng số vịng quay Hình 12.42 Sơ đồ điều tốc đa chế độ Hình 12.43 Đặc tính động chế độ điêden lắp điều tốc đa chế độ Mỗi chế độ tốc độ động ứng với vị trí bàn đạp Khi khơng đổi vị trí bàn đạp điều tốc làm nhiệm vụ giữ không đổi chế độ tốc độ động Theo sơ đồ hình 6-9a muốn giữ bàn đạp nằm vị trí yêu cầu, sức đạp người lái luôn cân với lực đẩy lò xo Nếu động chạy tốc độ cao lực đẩy lị 580 QNU- Bộ môn Kỹ thuật ô tô Bài giảng: Nguyên lý động đốt xo lớn Sơ đồ hình 6-9b khơng có nhược điểm sử dụng chủ yếu sử dụng động ô tô, máy kéo công suất nhỏ Trên hình 12.43 giới thiệu đặc tính động điêzen lắp điều tốc nhiều chế độ Mỗi đường dốc 1,2,3,4,5,6 tương ứng với vị trí bàn đạp (hoặc tay gạt) Diện tích nmin abnktmax đồ thị xác định tất chế độ làm việc động Với chế độ phạm vi từ nmin đến nmax động làm việc ổn định Khi bàn đạp nằm vị trí định, thay đổi phụ tải bên ngồi từ khơng đến tồn tải số vịng quay đơng thay đổi Cần nhớ mức độ thay đổi tốc độ (hoặc độ không đồng đều) phần lớn phụ thuộc vào chế độ tốc độ Thơng thường số vịng quay nhỏ độ khơng đồng lớn Các điều tốc đa chế tác dụng trực tiếp điều chỉnh số vòng quay phạm vi từ 40-105%, điều tốc đa chế tác dụng gián tiếp từ 30-105% n4 Kết luận chương 12 Nội dung chương 12 trình bày kiến thức chế độ làm việc đặc tính động đốt tự động điều chỉnh tốc độ động đốt Câu hỏi hướng dẫn ơn tập chương 12 Câu Trình bày chế độ làm việc đặc tính động đốt xăng/Diesel? Câu Vẽ đồ thị trình bày phương pháp tự động điều chỉnh tốc độ động đốt xăng/Diesel? 581