Giáo trình động cơ đốt trong 1 - Chương 9 pps

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 194 Chương 9 TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG I. CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG KINH TẾ – KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ I.1. Thông số chỉ thò I.1.1. Áp suất chỉ thò trung bình P i Áp suất chỉ thò trung bình của chu trình công tác là công chỉ thò của một đơn vò thể tích công tác của xylanh trong một chu trình. h i i V L P = , (J/m 3 hoặc N/m 2 ) (9.1) Trong đó: L i – công chỉ thò của chu trình (J hoặc N.m) V h – thể tích công tác của xylanh (m³) Trong thời gian hoạt động, ngoài áp suất P của môi chất trong xylanh còn có áp suất khí thể dưới cacte cũng luôn luôn tác dụng lên piston theo hướng ngược chiều so với P. Phần lớn các động cơ, cacte đều được nối thông với khí trời hoặc với đường nạp qua hệ thống thông gió cacte, vì vậy có thể coi áp suất khí thể trong cacte bằng áp suất khí trời p o . Như vậy khi piston chuyển động trong xylanh, hợp lực khí thể P kt tác dụng đẩy piston trong xylanh sẽ là: 4 D ).pP(F 2 okt π −= (9.2) Trong đó: D – đường kính xylanh (m) Hợp lực khí thể P kt đẩy piston chuyển dòch một vi lượng hành trình dS, sẽ tạo ra vi lượng công dL i theo biểu thức: dV)pP(dS 4 D ).pP(dS.FdL o 2 okti −= π −== (9.3) Tích phân biểu thức (9.3) theo một chu trình sẽ tìm được công chỉ thò của chu trình L i : ∫∫ −== chutrình o chutrình ii dV)pP(dLL (9.4) Thay (9.4) vào (9.1) sẽ được: ∫ − −= trìnhchu o h i dV)pP( V 1 P (9.5) Muốn xác đònh P i theo (9.5) cần biết hàm (P – p 0 ) = f(V). Đó chính là đồ thò công của động cơ 4 kỳ hoặc động cơ 2 kỳ mà trục hoành là đường vuông góc với trục tung đi qua giá trò p o . Tích phân chu trình trong biểu thức (9.5) là tổng tích phân của các quá trình tạo nên chu trình đó. Vì vậy đối với động cơ bốn kỳ, ta có:         −+−+−+−= ∫ ∫∫∫ −hut giannochay xa oo nen oo h i dV)pP(dV)pP(dV)pP(dV)pP(. V 1 P (9.6) Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 195 Đối với động cơ hai kỳ:         −+−= ∫∫ −nen giannochay oo h i dV)pP(dV)pP(. V 1 P (9.7) Giá trò của các số hạng trong các biểu thức (9.6) và (9.7) thể hiện qua diện tích trên đồ thò công P – V, giữa đường áp suất (P) của các quá trình và đường áp suất khí trời p o , còn dấu của mỗi số hạng lại phụ thuộc vào dấu của hai thừa số (P – p o ) và dV trong số hạng đó. Nếu hai thừa số trên cùng dấu thì tích phân sẽ có dấu (+), ngược lại khác dấu, tích phân sẽ có dấu (–); (P – p o ) > 0 nếu P > p o và ngược lại, còn dV > 0 nếu thể tích xylanh tăng và ngược lại. Mỗi tích phân trong biểu thức (9.6) và (9.7) xác đònh số lượng công của mỗi kỳ (hút, nén, cháy – giãn nở và xả). Do: ∫∫ −= xa o hut o dVpdVp và ∫∫ −= − nen o giannochay o dVpdVp , nên (9.6) và (9.7) được viết thành:         +++= ∫∫∫∫ − xagiannochaynenhut h i PdVPdVPdVPdV V 1 P (9.8) và         += ∫∫ −nen giannochay h i PdVPdV V 1 P (9.9) Đồ thò công P = f(V) hoặc P = f(ϕ) (trong đó ϕ là góc quay trục khuỷu) là do thiết bò xác đònh đồ thò vẽ ra khi động cơ đang hoạt động. Tung độ của đồ thò phản ánh các giá trò của áp suất trong xylanh, còn hoành độ của đồ thò là vò trí của đỉnh piston hoặc vò trí bán kính quay của trục khuỷu phản ánh thể tích của xylanh hoặc góc quay trục khuỷu ϕ. Thực hiện tích phân đồ thò dựa theo đồ thò công và dựa theo các tích phân trong móc vuông của các biểu thức (9.6), (9.8) hoặc (9.7), (9.9) sẽ xác đònh đựơc diện tích f, thể hiện công chỉ thò của chu trình công tác: f = Σf(+) – Σf(–) (9.10) Trong đó: f(+) – diện tích công dương của chu trình, chiều diễn biến thuận chiều kim đồng hồ. f(–) – diện tích công âm của chu trình, chiều diễn biến ngược chiều kim đồng hồ. Nếu tỷ lệ xích tung độ (áp suất) là: m p và tỷ lệ xích hoành độ (thể tích V) là m v thì công chỉ thò L i của chu trình sẽ là: L i = f.m p .m v , (MN.m) Thể tích công tác V h được xác đònh bằng l mm trên đồ thò với tỷ lệ xích m v (m 3 /mm). Do đó: V h = l.m v (m 3 Vì vậy, theo (9.6), (9.8) hoặc (9.7), (9.9) sẽ được: pi m l f P = (9.11) Nếu gọi l f h = (mm) là chiều cao trung bình của đồ thò công, thì từ (9.11) có thể đònh nghóa về P i như sau: áp suất chỉ thò trung bình P i là chiều cao trung bình của đồ thò công (P –V) nhân với tỷ lệ xích tung độ của đồ thò. Biểu thức (9.11) chỉ rõ phương pháp xác đònh P i nhờ đồ thò công. Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 196 Diện tích đồ thò công của động cơ bốn kỳ gồm 2 phần: - Phần diện tích của kỳ nén và kỳ cháy – giãn nở. - Phần diện tích của kỳ hút và kỳ xả. Phần thứ nhất là phần chính, tạo nên công dương của môi chất. Phần thứ hai là phần phụ, được gọi là hành trình “bơm” của piston vì chức năng của phần này là chức năng của một bơm piston, làm nhiệm vụ thay đổi môi chất của chu trình. Công của môi chất ở phần hai có thể “âm” (động cơ không tăng áp hoặc tăng áp thấp) hoặc “dương” (với động cơ tăng áp cao). Nhìn chung, công của hành trình bơm thường không lớn (trừ trường hợp tăng áp cao) và rất khó xác đònh theo đồ thò công vì đường nạp và đường xả trên đồ thò gần như trùng nhau. Muốn xác đònh phần công “bơm” của đồ thò, ngoài đồ thò công kể trên, người ta phải xác đònh đồ thò công của các hành trình “bơm” với tỷ lệ xích tung độ lớn hơn, làm cho công việc thực nghiệm trở nên phức tạp hơn. Vì vậy khi xác đònh áp suất chỉ thò trung bình P i người ta thường bỏ qua phần công này, coi nó là một phần trong các tổn thất cơ giới của động cơ. Dựa trên nguyên tắc ấy, có thể lược bỏ các tích phân của các kỳ hút và xả của động cơ 4 kỳ (9.6) và (9.8). Kết quả sẽ làm cho biểu thức xác đònh P i của động cơ bốn kỳ và động cơ hai kỳ có chung một dạng sau:         += ∫∫ −giannochaynen h i PdVPdV. V 1 P (9.12) Tích phân thứ nhất trong ngoặc có giá trò âm vì P và dV khác dấu (P > 0 và dV < 0) còn tích phân thứ hai luôn luôn dương vì P và dV cùng dấu (P > 0 và dV > 0). Nếu gọi P ct (P 2 ) là áp suất trung bình theo thể tích của kỳ cháy – giãn nở và P n (P 1 ) là áp suất trung bình theo thể tích của kỳ nén, ta sẽ có: 2ct giannochay h PPPdV. V 1 == ∫ − (9.13) Hình 9.1. Đồ thò công P – V của chu trình thực tế. a) Động cơ bốn kỳ; b) Động cơ hai kỳ; c) Đồ thò quá trình nạp thải của động cơ bốn kỳ không tăng áp; d) Đồ thò quá trình nạp thải của động cơ bốn kỳ tăng áp. a) b) c) d) Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 197 Và ∫ −=−= nen 1n h PPPdV. V 1 (9.14) Thay (9.13) và (9.14) vào (9.12), ta được: P i = P ct – P n = P 2 – P 1 (9.15) Biểu thức (9.15) cho ta một đònh nghóa thứ ba về áp suất chỉ thò trung bình P i là hiệu số giữa các áp suất trung bình theo thể tích của kỳ cháy – giãn nở P 2 và kỳ nén P 1 . Các động cơ hiện nay giá trò P i nằm trong giới hạn sau: - Động cơ không tăng áp: P i = 0,7 ÷ 1,2 MPa - Động cơ tăng áp có thể đạt P i = 3 MPa hoặc lớn hơn. I.1.2. Công suất chỉ thò N i Công do môi chất trong xylanh tạo ra trong mỗi chu trình được xác đònh qua đồ thò quan hệ giữa áp suất và thể tích (P – V), vì thế đồ thò P – V được gọi là đồ thò công và công đó được gọi là công chỉ thò của chu trình L i , xác đònh qua biểu thức sau: L i = P i .V h (9.16) Gọi i là số xylanh của động cơ, công suất chỉ thò N i của động cơ sẽ tính được như sau: iii L.i. n2 L.i.mN τ == (9.17) Trong đó: n – là số vòng quay của trục khuỷu trong 1 giây (vòng/s). τ – là số kỳ của một chu trình (số hành trình của piston trong một chu trình). m – số chu trình trong 1 giây của 1 xylanh. Nếu các xylanh động cơ có thể tích công tác V h khác nhau (động cơ chữ V có thanh truyền phụ hoặc động cơ tác dụng kép) sẽ có công suất chỉ thò N i là: )i.Li.L( n2 N 2i1ii ++ τ = (9.18) Thay (9.16) vào (9.18), ta sẽ được: )i.Vi.V(n.P 2 N 2h1hii ++ τ = (9.19) Nếu đặt: ∑ = = ∑ n 1k khk h i.VV (9.20) Sẽ được: n.V.P 2 N hii Σ τ = (9.21) Trong trường hợp thể tích h V của các xylanh đều như nhau thì: hh V.iV = Σ (9.22) Do đó: (9.21) có dạng: n.i.V.P 2 N hii τ = Nếu trong các biểu thức (9.21) và (9.22): P i tính bằng MPa (MN/m²), V h tính bằng lít (l), n tính bằng vòng/phút, còn công suất N i tính bằng kW, sẽ được biểu thức sau: τ = Σ 30 n.V.P N hi i (9.23) Hình 9.2. Áp suất chỉ thò trung bình P i mô tả trên đồ thò. P 1 P 2 P i Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 198 τ = 30 n.i.VP N hi i (9. 24) Trong đó: n – số vòng quay trục khuỷu (vòng/phút). Σhh V,V – thể tích công tác của một xylanh và của cả động cơ (lít). i – số xylanh của động cơ. P i – áp suất chỉ thò trung bình (MPa). τ – số kỳ của động cơ, động cơ 4 kỳ τ = 4, động cơ 2 kỳ τ = 2. I.1.3. Hiệu suất chỉ thò η i Tính kinh tế của chu trình thực tế được thể hiện qua hai thông số: hiệu suất chỉ thò  i và suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thò g i . Hiệu suất chỉ thò là tỷ số giữa phần nhiệt lượng được chuyển thành công chỉ thò với nhiệt lượng cấp cho động cơ do nhiên liệu đốt cháy trong xylem tạo ra trong một thời gian. tknl i Q.G 1 =η (9.25) Trong đó: G nl – lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giây (kg/s). Q tk – nhiệt trò thấp của 1 kg nhiên liệu (J/kg). I.1.4. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thò g i Là lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giây ứng với 1 đơn vò công suất chỉ thò. i nl i N G g = (kg/W.s) (9.26) Trong đó: N i – công suất chỉ thò (W). I.2. Các thông số có ích I.2.1. Công suất có ích N e Công suất có ích của động cơ được phát ra tại đuôi trục khuỷu để từ đó truyền năng lượng tới máy công tác. Công suất có ích N e nhỏ hơn công suất chỉ thò N i . Hiệu của chúng là công suất tổn hao cơ giới Nm dùng để khắc phục mọi lực cản trong nội bộ động cơ khi máy hoạt động. Mối quan hệ giữa N e , N i và Nm như sau: N e = N i – Nm (kW) (9.28) Tỷ số giữa N e và N i được gọi là hiệu suất cơ giới η m , thể hiện số phần năng lượng trong công suất chỉ thò N i được chuyển thành công có ích N e : i e m N N =η (9.29) Hiệu suất cơ giới η m của các loại động cơ đốt trong hiện nay nằm trong giới hạn: η m = 0,63 ÷ 0,93 Gọi P e là áp suất có ích trung bình, thì giữa P e và P i có mối liên hệ sau: P e = P i .η m (9.30) Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 199 Từ (9.29) ta được: )kW( 30 n.i.V.P N.N he ime τ =η= (9.31) Công suất có ích N e phụ thuộc vào tải (P e ) và tốc độ (n) của động cơ. Tốc độ n của động cơ không được vượt quá giá trò quy đònh cho từng động cơ để tránh ảnh hưởng xấu tới sức bền, độ tin cậy và tuổi thọ các chi tiết của động cơ. Số vòng quay quy đònh n qđ (vòng/phút), được chọn theo điều kiện sử dụng và hiệu suất động cơ. Khi hoạt động, động cơ có thể chạy ở các tốc độ trong phạm vi từ n min đến n qđ tuỳ thuộc vào vò trí của cơ cấu điều khiển. Ở số vòng quay quy đònh công suất có ích N e của động cơ có thể thay đổi từ N e = 0 đến N eqđ . Công suất quy đònh N eqđ phụ thuộc vào điều kiện sử dụng. Tỷ số giữa công suất của động cơ so với công suất quy đònh (được chọn là 100%) được gọi là công suất tương đối và được tính theo phần trăm của công suất quy đònh. Nếu công suất tương đối vượt quá 100% thì chế độ làm việc ấy được gọi là chế độ quá tải. Thông thường chế độ quá tải không được vượt quá 110% (tức phần quá tải không quá 10%). Nếu sử dụng lâu dài ở tải lớn thì càng không được phép quá tải. I.2.2. Mômen có ích M e Mômen M e ở đầu ra của trục khuỷu động cơ được xác đònh trên băng thử. Giữa mômen M e và công suất có ích M e có mối liên hệ sau : )m.N( n N 55.9 n 2 60.NN M eee e ≈ π = ω = (9.32) Trong đó: N e – công suất có ích (W). n – số vòng quay động cơ (vòng/phút). I.2.3. Hiệu suất có ích  e và suất tiêu hao nhiên liệu có ích g e Hiệu suất có ích  e là tỷ số giữa nhiệt lượng chuyển thành công có ích chia cho nhiệt lượng cấp cho động cơ, do nhiên liệu đốt cháy bên trong xylanh tạo ra, hai loại nhiệt lượng trên cần được xác đònh trong cùng một khoảng thời gian. tknl e e Q.G N =η (9.33) Trong đó: G nl – lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giây (kg/s). Q tk – nhiệt trò thấp của 1 kg nhiên liệu (J/kg). Trong thực tế thí nghiệm động cơ, lượng tiêu hao nhiên liệu (G nl ) thường đo bằng số kilôgam trong 1 giờ và công suất theo kilôóat (kW). Do đó, suất tiêu hao nhiên liệu thường xác đònh theo gam: )h.kW/g(10 N G g 3 e nl e = (9.34) I.3. Công suất lít của động cơ Công suất lít N L là tỷ số giữa công suất quy đònh và tổng thể tích công tác (V hΣ = V h .i) của động cơ: i.V N N h e L = (kW/l). Thay (9.31) vào biểu thức trên ta được: τ = . 30 nP N e L (kW/l) Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 200 Thông số N L và P e phản ánh công suất và momen quy về 1 lít thể tích công tác của động cơ. Trong đó P e phản ánh mức độ cường hoá về tải (lượng nhiên liệu cấp cho chu trình) còn N L phản ánh mức độ cường hoá cả về tải và về tốc độ n của động cơ. Các trò số ηi, ηe, gi và ge của các loại động cơ hiện nay làm việc ở chế độ đònh mức được thể hiện trên bên dưới. Các chỉ tiêu kinh tế các loại động cơ Loại động cơ η i η e g i (g/kW.h) g e (g/kW.h) Động cơ xăng Động cơ Diesel cao tốc Động cơ gas 0,28 ÷ 0,39 0,42 ÷ 0,55 0,28 ÷ 0,38 0,25 ÷ 0,33 0,35 ÷ 0,40 0,23 ÷ 0,28 245 ÷ 300 175 ÷ 205 300 ÷ 325 217 ÷ 238 I.4. Xác đònh đường kính xylanh, hành trình piston và thể tích công tác trên động cơ I.4.1. Thể tích công tác Thể tích công tác của động cơ được xác đònh qua biểu thức: n.i.P .N.30 V e e h τ = (m 3 ) (9.35) Trong đó: N e – công suất có ích của động cơ (kW). τ – số kỳ của động cơ, động cơ 2 kỳ τ = 2 và động cơ 4 kỳ τ = 4. P e – áp suất có ích trung bình (MPa). i – số xylanh của động cơ. n – tốc độ động cơ (vòng/phút). I.4.2. Đường kính xylanh 3 h D S . V.4 D       π = (9-36) Trong đó: D – đường kính của xylanh động cơ. S – hành trình của piston (m). Tỷ số S/D được xác đònh tuỳ theo loại động cơ. Loại động cơ S/D Động cơ xăng chữ V 0,75 ÷ 1,10 Động cơ xăng thẳng hàng 0,85 ÷ 1,20 Động cơ Diesel chữ V 0,90 ÷ 1,40 Động cơ Diesel thẳng hàng 1,00 ÷ 1,45 I.4.3. Hành trình của piston Hành trình của piston được xác đònh qua biểu thức: 2 h D . V.4 S π = (9.37) Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 201 II. XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ Đặc tính tốc độ của động cơ là hàm số thể hiện biến thiên của các chỉ tiêu công tác chính (công suất có ích, momen có ích, suất tiêu hao nhiên liệu có ích, ) theo các chỉ tiêu công tác khác của động cơ (tốc độ động cơ), khi giữ cơ cấu cung cấp nhiên liệu ở một vò trí quy đònh. Các đặc tính của động cơ được xác đònh bằng thực nghiệm trên băng thử động cơ. Người ta dùng đặc tính để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của động cơ, hoạt động trong các điều kiện khác nhau. Các đặc tính sử dụng nhiều nhất trong động cơ gồm có: đặc tính tốc độ, đặc tính tải, đặc tính không tải, đặc tính tổng hợp, II.1. Đường đặc tính tốc độ ngoài và tốc độ bộ phận của động cơ xăng Muốn phân tích đặc tính của động cơ cần lập mối quan hệ toán học giữa các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ, như công suất có ích N e , momen có ích M e , áp suất có ích trung bình P e , suất tiêu hao nhiên liệu có ích g e , lưu lượng nhiên liệu G nl với các thông số của chu trình như: η v , η i , η m , α, kmi v 1e .n AN ρηη α η = (kW) (8.38) kmi v 2e AP ρηη α η = (MPa) (8.39) kmi v 3e AM ρηη α η = (N.m) (8.40) mi 4e . 1 .Ag ηη = (g/kW.h) (8.41) n AG v 5nl α η = (kg/h) (8.42) Trong đó: n – tốc độ động cơ (vòng/phút). η m – hiệu suất cơ giới (η m = 0,63 ÷ 0,93). η i – suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thò. η v – hệ số nạp. α – hệ số dư lượng không khí. n N e Đặc tính ngoài, 100% cơ cấu cung cấp nhiên liệu Các đặc tính bộ phận, <100% cơ cấu cung cấp nhiên liệu Hình 9.3. Đặc tính tốc độ của động cơ. n min n max Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 202 ρ k – khối lượng riêng của không khí phía trước bướm ga (kg/m 3 ). A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 – các hằng số. II.1.1. Đường đặc tính ngoài của động cơ xăng Đối với động cơ xăng dùng bộ chế hoà khí, khi mở 100% bướm ga các hàm N e = f(n), P e = f(n), M e = f(n), g e = f(n), G nl = f(n), phụ thuộc vào sự thay đổi của η v , η m , ρ k theo tốc độ động cơ n được gọi là đặc tính ngoài. Khi bướm ga nằm ở vò trí nhỏ hơn 100% được gọi là đặc tính bộ phận. Biến thiên của η v khi động cơ chạy theo đặc tính ngoài phụ thuộc sự thay đổi của tốc độ dòng khí qua supap nạp, pha phân phối của các supap và độ mở bướm ga. Càng tăng tốc độ dòng khí qua supap nạp và supap thải thì hệ số nạp  v càng thấp. Điều đó đúng đối với động cơ không tăng áp cũng như động cơ tăng áp. Trong vùng tốc độ thấp cũng xảy ra hiện tượng giảm của η v theo mức độ giảm tốc độ n vì lúc ấy pha phân phối thực tế không còn phù hợp với tốc độ của động cơ lúc đó. Lực cản trên đường nạp của động cơ Diesel hơi nhỏ hơn so với động cơ xăng, vì vậy đặc tính ngoài về η v của động cơ xăng hơi dốc hơn so với η v của động cơ Diesel. Đối với các loại động cơ đốt cháy cưỡng bức, khi chuyển sang các đặc tính bộ phận phải đóng bướm ga nhỏ dần, đã làm tăng lực cản đối với đường nạp. Vì vậy mỗi vò trí bướm ga có một mối quan hệ riêng giữa hệ số  v và tốc độ động cơ n. Có thể xác đònh gần đúng mối quan hệ trên như sau: Giữa hệ số nạp  v và độ chân không p g trên đường nạp phía sau bướm ga đối với mỗi động cơ có thể dùng hàm tuyến tính sau: gv p.ba ∆−=η (9.43) Trong đó: a,b – là các hệ số thực nghiệm. Lưu lượng khối lượng trong một giây của không khí đi qua tiết diện lưu thông ở bướm ga g f : ψρµ= .pfG kkggk (9.44)                   −         − =ψ + k 1k k g k 2 k g p p p p 1k k2 Trong đó: g µ – hệ số lưu lượng qua bướm ga; g f – tiết diện lưu thông qua bướm ga (m²) g p – áp suất không khí phía sau bướm ga. p k ,  k – áp suất (Pa) và khối lượng riêng (kg/m³) của không khí trước bướm ga. Hình 9.4. Khuynh hướng biến thiên của η V theo tốc độ n. 1,3 – động cơ xăng và diesel không tăng áp; 2,4 – động cơ xăng và diesel tăng áp. η v n 1 2 3 4 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 203 Nếu động cơ không tăng áp hoặc động cơ tăng áp nhưng máy nén đặt phía sau bộ chế hoà khí thì p k = p o và  k =  o . Lưu lượng G k của động cơ bốn kỳ: k hv k 120 n.i.V. G ρ η = (9.45) Từ các biểu thức (9.44) và (9.45), tìm được: kh kkgg v .n.i.V .pf120 ρ ψρµ =η Khi động cơ xăng hoạt động theo đặt tính ngoài thì hệ số dư lượng không khí α sẽ giảm khi giảm n. Đặc tính trên của α vẫn tiếp tục duy trì khi chuyển sang các đặc tính bộ phận. Tuy nhiên, khi điều chỉnh bộ chế hoà khí ở vò trí gần mở hết bướm ga người ta đều để cho hệ số dư lượng không khí α nhạt hơn so với đặc tính ngoài để tiết` kiệm xăng. II.1.2. Đường đặc tính bộ phận của động cơ xăng Đặc tính bộ phận của động cơ xăng tương ứng với các vò trí đóng nhỏ bướm ga, sẽ làm giảm hệ số nạp  v qua đó giảm áp suất chỉ thò trung bình P i . Khi đóng nhỏ bướm ga  m càng giảm nhanh, khi tăng tốc độ động cơ n nếu bướm ga đóng càng nhỏ thì áp suất tổn hao cơ giới trung bình sẽ tăng còn tích số ) ( kv i ρη α η sẽ giảm và càng giảm nhanh nếu đóng nhỏ bướm ga. Khi càng đóng nhỏ bướm ga, η m càng giảm nhanh. Khi tăng tốc độ động cơ n, nếu bướm ga đóng càng nhỏ thì áp suất chỉ thò trung bình sẽ giảm nhanh và có thể đạt tới mức làm cho η m = 0. Vì vậy mối quan hệ giữa η m và tốc độ n ở các vò trí đóng bướm ga khác nhau có dạng như (hình 9.5). Động cơ xăng khi chuyển sang các đặc tính bộ phận do  v và  m giảm khi tăng n nên P e giảm theo và càng giảm nhanh khi đóng bướm ga càng nhỏ. Khi đóng bướm ga nhỏ và tăng n thì P e = 0, tức là chế độ không tải sẽ xuất hiện tại n < n n (n n – số vòng quay ứng với công suất thiết kế) (hình 9.6). Động cơ xăng dùng bộ chế hoà khí khi chạy ở các đặc tính bộ phận nếu trên bộ chế hoà khí không có hệ thống làm đậm thì  e thường nhỏ hơn so với đặc tính ngoài, vì lúc ấy cả  i và  m đều giảm. Nếu có hệ thống làm đậm trên bộ chế hoà khí khi chạy ở các đặc tính với độ đóng bướm ga khoảng 20 ÷ 30% thì  e sẽ cao hơn so với đặc tính ngoài. Suất tiêu hao nhiên liệu g e tỷ lệ nghòch với  e =  i . m n n n Hình 9.5. Biến thiên của η m theo tốc độ n của động cơ xăng. 1 – mở bướm ga 100%; 2, 3, 4 – các vò trí đóng dần bướm ga. η m n Hình 9.6. Biến thiên của e P và e M theo tốc độ n của động cơ xăng. 1 – đặc tính ngoài; 2, 3, 4 – các đặc tính bộ phận. M e P e [...]... 206 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng - Khi chạy ở đặc tính ngoài, chế độ làm việc của động cơ xăng dùng chế hoà khí ổn đònh hơn so với động cơ Diesel và phạm vi ổn đònh về tốc độ lớn hơn so với động cơ Diesel - Khi chuyển từ đặc tính ngoài sang đặc tính bộ phận, tính ổn đònh của động cơ xăng dùng chế hoà khí tăng dần, còn động cơ Diesel hầu như không đổi - Ở động cơ Diesel... nhỏ bướm ga, α của điểm có công N e, % 1 80 a 40 b 9 3 III 4 0 g e, % II 10 20 III’ 18 0 II’ 7 6 I’ 10 0 60 I 2 60 14 0 8 5 0,4 0,6 0,8 1, 0 1, 2 α Hình 9 .10 Các đặc tính điều chỉnh thành phần hoà khí 208 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng suất cực đại càng giảm - Khi mở 10 0% bướm ga, suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất xuất hiện tại α ≈ 1, 1 Càng đóng nhỏ bướm ga vò trí xuất hiện... tốc độ - Thay đổi tương ứng áp suất Pk của không khí (trên động cơ Diesel) hoặc hoà khí (trên động cơ xăng) - Thay đổi pha phối khí thích hợp, bởi đây là nhân tố chính làm thay đổi K và Kt của động cơ xăng dùng chế hoà khí Chính vì vậy, mỗi tốc độ động cơ ứng với một pha phối khí tốt nhất để mômen động cơ đạt giá trò cực đại Memax tại tốc độ đó khi mở 10 0% bướm ga 207 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên... xác đònh trong điều kiện không đảm bảo nghiêm khắc n= const, mỗi điểm của đặc tính được đo ở tốc độ do bộ điều tốc điều khiển thì đồ thò có thêm quan hệ giữa tốc độ n và tải Khi động cơ chạy theo đặc tính tải, nhân tố tác động từ bên ngoài tới chu trình công tác là lượng nhiên liệu hoặc hoà khí cấp cho xylanh trong mỗi chu trình Trong động cơ Diesel được thực 2 09 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn:... 1, 25 ÷ 1, 35 - Động cơ Diesel có K = 1, 05 ÷ 1, 15 Ngoài hệ hệ thích ứng K, phạm vi tốc độ ổn đònh của động cơ còn được đặc trưng bởi hệ số tốc độ Kt - Động cơ xăng dùng chế hoà khí: Kt = 0,45 ÷ 0,55 - Động cơ Diesel có K = 0,55 ÷ 0,70 Đặc tính sử dụng động cơ đốt trong có hể hoàn thiện bằng cách tăng hệ số thích ứng K và giảm hệ số tốc độ Kt Đối với động cơ ô tô, trong phạm vi tốc độ (từ 0,5nn đến n n)... = A4 (8.40) 1 (g/kW.h) ηi η m G nl = C 5 g ct n (kg/h) Trong đó: (8. 39) (8. 41) (8.42) n – tốc độ động cơ (vòng/phút) ηm – hiệu suất cơ giới (ηm = 0,63 ÷ 0 ,93 ) ηi – suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thò gct – lượng nhiên liệu cấp cho chu trình (kg/chu trình) C1, C2, C3, A4, C5 – các hằng số II.2 .1 Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ Diesel Đặc tính ngoài của động cơ Diesel có các loại sau: - Đặc tính.. .Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng Đối với đặc tính bộ phận của động cơ xăng theo côn g suất có ích Ne Càng đóng nhỏ bướm ga, công suất Nemax càng chuyển về hướng giảm của tốc độ động cơn Với mức độ đóng nhỏ bướm ga nhất đònh, Ne = 0 xuất hiện ngay trong giới hạn biến thiên của n (hình 9. 7) Ne Pe Ne 1 2 Pe 3 4 5 nn n Hình 9. 6 Đặc tính tốc độ của động cơ xăng dùn... động cơ cần phải cho Pe giảm dần khi tăng tốc độ n của động cơ Người ta dùng hệ số thích ứng K để đánh giá tính ổn đònh của động cơ khi chạy theo đặc tính ngoài Đó là tỷ số giữa mômen cực đại Memax (hoặc Pemax) trên đặc tính ngoài và Men (hoặc Pen) tương M P ứng với tốc độ đònh mức nn của động cơ: K = e max = e max M en Pen - Động cơ xăng dùng chế hoà khí: K = 1, 25 ÷ 1, 35 - Động cơ Diesel có K = 1, 05... tại 204 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng mỗi số vòng quay n, khi ở vò trí cực đại của thanh răng bơm cao áp Đặc tính này chỉ thu được khi khảo nghiệm động cơ trên băng thử, trên thực tế không xảy ra - Đặc tính tốc độ bộ phận là các hàm số biểu diễn quan hệ giữa các thông số Ne, Pe, Me theo tốc độ động cơ khi ở hành trình giảm dần của cơ cấu cung cấp nhiên liệu - Đặc tính... Đặc điểm kể trên của i cũng thể hiện trên đặc tính bộ phận của động cơ tăng áp dẫn động cơ khí 205 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng Động cơ Diesel tăng áp tua bin khí khi chuyển sang đặc tính bộ phận sẽ làm giảm nhiệt độ và tốc độ dòng khí xả, do đó làm giảm áp suất và số lượng không khí do máy nén cấp cho động cơ, vì vậy đã làm cho α tăng chậm khi chuyển sang đặc tính bộ . Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 19 4 Chương 9 TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG I. CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG KINH TẾ – KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ I .1. . xylanh 3 h D S . V.4 D       π = ( 9- 3 6) Trong đó: D – đường kính của xylanh động cơ. S – hành trình của piston (m). Tỷ số S/D được xác đònh tuỳ theo loại động cơ. Loại động cơ S/D Động cơ xăng chữ V 0,75 ÷ 1, 10 Động cơ xăng. quá trình nạp thải của động cơ bốn kỳ không tăng áp; d) Đồ thò quá trình nạp thải của động cơ bốn kỳ tăng áp. a) b) c) d) Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 19 7 Và ∫ −=−= nen 1n h PPPdV. V 1