bài giảng khai thác kỹ thuật ô tô

KHÁI NIỆM VỀ THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ Trong quá trình khai thác kỹ thuật động cơ thông qua các thông số vận hành cơ bản đo được khi động cơ làm việc biểu hiện ở tải, tốc độ quay, á

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

Chương 1 CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT TRONG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ

1.1 KHÁI NIỆM VỀ THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ

Trong quá trình khai thác kỹ thuật động cơ thông qua các thông số vận hành cơ bản đo được khi động cơ làm việc biểu hiện ở tải, tốc độ quay, áp suất cháy cực đại, lượng tiêu hao nhiên liệu, suất tiêu hao nhiên liệu riêng, nhiệt độ khí xả, nhiệt độ nước làm mát v.v… xác định chế độ làm việc của động cơ ở điều kiện cụ thể

Chất lượng làm việc của động cơ đặc trưng bởi khả năng làm việc và hiệu suất của

nó mang lại Ở đó năng lượng động cơ sinh ra như công suất có ích Ne, áp suất có ích trung bình pe, mô men có ích Me, vòng quay n v.v… được hiểu là khả năng làm việc hay gọi tương đương tải và tốc độ quay Thông thường dùng các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật chủ yếu: công suất, hiệu suất, tuổi thọ v.v… để đánh giá chất lượng làm việc của động cơ

Các thông số làm việc của động cơ luôn thay đổi theo đặc điểm khai thác vận hành Tập hợp những thông số công tác chủ yếu như phụ tải, số vòng quay, trạng thái nhiệt v.v… gọi là chế độ làm việc của động cơ Chế độ làm việc ổn định khi các thông

số vận hành cơ bản không đổi hoặc thay đổi trong giới hạn hẹp theo thời gian Chuyển

từ chế độ làm việc này sang chế độ làm việc khác kéo theo sự thay đổi các chỉ tiêu công tác theo thời gian (quá trình chuyển đổi) là chế độ làm việc không ổn định Chế

độ này xảy ra dưới tác dụng của tải ngoài hoặc thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ Trong phần này chúng ta quan tâm phân tích các chỉ tiêu theo các thông số sử dụng gồm: phụ tải của động cơ qua gct (hoặc ha)… vòng quay sử dụng n (hoặc gián tiếp của hệ số nạp n và hiệu suất chỉ thị i , hệ số dư lượng không khí , hệ số nạp của bơm cao áp T) cũng như tình trạng kỹ thuật của động cơ v.v… Sau đây sẽ xem xét các chỉ tiêu sử dụng động cơ cụ thể:

1.2 CÁC CHỈ TIÊU VỀ NĂNG LƯỢNG

Để đánh giá chế độ làm việc của động cơ trong điều kiện sử dụng trước hết người ta dùng chỉ tiêu năng lượng gồm:

1.2.1 Công suất chỉ thị

Đặc trưng cho lượng nhiệt chuyển thành công chỉ thị trong xy lanh động cơ, công suất chỉ thị được xác định theo công thức:

Ni = K gct i n Trong đó: gct = fa ha T nl

fa - diện tích piston bơm cao áp

ha - hành trình có ích bơm cao áp

T - hệ số nạp của bơm cao áp

nl - khối lượng riêng nhiên liệu

Thay vào biểu thức trên ta có

Ni = K fa ha T nl i n Đối với mỗi loại động cơ cụ thể sử dụng một loại nhiên liệu nhất định, ta có thể viết lại biểu thức trên như sau

i.h





 n K S

i V

1.2.4 Hệ số dư lượng không khí

Đặc trưng của hệ số  đối với động cơ điêzen không phải là thành phần hỗn hợp

mà là tỷ số của lượng không khí nạp Gk và lượng không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn phần nhiên liệu cung cấp chu trình, tức là L0gct

 =

ct

K g L

G

0

=

nl T a a

n K S h f L

K =

nl a

S f L

n K

h 





(1-7) Như vậy hệ số  phụ thuộc trực tiếp vào ha và gián tiếp với n qua các tham số

T bởi vì chúng thay đổi theo số vòng quay n

Tỷ số

T a

n K

< 1 làm tăng quá trình cháy rớt, giá trị  này gọi là hệ số dư không khí giới hạn gh

Ở động cơ xăng chất lượng hòa khí cung cấp cho động cơ làm việc được đánh giá thông qua hệ số dư lượng không khí  đó là tỉ lệ giữa xăng và không khí với mức

độ hòa trộn đều do bộ chế hòa khí cung cấp:

 =

nl o

KGLG

Sự khác biệt ở động cơ xăng với động cơ điêzen là ngoài đặc trưng cho các chế

độ hệ số dư lượng không khí  còn bị chặn bởi giới hạn trên  = (0.4  0.5) và giới hạn dưới  = (1.3  1.4) tại các giá trị giới hạn này động cơ không thể làm việc

Động cơ điêsel do đặc thù của việc hình thành hỗn hợp cháy và quá trình cháy nên thường hệ số dư lượng không khí  trung bình nhỏ nhất  = (1.3  2.1)

Sự tổn thất do quét sạch buồng cháy, trở lực của cửa nạp, hâm nóng khí nạp từ thành vách xy lanh và hòa trộn với khí sót trên động cơ tăng áp được bổ sung bởi máy nén và đặc tính biến đổi của n theo n như đường 1 trên hình (1-1)

Đối với động cơ 4 kỳ không tăng áp k = 0 = const nên n hoàn toàn phụ thuộc vào lượng không khí nạp GK, khi tăng tần số quay và tốc độ pít tông sẽ làm gia tăng tổn thất áp suất ở xu páp nạp và làm giảm đáng kể hệ số n (đường 2 hình 1-1)

Hình 1-1: Hình 1-2:

Hệ số nạp không khí thay đổi theo tốc độ Hệ số nạp BCA thay đổi theo tốc độ

1.2.6 Hệ số cấp nhiên liệu (hệ số nạp bơm cao áp  T )

Là tỷ số giữa lượng nhiên liệu cung cấp chu trình với thể tích hình học của nó:

T =

nl a a

ct

.h.f

g

Khi ha = const (đặc tính tốc độ) T phụ thuộc vào số vòng quay n và làm thay đổi lượng cung cấp nhiên liệu chu trình (hình 1-2) Sự phụ thuộc này gọi là đặc tính cung cấp nhiên liệu, được xác định bởi kết cấu và trạng thái kỹ thuật của thiết bị nhiên liệu Đó là đặc tính bên trong của bơm cao áp làm ảnh hưởng đến gct mà không có sự tác dụng của cơ cấu điều khiển, đó là tính chất tự nhiên của động cơ Trong đường đặc tính tốc độ nó làm thay đổi mô men kéo Me (n) khi vị trí tay thước nhiên liệu cố định (ha = const)

Những nhân tố ảnh hưởng đến đường cong T (n) gồm: tính chịu nén của nhiên liệu làm giảm gct so với thể tích hình học của nó (đường 1) Thể tích nhiên liệu bị nén

n =  V Pt Ở đây   5.104 MPa-1 hệ số nén nhiên liệu

V: Thể tích nhiên liệu bị nén (m3);

Pt : Áp suất bơm cao áp (MPa)

- Khi tăng số vòng quay và áp suất Pt sự ảnh hưởng đến tính chịu nén gia tăng (Vn tăng) và làm giảm T (đường 3, 4) Quá trình này xảy ra đặc biệt lớn khi bị lẫn không khí vào nhiên liệu và có thể bơm cao áp hoàn toàn không cấp được gct

- Dòng tiết lưu ở các van và cửa nạp của bơm cao áp trong các thời kỳ nạp, nén làm tăng pha cung cấp nhiên liệu và vì vậy làm tăng gct Khi tăng số vòng quay làm hiệu ứng tiết lưu trở nên lớn hơn vì vậy T (n) tăng theo dạng đường 2

- Sự rò rỉ nhiên liệu trong các cặp lắp ghép chính xác bơm cao áp và vòi phun là nguyên nhân làm giảm lượng cung cấp nhiên liệu chu trình gct đặc biệt là khi độ hao mòn của cặp pít tông – xy lanh, bơm cao áp, kim và xy lanh kim phun lớn Ảnh hưởng

của quá trình rò rỉ làm giảm đáng kể T ở số vòng quay thấp và lượng nhiên liệu cung cấp chu trình gct bé

- Các nhân tố trên có tác dụng ảnh hưởng đồng thời và đặc tính cung cấp nhiên liệu được xác định bởi tổng ảnh hưởng các giá trị của chúng

T đặc trưng cho chất lượng làm việc của bơm cao áp

1.2.7 Công suất, áp suất và mô men có ích

Công suất, áp suất và mô men có ích của động cơ được xác định theo các biểu thức sau:

Các giá trị công suất cực đại Nemax về nguyên tắc không sử dụng lâu dài trong quá trình sử dụng Chúng chỉ được sử dụng khai thác trong quá trình ngắn (1 giờ hoặc không quá 2 giờ do nhà chế tạo quy định trong trường hợp cụ thể)

Trong các điều kiện thực tế ở các chế độ làm việc của động cơ, chịu sự ảnh hưởng của các nhân tố bên ngoài như chất lượng mặt đường, đèo dốc, sức cản gió…

đã làm tăng sức cản chung Tính đến các yếu tố này người ta dự trữ một phần công suất cho động cơ

Khi động cơ làm việc ở các chế độ tải bộ phận trung bình và thấp công suất sử dụng động cơ thường Ne = (0.5  0.7) Neđm để bảo đảm tính kinh tế của động cơ

1.3 CHỈ TIÊU KINH TẾ

Thông thường để đánh giá tính kinh tế trong việc sử dụng động cơ dùng các chỉ tiêu sau:

1.3.1 Tiêu thụ nhiên liệu riêng có ích, nhiên liệu riêng chỉ thị

Tiêu thụ nhiên liệu riêng có ích ge, và chỉ thị gi được xác định theo các biểu thức sau:

ge =

e

nl H

GQ

3600



gi =

i

nl H

GQ

Động cơ đieezel 4 kỳ trung tốc m= 0.89  0.91

Động cơ đieezel 4 kỳ cao tốc m= 0.80  0.85

s i H ct

i

Q g

V p Q g

W

Từ đây ta thấy nếu gct = const, i tỷ lệ với pi nghĩa là các nhân tố làm thay đổi

đồ thị công chỉ thị (Wi hoặc pi) ảnh hưởng trực tiếp đến i

1.3.3 Hiệu suất cơ khí

Được xác định như sau:

Các chỉ tiêu sử dụng động cơ được đặc trưng bởi ứng suất cơ và nhiệt

Duy trì tải trọng cơ – nhiệt cho phép trên động cơ là một trong những nhiệm vụ quan trọng của việc sử dụng động cơ Qui ước chia làm 2 loại trạng thái: tải trọng cơ (ứng suất cơ) và tải trọng nhiệt (ứng suất nhiệt)

1.4.1 Ứng suất cơ

Là một khái niệm đặc trưng bởi ứng suất, biến dạng, áp suất trong các phần từ

tĩnh tại, chuyển động và trong các cụm lắp ghép dưới tác dụng của tải trọng cơ học

Khả năng làm việc của các chi tiết, bộ dẫn động, gối đỡ, điều kiện bơi trơn, hao mịn,

cũng như khả năng xuất hiện hư hỏng do mỏi… phụ thuộc rất lớn vào ứng suất cơ

Tuy nhiên trong thực tế việc đo đạc ứng suất, biến dạng, áp suất trên các chi tiết

rất khĩ khăn, và những thơng số này khơng thể kiểm tra trực tiếp trong quá trình sử

dụng Vì vậy, người ta xác lập các thơng số gián tiếp cho phép phản ánh đúng đắn ứng

* Mức độ tăng áp suất:

 =

c

Z P

* Tốc độ tăng áp suất cực đại: được xác định từ tiếp tuyến với đường cong khí

thể trong giai đoạn cháy cĩ gĩc hợp với trục hồnh là lớn nhất

Tải trọng cơ học lớn nhất khi pz, , , Wp đạt giá trị cực đại Các chỉ tiêu , Wp,

Wmax đặc trưng cho tính “cứng” của động cơ Khi các giá trị quá lớn cĩ thể làm hư

hỏng các gối đỡ mặc dù áp suất cực đại pz vừa phải Lực tác dụng lên chi tiết gồm hợp

lực của áp suất cháy pkt và lực quán tính của các chi tiết chuyển động pj (hình 1-4) giá

trị cực đại được xác định như sau:

suất cơ của động cơ và dễ dàng xác

định, kiểm tra trong quá trình sử dụng

Một số thơng số biểu diễn trên hình 1-3

Các chỉ tiêu đĩ là:

* Áp suất cực đại pz: pz được

dùng để tính tốn sức bền của động cơ

Trường hợp pz > [pz] ([pz]: là áp suất

cháy cực đại cho phép) thì động cơ quá

tải về cơ học Trên các động cơ cơng

suất lớn đều cĩ thiết bị để đo pz

Xác định ứng suất cơ

Độ lớn của lực pmax được xác định bởi diện tích

pmax = pmax Fp p’max = p’max Fp Trong đó Fp là diện tích đỉnh piston, biên độ của nó được xác định:

Ngoài tác dụng cơ học các chi tiết như xy lanh, nắp xy lanh, pít tông, xéc măng,

xu páp tiếp xúc trực tiếp với khí cháy và chịu một tải trọng nhiệt đáng kể Vì vậy trong các chi tiết này xuất hiện các ứng suất nhiệt, làm biến dạng, cản trở điều kiện bôi trơn các bề mặt ma sát, tạo sơn muội và mài mòn Trạng thái nhiệt của các chi tiết nói trên

được gọi bằng thuật ngữ “ứng suất nhiệt của động cơ” Ứng suất nhiệt xác định khả năng làm việc của các chi tiết về phương diện bền nhiệt và độ tin cậy của động cơ trong quá trình sử dụng

Chỉ tiêu ứng suất nhiệt được tính bởi nhiệt độ của thành vách xy lanh, pít tông, nắp

xy lanh và độ giảm nhiệt độ qua thành vách xy lanh (hình 1-5) đến môi chất làm mát

t'xl: Nhiệt độ thành vách xy lanh ở

phía tiếp xúc với khí cháy, xác định bởi

tính chất cơ lý của vật liệu, nhiệt độ ăn

mòn (chẳng hạn, đối với pít tông gang

t'xl  4000C, đối với thép t'xl  5000C)

 t'xl : Độ sụt nhiệt độ trung bình

qua thành vách xy lanh, tạo nên ứng suất

nén -t về phía khí thể và ứng suất kéo

+t về phía làm mát:

Giá trị ứng suất nhiệt được xác

định theo biểu thức sau:

t = 

)1(2

Ở đây: E: Mô đun đàn hồi của vật liệu

L: Hệ số giãn nở dài của vật liệu

 : Hệ số poisson

txl: Nhiệt độ trung bình theo chiều dày  của thành vách xylanh, nó xác định nhiệt độ biến dạng của các chi tiết và khe hở của cặp lắp ghép Ứng suất nhiệt càng lớn khi sự chênh lệch nhiệt độ giữa 2 bề mặt thành vách xy lanh càng nhiều Đặc biệt là khi động cơ làm việc ở những chế độ không ổn định như khởi động hoặc bề mặt làm mát bị đóng cặn, cáu bẩn, chế độ làm mát và bôi trơn không đúng v.v…

Trong thực tế sử dụng người ta đánh giá ứng suất nhiệt gián tiếp qua các chỉ tiêu cường độ tải trọng nhiệt: nhiệt độ cháy cực đại Tz, nhiệt độ khí xả Tx, nhiệt độ nước làm mát tlm, áp suất hiệu dụng trung bình pe (hoặc pj) Việc sử dụng các chỉ tiêu gián tiếp có ưu điểm là dễ xác định với độ chính xác đủ độ tin cậy trong quá trình khai thác Nhiệt độ khí xả từng xylanh có thể khác nhau do điều kiện phân phối khí, sự bố trí các ống góp trên đường ống xả, độ chênh nhiệt độ cho phép giữa các xy lanh không quá 5 độ

Nhiệt độ của khí xả của động cơ 4 kỳ lớn hơn động cơ 2 kỳ, nhưng phụ tải nhiệt của xy lanh bé hơn gấp 2 lần so với động cơ 2 kỳ khi cùng một giá trị áp suất chỉ thị bình quân

1.5 ĐỘ TIN CẬY TRONG QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG

Việc xem xét các mối quan hệ giữa các chỉ tiêu kinh tế năng lượng, ứng suất cơ – nhiệt với các chế độ làm việc của động cơ cho phép đánh giá trạng thái sử dụng nó một cách toàn diện hơn, tuy nhiên không thể xác định được độ tin cậy làm việc của động cơ

Độ tin cậy là khả năng của động cơ thực hiện đầy đủ chức năng, đảm bảo các chức năng vận hành trong giới hạn cho trước, tương ứng với những điều kiện và chế

độ sử dụng, bảo dưỡng sửa chữa đã được ấn định

Độ tin cậy là một phạm trù chất lượng khá phức tạp mà để đạt được cần phải tuân thủ qui định trong giai đoạn thiết kế, chế tạo và khai thác chúng Độ tin cậy được đặc trưng bởi những chỉ tiêu: an toàn (không hư hỏng), độ bền lâu, tính dễ sửa chữa và tính bảo quản

Những vấn đề liên quan đến độ tin cậy động cơ khi sử dụng chúng được quy định cụ thể trong các “Qui tắc vận hành kỹ thuật động cơ”, cần quan tâm đúng mức tới các chế độ làm việc không ổn định của động cơ như: chạy rà, khởi động vòng quay thấp, thay đổi liên tục tốc độ, tải, quá tải v.v… bởi nó ảnh hưởng trực tiếp tới chỉ tiêu của độ tin cậy

Một vài trường hợp như:

- Ở chế độ tốc độ quay thấp, khi đó nhiệt độ của thành vách xy lanh giảm đáng

kể và không tách khỏi hiện tượng làm giảm chất lượng quá trình cháy, làm xấu chế độ bôi trơn cũng như gia tăng cường độ tạo muội sơn trong buồng cháy, rãnh pít tông – xéc măng, xu pap, trên đường ống thải và máy nén tăng áp Khi làm việc lâu dài ở chế

độ này có thể dẫn đến sự nguy hiểm làm xước bề mặt dẫn hướng pít tông, treo xu páp, cháy và rỗ bộ góp khí nạp và đường ống xả

- Khi tải trọng thay đổi thường xuyên có khả năng làm cho các chi tiết của buồng cháy dễ bị già hóa vì ứng suất nhiệt và làm giảm độ tin cậy của động cơ Sự biến đổi nhiệt độ liên tục có biên độ lớn gây ra do sự thay đổi lượng cung cấp nhiên liệu chu trình, đặc biệt ở các chế độ nặng là nguyên nhân cơ bản làm nhanh quá trình già hóa vật liệu vì nhiệt và có thể làm nứt, phá hủy các chi tiết của buồng đốt động cơ Quá trình già hóa nhiệt xảy ra càng nhanh khi bề mặt làm mát bị bám bẩn, hạn chế sự truyền nhiệt và gia tăng nhiệt độ chung của các chi tiết

- Có hàng loạt những nhân tố sử dụng ảnh hưởng đến độ tin cậy của động cơ

Có thể chia ra những nhân tố cơ bản thuộc phạm vi làm việc của các phần tử hệ nhiên liệu, hệ thống tăng áp, bôi trơn, làm mát, chuẩn bị nhiên liệu, chăm sóc và bảo dưỡng động cơ Những vấn đề này được quy định cụ thể và chặt chẽ trong các tài liệu hướng

dẫn sử dụng động cơ do nhà máy sản xuất đề nghị

Chương 2 ĐẶC TÍNH VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1 ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1.1 Các loại đặc tính của động cơ

Người ta dùng các đặc tính để đánh giá các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động

cơ, làm việc trong các điều kiện khác nhau Đặc tính của động cơ là hàm số thể hiện sự biến thiên của một trong các chỉ tiêu công tác chủ yếu của động cơ, thay đổi theo chỉ tiêu công tác khác hoặc thay đổi theo nhân tố nào đó gây ảnh hưởng tới chu trình công tác của động cơ

Các đặc tính được sử dụng nhiều nhất trong động cơ đốt trong là những đặc tính sau:

1 Đặc tính tốc độ gồm đặt tính ngoài và đặc tính bộ phận;

2 Đặc tính không tải;

3 Đặc tính tải;

4 Đặc tính điều chỉnh

Ngoài ra còn nghiên cứu đến đặc tính điều tốc, đặc tính tổng hợp

Thực chất các đặc tính tổng hợp, điều tốc và không tải đều là những trường hợp đặc biệt của đặc tính tốc độ

Dưới đây sẽ lần lượt giới thiệu từng loại đặc tính

2.1.2 Đặc tính tốc độ

Các hàm số thể hiện biến thiên của

công suất, mô men quay (hoặc áp suất có ích

trung bình), suất tiêu hao nhiên liệu hoặc các

chỉ tiêu công tác khác của động cơ thay đổi

theo số vòng quay được gọi là đặc tính tốc độ

Đặc tính tốc độ biểu thị công suất cực

đạicủa động cơ ứng với từng chế độ tốc độ

được gọi là đặc tính ngoài

Do công suất cực đại của động cơ còn

phụ thuộc vào việc điều chỉnh lượng nhiên

liệu cực đại cung cấp cho mỗi chu trình, vì

2 Đặc tính giới hạn bơm cao áp (đường 2) là đặc tính tốc độ trong đó cơ cấu điều khiển được kéo tới chốt hạn chế trên bơm cao áp

Khi thiết kế, thông thường bơm cao áp đều có một phần thể tích dự trữ, nghĩa là bơm cao áp có thể cung cấp một lượng nhiên liệu nhiều hơn so với yêu cầu của mỗi chu trình Vì vậy trong động cơ điêzen bắt buộc phải đặt một chốt hạn chế trên bơm cao áp nhằm hạn chế lượng nhiên liệu cực đại cung cấp cho động cơ trong mỗi chu trình

3 Đặc tính ngoài theo công suất thiết kế là đặc tính tốc độ trong đó cơ cấu điều khiển được giữ ở vị trí ứng với công suất thiết kế Nen và số vòng quay thiết kế nn(đường 3) Đặc tính ngoài thiết kế là đặc tính chính của động cơ, các thông số kinh tế

kỹ thuật chính của động cơ trên đường đặc tính này đều được nhà máy chế tạo đảm bảo

4 Đặc tính ngoài sử dụng thường gọi tắt là đặc tính ngoài (đường 4) là đặc tính tốc độ trong đó cơ cấu điều khiển được giữ ở vị trí ứng với công suất sử dụng Ned và

số vòng quay sử dụng nd Trên thực tế thường dùng đặc tính sử dụng để lựa chọn động

cơ cho các thiết bị động lực

5 Đặc tính nhả khói đen là đặc tính tốc độ, trong đó ứng với mỗi số vòng quay của động cơ, cơ cấu điều khiển bơm cao áp nằm ở vị trí bắt đầu có khói đen trong khí thải (đường 5)

Tất cả các đường đặc tính tốc độ khác, khi giữ nguyên không đổi vị trí của cơ cấu điều khiển bơm cao áp ở các vị trí đảm bảo cho công suất của động cơ thấp hơn so với công suất của các đường đặc tính ngoài kể trên, được gọi là đặc tính bộ phận (các đường 6)

Thông thường phải dùng biện pháp thực nghiệm để xác định các loại đặc tính tốc độ của động cơ thực tế

Muốn phân tích các đường đặc tính tốc độ, được xây dựng bằng các số liệu thực nghiệm cần phải lập các biểu thức thể hiện mối liên hệ giữa các thông số công tác với

số vòng quay của động cơ

2.1.2.1 Đặc tính ngoài

Các biểu thức dùng để phân tích các đặc tính ngoài thường là các công thức về công suất, mô men quay và áp suất có ích trung bình viết dưới dạng tổng quát mà trước đây chúng ta đã nghiên cứu

Đối với động cơ chạy bằng nhiên liệu thể lỏng:

Ne =

 30

N

= 0

L

Q H

Đối với động cơ chạy bằng nhiên liệu thể khí:

Ne =

 30

Qua những biểu thức trên thấy rằng: đặc điểm biến thiên của công suất, mô men

và áp suất có ích trung bình phụ thuộc vào hệ số nạp v, thể hiện chất lượng nạp của xylanh, tỷ số

 thể hiện chất lượng của chu trình và hiệu suất cơ giới

m, thể hiện phần tổn thất năng lượng bên trong động cơ trong quá trình truyền năng lượng từ xylanh động cơ tới máy công tác

Do đó hình dạng của các đường đặc tính ngoài phụ thuộc vào đặc điểm thay đổi của v,

 và m theo số vòng quay của trục khuỷu

Đặc điểm thay đổi của m theo số vòng quay của động cơ được xác định theo biểu thức sau:

m =





 i v

m i

m i

m i i

e

A

P P

P P

P P P P



 i

Hệ số nạp v tuy có phụ thuộc vào quá trình công tác của động cơ nhưng phụ thuộc rất ít Do đó chúng ta có thể tách riêng, phân tích các điều kiện làm cho từng số hạng v , và



 i đạt giá trị cực đại, rồi qua đó phán đoán về giá trị cực đại của pe

Trước tiên cần xem sự biến thiên của i ,

không khí  ở một số vòng quay nhất định nào đó, trên cơ sở ấy tìm ra những điều kiện chủ yếu của đường đặc tính ngoài tuyệt đối của các loại động cơ

Ảnh hưởng của chất lượng khí hỗn hợp (loại nhiên liệu và hệ số dư lượng không khí ) tới i chủ yếu thể hiện trên hai mặt:

1 Thông qua sự thay đổi các thông số nhiệt động, tính chất và trạng thái của môi chất (tỷ nhiệt, thể tích phân tử v.v…)

2 Qua chất lượng của quá trình cháy (tốc độ cháy và mức độ cháy kiệt)

Trong quá trình cháy của động cơ điêzen do không khí và nhiên liệu không được hòa trộn đều như trong động cơ xăng, nên thành phần khí hỗn hợp của động cơ điêzen, trên thực tế không bị hạn chế về giới hạn bốc cháy Mặt khác đối với chu trình cấp nhiệt hỗn hợp hiệu suất nhiệt càng tăng nếu số nhiệt lượng cung cấp cho một đơn

vị khối lượng môi chất công tác càng ít Chính vì vậy hiệu suất chỉ thị của động cơ điêzen sẽ tăng khi tăng hệ số dư lượng không khí  Nếu giảm  về phía hỗn hợp đậm ( <1) thì i sẽ giảm nhanh Trên hình 2-2a giới thiệu sự biến thiên của i và

Hình 2-2 : Điều kiện của các chế độ làm việc trên đường đặc tính ngoài tuyệt đối





1

(

o

i M





1

i

A

Trong đó, hiện tượng nhiên liệu bắt đầu cháy không hết xuất hiện tại điểm có hệ

số dư lượng không khí  > 1 (điểm A) Sỡ dĩ như vậy là vì nhiên liệu và không khí không hòa trộn đều như trong động cơ xăng nên  chỉ là trị số trung bình đối với toàn

bộ nhiên liệu và không khí có trong chu trình

Trên thực tế nhiên liệu trong động cơ điêzen không được phân bố đều khắp trong buồng cháy Vì vậy nồng độ nhiên liệu và không khí trong mỗi khu vực đều khác nhau nghĩa là mỗi khu vực đều có trị số  thực tế riêng, trong đó có những khu vực  <

1 Kể cả trường hợp hệ số dư lượng không khí trung bình  > 1, trong buồng cháy vẫn

có những khu vực thiếu không khí làm cho nhiên liệu cháy không kiệt (cháy hoàn toàn) Từ lúc nhiên liệu bắt đầu không cháy hết trở đi, nếu tiếp tục giảm  sẽ làm cho hiệu suất chỉ thị i giảm xuống nhanh (hình 2-2a)

Hệ số dư lượng không khí trung bình nhỏ nhất cho phép trong động cơ điêzen biến động trong phạm vi  = 1.3  2.1 tùy thuộc vào loại buồng cháy, kích thước xy lanh và tốc độ của động cơ

Trị số dư lượng không khí  tại điểm bắt đầu cháy không hết (bắt đầu có khói đen) thường lớn hơn trị số ứng với (



 i )max (hình 2-2a)

Trong động cơ điêzen nếu cho động cơ chạy ở các trị số  nhỏ sẽ gây ra nhiều hiệu quả không tốt (trong khí thải có nhiều khói đen vì nhiên liệu cháy không hết, có nhiều muội than trong buồng cháy, động cơ quá nóng, tốn nhiên liệu) Vì vậy trị số giới hạn của



 i không gây ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ và chỉ tiêu kinh tế của động cơ,

bao giờ nó cũng nhỏ hơn trị số (



 i )max

Do những đặc điểm kể trên của động cơ điêzen, nên trong những điều kiện sử dụng bình thường cần tuyệt đối tránh không cho động cơ làm việc tới đặc tính ngoài tuyệt đối

Điều kiện phụ để có đường đặc tính ngoài tuyệt đối là các thông số khác gây ảnh hưởng tới quá trình làm việc của động cơ phải có trị số tốt nhất (góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm, trạng thái nhiệt của động cơ v.v…)

Trong điều kiện sử dụng thực tế và khi thí nghiệm động cơ rất khó bảo đảm các thông số tốt nhất giống như khi xác định đường đặc tính ngoài tuyệt đối Vì vậy để so sánh các động cơ khác nhau người ta đã dùng các đặc tính, đảm bảo các điều kiện chính để đạt công suất cực đại (như mở hết bướm ga, mở cơ cấu điều khiển bơm cao

áp tới vị trí điều chỉnh lớn nhất trong khi sử dụng thay thế cho đặc tính ngoài tuyệt đối Những đặc tính như vậy được gọi là đặc tính ngoài sử dụng hoặc thường gọi tắt là đặc tính ngoài

Trong động cơ xăng điều kiện đạt trị số (



 i )max khi động cơ chạy ở số vòng quay nhất định được giới thiệu trên hình (2-2b)

Chúng ta đều biết tất cả các loại khí hỗn hợp đồng chất đều có trị số giới hạn

về thành phần khí hỗn hợp, đảm bảo cho nhiên liệu bốc cháy, ngoài giới hạn ấy khí hỗn hợp sẽ không cháy được Giới hạn trên ( = 0.4  0.5) và giới hạn dưới ( = 1.3

 1.4) của khí hỗn hợp giữa xăng và không khí đã làm cho biến động của hệ số dư lượng không khí  trong động cơ xăng bị hạn chế trong một phạm vi nhỏ

Hiệu suất chỉ thị của động cơ xăng đạt giá trị cực đại khi hệ số dư lượng không khí  gần bằng 1 Làm đậm hoặc làm loãng khí hỗn hợp đều làm cho hiệu suất chỉ thị giảm nhanh Khi  có giá trị bằng trị số giới hạn trên hoặc dưới đều làm cho i = 0

Hiện tượng nhiên liệu cháy không hết, bắt đầu xuất hiện tại điểm có hệ số dư lượng không khí  = 1.03  1.05 (điểm A), với  = 0.85  0.90 thì



 i đạt giá trị cực đại vì lúc ấy tốc độ cháy của khí hỗn hợp đạt giá trị lớn nhất (hình 2-2b)

Trong động cơ ga cũng có những điều kiện tương tự để đạt trị số



 i

trong động cơ điêzen lớn hơn so với động cơ xăng

Khi tăng số vòng quay, hệ số nạp v của động cơ 4 kỳ giảm dần vì sức cản khí động trong hệ thống nạp và thải tăng Nếu động cơ chạy ở số vòng quay nhỏ cũng làm giảm v vì lúc ấy góc độ phối khí của động cơ không thích hợp với chế độ tốc độ thấp Trong động cơ hai kỳ, đặc điểm biến thiên của hệ số nạp v theo số vòng quay [v = f (n)] chủ yếu phụ thuộc vào hệ thống quét, loại máy nén, các thông số của không khí quét và sức cản trong hệ thống quét và thải

Hình 2-3 : Đường đặc tính ngoài động cơ xăng

Chú thích: n1 = nNemax; n2 = nMemax; n3 = ngemin; n4 = nmax; n5 = nmin

Trên hình 2-3 giới thiệu các đường cong biến thiên của các thông số chủ yếu trong chu trình công tác của động cơ xăng theo đặc tính ngoài

Với n = n2 nào đó, mô men Me đạt giá trị cực đại Muốn tìm mô men cực đại và

n2 chỉ cần vẽ một đường thẳng Ob qua gốc tọa độ tiếp xúc với đường công suất tại b hoành độ của b chính là n2, còn Memax được xác định như sau:

Biến thiên của mô men (áp suất có ích trung bình) theo số vòng quay của động

cơ phụ thuộc vào biến thiên của hệ số nạp v , tỷ số



 i

và hiệu suất cơ giới m (theo công thức 2-6 và 2-7) Trong động cơ xăng thành phần khí hỗn hợp đi vào động cơ, rất

ít phụ thuộc vào số vòng quay, vì vậy khi phân tích đặc tính ngoài của động cơ xăng

có thể coi hệ số dư lượng không khí  = const

Khi tăng số vòng quay của động cơ xăng lớn hơn so với số vòng quay ứng với

Memax (hoặc pemax), hệ số nạp v sẽ giảm vì lúc ấy sức cản khí động của các hệ thống nạp và thải đều tăng hiệu suất cơ giới m cũng giảm vì công suất tổn thất cơ giới tăng Khi tăng n hiệu suất chỉ thị i thường tăng, nhưng do ảnh hưởng của hệ số nạp v và hiệu suất cơ giới m mạnh hơn so với i , nên mômen Me và pe sẽ giảm

Từ số vòng quay ứng với Memax nếu giảm dần tốc độ của động cơ sẽ làm giảm

Me (hoặc pe) vì lúc ấy i giảm, do tăng phần tổn thất nhiệt truyền cho nước làm mát và

do lọt khí qua kẽ hở của xéc măng gây ra, v cũng giảm vì tốc độ lúc ấy không phù hợp với góc độ phối khí của động cơ, đồng thời chất lượng chế hòa khí hỗn hợp và chất lượng quá trình cháy cũng giảm

Đặc điểm biến thiên của mô men được thể hiện qua hệ số thích ứng K:

K =

en

max e

MM

Hệ số thích ứng nói rõ chất lượng động học của động cơ vận tải

Đối với động cơ điêzen vận tải không dùng cơ cấu hiệu đính trong hệ thống nhiên liệu, thông thường K = 1,1 Trong động cơ xăng trị số K = 1.4  1.45

Hệ số thích ứng K càng lớn thì khi tăng mô men cản (mặt đường xấu, lên dốc v.v…), chế độ tốc độ của động cơ thay đổi càng ít, càng dễ điều khiển động cơ (ít phải tác động lên cơ cấu điều khiển động cơ, nhằm giữ không đổi tốc độ vận động của thiết

bị vận tải) và chế độ tốc độ của thiết bị vận tải càng ổn định

Trên hình (2-4) nói rõ ảnh hưởng của hình dạng đường Me = f (n) tới tính chất làm việc ổn định của động cơ khi giữ nguyên không đổi vị trí của cơ cấu điều khiển động cơ Trong chế độ làm việc ổn định của thiết bị mô men của động cơ Me phải bằng mô men cản Mc của máy công tác tức là:

Me1 = Me2 = Me3 = Mc4

Nếu tăng sức cản bên ngoài thì đường mô men cản của máy công tác sẽ chuyển dịch lên phía trên (đường 5), do đó trạng thái cân bằng mô men tại điểm a bị phá vỡ tức là:

Me1, Me2, Me3 < Mc5Toàn bộ thiết bị sẽ chuyển tới một chế độ ổn định mới để đạt điều kiện cân bằng giữa mô men của động cơ và Mômen của máy công tác (điểm b và c)

Hình 2-4 : Ảnh hưởng của đặc điểm biến thiên của đường cong

mô men tới chế độ làm việc ổn định của động cơ

Đối với đường cong mô men dốc xuống nhiều (đường 1) khi tăng sức cản bên ngoài như trên sẽ làm cho số vòng quay của động cơ giảm một lượng n, đối với đường mômen tương đối phẳng (đường 2) số vòng quay của động cơ giảm n’ Trong một số trường hợp sẽ không thể đạt tới chế độ ổn định mới, ví dụ trường hợp đường 3 với 4; bên phải của điểm a Me3 > Mc4 còn bên trái điểm a Me3 < Mc4 Nếu tăng sức cản bên ngoài mặc dù rất ít sẽ làm giảm số vòng quay của động cơ, do Me3 < Mc4, nên số vòng quay của động cơ tiếp tục giảm nếu không tác dụng vào cơ cấu điều khiển thì động cơ sẽ chết Nếu giảm sức cản bên ngoài thì số vòng quay sẽ tăng, Me3 > Mc4 nên

số vòng quay của động cơ tiếp tục tăng tới lúc phá hỏng động cơ

Có thể dùng đường cong áp suất có ích trung bình theo đặc tính tốc độ để đánh giá khả năng làm việc ổn định của động cơ

Muốn cho động cơ chạy ổn định cần làm cho pe giảm khi tăng số vòng quay Nhưng không nên giảm nhiều quá vì giảm nhiều quá sẽ làm giảm công suất của động

cơ ở gần chế độ thiết kế

Sự thay đổi về công suất có ích theo đường đặc tính ngoài được suy từ Me (hoặc

pe) và các thông số ảnh hưởng tới mô men của động cơ

Nếu biết hàm Me (hoặc pe) = f (n) ta sẽ tìm được hàm Ne = f(n) Qua công thức (2-5) thấy rằng: công suất có ích sẽ tăng theo số vòng quay của động cơ nếu ảnh hưởng của việc tăng số vòng quay mạnh hơn ảnh hưởng về mức giảm của các thông số

Gnl = ge Ne =

H m



3

10.6.3

 30



3

10.6.3

Khi động cơ chạy ở số vòng quay thấp nếu n tăng thì hệ số nạp v hơi tăng nên

Gnl lúc sấy tăng nhanh hơn so với tốc độ tăng n, từ số vòng quay mà v đạt tới trị số cực đại trở đi Gnl tăng chậm hơn so với n vì v giảm dần (hình 2-3)

Đặc điểm của đường cong thể hiện biến thiên của suất tiêu hao nhiên liệu gephụ thuộc vào đặc điểm biến thiên của Gnl và Ne vì ge =

Giá trị cực tiểu của suất tiêu hao nhiên liệu trong động cơ xăng nằm tại số vòng quay n3 < n1 tức nhỏ hơn số vòng quay ứng với công suất cực đại Nemax Điều đó được thể hiện rõ trong mối quan hệ hàm số của ge biến thiên theo Gnl và Ne và các đường cong Gnl = f1 (n) và Ne = f2 (n)

Xuất phát từ số vòng quay n3 ứng với suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất, nếu tăng hoặc giảm n đều làm tăng ge (hình 2-3) Trường hợp tăng n, hiệu suất cơ giới sẽ giảm nhanh hơn so với mức tăng của hiệu suất chỉ thị i Khi giảm n, lúc đầu tốc độ giảm của i gây ảnh hưởng chính, sau đó m cũng bắt đầu giảm

Trên đường đặc tính ngoài có những điểm đặc trưng sau đây:

n1 (nn) - số vòng quay ứng với công suất cực đại

n3 (ngemin) - số vòng quay ứng với suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất

n2 (nM) - số vòng quay ứng với mô men cực đại

n4 (nmax) - số vòng quay lớn nhất

n5 (nmin) - số vòng quay ổn định nhỏ nhất

Đối với động cơ xăng không có bộ điều tốc, số vòng quay thiết kế được coi là

số vòng quay lớn nhất của động cơ

Các chế độ làm việc của động cơ ô tô thường nằm trong phạm vi số vòng quay từ

n1 đến n2 Trên hình (2-5) giới thiệu đường đặc tính ngoài của động cơ ZIL-130

Hình 2-5: Đặc tính ngoài động cơ ZIL-130

Trong điều kiện sử dụng động cơ điêzen khi giữ cơ cấu điều khiển bơm cao áp ở

vị trí giới hạn lớn nhất ta sẽ được công suất Ne và Me (hay pe) cực đại của động cơ Các đường đặc tính của động cơ trong điều kiện như vậy được gọi là đường đặc tính ngoài sử dụng của động cơ điêzen vận tải (hình 2-6)

Như đã giới thiệu ở trên, đường đặc tính ngoài là đường giới hạn các chế độ làm việc của động cơ Trong phạm vi từ số vòng quay thiết kế đến số vòng quay cực đại chế độ làm việc của động cơ được giới hạn bởi đường đặc tính điều tốc Do tác động của bộ điều tốc tới cơ cấu điều khiển bơm cao áp, khi số vòng quay của động cơ vượt quá số vòng quay thiết kế, bộ điều tốc tự động cắt nhiên liệu làm cho công suất của động cơ từ công suất thiết kế giảm xuống bằng không

Khi động cơ chạy ở số vòng quay nhỏ hơn số vòng quay thiết kế, bộ điều tốc sẽ không gây ảnh hưởng gì tới hình dạng của đường đặc tính ngoài Lúc ấy cơ cấu điều khiển bơm cao áp đã tỳ vào chốt hạn chế Đặc điểm biến thiên của các thông số cơ bản của chu trình theo đường đặc tính ngoài đối với động cơ điêzen cũng tương tự như đối với động cơ xăng và cũng phụ thuộc vào các thông số như trong động cơ xăng

Trên hình (2-6) giới thiệu những đường cong của các thông số cơ bản gây ảnh hưởng đến đặc tính ngoài của động cơ điêzen

Khác với động cơ xăng, trong động cơ điêzen không lắp bộ phận hiệu chỉnh bơm cao áp, hệ số dư lượng không khí  thường giảm khi tăng số vòng quay vì hai lý

do sau đây:

1 Giảm hệ số nạp

2 Tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình (đối với loại bơm Bosch)

Hình 2-6: Đặc tính ngoài động cơ điêzen

Rất dễ giải thích đặc tính ngoài của động cơ điêzen nếu ta đưa khối lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình gct thay cho v các phương trình (2-2) và (2-3) bằng cách sử dụng hệ số dư lượng không khí  theo biểu thức sau:

 =

0 ct

K h v

Lg

Qua những công thức trên thấy rằng, đặc điểm biến thiên của Me và pe khi động

cơ làm việc theo đặc tính tốc độ phụ thuộc vào lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình gct

Nếu động cơ chạy theo đường đặc tính ngoài thì gct thường tăng khi tăng số vòng quay, còn i chỉ biến động trong phạm vi rất hẹp vì tất cả những điểm trên đường đặc tính đều nằm trong phạm vi nhiên liệu cháy hoàn toàn Do đó khi thay đổi số vòng quay pe (Me) của đường đặc tính ngoài sử dụng sẽ thay đổi ít hơn so với đường đặc tính ngoài tuyệt đối hoặc đường giới hạn nhả khói đen

Các đường cong Me và pe của đặc tính ngoài sử dụng sẽ phẳng hơn, đường cong công suất Ne ít cong hơn so với đường giới hạn nhả khói đen và đường công suất Nekhông đạt giá trị cực đại

Khi động cơ chạy theo đường đặc tính ngoài sử dụng nếu giảm số vòng quay (từ nmax) thì lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình sẽ giảm (do đặc tính của bơm), kết quả sẽ làm tăng hệ số dư lượng không khí, vì vậy chế độ làm việc của động

cơ càng cách xa đường giới hạn nhả khói đen, do đó nếu số vòng quay càng nhỏ thì phần dư chưa được sử dụng về công suất và áp suất có ích trung bình của động cơ càng lớn (hình 2-7)

Hình 2-7:

Đường đặc tính ngoài động cơ điêzen

– không có cơ cấu hiệu chỉnh

… có cơ cấu hiệu chỉnh

g

ml h g

Những đặc điểm ấy làm cho hệ số thích ứng của động cơ điêzen không lắp cơ cấu hiệu đính bơm cao áp thường nhỏ hơn so với động cơ xăng

Muốn giữ cho hệ số dư lượng không khí  không đổi trong mọi chế độ tốc độ của động cơ hoặc làm cho  giảm, khi giảm số vòng quay, cần làm thay đổi đặc tính của bơm cao áp bằng cách lắp một cơ cấu hiệu chỉnh trên bơm cao áp Nhờ cơ cấu hiệu chỉnh này khi giảm số vòng quay của động cơ, gct sẽ tăng hoặc giữ nguyên không đổi, qua đó gây ảnh hưởng tới quy luật biến thiên của



 i

= f (n) và do đó ảnh hưởng tới đường cong Me = f1 (n) và pe = f2 (n) Lúc ấy mô men cực đại có thể tăng 15

 20% và hệ số thích ứng của động cơ có thể đạt tới K = 1.23 (hình 2-7)

Khi lắp cơ cấu hiệu chỉnh bơm cao áp, do thành phần của khí hỗn hợp đậm hơn nên hiệu suất chỉ thị i sẽ giảm một ít tuy nhiên trong mọi chế độ tốc độ của động cơ,

Suất tiêu hao nhiên liệu ge của động cơ có lắp cơ cấu hiệu chỉnh bơm cao áp lớn hơn so với trường hợp không có cơ cấu hiệu chỉnh vì hiệu suất chỉ thị i nhỏ hơn

Trên hình (2-8) giới thiệu đường đặc tính ngoài của động cơ điêzen B748-1

cả trường hợp gần như đóng kín bướm ga), lúc ấy tốc độ của không khí đi qua bướm

ga vẫn rất nhỏ Vì vậy các đường cong của hệ số nạp ứng với các vị trí của bướm ga đều hội tụ tại một điểm nằm trên trục tung

a) b)

Hình 2-9:

Biến thiên của hệ số nạp và hiệu suất cơ giới theo vị trí của bướm ga

Thành phần khí hỗn hợp trong động cơ phụ thuộc rất ít vào số vòng quay của động

cơ mà chủ yếu phụ thuộc vào cấu tạo của bộ chế hòa khí Vì vậy khi khảo sát về

đường đặc tính bộ phận có thể coi hệ số dư lượng không khí  là hằng số

Hiệu suất chỉ thị i của động cơ xăng trên đường đặc tính bộ phận chủ yếu biến thiên theo hệ số dư lượng không khí , hệ số khí sót r, và số vòng quay n

Có thể cho rằng: biến thiên của i và tỷ số



 i

theo đường đặc tính bộ phận cũng giống như đường đặc tính ngoài

Trở lại biểu thức (2-9) về hiệu suất cơ giới thấy rằng: khi tăng số vòng quay, m

sẽ giảm càng nhanh nếu bướm ga đóng càng nhỏ vì cũng giống như trường hợp mở hoàn toàn bướm ga, áp suất tổn thất cơ giới trung bình pm sẽ tăng khi tăng số vòng quay Trị số m nhỏ nhất ứng với trường hợp bướm ga đóng gần kín Khi đóng gần kín bướm ga tỷ số



 i

sẽ rất nhỏ (đối với mọi chế độ tốc độ) và v giảm xuống rất nhanh

khi tăng n vì vậy tại n< nn đã có pm = pi = A3 v

Càng đóng nhỏ bướm ga các đường cong của mô men và áp suất có ích trung bình biến thiên theo số vòng quay càng dốc (hình 2-10a) kết quả ấy, một mặt sẽ làm tăng hệ số thích ứng của đặc tính bộ phận, mặt khác vì Me bị giảm khi tăng n nên đã làm giảm khả năng khắc phục sức cản bên ngoài của động cơ

Khi đóng bướm ga gần kín, với số vòng quay không tải nKT và n’KT nhỏ hơn số vòng quay thiết kế nn (hình 2-10a) thì Me và pe đã bằng không (chế độ không tải) Ngoài ra, Memax và pemax của mỗi đường càng ngày càng chuyển về phía n nhỏ Các đường cong Ne = f1 (n) ứng với chế độ đóng nhỏ bướm ga phụ thuộc vào đặc điểm của

các đường Me (hoặc pe) = f2 (n) Nếu giảm số vòng quay các đường cong công suất Neứng với các vị trí khác nhau của bướm ga đều hội tụ vào điểm gốc tọa độ

v = f (n) gây tác dụng lớn tới Gnl (hình 2-10b)

Càng đóng nhỏ bướm ga, tích số i m càng giảm do đó sẽ làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu ge trên các đường đặc tính bộ phận, trong khi ấy gemin của mỗi đường cong chuyển về phía n nhỏ Càng đóng nhỏ bướm ga đường cong ge= f(n) càng dốc vì lúc ấy đường cong m = f(n) cũng dốc (hình 2-10b)

Các đường đặc tính bộ phận của động cơ điêzen được xác định trong điều kiện giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình gct nhỏ hơn so với trường hợp đường đặc tính ngoài, nhưng không tiến hành điều chỉnh lượng không khí đưa vào động cơ

Giảm phụ tải của động cơ sẽ làm giảm mức độ sấy nóng đối với môi chất mới nạp vào động cơ, do đó làm tăng hệ số nạp

Khi chuyển từ đường đặc tính ngoài sang các đường đặc tính bộ phận do việc giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình và phần nào tăng hệ số nạp nên hệ

số dư lượng không khí  đã tăng từ  = 1.3  1.8 (chế độ toàn tải) tới  = 8  10 (chế

độ không tải) Vì vậy càng giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình hiệu suất chỉ thị i càng lớn, mặc dù i tăng lên không nhiều

Khi chuyển sang các đường đặc tính bộ phận, hiệu suất cơ giới m sẽ giảm, điều

đó được thể hiện rõ trên hình (2-11) và trong biểu thức:

m = 1 -

i ct 2

m

gC

Hình 2-12: Đặc tính tốc độ động cơ điêzen

1- Đặc tính ngoài; 2, 3, 4, 5- Đặc tính bộ phận;

6- Giới hạn nhả khói đen (đường cong đậm chúc xuống trên hình a)

Khác với động cơ xăng, trong động cơ điêzen vị trí của các trị số Memax (hoặc

pemax), Nemax và gemin trên các đường đặc tính bộ phận cũng như đặc tính ngoài hầu như

không phụ thuộc vào vị trí của thanh răng bơm cao áp và đều nằm ở cùng một trị số n của động cơ

Các đường cong công suất là các tia hơi cong, xuất phát từ gốc tọa độ và hầu hết đều không có trị số cực đại (trừ các đường cong ứng với lượng gct rất nhỏ, gần sát chế độ không tải) Do đó với mọi gct động cơ điêzen đều có khả năng làm cho số vòng quay của động cơ tăng lên không giới hạn, vì vậy trên động cơ điêzen bắt buộc phải lắp bộ điều tốc nhằm hạn chế vòng quay cực đại của động cơ (hình 2-12a)

2.1.3 Đặc tính không tải

Đặc tính không tải là trường hợp đặc biệt của đặc tính tốc độ Nó là hàm số biểu thị lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Gnl, thay đổi theo số vòng quay của động cơ khi động cơ không mang phụ tải (tức là Ne = Me = pe = 0 và do đó m = 0 và ge= )

Đặc tính không tải dùng để xác định số vòng quay ổn định nhỏ nhất và số vòng quay cực đại khi động cơ chạy không tải, đồng thời xác định lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Gnl ở phạm vi các số vòng quay ấy

- sau 1000 giờ làm việc ;

sau 2000 giờ làm việc

Dựa vào đường đặc tính không tải có thể phán đoán về tính kinh tế của động cơ khi chạy ở chế độ không tải, đánh giá chất lượng điều chỉnh động cơ, kiểm tra chất lượng làm việc của các zíclơ trong bộ chế hòa khí hoặc bơm cao áp và xác định tổn thất cơ giới

Việc điều chỉnh hệ thống nhiên liệu khi động cơ chạy ở chế độ không tải cần đảm bảo tốn ít nhiên liệu và động cơ chạy ổn định Khi xác định đặc tính không tải muốn thay đổi số vòng quay chỉ cần thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình bằng cách tác dụng vào cơ cấu điều khiển động cơ

Đối với động cơ xăng muốn thay đổi số vòng quay cần thay đổi vị trí bướm ga Khi động cơ chạy ở số vòng quay ổn định nhỏ nhất của chế độ không tải, bướm ga hầu như đóng hoàn toàn và lúc ấy hệ số nạp nhỏ nhất Mở rộng dần bướm ga hệ số nạp

n

Gnl

h kg

phvg

400 600 800 1000

tăng dần và số vòng quay của động cơ cũng tăng dần Khi mở hết bướm ga hệ số nạp đạt trị số lớn nhất, lúc ấy động cơ chạy ở số vòng quay không tải lớn nhất hình (2-13)

Hệ số dư lượng không khí  trên đường đặc tính không tải, cũng thay đổi theo mức độ mở bướm ga và phụ thuộc vào cấu tạo của bản thân bộ chế hòa khí, nhưng phạm vi biến động của  tương đối hẹp

Hiệu suất chỉ thị i trên đường đặc tính không tải chủ yếu phụ thuộc vào số vòng quay, hệ số dư lượng không khí  và hệ số khí sót r Số vòng quay càng tăng i càng lớn Mở dần bướm ga sẽ làm tăng hệ số dư lượng không khí  và giảm hệ số khí sót r, qua đó làm cho i tăng Khi động cơ chạy ở tốc độ sát với số vòng quay không tải lớn nhất (nKTmax), i có giảm xuống một ít, vì lúc ấy khí hỗn hợp đậm hơn Qua công thức (2-11) ta thấy rằng: trong động cơ xăng lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ Gnl trên đường đặc tính không tải tăng dần, vì hệ số nạp v và số vòng quay n (hoặc số chu trình) của động cơ đều tăng (hình 2-13)

Đặc điểm biến thiên của các thông số chủ yếu trong chu trình động cơ điêzen (v , , i ) trên đường đặc tính không tải cũng giống như các đường đặc tính tốc độ đã khảo sát ở trên

Lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ Gnl của động cơ điêzen trên đường đặc tính không tải theo công thức (2-11) và (2-13), sẽ tăng dần khi tăng số vòng quay vì lúc ấy lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình gct và số vòng quay n (hoặc số chu trình) của động cơ đều tăng

Trên hình (2-14) giới thiệu đặc tính không tải của động cơ Điêzen DM - 100M

2.1.4 Đặc tính tải

Các hàm số thể hiện sự biến thiên của suất tiêu hao nhiên liệu và các chỉ tiêu công tác khác của động cơ theo công suất, mô men hoặc áp suất có ích trung bình khi động cơ chạy ở số vòng quay không đổi được gọi là đặc tính tải

Nếu số vòng quay giữ nguyên không đổi muốn thay đổi tải đối với động cơ điêzen cần phải thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình và đảm bảo góc phun sớm thích hợp nhất đối với số vòng quay ấy; đối với động cơ xăng cần thay đổi vị trí bướm ga qua đó điều chỉnh lượng khí hỗn hợp nạp vào động cơ, mặt khác phải đảm bảo bộ chế hòa khí được điều chỉnh tốt và có góc đánh lửa sớm thích hợp nhất với số vòng quay ấy Cũng có trường hợp khi xác định đường đặc tính tải người ta dùng góc phun sớm do nhà chế tạo quy định, tức là góc phun sớm trong lúc sử dụng

Qua đường đặc tính tải có thể xác định suất tiêu hao nhiên liệu ge và lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ Gnl đối với từng số vòng quay khi cho thay đổi phụ tải của động cơ, xác định suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất gemin, lượng nhiên liệu giới hạn cung cấp cho mỗi chu trình gct, trên cơ sở ấy xác định những chế độ làm việc tốt nhất của động cơ theo công suất và số vòng quay Ngoài ra, dựa vào một loạt đường đặc tính ứng với các số vòng quay khác nhau có thể xây dựng các đường đặc tính ngoài và đặc tính chân vịt

Trên hình (2-15) giới thiệu đặc điểm biến thiên của các thông số chính theo đường đặc tính tải của động cơ xăng

Hình dạng đường đặc tính tải về suất tiêu hao nhiên liệu ge và lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ Gnl có thể xác định theo các công thức (2-12) và (2-11)

Khi xác định đường đặc tính tải của động cơ xăng cần phải thay đổi độ mở bướm ga và giữ không đổi số vòng quay của động cơ, do đó trị số Gnl, phụ thuộc vào hai yếu tố: hệ số nạp v và hệ số dư lượng không khí 

Như đã chỉ rõ ở phần trên, trong động cơ xăng hệ số  chỉ biến động trong một phạm vi rất hẹp từ   1.05  1.1 (ở chế độ ít tải và phụ tải trung bình), đến  = 0.8  0.9 (ở chế độ toàn tải hoặc sát với toàn tải) và  = 0.6  0.5 (ở chế độ không tải) Đặc điểm biến thiên của  phụ thuộc vào cấu tạo và chất lượng điều chỉnh bộ chế hòa khí

Hình 2-15 : Đặc tính tải động cơ xăng

Càng đóng nhỏ bướm ga (giảm tải) càng làm tăng sức cản khí động trên đường ống nạp, do đó càng làm giảm v Khi động cơ chạy ở chế độ không tải do tiết lưu rất mạnh nên lượng khí nạp vào động cơ bị giảm tới 4 – 5 lần làm cho Gnl giảm theo

Biến thiên về suất tiêu hao nhiên liệu trên đường đặc tính tải phụ thuộc vào biến thiên của hiệu suất chỉ thị i và hiệu suất cơ giới m

Trong động cơ xăng, bộ chế hòa khí bao giờ cũng đảm bảo cho môi chất có thành phần tiết kiệm nhất trừ trường hợp động cơ chạy ở toàn tải, vì vậy khi tăng tải thì i cũng tăng Khi động cơ chạy ở chế độ toàn tải hoặc sát với toàn tải (khoảng 80%

Nen) thì hệ thống làm đậm của bộ chế hòa khí bắt đầu gây tác dụng làm cho i giảm nhanh (đường gạch gạch trên hình 2-15)

Khi động cơ chạy ở chế độ ít tải nếu giảm n, i cũng bị giảm vì lúc ấy một mặt tăng tương đối phần tổn thất nhiệt cho nước làm mát Mặt khác, quá trình cháy lại không tốt, do tăng r và giảm chất lượng chế hòa khí hỗn hợp gây ra

Hiệu suất cơ giới m của động cơ xác định theo công thức (2-9)

Nếu số vòng quay không đổi, áp suất tổn thất cơ giới trên thực tế không phụ thuộc vào phụ tải của động cơ Trong động cơ xăng tỷ số

phạm vi nhỏ hơn so với hệ số nạp v , vì vậy đặc điểm biến thiên của m theo đặc tính tải chủ yếu phụ thuộc vào v

Ở chế độ không tải pe = 0, pi = pm và m = 0, do đó ge =  Khi tăng tải do hiệu suất chỉ thị và hiệu suất cơ giới đều tăng nên suất tiêu hao nhiên liệu ge giảm [công thức (2-12)] Đặc điểm biến thiên của tích số i m trên đường đặc tính tải quyết định đặc điểm biến thiên của đường cong ge (hình 2-16) Tại điểm có phụ tải ứng với trị số cực đại của tích số i m = e thì ge đạt tới gemin (thông thường lúc ấy Ne = 60  80%

Nen

Hình 2-16 : Đặc tính tải của động cơ điêzen

Khi động cơ chạy ở chế độ toàn tải hoặc gần sát với toàn tải do i giảm nên suất tiêu hao nhiên liệu ge tăng một ít

Trên hình (2-16) giới thiệu đặc tính tải của động cơ điêzen Khi động cơ điêzen chạy ở số vòng quay nhất định, Gnl sẽ tăng khi tăng tải trong động cơ, vì tăng tải trong động cơ điêzen có nghĩa là tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình gct, thực

ra trên cơ sở công thức (2-10) và (2-13) lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Gnl có thể viết dưới dạng sau:

Gnl = ge Ne =

H m



3

10.6.3

 30

0 ct

V

Lg







Hoặc Gnl = C3 gct n

Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ điêzen cũng phụ thuộc vào các yếu tố giống như động cơ xăng tức là phụ thuộc vào tích số i m

Trong động cơ điêzen, khi tăng tải, do tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình và giảm hệ số nạp, nên làm giảm hệ số dư lượng không khí  và do đó hạ thấp hiệu suất chỉ thị i của động cơ

Sau khi sử dụng biểu thức (2-9) của hiệu suất cơ giới và thay trị số  trong công thức (2-13) vào biểu thức ấy ta được:

m =

1-i ct 2

m

gC

Tiếp tục tăng tải sẽ làm giảm i , nhưng lại làm cho m tăng nhanh hơn vì vậy suất tiêu hao nhiên liệu vẫn tiếp tục giảm nhưng giảm chậm hơn Tại phụ tải ứng với giá trị cực đại của tích số i m, suất tiêu hao nhiên liệu đạt tới cực tiểu sau đó nếu tiếp tục tăng tải, ge sẽ tăng dần vì hiệu suất chỉ thị i giảm nhanh (đoạn 1-2 trên hình 2-16) Điểm 2 là điểm đạt tới công suất lớn nhất ứng với số vòng quay đã cho Nhưng trong

sử dụng thực tế tuyệt đối không được cho động cơ chạy ở công suất lớn nhất vì lúc ấy trong khí thải có khói đen, nhiên liệu cháy không hết, có nhiều muội than và động cơ

bị nóng

Điểm 1 là điểm giới hạn tải (động cơ bắt đầu nhả khói đen) Từ điểm 2 hoặc điểm 3 trở đi, nếu tiếp tục tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình gct sẽ làm cho chất lượng quá trình cháy giảm xuống rất nhanh, do đó một mặt làm tăng nhanh suất tiêu hao nhiên liệu ge mặt khác lại làm giảm công suất của động cơ

Phụ tải giới hạn cho phép được quy định tại điểm bắt đầu nhả khói đen 1, tức là điểm tiếp xúc giữa đặc tính tải theo ge và đường thẳng đi qua gốc tọa độ của đồ thị (hình 2-16)

có giá trị cực tiểu Nếu không thay đổi số vòng quay, áp

suất có ích trung bình tỷ lệ thuận với công suất vì vậy tỷ số

2.1.5.1 Đặc tính điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp

Đặc tính điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp là hàm số thể hiện sự biến thiên của công suất động cơ Ne, suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge theo lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Gnl (hoặc theo hệ số dư lượng không khí )

Đặc tính điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp của động cơ xăng dùng để lựa chọn chế độ điều chỉnh tốt nhất đối với bộ chế hòa khí, đảm bảo cho động cơ chạy đỡ tốn nhiên liệu và phát công suất lớn nhất trong điều kiện động cơ chạy lâu dài ổn định, không nóng và không xảy ra kích nổ

Khi xác định đặc tính điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp vẫn giữ nguyên không đổi vị trí bướm ga và số vòng quay của động cơ

240

h ml

40

Gnl

h kg

g

.

Muốn thay đổi lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Gnl cần thay đổi tiết diện lưu thông của zíclơ bằng cách thay đổi zíclơ hoặc xoay vít điều chỉnh thay đổi tiết diện lưu thông của zíclơ

Trong điều kiện không thay đổi số vòng quay và giữ nguyên không đổi vị trí của bướm ga, số lượng không khí nạp vào xy lanh trong mỗi chu trình (GK) chỉ thay đổi rất ít vì vậy khi thay đổi Gnl sẽ làm thay đổi thành phần môi chất (hoặc )

Trong khi xác định đặc tính điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp cần phải lựa chọn góc đánh lửa (hoặc góc phun sớm) tốt nhất đối với mỗi chế độ vì tốc độ cháy phụ thuộc rất nhiều vào thành phần của môi chất

Trên hình (2-18) giới thiệu đặc tính điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp của động cơ xăng Về mặt lý thuyết hệ số dư lượng không khí  có thể biến động bên trong giới hạn bốc cháy của khí hỗn hợp, các điểm 1 và 1’ ứng với giới hạn bốc cháy dưới (

= 1.3  1.4) và trên ( = 0.4  0.5) của khí hỗn hợp

Nếu dùng khí hỗn hợp đồng chất của hơi xăng và không khí có thành phần gần những trị số giới hạn ấy động cơ sẽ chạy không ổn định, vì vậy trên thực tế giới hạn làm việc ổn định của động cơ sẽ hẹp hơn (giữa các điểm 2 và 2’ trên hình 2-18)

Công suất cực đại và công suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất của động cơ thường ứng với các thành phần môi chất không giống nhau

, điểm tiếp xúc (A) giữa đường thẳng đi qua gốc tọa

độ và đường công suất của đặc tính điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp sẽ ứng với điểm có suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất gemin (hình 2-18a)

a) b) Hình 2-18: Đặc tính điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp động cơ xăng

Công suất cực đại Nemax ứng với  = 0.8  0.9; gemin ứng với  = 1.051.1 Những trị số  ứng với Nemax và gemin đều phụ thuộc vào tính chất lý hóa của nhiên liệu, cấu tạo của động cơ, chế độ làm việc và nhiều yếu tố khác

Do Nemax của động cơ đạt được ở  khác với  ứng với gemin vì vậy việc điều chỉnh bộ chế hòa khí tới Nemax không bao giờ trùng với việc điều chỉnh tới gemin

Nếu tốc độ cháy của môi chất càng nhanh thì công suất của động cơ càng lớn Đối với một loại nhiên liệu nhất định tốc độ cháy chủ yếu phụ thuộc vào thành phần của môi chất tức là phụ thuộc vào hệ số dư lượng không khí  Nếu môi chất rất loãng ( > 1) hoặc rất đậm ( < 1) tức là môi chất nằm trong khu vực sát với giới hạn bốc cháy dưới hoặc trên, thì tốc độ cháy sẽ rất chậm Trong động cơ xăng khi  = 0.8  0.9 trị số v trên đường đặc tính điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp đạt trị số cực đại Nếu thay đổi  về phía đậm hơn cũng như phía loãng hơn đều làm giảm tốc độ cháy, quá trình kéo dài trên đường giãn nở, làm tăng tổn thất nhiệt truyền cho nước làm mát, tăng mức độ sấy nóng môi chất và do đó làm giảm v Tuy nhiên, khi điều chỉnh , hệ

cơ giới m theo  cần dùng công thức (2-9) Trên đường đặc tính điều chỉnh, áp suất tổn thất cơ giới trung bình thay đổi rất ít Áp suất chỉ thị trung bình pi = A3v



 i

biến thiên trong một phạm vi rộng từ pimax đến pi = pm Vì vậy m đạt giá trị cực đại khi  = 0.8  0.9 và m = 0 khi  có giá trị bằng các giới hạn bốc cháy của môi chất

Đường cong của công suất có ích Ne biến thiên theo  chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm biến thiên của m,

N

= C”NeSuất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất gemin của động cơ thường ứng với  > 1 vì lúc

ấy nhiên liệu cháy kiệt và phần tổn thất nhiệt tương đối ít

Đối với động cơ xăng, gemin ứng với  = 1.05  1.1 lúc ấy i đạt giá trị cực đại Với  nhỏ hơn hoặc lớn hơn giá trị trên đều làm tăng ge của động cơ vì môi chất đậm hơn sẽ làm tăng phần nhiên liệu không cháy hết và tăng tổn thất nhiệt

Càng đóng nhỏ bướm ga, phạm vi giữa các thành phần môi chất ứng với Nemax

và gemin càng nhỏ lại vì lúc ấy ảnh hưởng của khí sót càng tăng, làm giảm tốc độ cháy

và thu hẹp giới hạn bốc cháy của môi chất Càng đóng nhỏ bướm ga các trị Nemax và

gemin càng dịch chuyển về phía giảm  Nếu tăng số vòng quay cũng xảy ra hiện tượng tương tự như trên

Đặc tính điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp của động cơ điêzen có thể biểu thị dưới dạng hàm số của công suất Ne hoặc áp suất có ích trung bình pe và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge thay đổi theo lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 lít thể tích công tác trong một chu trình gl hoặc hệ số dư lượng không khí  Lượng nhiên liệu cấp cho 1 lít thể tích công tác của xy lanh trong mỗi chu trình được xác định bởi biểu thức sau:

gl =

h

6 nl

V.n260

10.G

gl =

h

6 e e

V

n60

10.Ng

n iV

10 P



 i

có giá trị cực đại Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất gemin ứng với trị số  lớn hơn (  2) Trị số  ứng với imax còn lớn hơn so với  đạt gemin

Các giá trị làm cho pe (hoặc Ne), ge và i đạt trị số tốt nhất (tối ưu) chủ yếu phụ thuộc vào phương pháp hình thành khí hỗn hợp và loại nhiên liệu dùng cho động cơ điêzen Muốn xác định chế độ làm việc khi nhiên liệu bắt đầu cháy không hết cần chú

ý quan sát màu sắc của khí thải Trong các loại động cơ điêzen với các buồng cháy khác nhau, khói đen trong khí thải thường xuất hiện ở phụ tải bằng 8592% Nemax, khi không có cơ cấu hạn chế nhiên liệu Lượng nhiên liệu giới hạn cung cấp cho mỗi chu trình chọn tại thời điểm giới hạn có khói đen tức là điểm nhiên liệu bắt đầu cháy không hết, khi động cơ chạy ở số vòng quay thiết kế

Hình 2-19:

Đặc tính điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp động cơ điêzen

Trong phần trên khi phân tích đặc tính tải của động cơ điêzen ta đã nghiên cứu việc xác định lượng nhiên liệu giới hạn cho phép, cung cấp cho mỗi chu trình

2.1.5.2 Đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm và góc phun sớm

Đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm của động cơ xăng và góc phun sớm của động cơ điêzen dùng để xác định góc đánh lửa (hoặc góc phun) sớm tốt nhất, đó là điều rất quan trọng vì góc đánh lửa (góc phun) sớm gây ảnh hưởng lớn tới chất lượng của quá trình cháy và do đó ảnh hưởng tới công suất và hiệu suất của động cơ

Nếu quá trình bốc cháy của nhiên liệu xảy ra tức thời thì thời gian bắt đầu đánh lửa (phun nhiên liệu) tốt nhất tại ĐCT Nhưng do ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố tới quá trình cháy đã làm cho góc này tốt nhất không phải là hằng số đối với mọi chế độ làm việc của động cơ Đối với mỗi động cơ cần dựa vào đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa (hoặc phun) sớm để tìm ra các trị số điều chỉnh tốt nhất cho từng chế độ làm việc của động cơ Người ta dùng các đường đặc tính điều chỉnh ứng với từng chế độ phụ tải

và số vòng quay để kiểm tra, điều chỉnh thiết bị tự động điều chỉnh góc đánh lửa (hoặc góc phun) sớm (bộ điều chỉnh ly tâm hoặc chân không) Mỗi đường đặc tính điều chỉnh đều ứng với một số vòng quay và một vị trí bướm ga (hoặc một lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình gct)

Góc đánh lửa sớm (hoặc phun sớm) tốt nhất  tính theo góc quay trục khuỷu, đối với mỗi chế độ làm việc, được đánh giá bằng suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất và công suất cực đại trong chế độ làm việc ấy của động cơ

Trên hình (2-20) giới thiệu đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm của động cơ xăng, biến thiên của v trên đường đặc tính điều chỉnh là do mức độ sấy nóng môi chất gây ra Nhưng ảnh hưởng của yếu tố này tới v rất nhỏ, trên thực tế có thể coi v là hằng số trên suốt đường đặc tính điều chỉnh

a) b) Hình 2-20: Đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm động cơ xăng

Khi thay đổi đánh lửa sớm hệ số dư lượng không khí  cũng giữ nguyên không đổi vì đó là một trong các điều kiện chính để xác định đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm Hiệu suất chỉ thị trên đường đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm chủ yếu phụ thuộc vào số nhiệt lượng truyền cho thành xy lanh và số nhiệt lượng đem theo khí thải Tăng góc đánh lửa sớm lớn hơn trị số tốt nhất sẽ làm cho phần lớn nhiên liệu đều cháy

ở khu vực trước ĐCT, trong điều kiện thể tích xy lanh nhỏ dần, do đó làm tăng nhiệt

độ và áp suất trong quá trình cháy dễ sinh kích nổ, làm tăng phần nhiệt truyền cho nước làm mát Mặt khác do cháy sớm quá nên làm tăng phần cộng nén Nếu đánh lửa quá sớm có thể tạo ra hình bản lề (có công âm) trên đồ thị công Tất cả những điều ấy đều làm giảm i

Nếu đánh lửa muộn quá, quá trình cháy sẽ kéo dài trên đường giãn nở làm cho phần lớn nhiên liệu sẽ cháy trong lúc thể tích xylanh đang tăng Vì quá trình cháy bị kéo dài và trên thực tế xảy ra trên đường giãn nở, nên đã làm tăng tổn thất nhiệt cho nước làm mát và đem theo khí thải do đó làm giảm hiệu suất chỉ thị i

Qua công thức hiệu suất cơ giới (2-9) thấy rằng: m trên đường đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm, thực tế chỉ phụ thuộc vào hiệu suất chỉ thị i Các giá trị cực đại của i và m đều ứng với góc đánh lửa sớm tốt nhất, khi i và m đạt tới giá trị cực đại thì Ne sẽ đạt tới giá trị cực đại Nếu góc đánh lửa sớm lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị tốt nhất đều làm giảm m và Ne khi xác định đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm vị trí bướm ga và số vòng quay của động cơ đều giữ nguyên không đổi vì vậy theo công thức (2-11) có thể coi Gnl là hằng số

Do đó suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất sẽ ứng với góc đánh lửa sớm có công suất cực đại vì:

vì lúc ấy công suất Ne giảm Tăng số vòng quay của trục khuỷu sẽ làm tăng góc đánh lửa sớm tốt nhất vì lúc ấy mức tăng tốc độ của quá trình cháy do tăng vận động rối của môi chất trong buồng cháy gây ra không bù trừ hết mức độ giảm thời gian dành cho giai đoạn cháy trễ khi tăng số vòng quay

Giảm tải của động cơ khi động cơ chạy ở số vòng quay nhất định sẽ làm tăng góc đánh lửa sớm tốt nhất Sở dĩ như vậy là vì khi giảm tải (đóng nhỏ bướm ga) sẽ làm giảm hệ số nạp, tăng hệ số khí sót làm cho tốc độ cháy giảm theo do đó phải tăng góc đánh lửa sớm

Trong động cơ điêzen, thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu gây ảnh hưởng lớn tới thời kỳ cháy trễ và do đó gây ảnh hưởng tới các thông số của quá trình cháy: tốc độ tăng áp suất, áp suất cực đại của quá trình cháy, thời gian cháy và mức độ cháy kiệt, trên cơ sở đó ảnh hưởng đến công suất và hiệu suất của động cơ

Trên hình (2-21) giới thiệu đặc tính điều chỉnh góc phun sớm của động cơ điêzen Đặc điểm biến thiên các thông số chính của chu trình và các chỉ tiêu công tác của động cơ trên đường đặc tính điều chỉnh góc phun sớm cũng tương tự như đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm của động cơ xăng

a) b)

Hình 2-21:

Đặc tính điều chỉnh góc phun sớm động cơ điêzen

Khi nghiên cứu quá trình cháy trong nguyên lý động cơ đốt trong chúng ta đã thấy rõ: tăng góc phun sớm lớn hơn trị số tốt nhất sẽ làm tăng

Z,mm

n

z z

tốt nhất sẽ làm cho áp suất cực đại và nhiệt độ của quá trình cháy đều giảm nhưng nhiệt

độ khí thải lại tăng do đó cũng làm giảm công suất và hiệu suất chỉ thị của động cơ Khác với động cơ xăng, trong động cơ điêzen càng giảm tải càng phải giảm góc phun sớm Muốn thay đổi phụ tải của động cơ điêzen cần phải thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình gct, nếu giảm lượng nhiên liệu cho mỗi chu trình sẽ làm giảm số nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cháy làm cho nhiệt độ của chu trình và nhiệt độ của buồng cháy đều giảm, điều kiện chuẩn bị cho nhiên liệu bốc cháy kém hơn, vì vậy trong điều kiện đó cần phun nhiên liệu với góc phun sớm nhỏ hơn tức là phun nhiên liệu vào lúc nhiệt độ môi chất trong xylanh tương đối cao Ngoài ra, cần thấy rằng nếu giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình, thời gian phun nhiên liệu tính theo góc quay trục khuỷu cũng giảm

Nếu giảm số vòng quay của động cơ thì góc phun sớm tốt nhất cũng giảm Ngoài phụ tải và số vòng quay ra còn rất nhiều yếu tố khác gây ảnh hưởng tới góc phun sớm tốt nhất như phương pháp hình thành khí hỗn hợp, điều kiện nạp và thải, quy luật cung cấp nhiên liệu vào xy lanh và nhiều yếu tố khác

Tiêu chuẩn để chọn góc phun sớm tốt nhất là: suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất

gemin và mức chạy êm không dật (không có tiếng gõ) của động cơ

2.1.6 Đặc tính bộ điều tốc

Đặc tính của bộ điều tốc dùng để phận đoạn tính năng của các bộ điều tốc tại các chế độ làm việc ổn định, trong đó không xét tới mối liên hệ giữa bộ điều tốc và đối tượng điều chỉnh

Đặc tính tĩnh của bộ điều tốc (hình 2-22) là hàm số thể hiện mối liên hệ giữa sự chuyển vị của cơ cấu chấp hành và số vòng quay (hay tốc độ góc) của trục điều tốc, ứng với các chế độ làm việc ổn định khi không thay đổi vị trí cơ cấu điều chỉnh (ví dụ lực ép ban đầu của lò xo điều tốc) (hình 2-22a)

Hình 2-22: Đặc tính tĩnh của bộ điều tốc Đôi khi người ta xây dựng đặc tính tĩnh trên tọa độ tương đối

và số vòng quay ứng với chế độ thiết kế