Giáo trình Nguyên lý động cơ đốt trong chương 9 Tự động điều chỉnh số vòng quay động cơ.PDF

Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc Chương 09: TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH SỐ VÒNG QUAY ĐỘNG CƠ A.CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ CHỌN LẮP BỘ ĐIỀU TỐC TRÊN ĐỘNG CƠ I.TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG : Đối với ĐCĐT chế độ làm việc luôn luôn thay đổi, do phụ tải dụng lên nó luôn thay đổi. Khi chế độ ổn đònh bò phá vỡ sẽ xảy ra tình trạng mất cân bằng năng lượng giữa công suất động cơ phát ra (Ne) và công suất tiêu thụ (Nc) -Muốn động cơ làm việc ổn đònh thì năng lượng động cơ phát ra phải bằng năng lượng của máy công tác. - Phương trình cân bằng: Me - Mc = 0 -Do phụ tải (Mc) luôn thay đổi, nên momen động cơ (Me) phải thay đổi theo để đảm bảo động cơ luôn luôn làm việc ở trạng thái ổn đònh. -Muốn thay đổi Me thì phải thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình. -Khi động cơ hoạt động có hai trường hợp có thể xảy ra: *Trường hợp 1: Tính ổn đònh dương +Tại o: chế độ làm việc ổn đònh . +Khi tăng tốc độ góc từ wo đến w1, ta thấy Mc > Me, nên động cơ sẽ quay chậm lại và trở về wo, trạng thái cân bằng sẽ được phục hồi+Khi tốc độ góc từ Wo đến w2 ta thấy Mc < Me, động cơ sẽ quay nhanh lên và trở về Wo. Trường hợp này tương tự như một viên bi lăn trong mặt cầu lõm. Trong trường hợp này động cơ không cần lắp bộ điều tốc. Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc *Trường hợp 2 ( tính ổn đònh âm): + điểm O: vò trí cân bằng + khi tăng tố độ góc từ Wo đến W1, ta thấy Me > Mc do vậy tốc độ góc của động cơ cứ tăng mãi không trở về vò trí ban đầu . + khi giảm tốc độ góc từ Wo đến W, ta thấy Me < Mc, do vậy tốc độ góc của động cơ chậm mãi và đến khi chết máy. Như vậy trường hợp này nó không trở về vò trí cân bằng ban đầu. Muốn nó trở về vò trí cân bằng ban đầu cần phải lắp bộ điều tốc để tăng lượng nhiên liệu khi Me > Mc. -Như vậy động cơ làm việc ổn đònh hay không phụ thuộc vào dạng đường đặc tính và tính chất sử dụng động cơ (dạng đường Mc). II.ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG : Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng và động cơ diesel khác nhau nên phương pháp điều chỉnh trong động cơ xăng và diesel cũng khác nhau. 1.Xét trường hợp đôäng cơ làm việc không tải: Phương trình cân bằng : Ne = Ni -Nm = 0 hay : Pi - Pm = 0. a. Động cơ xăng : l : hệ số nạp. lNếu tăng n > nkt , Pi giảm nhanh do hn giảm & Pm > Pi nên động cơ quay chậm lại và trở về nkt lNếu giảm n < nkt , Pi < Pm nên số vòng quay động cơ quay nhanh lên và trở về nkt. Như vậy ở động cơ xăng chế độ làm việc không tải rất ổn đònh, cho nên không cần thiết phải lắp bộ điều tốc. Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc b. Động cơ Diesel: Pi = K*hI*gct Pm = a+ b* + Khi tăng n, lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình (gct ) tăng, nên Pi tăng nhanh hơn Pm. + Nếu tăng n > nkt ta thấy Pi > Pm, nên động cơ sẽ quay nhanh lên & không trở về O được. + Nếu giảm n < nkt ta thấy Pi < Pm nên động cơ sẽ quay chậm mãi và động cơ chết máy à không trở về được đến O. Như vậy ở chế độ không tải tính ổn đònh của động cơ là âm. Muốn làm việc ổn đònh phải lắp bộ điều tốc. 2.Xét trường hợp động cơ làm việc có tải: a.Độngcơxăng: Đường đặc tính tốc độ có những đặc điểm : + Rất dốc: có nghóa là hệ số thích ứng KM rất lớn. + Khi chuyển từ đặc tính ngoài vào đặc tính bộ phận, đường đặc tính càng dốc KM càng tăng + Đường đặc tính bộ phận cắt trục hoành trong phạm vi tốc độ sử dụng của động cơ từ nmin à nmax + Trong trường hợp ngắt tải đột ngột, số vòng quay của động cơ sẽ tăng lên vượt n đònh mức sẽ không làm xấu đi qúa trình cháy. Kết luận: Do những lý do trên nên động cơ xăng luôn làm việc ổn đònh và khi đóng nhỏ bướm ga độ ổn đònh tăng lên.Vì vậy động cơ xăng không cần lắp BĐT. Để an toàn khi sử dụng người ta có thể lắp BĐT giới hạn nmax. Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc b.Động cơ Diesel Đặc tính tốc độ có đặc điểm sau: + Độ dốc đường đặc tính ít, do ảnh hưởng của gct nên hệ số km nhỏ. + Khi chuyển từ đặc tính ngoài vào đặc tính bộ phận, các đường song song nên hệ số kM không đổi. + Đường đặc tính không cắt trục hoành trong phạm vi tốc độ sử dụng động cơ, nên khả năng quay vượt số vòng quay đònh mức xảy ra ở mọi chế độ . + Khi vượt số vòng quay đònh mức động cơ diesel làm việc sẽ nhả khói đen: điều này là không cho phép. + Khi vượt số vòng quay đònh mức cho phép sẽ làm xấu đi qúa trình cháy của động cơ vì thời gian cháy qúa ngắn không đủ đốt cháy hết nhiên liệu. Vì những lý do trên động cơ diesel nhất thiết phải gắn bộ điều tốc để giới hạn nlàmviệc luôn luôn nhỏ hơn nđònh mức . B-PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CỦA BỘ ĐIỀU TỐC VÀ NHÂN TỐ ỔN ĐỊNH CỦA BỘ ĐIỀU TỐC I. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CỦA BỘ ĐIỀU TỐC : F : lực căng lò xo điều tốc E : lực phục hồi Các lực: trọng lực các khớp trựơt + trọng lực các cánh tay đòn + trọng lực các qủa văng + lực đàn hồi lò xo lớn Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc Þ Quy dẫn về tâm con trượt -Con trượt dòch chuyển 1 đoạn dZ à lò xo F có sự dòch chuyển tương ứng. Cân bằng công: E*dz = F*dy (1) Với : - w1 :tốc độ dòch chyển của lò xo - v: tốc độ dòch chuyển của khớp rượt dz = dy E = F +b (hoặc c) :độ cứng của lò xo, Eo: lực căng ban đầu của lò xo +x: biến dạng của lò xo, x =K*Z (K: tỷ số truyền từ lò xo đến khớp trượt) +z : độ dòch chuyển cuảcon trượt E = Eo + bx E 1 = E01 + b1*x1 È 2 = E02 + b2*x2 -Lực qủa văng Gqv: Gqv = mqv *r*wđt2 -Nếu có k qủa văng : k*Gqv = k*mqv*r*w2đt -Quy về tâm con trượt và cân bằng công : k*Gqv*dr = D*dz (D : lực duy trì) Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc D = k*mqv* Đặt A = k*mqv* A = Hệ số quán tính D = A*w2đt Ởû trạng thái cân bằng của BĐT ta sẽ có lực phục hối(E) = lực duy trì (D) : DCB = ECB Û ECB = Acb*w2cb (ở Zo): đây là phương trình cân bằng của BĐT Trên đồ thò ta có quan hệ : D = f(z) ;E = f(z) ứng với trường hợp E dốc hơn D. · Nếu tăng Z (độ dòch chuyển của con trượt) thì tại Z1 có lực phục hồi (E) > lực duy trì (D) 1 lượng:P1= É 1 - D1 = É 1 - À 2*w2cb à lò xo thắng lực qủa văng làm cho Z giảm à đẩy khớp trượt trở về vò trí cũ. P1 càng lớn à khả năng công tác của BĐT càng ổn đònh · Nếu giảm Z xuống Z2 à lực phục hồi < lực duy trì 1 lượng: P2 = D2 -È 2 = À 2 *w2cb - È 2. Lực qủa văng thắng lực lò xo làm cho Z tăng về vò trí cũ. Như thế BĐT luôn luôn làm việc ổn đònh tại Zo. Còn trường hợp ngược lại đường A*êw2CB dốc hơn E thì BĐT sẽ ổn đònh . II.ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA BĐT (FP HOẶC Fđ) Để đánh giá tính ổn đònh của BĐT, người ta đưa ra độ ổn đònh là : +Fp = + Thay vào Fp :Fp = · Nếu Fp > 0: BĐT làm việc ổn đònh (chế độ ổn đònh ) Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc · Fp = 0: 2 đường E và D trùng nhau và vò trí của con trượt trở nên vô đònh ( chế độ bất đònh) · Fp < 0: BĐT làm việc không ổn đònh. III.ĐỘ KHÔNG ĐỒNG ĐIỀU CỦA BĐT (d ): Đònh nghóa: Độ không đồng đều là tỷ số giữa: d =(Wpmax-Wpmin)/Wpt với: Wptb = (Wpmax+Wpmin)/2. * rmin: bán kính làm việc min của qủa văng. * rmax: bán kính làm việc max của qủa văng. *r : bán kính làm việc. *rtb = rmin + *P4(hoặc D4) = m*rmax*w2p0 = E4 *DEo = E4 - E3 * È 2 - É 1 = m*rmax*W2p2 - m*rmin*w2p1 Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc Đặt: Wp2 = Wpmax = Wptb*(1+ Wp1 = Wpmin = Wptb*(1- = = Giải ra được nghiệm dương Tược: IV.ĐỘ KHÔNG NHẠY CỦA BỘ ĐIỀU TỐC : · Phương trình cân bằng: P (hoặc D) - E = 0 (tương ứng với 1 vò trí của con trượt (ứng với 1 giá trò của Z)) · Phương trình thực: P - E ± Fms = 0 Độ không nhạy của BĐT ký hiệu:ep (phạm vi thay đổi tốc độ mà BĐT không có cảm ứng được gọi là khu vực không nhạy) ep = ep = Vậy : ep = V.NHẬN XÉT: 1-Đối với độ không đồng đều, nếu gọi zmax là vò trí của khớp trượt khi quả văng văng ra hoàn toàn, tức là khi tốc độ góc lớn nhất wpmax và zpmin là vò trí của khớp trượt khi quả văng cụp lại hoàn toàn, tức là khi tốc độ góc nhỏ nhất wpmin thì độ không đồng đều của bộ điều tốc d được tính như sau: d = . Trong đó: d là một hàm phụ thuộc wtb: d = f(wtb). Theo đồ thò hình (a), càng giảm tốc độ thì độ không đều của bộ điều tốc cơ khí càng tăng. Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc Hình (a) Độ không đồng đều của bộ điều tốc chân không nhiều chế độ ít phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Đối với bộ điều tốc thủy lực sẽ tăng khi động cơ chạy ở số vòng quay thấp tuy nhiên cũng không tăng nhiều như trong bộ điều tốc cơ khí. Khi giãm số vòng quay, độ không đồng đều của bộ điều tốc cơ khí nhiều chế độ tăng lên. Điều đó hạn chế phạm vi hoạt động của bộ điều tốc. Trong động cơ diesel ô tô máy kéo, vận tải, độ không đồng đều của bộ điều tốc khi động cơ hoạt động ở số vòng quay nhỏ nhất không vượt quá (40-45)%. Vì vậy muốn mở rộng phạm vi hoạt động của nó, cần phải thay đổi đặc tính d = f(wtb) sao cho d không tăng mạnh khi giãm số vòng quay. 2-Đố với bộ điều tốc cơ khí, thực nghiệmchỉ rằng càng giãm số vòng quay thì lực cản kéo của thanh răng Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc bơm cao áp càng lớn. Trong trường hợp ấy, nếu tính cả giãm lực phục hồi thì ep = ta thấy rằng: càng giãm số vòng quay động cơ thì càng làm tăng độ không nhạy của bộ điều tốc. Trong các bộ điều tốc chân không và thủy lực nhiều chế độ, dù bộ điều tốc hoạt động ở một chế độ bất kỳ nào, lực phục hồi vẫn biến động trong một giới hạn nhất đònh. Vì vậy khi thay đổi tốc độ thì độ không nhạy của bộ điều tốc hầu như không đổi. Khi tăng số vòng quay, độ không nhạy của bộ điều tốc có phần giãm một ít, vì lúc ấy lực ma sát khô nhỏ hơn, do đó thân bộ điều tốc và bơm cao áp dao động mạnh hơn.Xét về tính chính xác, bộ điều tốc cơ khí hoạt động với độ chính xác không cao. Như vậy có nhận xét rằng các loại bộ điều tốc trên có nhiều khuyết điểm khi hoạt động, để tăng công suất động cơ, giãm lượng tiêu hao nhiên liệu, giãm ô nhiễm môi trường cần phải hoàn thiện quá trình hoạt động của bộ điều tốc động cơ diesel. Một hệ thống mới ra đời đã đáp ứng được những yêu cầu trên, đó là hệ thống điều khiển tự động động cơ diesel bằng điện tử. VI.CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN ĐỘ KHÔNG NHẠY-ĐỘ KHÔNG ĐỒNG ĐỀU 1. ep : ep = · Nếu Fms giảm thì ep giảm, còn nếu tăng E thì ep giảm 2.d: · Thay đổi rtb :-tăng rtb thì d tăng à cải thiện bộ điều tốc · Giảm r thì d tăng: khi r giảm ảnh hưởng đến độ ổn đònh của bộ điều tốc · Thay đổi wpo :m*r*w2po = c*r Þ wpo = · c : độ cứng lò xo · m : khối lượng qủa văng [...]... liệu, động cơ chuyển sang chế độ cầm chừng Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc Chế độ khởi động Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc Chế độ cầm chừng 2.Bộ điều tốc làm việc ở chế độ cầm chừng: Sau khi động cơ khởi động xong, tài xế trã bàn đạp ga về vò trí không tải, cần điều khiển tốc độ ở vò trí cầm chừng, cần điều khiển lúc này sẽ tựa vào vis điều chỉnh tốc độ cầm chừng điều. .. cho động cơ hoạc không cung cấp nhiên liệu II.2.3.Đường đặc tính của bộ điều tốc nhiều chế độ bơm cao áp VE: Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc Các đường đặc tính của bộ điều tốc ở nhiều tốc độ: Vollast: Đầy tải, Nullast: Không tải, Drehzahl: Số vòng quay, Điểm 1: van đònh lượng bắt đầu cắt nhiên liệu khi động cơ không tải · Tại điểm A: vò trí ban đầu của vòng điều khiển · Tại S: động cơ. .. bộ điều tốc bao gồm các chế độ sau: 1-Khởi động động cơ: Khi động cơ không hoạt động, cả hai ngăn đều thông với khí trời, lò xo điều tốc sẽ đẩy màng và thanh răng sang phía tăng nhiên liệu, làm giàu nhiên liệu, động cơ khởi động dễ dàng Sau khi động cơ khởi động xong, áp thấp phát sinh tại ngăn áp thấp kéo màng và thanh răng vềphía giảm nhiên liệu tương ứng với vò trí cánh bướm gió Nguyên lý Động cơ. .. cho phù hợp với tốc độ động cơ Để an toàn khi không có điện áp (0 volt) cung cấp đến bộ tác động thì lò xo hồi vò trong bộ phát động tác động để lượng phun nhiên liệu là “zero” (không cung cấp nhiên liệu) Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc Solenoid tác động điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp 1 Cảm biến vò trí vòng điều khiển (vò trí van đònh lượng), 2 Bộ phận tác động lượng nhiên liệu... Chốt tựa, 9: p thấp, 10: Ống nối mềm, 11: Hướng lọc gio, 12: Vis điều chỉnh Bộ điều tốc được chia thành hai ngăn bằng một màn da Phía ngăn áp thấp thông với họng khuyến tán nhờ ống 10, ở ngăn này còn có một lò xo nhỏ và chốt tỳ có tác dụng làm tăng độ ổn đònh của bộ điều tốc khi động cơ chạy cầm chừng Một vis điều chỉnh 12 dùng để điều chỉnh lực nén của lò xo nhỏ II.2.2 Nguyên lý làm việc: Nguyên tắc cơ. .. răng điều khiển: Thanh răng điều khiển vòng răng làm tăng nhiên liệu hay làm giảm nhiên liệu (đưa nhiên liệu vào ít hay nhiều) d-Lò xo điều tốc 2 .Nguyên lý làm việc: Nguyên lý làm việc của bộ điều tốc cơ khí nhiều chế độ trên bơm cao áp PF, PE : 2.1.Khởi động động cơ: Khi khởi động, kéo cần ga theo chiều tăng nhiên liệu Qua trung gian hệ thống đòn, kéo thanh răng qua chiều tăng nhiên liệu, động cơ khởi... con trượt 6: Qủa văng (quả tạ) Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc Khởi động động cơ Chạy cầm chừng Chú thích: 1-Thanh răng 2,3,4 ,9: Hệ thống tay đòn 5: Trục gắn con trượt 6: Qủa văng (quả tạ) 2.2.Bộ điều tốc làm việc khi thay đổi tải: Động cơ diesel đang là m việc ở chế độ ổn đònh Nếu giử nguyên vò trí cần ga, sau đó ô tô leo dốc (tải tăng), tốc độ động cơ giảm, lực ly tâ m của hai quả... thống đòn kéo thanh răng về chiều giảm dầu, tốc độ động cơ giảm lại, đến khi ổn đònh hai quả văng ở vò trí thẳng đứng, cân bằng với sức căng điều tốc Chú thích: 1-Thanh răng 2,3,4 ,9: Hệ thống tay đòn 5: Trục gắn con trượt 6: Qủa văng (quả tạ) Giới hạn tốc độ cực đại động cơ Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc Vì một lý do nào đó, tốc độ động cơ vượt quá tốc độ giới hạn, lúc này lực ly tâm... điều tốc làm việc ở chế độ tăng tốc, giảm tốc: Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc Khi tài xế đạp bàn đạp ga, bàn đạp ga đi xuống nó làm thay đổi vò trí cần điều khiển tốc độ Cần này tác động vào lò xo điều tốc Lò xo bộ điều tốc đẩy các cần và làm cho van đònh lượng di động đến vò trí tăng lượng nhiên liệu Lượng nhiên liệu gia tăng làm cho động cơ tăng tốc Tốc độ cực đại: Khi tốc dđộ dđộng... đẩy thanh răng về vò trí cúp dầu, động cơ ngừng tắt máy II.2.BỘ ĐIỀU TỐC CƠ KHÍ NHIỀU CHẾ ĐỘ BƠM CAO ÁP VE II.2.1.Cấu tạo: 1,2: Quả văng, 3: Trục khớp trượt của bộ điều tốc, 4: Cần căng, 5: Cần khởi động, 6: Lò xo khởi động, 7: Vòng điều khiển, 9: Rãnh stop cung cấp nhiên liệ u trong piston bơm cao áp, 10: Vis điều chỉnh tố c độ cầm chừng, 11: Cần điều khiển, 12: Lò xo điều tốc, 13: Chốt, 14: Lò xo cầm . Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc Chương 09: TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH SỐ VÒNG QUAY ĐỘNG CƠ A.CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ CHỌN LẮP BỘ ĐIỀU TỐC TRÊN ĐỘNG CƠ I.TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. nhiên liệu, động cơ chuyển sang chế độ cầm chừng. Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc Chế độ khởi động Nguyên lý Động cơ đốt trong ThS Nguyễn Tấn Quốc Chế độ cầm chừng 2.Bộ điều tốc. nên số vòng quay động cơ quay nhanh lên và trở về nkt. Như vậy ở động cơ xăng chế độ làm việc không tải rất ổn đònh, cho nên không cần thiết phải lắp bộ điều tốc. Nguyên lý Động cơ đốt trong