Nguyen ly dong co dot trong

NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG LỜI NÓI ĐẦU Nội dung giáo trình giới thiệu cách có hệ thống vấn đề nguyên lý làm việc động đốt trong, tính tốn q trình nhiệt động, thơng số đặc tính động đốt Đồng thời giáo trình nêu cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết kế, tính tốn hệ thống cấp dẫn nhiên liệu động xăng động diesel hệ sử dụng ngành Cơ khí giao thơng Việt Nam Giáo trình viết sở giảng giảng dạy nhiều năm cho ngành Cơ khí chun dụng - khoa Cơ khí, có bổ sung kiến thức cơng trình nghiên cứu khoa học tác giả trình giảng dạy nghiên cứu khoa học Tác giả • NL§C§T PHẦN I CÁC Q TRÌNH CƠ BẢN CHƯƠNG NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Động đốt nói chung, động xăng động diesel nói riêng kiểu piston chuyển động tịnh tiến thuộc loại động nhiệt Hoạt động nhờ q trình biến đổi hố sang nhiệt nhiên liệu bị đốt cháy chuyển sang Quá trình thực xylanh động 1.2 PHÂN LOẠI Theo nhiên liệu sử dụng: + Động xăng: động dùng nhiên liệu xăng + Động diesel: động dùng nhiên liệu diesel Theo phương pháp tạo hồ khí đốt cháy: + Động tạo hồ khí bên ngồi, loại động mà hỗn hợp nhiên liệu khơng khí tạo thành bên ngồi xylanh nhờ phận có cấu tạo đặc biệt (bộ chế hồ khí - carbuarettor) sau đưa vào xylanh đốt cháy tia lửa điện (động xăng dùng chế hồ khí) + Động tạo hồ khí bên trong, loại động mà hỗn hợp nhiên liệu khơng khí tạo thành bên xylanh nhờ phận có cấu tạo đặc biệt (bơm cao áp vòi phun, ) hỗn hợp tự bốc cháy hỗn hợp bị nén nhiệt độ cao (động diesel) Theo số chu trình cơng tác: + Động bốn kỳ (4 strokes): Chu kỳ làm việc hồn thành sau bốn hành trình piston hai vòng quay trục khuỷu; + Động hai kỳ (2 strokes): Chu kỳ làm việc hồn thành sau hai hành trình piston vòng quay trục khuỷu Theo q trình cấp nhiệt tỷ số nén (): + Động làm việc theo q trình cấp nhiệt đẳng tích, loại bao gồm động có tỷ số nén thấp ( = 512), động sử dụng xăng, nhiên liệu cồn khí; + Động làm việc theo trình cấp nhiệt đẳng áp, loại bao gồm động có tỷ số nén cao ( = 1224), động phun nhiên liệu khơng khí nén tự bốc cháy, động sử dụng bột than; + Động làm việc theo trình cấp nhiệt hỗn hợp, loại bao gồm động có tỷ số nén cao ( = 1224), động diesel Theo phương pháp nạp: + Người ta phân loại khí nạp có nén trước nạp hay khơng, tương đương với loại có động tăng áp động không tăng áp Theo tỷ số S/D + Động có hành trình ngắn khi: S/D1 Theo tốc độ động cơ: Tuỳ theo tốc độ trượt trung bình piston: S.n C  , m/s (1-1) m 30 + Khi Cm = (3  6) m/s gọi động tốc độ thấp; + Khi Cm = (6  9) m/s gọi động tốc độ trung bình; + Khi Cm = (9  13) m/s gọi động tốc độ cao; + Khi Cm > 13 m/s gọi động siêu cao tốc Theo số lượng cách bố trí xylanh: + Số lượng xylanh: động xylanh động nhiều xylanh (động 2, 3, 4, 6, 8, xylanh); + Cách bố trí xylanh: động có xylanh đặt thẳng đứng, đặt nghiêng nằm ngang; + Theo số hàng xylanh: động hàng, động chữ V động hình sao; +Theo số trục khuỷu: động một, hai ba trục khuỷu, chí có động khơng có trục khuỷu (như động piston quay- Wallkel) Ngồi phân loại động theo công dụng, phương pháp làm mát dung tích làm việc 1.3 NHỮNG THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ Động bao gồm phận sau đây: + Cơ cấu trục khuỷu truyền; + Cơ cấu phối khí; + Hệ thống nhiên liệu; + Hệ thống bôi trơn; + Hệ thống làm mát; + Hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ động cơ; + Hệ thống khởi động Ở động xăng có thêm hệ thống đánh lửa 1.3.1 Những thông số động Những thông số cấu tạo động cơ, hình 1-1 gồm có: Điểm chết: điểm chết điểm mà piston đổi chiều chuyển động Điểm chết (ĐCT) điểm xa piston so với đường tâm trục khuỷu Điểm chết (ĐCD) điểm gần piston so với đường tâm trục khuỷu Hành trình piston S (stroke) khoảng cách từ vị trí cao piston (điểm chết ĐCT) đến vị trí thấp của piston (điểm chết ĐCD) piston dịch chuyển S = 2.R; R- bán kính quay trục khuỷu Thể tích làm việc xylanh Vh thể tích xylanh giới hạn khoảng hành trình piston:  D2 ; Thể tích làm việc động VH Vh  Trong đó: VH = Vh i ; i - số xylanh động (1-2) (1-3) Hình 1-1 Piston điểm chết Thể tích buồng cháy Vc thể tích phần khơng gian đỉnh piston, xylanh nắp xylanh piston ĐCT Thể tích chứa hồ khí (thể tích tồn bộ) Va tổng thể tích làm việc xylanh Vh thể tích buồng cháyVc Va = Vh + Vc ; (1-4) Tỷ số nén động  tỷ số thể tích chứa hồ khí xylanh Va thể tích buồng cháy Vc V ; (1-5)  a V V Vh 1  h c 1 Vh Vc  Vc Vc Vc Tỷ số nén biểu hồ khí (động xăng) khơng khí (động diesel) bị nén nhỏ lần piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT Tỷ số nén có ảnh hưởng lớn đến công suất hiệu suất động Tỷ số nén tùy thuộc vào loại động thường có trị số sau: Động xăng:  = 3,5  11; ĐỘNG CƠ DIESEL:  = 13  22; 1.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ BỐN KỲ 1.4.1 Động xăng bốn kỳ Khi động làm việc hình 1-2, trục khuỷu quay (theo chiều mũi tên) piston nối lề với trục khuỷu qua ht anh truyền 10, chuyển động tịnh tiến xylanh Mỗi chu trình làm việc động xăng bốn kỳ bao gồm hành trình là: nạp, nén, cháy- giãn nở, thải, thực lần sinh cơng (trong hành trình cháy- giãn nở) Để piston phải dịch chuyển lên xuống bốn lần tương ứng với 0 hai vòng quay trục khuỷu động (từ đến 720 ) Quá trình diễn piston từ ĐCD lên ĐCT ngược lại gọi kỳ Chu kỳ làm việc động xăng bốn kỳ sau: trục khuỷu, chế hồ khí, ống thải, xylanh, xupáp nạp, 10 truyền piston, bu gi, ống nạp, xupáp thải, Hình 1-2: Các hành trình làm việc động xăng kỳ Hành trình nạp: hành trình (hình 1-2a), trục khuỷu quay, piston dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, xupáp nạp mở, xupáp thải đóng, làm cho áp suất xylanh giảm hồ khí chế hồ khí qua ống nạp hút vào xylanh Trên đồ thị công hình 1-3 (đồ thị biểu diễn mối quan hệ áp suất thể tích làm việc xylanh ứng với vị trí khác piston), hành trình nạp thể đường (r-a) Trong hành trình nạp, xupáp nạp thường mở sớm trước piston lên điểm chết (biểu thị điểm d1), để piston đến ĐCT (thời điểm bắt đầu nạp) xupáp mở tương đối lớn làm cho tiết diện lưu thơng lớn bảo đảm hồ khí vào xylanh nhiều Góc ứng 1 với đoạn d1r gọi góc mở sớm xupáp nạp Hình 1-3 Đồ thị cơng Hình 1-4 Đồ thị phối khí động xăng kỳ Đồng thời xupáp nạp đóng muộn chút so với vị trí piston ĐCD (điểm d2) để lợi dụng độ chân khơng lại xylanh lực qn tính dòng khí nạp, làm tăng thêm lượng hồ khí nạp vào xylanh (giai đoạn nạp thêm) Góc ứng 2 với đoạn ad2 gọi góc đóng muộn xupáp nạp Vì vậy, q trình nạp khơng phải kết thúc ĐCD mà muộn chút, nghĩa sang hành trình nén Tuy nhiên số chế độ tốc độ thấp quán tính dòng khí nạp nhỏ, (do pd2>p0) phần môi chất nạp vào xylanh bị lọt ngồi giai đoạn góc đóng muộn xupáp nạp người ta gọi "hiện tượng thối lui“ Vì vậy, góc quay trục khuỷu tương ứng q trình nạp (1 +180 + 2 ) lớn góc hành trình nạp 180 Cuối q trình nạp, áp suất nhiệt độ hồ khí xylanh là: pa = 0,8  0,9 kG/cm Ta = 350  400 K Hành trình nén: hành trình (hình 1-2b), xupáp nạp xupáp thải đóng Piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, hồ khí xylanh bị nén, áp suất nhiệt độ tăng lên Hành trình nén biểu thị đường ac” (hình 1-3), trình nén thực tế bắt đầu xupáp nạp thải đóng kín hồn tồn, tức lúc mà hồ khí xylanh cách ly với mơi trường bên ngồi Do thời gian thực tế q trình nén 0 (180 - 2) nhỏ thời gian hành trình nén lý thuyết (180 ) Cuối hành trình nén (điểm c’ hình 1-3) bu-gi hệ thống đánh lửa phóng tia lửa điện để đốt cháy hồ khí Góc ứng với đoạn cc’ (hình 1-3) hay góc s (hình 1-4) gọi góc đánh lửa sớm động Cuối hành trình nén, áp suất nhiệt độ hồ khí xylanh là: pc = 11,0  15,0 kG/cm ; Tc = 500  700 K Hành trình cháy giãn nở sinh cơng: hành trình (hình 1-2c), xupáp nạp thải đóng Do hồ khí bugi đốt cháy cuối hành trình nén, nên piston vừa đến ĐCT tốc độ cháy hồ khí nhanh, làm cho áp suất khí cháy tăng lên lớn xylanh biểu thị đường c’z đồ thị cơng Tiếp theo q trình cháy q trình giãn nở khí cháy (đường zb) piston bị đẩy từ ĐCT xuống ĐCD phát sinh công Áp suất nhiệt độ khí cháy lớn xylanh là: pz = 40 70 kG/cm Tz = 2300  2800 K Hành trình thải: hành trình (hình 1-2b), xupáp nạp đóng xupáp thải mở Piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT đẩy khí cháy qua ống thải ngồi Trước kết thúc hành trình cháy – giãn nở sinh công, xupáp thải mở sớm chút trước piston tới ĐCD (điểm b’) để giảm bớt áp suất xylanh giai đoạn giãn nở, giảm cơng tiêu hao để đẩy khí khỏi xylanh Ngồi giảm áp suất lượng sản phẩm cháy lại xylanh giảm, giảm cơng q trình thải giảm lượng khí sót đồng thời tăng lượng hồ khí nạp vào xylanh Góc ứng với đoạn b’b hay góc 3 gọi góc mở sớm xupáp thải Đồng thời để thải khí cháy khỏi xylanh, xupáp thải đóng muộn chút so với thời điểm piston ĐCT (điểm r’) Góc ứng với đoạn rr’ góc 4 gọi góc đóng muộn xupáp thải Do xupáp thải mở sớm đóng muộn nên góc quay trục khuỷu dành cho trình thải (3 +180 + 4 ) lớn góc hành trình thải (180 ) Áp suất nhiệt độ khí thải là: pr = 1,0 1,20 kG/cm ; Tr = 900  1200 K Trên đồ thị công đoạn d1r biểu thị thời kỳ trùng điệp xupáp nạp xupáp thải, tức thời kỳ mà hai xupáp mở, góc ứng với đoạn d 1r’ góc (1 + 4 ) (hình1-4) gọi góc trùng điệp hai xupáp Sau hành trình thải kết thúc, động xăng kỳ xylanh hoàn thành chu kỳ làm việc chuyển sang chu trình 1.4.2 Động diesel bốn kỳ không tăng áp trục khuỷu; xupáp nạp; a) b) c) d) xylanh; piston; ống nạp; bơm cao áp; vòi phun; xupáp thải; ống thải; 10.thanh truyền Hình 1-5 Các hành trình làm việc động diesel kỳ Quá trình làm việc động diesel bốn kỳ giống động xăng kỳ, nghĩa piston phải thực bốn hành trình nạp, nén, cháy giãn nở, thải Trong động diesel kỳ q trình nạp nén mơi chất khơng khí (mà khơng phải hồ khí) nhiên liệu tự cháy, khơng khí nén có nhiệt độ cao (mà không dùng tia lửa điện) Chu kỳ làm việc động diesel kỳ sau: Hành trình nạp: hành trình (hình 1-5a), trục khuỷu quay, piston dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, xupáp nạp mở, xupáp thải đóng, làm cho áp suất xylanh giảm, khơng khí bên ngồi nạp vào xylanh Cuối q trình nạp, áp suất nhiệt độ hồ khí xylanh là: pa = 0,8  0,9 kG/cm ; Ta = 330 380 K Hành trình nén: hành trình (hình 1-5b), xupáp nạp xupáp thải đóng Piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, hồ khí xylanh bị nén, áp suất nhiệt độ tăng lên Hành trình nén biểu thị đường ac’ (hình 1-6), trình nén thực tế bắt đầu xupáp nạp thải đóng kín hồn tồn, tức lúc mà hồ khí xylanh cách ly với mơi trường bên ngồi Do thời gian thực 0 tế trình nén (180 - 2) nhỏ thời gian hành trình nén lý thuyết (180 ) Cuối hành trình nén (điểm c’) vòi phun hệ thống nhiên liệu phun nhiên liệu xylanh để hồ trộn với khơng khí có nhiệt độ cao, tự bốc cháy (động tự cháy) Góc ứng với điểm c’ (góc s) (hình 1-4) gọi góc phun nhiên liệu sớm động Cuối hành trình nén, áp suất nhiệt độ hỗn hợp khí nhiên liệu xylanh là: pc = 40  50 kG/cm ; Tc = 800  900 K Hành trình cháy giãn nở sinh cơng: hành trình (hình 1-5c), xupáp nạp thải đóng Do nhiên liệu phun vào xylanh cuối hành trình nén chuẩn bị tự bốc cháy, nên piston đến ĐCT nhiên liệu cháy nhanh, làm cho áp suất khí cháy tăng lên, hồ khí cháy nhanh, làm cho áp suất xylanh tăng lên lớn đẩy piston từ ĐCT xuống ĐCD qua truyền làm quay trục khuỷu phát sinh công Áp suất nhiệt độ lớn khí cháy xylanh là: pz = 60  80 kG/cm ; Tz = 1900  2200 K Hành trình thải: hành trình (hình 1-5d), xupáp nạp đóng xupáp thải mở Piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT đẩy khí cháy qua xupáp thải ngồi Hì nh 1-6: Đồ thị cơng động diesel kì Trước kết thúc hành trình cháy giãn nở sinh cơng, xupáp thải mở sớm chút trước piston tới ĐCD (điểm b’) để giảm bớt áp suất xylanh giai đoạn cuối q trình giãn nở, giảm cơng tiêu hao để đẩy khí khỏi xylanh Ngồi giảm áp suất lượng khí cháy lại xylanh giảm, nhờ tăng lượng hồ khí nạp vào xylanh Góc ứng với đoạn b’b hay góc 3 gọi góc mở sớm xupáp thải Đồng thời để thải khí cháy khỏi xylanh, xupáp thải đóng muộn chút so với thời điểm piston ĐCT (điểm r’) Góc ứng với đoạn rr’ góc 4 gọi góc đóng muộn xupáp thải Do xupáp thải mở sớm đóng muộn nên góc quay trục khuỷu ứng với trình thải (3 +180 + 4) lớn hành trình thải (180) Áp suất nhiệt độ khí thải là: pr = (1,1 1,2) kG/cm ; Tr = (800  900) K Trên đồ thị công đoạn d1r’ biểu thị thời kỳ trùng điệp xupáp nạp xupáp thải, tức thời kỳ mà hai xupáp mở, góc ứng với đoạn d 1r’ góc (1 + 4) (hình1-4), gọi góc trùng điệp hai xupáp Sau kết thúc hành trình thải, động lại lặp lại chu trình làm việc Trên hình 1-6 đồ thị công động diesel bốn kỳ Đồ thị phối khí tương tự động xăng Tìm hiểu nguyên lý làm việc động xăng động diesel bốn kỳ ta rút số nhận xét sau: Trong bốn hành trình piston, có hành trình cháy giãn nở sinh cơng, ba hành trình lại hành trình chuẩn bị thực nhờ động hay quán tính phận chuyển động quay tròn (trục khuỷu, bánh đà) phần cơng sinh xylanh khác động nhiều xylanh Thời điểm mở đóng xupáp nạp thải không trùng với thời điểm piston ĐCT ĐCD gọi “thời điểm phối khí” Đây đặc điểm để phân biệt chu trình làm việc thực tế với chu trình làm việc lý thuyết Trong chu trình làm việc lý thuyết xupáp thải khơng mở sớm đóng muộn nói Thời điểm phối khí góc ứng với thời gian mở đóng xupáp nạp thải biểu thị đồ thị phối khí Các góc mở sớm đóng muộn (góc phối khí) góc phun nhiên liệu góc đánh lửa cuối hành trình nén có ảnh hưởng nhiều đến cơng suất, hiệu suất suất tiêu hao nhiên liệu Thơng thường góc xác định phương pháp thực nghiệm (bảng 1): Bảng Góc phối khí, góc phun nhiên liệu (góc đánh lửa) Xupáp nạp Xupáp thải 6.2.TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA ĐỘNG CƠ Động đốt thường xuyên phải thay đổi chế độ làm việc cách đột ngột, nghĩa chế độ làm việc ổn định động bị phá vỡ Khi thay đổi phụ tải chế độ tốc độ động thay đổi Khối lượng bánh đà bù trừ phần mức độ chênh lệch công suất động công suất cần thiết máy công tác, đem lại tính chất tạm thời kích thước bánh đà nhỏ tác dụng bù trừ Muốn giữ cho số vòng quay động nằm giới hạn cần thiết phải luôn thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho động để loại trừ tình trạng cân lượng động máy công tác Nhưng thực tế điều kiện phụ tải thay đổi đột ngột dùng tay để điều khiển lượng nhiên liệu, loại động đốt cần có cấu đặc biệt, thường gọi điều chỉnh tốc độ gọi tắt điều tốc dùng để điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình cách tự động, đảm bảo công suất động cân với công suất máy công tác, qua giữ cho số vòng quay động khơng thay đổi Hiện có nhiều loại điều tốc Trên động sử dụng điều tốc tuỳ thuộc loại động cơ, đặc điểm máy cơng tác u cầu tồn thiết bị Nếu động không lắp điều tốc tính ổn định động thay đổi chế độ làm việc, chủ yếu phụ thuộc vào hình dạng đường đặc tính thân động máy cơng tác Trên hình 6-2 giới thiệu hai trường hợp khác vị trí tương quan đặc tính tốc độ động M e = f(n) máy công tác M c = f(n) Phá hoại chế độ làm việc ổn định động cách đột ngột làm thay đổi số vòng quay Trong trường hợp thứ đường MC dốc đường Me (hình 6-2a) tăng số vòng quay tới n1 làm tăng mômen động Me mô men máy công tác Mc Nhưng lúc Me < Mc (Me < Mc), nên số vòng quay động nhỏ n1 Me lớn Mc Mô men dư động làm tăng số vòng quay để trở n1 Giữa Me Mc chênh lệch lớn, có nghĩa góc  hai đường cong Mevà Mc lớn động trở lại chế độ ổn định nhanh Trường hợp thứ hai, đường Me dốc đường Mc (hình 6-2b) Trong trường hợp này, số vòng quay động khác với n2, phía lớn nhỏ làm cho tốc độ động tiếp tục tăng giảm tới lúc động chết máy Muốn hồi phục chế độ làm việc cũ cần phải tác động vào thiết bị cấp nhiên liệu Như trường hợp thứ nều lý phá hoại chế độ làm việc thân động hồi phục lại chế độ ban đầu, khơng cần có tác động bên ngồi, chế độ làm việc gọi chế độ ổn định, chế độ khả tự điều chỉnh động dương Nếu góc cắt  hai đường đặc tính lớn động làm việc ổn định, chế độ làm việc hồi phục nhanh, số vòng quay biến động Trong trường hợp thứ hai, muốn hồi phục chế độ làm việc ban đầu, cần phải có tác động bên ngoài, chế độ làm việc chế độ không ổn định khả tự điều chỉnh động âm Trong trường hợp góc cắt  hai đường đặc tính lớn chế độ làm việc không ổn định động rời khỏi chế độ làm việc ban đầu nhanh Để đánh giá tính ổn định động mặt lượng người ta dùng nhân tố ổn định Fđ Nếu lấy hai đoạn đường tiếp tuyến điểm cắt hai đường đặc tính tốc độ động máy công tác thay cho hai đường đặc tính phạm vi biến thiên nhỏ tốc độ góc , nhân tố ổn định Fđ tính tốn sau: F  e d dM c d  dM (6-1) d a Chế độ làm việc ổn định b Chế độ làm việc không ổn định Hình 6- Tính ổn định động Phương pháp dùng đoạn tiếp tuyến thay cho đoạn cong đường đặc tính gọi tuyến tính hố đường đặc tính Sai số phương pháp thay nhỏ phạm vi biến động  nhỏ Nhân tố ổn định Fd dương âm Nếu dMc dMe Fd > 0, chế độ d  d làm việc động ổn định nghĩa khả tự điều chỉnh động dương (hình 6-2a) Nếu dM dM e Fd < chế độ làm việc động không ổn định c  d d có nghĩa khả tự điều chỉnh động âm (hình 6-2b) 6.3 NHỮNG ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CẦN LẮP BỘ ĐIỀU TỐC Nếu động làm việc điều kiện phải giữ không đổi chế độ tốc độ trường hợp số vòng quay động dễ vượt q số vòng quay giới hạn Một mặt gây ứng suất giới vượt giá trị cho phép mặt khác phá hoại nghiêm trọng trình làm việc động cơ, điều kiện động bắt buộc phải lắp điều tốc Động diesel thường nhạy cảm với chế độ tốc độ Nếu tốc độ động vượt số vòng quay thiết kế, thường làm giảm nhanh chất lượng q trình cơng tác lúc hệ số dư lượng khơng khí  chất lượng hình thành khí hỗn hợp giảm nhanh Lúc mặt thời gian cháy bị rút ngắn, mặt khác chất lượng trình cháy giảm, nhiên liệu cháy khơng kiệt q trình cháy kéo dài đường giãn nở, làm cho động nóng (đặc biệt cấu thải nhóm piston), tốn nhiều nhiên liệu, có nhiều muội than khí thải làm động chóng hỏng Trong động xăng tốc độ vượt số vòng quay thiết kế gây ảnh hưởng tới q trình cơng tác, chất lượng q trình hình thành khí hỗn hợp động xăng khơng phụ thuộc vào chế độ tốc độ thay đổi số vòng quay thành phần khí hỗn hợp khơng đổi Như trường hợp có đủ hệ số an toàn sức bền giới, động xăng chạy vượt số vòng quay thiết kế chừng 30 – 50% thời gian ngắn mà khơng gây hậu tai hại động Chế độ chạy vượt số vòng quay thiết kế chế độ nguy hiểm cần tránh động diesel, động xăng lại chế độ làm việc cho phép Mặt khác đặc điểm đặc tính tốc độ động diesel nên xác suất chạy vượt số vòng quay thiết kế động diesel lớn nhiều so với động xăng (động xăng chạy vượt số vòng quay thiết kế bướm ga mở lớn, với vị trí cấu điều khiển bơm cao áp, động diesel chạy vượt số vòng quay thiết kế) Chính tất loại động diesel điều kiện sử dụng cần lắp điều tốc, nhằm hạn chế số vòng quay cực đại động cơ, yêu cầu lại bắt buộc tất loại động xăng Ta xét điều kiện làm việc cụ thể sau: 6.3.1 Động chạy chế độ khơng tải Xét quan điểm sử dụng tính ổn định động (đặc biệt động vận tải) chế độ khơng tải có ý nghĩa lớn Động thường làm việc chế độ không tải chạy ấm máy, lúc sang số lúc ôtô tạm dừng bánh.v.v Nếu chế độ không tải động chạy không ổn định hay chết máy, gây nhiều khó khăn cho người lái công nhân vận hành Khi chạy chế độ khơng tải áp suất thị trung bình áp suất tổn thất giới trung bình pm, lúc cần đảm bảo cho động chạy chế độ khơng tải với số vòng quay ổn định nhỏ nhằm làm cho động bị mài mòn tiêu hao nhiên liệu Vì vị trí cấu điều khiển (bướm ga bơm cao áp) cần nằm vị trí cung cp nhiờn liu ớt nht (hỡnh 6-3) NLĐCĐT 225 a) b) Hình – Chế độ khơng tải động Diesel (a) động xăng (b) Trong động diesel chạy chế độ không tải, tăng số vòng quay thường làm cho pi tăng nhanh pm (hình 6-3a) đặc điểm biến thiên pi chủ yếu phụ thuộc đặc tính bơm cao áp Nếu giữ khơng đổi vị trí cấu điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình phần lớn bơm cao áp tăng tăng số vòng quay Ta xét mức độ làm việc ổn định động chạy chế độ khơng tải Vì lý số vòng quay động tăng lớn số vòng quay khơng tải nkt (hình 6-3a) pi lớn pm làm cho số vòng quay động tăng nhanh Nếu số vòng quay động nhỏ nkt pi nhỏ pm làm cho động chết Chỉ cần áp suất tổn thất ma sát trung bình pm có chút biến động (ví dụ dao động trạng thái nhiệt động gây ra) đường a’b’ a”b” làm cho tốc độ động tăng nhanh làm cho động chết máy Như vậy, chế độ không tải nhân tố ổn định động âm động chạy không ổn định Muốn cho động diesel chạy ổn định chế độ không tải cần lắp điều tốc Sau lắp điều tốc, tăng số vòng quay lớn nkt điều tốc làm giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho động tức giảm pi (đường cd hình 6-3a) động làm việc ổn định Động xăng chạy chế độ không tải, tăng số vòng quay, pi giảm nhanh pm tăng (hình 6-3b) chế độ không tải động xăng làm việc ổn định Thực tăng số vòng quay làm cho pm lớn pi nhiều Do làm giảm số vòng quay động trở lại chế độ ban đầu Nếu giảm n, pi lớn pm làm cho n tăng trở lại nkt Biến động pm làm cho n thay đổi động làm việc ổn định 6.3.2 Động quay chân vịt tàu thuỷ Trên hình 6-4 giới thiệu đường Parabon bậc ba (hoặc đường đặc tính chân vịt) thể biến thiên công suất cản Nc động quay chân vịt Cũng hình 6-4 có đường đặc tính ngồi đặc tính phận động diesel, điểm cắt đường đặc tính động đặc tính chân vịt chế độ làm việc động quay chân vịt Qua hình vẽ ta thấy rằng: phạm vi thay đổi tốc độ từ nn đến n6 động làm vic rt n nh 226 NLĐCĐT Hỡnh 6-4 ng quay chân vịt Ví dụ vị trí III bơm cao áp tăng số vòng quay lớn n5 công suất động nhỏ cơng suất cản, làm cho số vòng quay giảm xuống trở chế độ cũ Nếu giảm số vòng quay nhỏ n5 cơng suất động lớn cơng suất cản làm cho số vòng quay tăng lên trở chế độ cũ Nếu giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình làm giảm nhân tố ổn định đặc tính chân vịt Ví dụ vị trí VI bơm cao áp, động làm việc ổn định với số vòng quay lớn nhỏ n6 chênh lệch Ne Nc tương đối nhỏ làm cho trình hồi phục trở lại chế độ ban đầu tương đối chậm Ở vị trí VII bơm cao áp, chế độ làm việc động ứng với n7 nhỏ n7 không ổn định Muốn cho động làm việc chế độ ấy, cần phải thường xuyên thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình, cách lắp động điều tốc Do đặc điểm đường đặc tính ngồi đặc tính phận động xăng, nên động xăng chạy ổn định chế độ đường đặc tính chân vịt Tuy nhiên kết luận trường hợp mật độ môi trường làm việc chân vịt không thay đổi đột ngột Trong trường hợp khác, ví dụ chân vịt tàu thuỷ nhơ khỏi mặt nước, số vòng quay động tăng lên lớn, giữ nguyên không đổi vị trí bướm ga (ví dụ mở hết bướm ga tương tự vị trí I bơm cao áp hình 6-4, số vòng quay động n1' ) Nếu động có lắp điều tốc tránh khơng cho số vòng quay động vượt số vòng quay thiết kế 6.3.3 Động làm việc điều kiện tĩnh Trong điều kiện phải giữ cho động chạy chế độ tốc độ định, cho phép số vòng quay động biến động phạm vi hẹp Trường hợp có nhiều động chạy song song đòi hỏi phải điều chỉnh số vòng quay tỷ mỷ, đảm bảo cho chúng luôn số lúc phụ tải động thay đổi đột ngột thường xun từ khơng tải đến tồn tải Muốn cần phải lắp điều tốc để kịp thời điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho động tương ứng với phụ tải chúng 6.4 CÁC LOẠI ĐIỀU TỐC 6.4.1 Phân loại điều tốc Dựa vào đặc điểm khác người ta chia điều tốc thành nhiều loại: + Chia theo nguyên tắc làm việc phần tử cảm ứng (phần tử gây cảm ứng trực tiếp biến thiên tốc độ) gồm điều tốc giới, thuỷ lực, chân không điện + Chia theo công dụng, gồm điều tốc: chế độ, hai chế độ (bảo đảm động làm việc ổn định số vòng quay cực tiểu hạn chế số vòng quay cực đại) Nhiều chế độ (đa chế) qua cấu điều khiển đảm bảo cho động làm việc số vòng quay phạm vi số vòng quay cơng tác đông + Chia theo phương pháp truyền lượng từ phần tử cảm ứng tới cấu điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp cho động (thanh bơm cao áp, bướm ga ) gồm có phận điều tốc trực tiếp (năng lượng truyền trực tiếp qua hệ thống tay đòn) điều tốc gián tiếp (năng lượng truyền qua cấu khuếch đại trung gian) + Chia theo sai số tĩnh điều chỉnh gồm điều tốc: có sai số tĩnh khơng có sai số tĩnh (tức điều tốc giữ hồn tồn khơng đổi số vòng quay động cơ) + Chia theo cấu tạo gồm điều tốc: lắp độc lập (lắp thành cụm riêng), lắp cụm bơm cao áp lắp động + Chia theo chiều quay điều tốc: quay hai chiều (tác dụng điều tốc không phụ thuộc vào chiều quay) quay chiều Trong ngành động đốt sử dụng nhiều điều tốc giới trực tiếp Phần tử cảm ứng điều tốc khác cấu tạo nguyên tắc làm việc Hình 6-5 giới thiệu sơ đồ số phần tử cảm ứng giới dùng ng c t 228 NLĐCĐT Lũ xo điều tốc; Khớp (ống trượt); Chi tiết nối với bơm cao áp; Rãnh chữ thập trụ trượt; Tay đòn chữ L; Thanh kéo Quả văng; Đĩa phẳng; Đĩa côn tĩnh; Hình 6-5 Các phần tử cảm ứng điều tốc giới Trong động cao tốc phần nhiều dùng phần tử cảm ứng giới hình 6-6a văng viên bi đặt rãnh chữ thập hai đĩa Đĩa phẳng động đĩa tĩnh 7, lò xo điều tốc đặt trục bên trục ống trượt Nếu tăng số vòng quay, tác dụng lực ly tâm văng chuyển dịch theo hướng đẩy đĩa động phẳng ống trượt chuyển dịch sang trái, kéo căng lò xo Vận động ống trượt qua tay đòn kéo truyền tới bơm cao áp Hình dạng văng phụ thuộc vào kích thước điều tốc khối lượng cần thiết văng Trong điều tốc trực tiếp làm việc số vòng quay lớn khơng bị hạn chế kích thước điều tốc gián tiếp khơng u cầu (hình 6-6a, b, c) có dạng êcu kèm với êcu hãm lắp đầu tay đòn chữ L (hình 6-6d), thân văng dịch chuyển theo ren, qua tiến hành chỉnh phụ điều tốc Đối với điều tốc trực tiếp, đòi hỏi văng có khối lượng lớn lại hạn chế kích thước, thơng thường phải dùng văng có hình dạng phức tạp (hình 6-6e) Trên thực tế thường sử dụng phần tử cảm ứng hình 6-6g Khi thay đổi số vòng quay văng chuyển dịch theo hướng kính khắc phục lực ép lò xo Vận động văng thơng qua tay đòn truyền tới khớp trượt, sau qua kéo tới cấu điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp cho động 6.4.2 Các loại điều tốc 6.4.2.1 Bộ điều tốc chế độ Trên hình 6-6 giới thiệu điều tốc giới chế độ Lò xo điều tốc có lực ép ban đầu khơng đổi văng điều tốc, tác dụng lực ly tâm vận động chế độ tốc độ động đạt tới giá trị định a) b) Hình 6-6 Sơ đồ điều tốc ly tâm chế độ (a) chế độ làm việc động (b) Nếu cắt phụ tải bên ngồi, động có khuynh hướng làm tăng số vòng quay, lúc tác dụng lực ly tâm, văng điều tốc văng làm di động khớp trượt bơm cao áp qua làm cho lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình giảm tới giá trị cần thiết Nếu tăng tải bên ngồi số vòng quay động giảm tất biến động ngược chiều so với trường hợp kể Tất chế độ làm việc nằm đường đặc tính điều tốc ab chế độ quy động có lắp điều tốc Như điều tốc giữ cho số vòng quay động không đổi không phụ thuộc vào phụ tải Khu vực chế độ làm việc động có lắp điều tốc xác định diện tích gạch chéo (hình 6-7b) đường cong đặc tính ngồi 2,3,4,5 đặc tính phận đặc tính điều tốc 6.4.2.2 Bộ điều tốc hai chế độ Bộ điều tốc hai chế độ đảm bảo cho động làm việc ổn định số vòng quay cực tiểu chế độ khơng tải tránh khơng cho động chạy vượt số vòng quay thiết kế Hình 6-7 Sơ đồ điều tốc hai chế độ có hai lò xo (a) chế độ làm việc động (b) Bộ điều tốc hai chế độ thường đặt động thiết bị vận tải đường (ô tô máy kéo), bơm cao áp thường loại bơm Bosh Có thể tiến hành điều chỉnh hai chế độ tốc độ điều tốc, điều tốc dùng hai lò xo có lực ép ban đầu khác nhau, dùng văng có khối lượng khác tác dụng lên lò xo, phối hợp hai biện pháp Trên hình 6-7 giới thiệu sơ đồ điều tốc hai tốc độ dùng hai lò xo có lực ép ban đầu khác Bên văng điều tốc đặt lên hai lò xo Lò xo bên điều tốc tựa lên văng đẩy qủa văng vào Lò xo tựa lên vòng đệm Chuyển dịch văng, thơng qua tay đòn truyền đến ống trượt 6, sau qua tay đòn kéo 10 bơm cao áp Lò xo đảm bảo cho động chạy ổn định số vòng quay nhỏ nhất, lò xo dùng để hạn chế số vòng quay cực đại Nếu tăng số vòng quay từ n đến n2 văng ép lò xo Tiếp tục tăng số vòng quay văng dừng lại tựa lên vòng đệm lực ly tâm văng lớn lực ép ban đầu lò xo trong, lúc số vòng quay động vượt q số vòng quay thiết kế Từ trở văng tiếp tục ép hai lò xo chuyển dịch ngoài, giảm lượng nhiên liệu cấp cho động Vị trí tay gạt kéo xác định lượng nhiên liệu cấp cho động phạm vi tốc độ từ n2 đến n3 Như việc cung cấp nhiên liệu phạm vi tốc độ từ n2 đến n3 công nhân vận hành điều khiển Chế độ tốc độ xác định cách tự động qua điều kiện cân công suất động công suất cản Chế độ không tải điều tốc điều khiển kéo tay gạt vị trí cấp nhiên liệu Trên hình 6-8b giới thiệu đặc điểm chuyển dịch bơm cao áp chế độ làm việc động đặt tay gạt vị trí khác Nếu đặt tay gạt vị trí lớn (vị trí 1) 10 tựa lên chốt hạn chế, lò xo bị ép tới mức văng tiếp xúc với vòng đệm Trong trường hợp động ln ln làm việc theo đường đặc tính ngồi cấp nhiên liệu nhiều Chỉ n> n3 điều tốc bắt đầu gây tác dụng Trong trường hợp thứ hai ba vị trí (2 3), bơm cao áp tỳ lên chốt hạn chế, lò xo ngồi bị ép nhẹ Lúc đầu n1 < n < n2 động làm việc theo đặc tính ngồi Sau lò xo ngồi bị ép dần phía giảm nhiên liệu động chuyển từ đặc tính ngồi sang đặc tính phận Chỉ n> n3 điều tốc gây tác dụng lần thứ Ở vị trí thứ bơm cao áp tiếp xúc nhẹ lên chốt hạn chế, lò xo ngồi khơng bị ép Bộ điều tốc gây tác dụng phạm vi tốc độ từ n đến n2 từ n3 đến n4 Khi n < n1 bơm cao áp nằm vị trí cấp nhiên liệu nhiều Nếu tốc độ vượt q n1 lò xo ngồi bị ép, động chuyển dần từ đặc tính ngồi sang đặc tính phận Chế độ khơng tải động thực điều kiện cấp nhiên liệu (vị trí 5) lúc ép lò xo ngồi (giảm nhiên liệu cấp cho động cơ) nên công thị động sinh công tổn thất giới động Tất chế độ làm việc động diesel lắp điều tốc hai chế độ nằm diện tích gạch chéo (hình 6-7) Trong khu vực (b) lượng nhiên liệu cấp cho động phụ thuộc vào vị trí tay gạt Bộ điều tốc gây tác dụng tới bơm cao áp phạm vi tốc độ từ n1 đến n2 từ n3 đến n4 (khu vực a) 6.4.2.3 Bộ điều tốc đa chế (nhiều chế độ) Bộ điều tốc nhiều chế độ đảm bảo cho động làm việc ổn định chế độ tốc độ (từ nmin đến nmax) Trong số trng hp ch cho phộp NLĐCĐT 231 cụng nhõn điều khiển trực tiếp thiết bị nhiên liệu tắt động Hiện động ô tô máy kéo, đầu máy xe lửa tàu thuỷ sử dụng động diesel có cơng suất lớn dùng điều tốc đa chế (nhiều chế độ) có nhiều ưu điểm so với điều tốc chế độ hai chế độ + Cải thiện điều kiện vận hành máy (lái máy) tốt + Nâng cao suất lao động (nhờ tăng hệ số sử dụng thời gian làm việc) + Bảo quản máy tốt + Tăng tính tiết kiệm máy làm Hì nh 6-8 Đồ thị phân tí ch việc khơng hết tải trọng ảnh hưởng điều tốc Ba ưu điểm đầu máy (do điều tốc đa chế đa chế độ đến chỉsố làm mang lại) nhờ thay đổi tốc độ chuyển động tịnh việc ô tô, máy kéo tiến phương tiện dễ dàng đơn giản (bằng cách dịch chuyển tay ga) mà không cần phải dùng tay để đổi số Nhờ không thời gian để đổi sang số thấp mà ngược lại nên tăng hệ số sử dụng thời gian làm việc tăng suất kéo Bộ điều tốc đa chế cho phép giảm mức tiêu thụ nhiên liệu Sự ảnh hưởng điều tốc đa chế tới tính kinh tế (tiết kiệm) động diesel ơtơ, máy kéo phân tích hình 6-8 Phần đồ thị đường cong sông suất chi phí nhiên liệu (G T) hàm số số vòng quay Phần vẽ đường thẳng biểu thị phụ thuộc tốc độ tịnh tiến ô tô, máy kéo vào số vòng quay Với giá trị vận tốc v1, công suất động làm việc với chế độ tốc độ (A-B) Ne1 Từ đồ thị ta thấy rõ động làm việc chế độ cho thiếu tải nhiều (độ thiếu tải Ne) Do làm việc khơng hết tải nên suất tiêu hao nhiên liệu có ích tính công thức: ge  GT (6-1) N e1 cao Nhờ có điều tốc đa chế ta cho động làm việc chế độ tốc độ n2 để giữ tốc độ tịnh tiến v1 trước ta cần đổi từ số sang số Chắc chắn giữ tốc độ tịnh tiến v1 cũ công suất Ne1của động giữ trước Mức tải động tăng lên nhiều nhờ tăng tính kinh tế (tiết kiệm) động Với chế độ làm việc suất tiêu hao nhiên liệu có ích tính biểu thức: G g  T2 g (6-1) e2 N e1 Vì mẫu số hai công thức (6-1) (6-2) trị số, GT2 < GT1 ge2 nhỏ ge1 232 NLĐCĐT Do ú nhng trng hp ng diesel làm việc không hết tải, nên dùng điều tốc đa chế tiết kiệm lượng nhiên liệu lớn (25-30%) Tất điều tốc đa chế chia làm hai loại sau: + Thay đổi lực ép ban đầu lò xo (tác dụng trực tiếp lên lò xo), hình 6-9a + Khơng thay đổi lực ép ban đầu lò xo (tác dụng gián tiếp lên lò xo), hình 6-9b Theo sơ đồ hình 6-9a, đạp lên bàn đạp làm thay đổi lực ép ban đầu lò xo Mỗi lực ép ban đầu lò xo ứng với số vòng quay động mà lực ly tâm văng khắc phục lực lò xo làm cho văng bắt đầu dịch chuyển Di động văng thơng qua khớp trượt hệ tay đòn truyền tới bơm cao áp làm cho lượng nhiên liệu cấp cho động giảm tới mức đảm bảo mô men động vừa mơ men cản Vì điều tốc ln có khả tự động điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình thích ứng kịp thời với phụ tải động chạy chế độ tốc độ cho trước Theo sơ đồ hình 6-9b đạp lên bàn đạp thơng qua hệ thống tay đòn làm chuyển dịch bơm cao áp 2, làm tăng lượng nhiên liệu cấp cho động Muốn trở lại lượng nhiên liệu cũ đảm bảo cân mô men động mô men cản, văng cần làm cho khớp trượt dịch chuyển đoạn lớn (ép lò xo nhiều hơn) điều thực tăng số vòng quay Hình 6-9 Sơ đồ điều tốc đa chế độ Hình 6- 10 Đặc tính động chế độ diesel lắp điều tốc đa chế độ Mỗi chế độ tốc độ động ứng với vị trí bàn đạp Khi khơng đổi vị trí bàn đạp điều tốc làm nhiệm vụ giữ không đổi chế độ tốc độ động Theo sơ đồ hình 6-9a muốn giữ bàn đạp nằm vị trí u cầu, sức đạp người lái ln ln cân với lực đẩy lò xo Nếu động chạy tốc độ cao lực đẩy lò xo lớn Sơ đồ hình 6-9b khơng có nhược điểm sử dụng chủ yếu sử dụng động ô tô, máy kéo cơng suất nhỏ Trên hình 6-10 giới thiệu đặc tính động diesel lắp điều tốc nhiều chế độ Mỗi đường dốc 1,2,3,4,5,6 tương ứng với vị trí bàn đạp (hoặc tay gạt) Diện tích nmin abnktmax đồ thị xác định tất chế độ làm việc động Với chế độ phạm vi từ nmin đến nmax động làm việc ổn định Khi bàn đạp nằm vị trí định, thay đổi phụ tải bên ngồi từ khơng đến tồn tải số vòng quay đơng thay đổi Cần nhớ mức độ thay đổi tốc độ (hoặc độ khơng đồng đều) phần lớn phụ thuộc vào chế độ tốc độ Thơng thường số vòng quay nhỏ độ khơng đồng lớn Các điều tốc đa chế tác dụng trực tiếp điều chỉnh số vòng quay phạm vi từ 40-105%, điều tốc đa chế tác dụng gián tiếp từ 30-105% n4 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Tất Tiến Nguyên lý động đốt – Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội 1996 [2] Nguyễn Duy Tiến Phun nhiên liệu động đốt Luận văn TSKT, Praha 1986 [3] TS Nguyễn Duy Tiến Động đốt – Trường đại học GTVT, Hà Nội 1998 [4] TS Nguyễn Duy Tiến Hệ thống cấp dẫn nhiên liệu động ôtô máy kéo hệ Bài giảng cao học – Trường đại học GTVT, Hà Nội 1998 [5] Boltinski Teoria, Konstrukcia i ractrêt traktornic i automobilnic drigatelei Moskva 1962 [6] Pesek Karburatori – Praha 1980 [7] Sáblik Palovova soustava vznetovic motoru, Praha 1980 [8] Ruzicka Spalovací motory, Praha 1980 [9] M.Khovakh Motor vehicle Engines, Moscow 1990 [10] M.M Morin Motor vehicles fundamentals and design, Moscow 1998 ... thường có giá trị sau: Động xăng: ge = 150  24 0; g/kW.h; hay: ge = 21 0  28 0; g/ml.h; (1 -22 ) (2- 23) Động diesel: hay: ge = 110  150; g/kW.h; ge = 160  21 0; g/ml.h; 1.8 ĐỘNG CƠ NHIỀU XYLANH Động... tạo trục khuỷu - Ví dụ 2: Với động bốn kỳ, sáu xylanh, hàng (thứ tự công tác 1-5-3-6 -2- 4) Có góc lệch cơng tác K = 120 ,có bảng cơng tác sau: Xylanh 0  120 120  24 0 Nạp 24 0  360 360  480 Nén... từ công thức (2- 6, (2- 7), (2- 8) (2- 9) vào công thức (2- 3), (2- 4) (2- 5) Sau rút gọn ta được: k- Chỉ số đoạn nhiệt k-1 Q1 = M.(mcv).Ta. [ - + k.(-1)]; k Q2 = M.(mcv).Ta.(. - 1); Lt= M.(mcv).Ta