Chương 6 chế độ làm việc và đặc tính động cơ đốt trong

Các chế độ làm việc của động cơ đốt trongChế độ làm việc của động cơ được đặc trưng bởi một tổ hợp những thông số công tác chủ yếu của động cơ phụ tải, số vòng quay, trạng thái nhiệt v.v

CHƯƠNG 6: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG  6.1 Các chế độ làm việc của động cơ đốt trong

Chế độ làm việc của động cơ được đặc trưng bởi một tổ hợp những thông số công tác chủ yếu của động cơ

(phụ tải, số vòng quay, trạng thái nhiệt v.v…) Chế độ làm việc của động cơ luôn thay đổi theo đặc điểm sử dụng

Trong suốt quá trình làm việc phụ tải và tốc độ của động cơ luôn luôn thay đổi Tốc độ nhỏ nhất, phụ thuộc vào

điều kiện làm việc ổn định của động cơ Tốc độ cho phép lớn nhất của động cơ lại phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như:

các điều kiện đảm bảo chu trình công tác tiến hành được tốt, mức độ tăng của lực quán tính và ứng suất nhiệt của chi

tiết, mức giảm của hệ số nạp và nhiều yếu tố khác gây ảnh hưởng xấu tới chu trình công tác và tuổi thọ động cơ

Tổng hợp mọi chế độ có thể làm việc được của động cơ trên đồ thị là diện tích giới hạn bởi bốn đường là: hai

đường tung độ đi qua số vòng quay nhỏ nhất và số vòng quay lớn nhất, đường thẳng của trục hoành và đường nối các

điểm công suất hoặc mômen quay cực đại ứng với mỗi chế độ tốc độ

Trên đồ thị, bốn đường cong thể hiện sự biến thiên

về công suất của động cơ qua số vòng quay N e= f(n) Mỗi đường cong từ số 1 đến số 4 đều ứng với một vị

trí cố định của cơ cấu điều khiển Trong động cơ xăng,

cơ cấu điều khiển là cánh bướm ga, còn trong động cơ

diesel là thanh răng trong bơm cao áp

Muốn xác định chế độ làm việc của động cơ ta chỉ

cần đặt đồ thị của máy công tác lên đồ thị công của động

cơ Các điểm cắt giữa các đường cong của động cơ và

máy công tác (a,c…)đều là các chế độ làm việc ổn định

của cả hệ thống

Nếu công suất tiêu thụ cho máy công tác từ điểm a giảm

xuống điểm b (đường III) thì ở số vòng quay n1 công suất của động cơ sẽ lớn hơn công suất của máy công tác một đoạn ab, làm

cho cân bằng về năng lượng tại số vòng quay ổn định n 1 bị phá hoại Phần công suất dư ab sẽ được dùng để tăng động năng, tăng

số vòng quay của hệ thống cho tới lúc cân bằng về năng lượng

được hồi phục tức là đạt tới chế độ ổn định mới (điểm c)

Bất kỳ thay đổi công suất của động cơ hay công suất máy công tác đều tao ra cân bằng mới về công suất nhưng

ở số vòng quay khác so với số vòng quay cũ của trục khuỷu

Trên động cơ thực tế muốn thực hiện yêu cầu đó người ta lắp trên động cơ một bộ điều tốc, nếu số vòng quay

thay đổi thì bộ điều tốc sẽ tác dụng lên cơ cấu điều khiển động cơ làm chế độ ổn định mới vẫn giữ được số vòng

quay cũ Điều kiện làm việc như vậy của động cơ gọi là điều kiện làm việc tĩnh tại

Công suất cực đại Nemax là công suất lớn nhất mà động cơ có thể phát ra trong một thời gian giới hạn (1÷2 giờ)

Công suất thiết kế Nen là công suất có ích do động cơ phát ra, được nhà sản xuất đảm bảo khi động cơ chạy trong điều kiện làm việc nhất định

Thông thường đối với động cơ tĩnh tại công suất thiết kế là công suất cho phép để động cơ chạy quá tải, tức

chạy vượt công suất thiết kế khoảng (10÷20)% trong một thời gian ngắn

Động cơ tàu thủy thường dùng các loại công suất sau: công suất cực đại, công suất thiết kế, công suất tiết

kiệm, công suất cực tiểu và công suất sử dụng

Công suất sử dụng Ned là công suất mà động cơ có thể chạy không giới hạn, thường:

Ned ≈ ( 0.80 ÷ 0.90 )Nen

Công suất tiết kiệm Netk là công suất được dùng nhiều nhất, có suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất

Công suất cực tiểu Nemin là công suất nhỏ nhất mà động cơ có thể làm việc trong thời gian dài không giới hạn công suất cực tiểu nói rõ khả năng chạy chậm của tàu thủy.

Nếu động cơ nối liền với cánh quạt máy bay hoặc chân vịt tàu thủy thì mọi chế độ làm việc ổn định của động

cơ được biểu thị bằng đường cong parabôn bậc ba

Ne= cn3

6.2 Các loại đặc tính của động cơ

Khái niệm: Các loại đường đặc tính của động cơ là các hàm số biểu diễn sự biến thiên của một trong các

thông số công tác chủ yếu của động cơ như: công suất (Ne) , mômen (Me) , suất tiêu thụ nhiên liệu (ge) , lượng tiêu thụ nhiên liệu trong 1 giờ (Gnl) , … theo các chỉ tiêu công tác khác như: số vòng quay (n), hệ số dư lượng không khí (), góc đánh lửa sớm hoặc góc phun nhiên liệu sớm (θs) , …

 

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

Ở mỗi một vị trí của cơ cấu điều khiển động cơ sẽ xây dựng được một đường đặc tính tốc độ của động cơ đó

Tùy thuộc vào vị trí của cơ cấu điều khiển chia thành các loại đặc tính tốc độ sau:

Nói cách khác đường đặc tính tốc độ biểu thị công suất cực đại của động cơ ứng với từng chế độ tốc độ gọi là

đường đặc tính tốc độ ngoài, còn tất cả các đường đặc tính tốc độ khác nằm dưới đường đặc tính tốc độ ngoài gọi

là đường đặc tính tốc độ bộ phận

Vì vậy mỗi động cơ chỉ có 1 đường đặc tính tốc độ ngoài và 1 họ đường đặc tính tốc độ bộ phận

Đối với động cơ Diesel do bơm cao áp thường được thiết kế có một phần thể tích cung cấp nhiên liệu dự trữ,

nghiã là bơm có thể cung cấp 1 lượng nhiên liệu nhiều hơn so với yêu cầu của 1 chu trình Vì vậy buộc phải đặt 1

chốt hạn chế hành trình thanh răng trên bơm cao áp nhằm hạn chế lượng nhiên liệu cực đại cung cấp cho động cơ

trong mỗi chu trình Do đó công suất cực đại của động cơ còn phụ thuộc vào việc quy định lượng nhiên liệu cực

đại cung cấp cho mỗi chu trình và đặc tính tốc độ ngoài của động cơ cũng tùy thuộc vào việc điều chỉnh đó

Chính vì lý do trên trong động cơ Diesel có các loại đường đặc tính tốc độ ngoài khác như:

-Đặc tính tốc độ ngoài tuyệt đối

-Đặc tính giới hạn bơm cao áp

-Đặc tính tốc độ ngoài theo công suất thiết kế

-Đặc tính tốc độ ngoài sử dụng

-Đặc tính tốc độ nhả khói đen

Đặc tính động cơ Diesel a) Không tăng áp b) Tăng áp

Đặc tính động cơ xăng

Nhận xét:

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

n1 (nNe max) – số vòng quay ứng với công suất lớn nhất

n2 (nMe max) – số vòng quay ứng với mômen lớn nhất

n3 ( nge min) – số vòng quay ứng với suất tiêu thụ nhiên liệu nhỏ nhất.n4 (n max) – số vòng quay lớn nhất quy định

n5 (n min) – số vòng quay chạy không tải ổn định nhỏ nhất

Trong động cơ xăng:

- nNe max < nmax ;

- Netk < Ne max vì quy định ntk = nmax

Trong động cơ Diesel:

- Netk = Ne max vì quy định ntk = nNe max

- Động cơ thường làm việc trong phạm vi từ số vòng quay thiết kế (ntk ) đến số vòng quay cực đại (nmax) và chế độ làm việc của động cơ được giới hạn bởi đường đặc tính điều tốc

- Đặc tính ngoài của động cơ Diesel thường thấp hơn đặc tính tuyệt đối và đặc tính nhả khói đen vì thực tế

bơm cao áp có lượng dự trữ nhất định nên động cơ có thể phát ra công suất lớn hơn công suất sử dụng cực đại

- Tuy nhiên trong điều kiện làm việc đó bắt đầu có khói đen trong khí thải gây nhiều yếu tố bất lợi như: Nhiên

liệu cháy không hết giảm tính kinh tế, tăng độc hại khí thải đồng thời còn làm tăng mức độ mài mòn các chi tiết

động cơ dẫn tới tuổi thọ động cơ bị giảm nhanh

Đường cong mômen của động cơ xăng so với động cơ Diesel có dạng dốc hơn, do đó tính tự ổn định trong

quá trình làm việc của động cơ xăng hơn hẳn động cơ Diesel

Giữ thanh răng không đổi hoặc bướm ga không đổi

Cho số vòng quay động cơ tăng từ nmin = (400 ÷ 600 v/ph) đến nmax = (1,2 nNe) Ứng với mỗi chế độ tốc

độ (400, 600, 800, nmax) xác định được lực cản của phanh ‘P’(kG), lượng nhiên liệu động cơ tiêu thụ ‘Q’(gam), trong 1 đơn vị thời gian ‘t’ (giây) quy định

Tính các giá trị Ne , Me , ge , Gnl tương ứng bằng các công thức sau: Mômen quay của động cơ:

Me = Mc = P L [KGm] ; Trong đó L : chiều dài cánh tay đòn và được chọn bằng 0,7162 m

Công suất có ích của động cơ :

Ne = Me.n/ 716,2 = P.L.n/716,2 = P.n/1000 [mã lực];

Trong đó n : số vòng quay trục chính của động cơ [vòng / phút]

Lượng nhiên liệu động cơ tiêu thụ trong một giờ :

Gnl = 3,6 Q/t [Kg /giờ]

Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ thử :

ge = Gnl / Ne [Kg/ml giờ]

6.2.2 Đặc tính bộ phận

Là các đường đặc tính tốc độ được xác định khi giữ nguyên không đổi vị trí của cơ cấu điều khiển (bướm ga

hoặc thanh răng bơm cao áp) ở các vị trí đảm bảo công suất của động cơ thấp hơn công suất của đường đặc tính