3.1 Các chỉ tiêu về tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ 3.1.1 Công suất, momen động cơ 3.1.1 Công suất, momen động cơ
Công suất là yêu cầu đầu tiên của máy công tác và hệ thống động lực sử dụng động cơ. Công suất có ích là công suất thu được từ đuôi trục khuỷu, rồi từ đó truyền cho máy công tác. Công suất có ích là chỉ tiêu quan trọng quyết định khả năng sử dụng động cơ để dẫn động máy công tác và hệ thống động lực cụ thể.
Công suất động cơ xác định theo công thức:
Ne = C1.ηi.gct. ηm.n
Momen có ích của động cơ:
Me = C3.ηi.gct. ηm
Mối liên hệ công suất và momen : Ne= Meωe
Trong đó : C1,C3- hằng số.
Ne – Công suất có ích của động cơ. [kW] Me – Momen có ích của động cơ [N.m] ηm - Hiệu suất cơ giới.
ηi – Hiệu suất chỉ thị.
gct – Lượng nhiên liệu cung cấp cho một chu trình hoạt động của động cơ. n – Tốc độ động cơ. [v/p]
ωe – Tốc độ góc động cơ [rad/s]
3.1.2 Hiệu suất có ích của động cơ ηe
Hiệu suất nhiên liệu xác định theo công thức:
H nl e e Q G L . = η Trong đó: Le –Công có ích (J).
Gnl –Lượng nhiên liệu tiêu hao (m3, kg). QH –Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (J/ m3,J/kg).
Hiệu suất có ích thể hiện số phần trăm nhiệt lượng chuyển thành công có ích trong tổng số nhiệt lượng cấp cho động cơ, do kết quả đốt cháy nhiên liệu trong xilanh tạo ra. Hiệu suất càng cao thì lượng nhiên liệu tiêu hao cho 1kW trong một giờ càng nhỏ (suất tiêu hao nhiên liệu):
ge = .103 e nl N G [ g/kW.h ]
nhờ vậy làm giảm được lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ, điều đó có ý nghĩa đối với động cơ được sử dụng trên thiết bị vận tải. vì khi chạy trong một quãng đường chạy nhất định sẽ cần ít nhiên liệu dự trữ, nhờ đó chở được nhiều hàng hóa, tiền chi phí cho nhiên liệu sẽ ít hơn và giá thàng vận tải sẽ nhỏ hơn.
3.1.3 Tuổi thọ và độ tin cậy trong hoạt động của động cơ
Tuổi thọ của động cơ là khoảng thời gian giữa hai kỳ đại tu(tính theo giờ hoặc km của thiết bị vận tải). Độ tin cậy được phản ánh qua số giờ sử dụng tốt(không hỏng hóc, không mài mòn thái quá…), và toàn bộ số giờ sử dụng kể cả số giờ có hỏng hóc và thời gian khắc phục những hỏng hóc ấy trong khoảng thời gian giữa hai kỳ đại tu. Do đó thước đo độ tin cậy có tính xác suất.
Độ tin cậy phụ thuốc vào chất lượng chế tạo, lắp ghép điều chỉnh và tính ổn định về mặt chất lượng của vật liệu chế tạo động cơ.
Tuổi thọ phụ thuộc vào tính hoàn thiện về mặt cấu tạo và chất lượng chế tạo các chi tiết của động cơ cũng như mức độ cưỡng hóa động cơ theo tải(pe) và theo tốc độ(n).
Chỉ tiêu về tuổi thọ và độ tin cậy của động cơ gây ảnh hưởng trực tiếp tới giá thành động cơ và năng suất của thiết bị vận tải.
3.1.4 Khối lượng động cơ Gđ
Khối lượng động cơ gắn liền với lượng vật liệu(kim loại và phi kim) dùng để chế tạo động cơ và trực tiếp ảnh hưởng đến giá thành động cơ. Khối lượng động cơ Gđ (kg) phụ thuộc vào các yếu tố của chu trình công tác và đặc điểm cấu tạo của động cơ. Khối lượng của động cơ lại có liên quan mật thiết với tuổi thọ. Thông thường động cơ cao tốc, nhẹ thường có tuổi thọ thấp, còn động cơ lớn, thấp tốc, nặng thường có tuổi thọ cao.
3.1.5 Khối lượng bao
Kích thước bao quyết định bởi ba kích thước: dài(L), rộng(B), cao(H) của khối chữ nhật và được đo giữa các điểm ở giới hạn ngoài cùng của khối động cơ. Các kích thước bao gây ảnh hưởng trực tiếp đến điều kiện sử dụng động cơ, phụ thuộc vào số xilanh i, cách bố trí xilanh trên động cơ, tỷ số giữa hành trình S và đường kính D của piston…
Các chỉ tiêu về tính năng kinh tê kỹ thuật của động cơ luôn luôn phụ thuộc vào chất lượng của chu trình công tác, được thể hiện qua hai thông số chính là: áp suất chỉ thị trung binh pi và hiệu suất chỉ thị ηi.
3.2 Ảnh hưởng của góc đánh lửa đến tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ xăng xăng
3.2.1 Góc đánh lửa sớm
Người ta sử dụng góc đánh lửa sớm làm căn cứ để đo thời điểm đánh lửa. Góc đánh lửa sớm θ (độ hoặc góc quay trục khuỷu) được tính từ thời điểm bắt đầu bật tia lửa điện đến điểm chết trên. Trong động cơ xăng, hổn hợp hòa khí được đánh lửa để đốt cháy và áp lực sinh ra từ sự bốc cháy sẽ đẩy piston xuống, năng lượng nhiệt được biến thành động lực có hiệu quả cao nhất khi áp lực nổ cực đại được phát sinh vào thời điểm trục khuỷu ở trước điểm chết trên. Động cơ không tạo ra được áp lực cực đại vào thời điểm đánh lửa, nó phát ra áp suất cực đại chậm một chút sau khi đánh lửa. Vì vậy phải đánh lửa sớm sao cho áp suất cực đại được tạo ra khi piston lên đến điểm chết trên.
Thời điểm đánh lửa để tạo ra áp suất cực đại thích hợp phải thường xuyên thay đổi phụ thuộc vào điều kiện làm việc của động cơ.
+ Tốc độ của động cơ. + Tải trọng của động cơ.
Vì thế, hệ thống đánh lửa phải có khả năng thay đổi góc đánh lửa sớm để động cơ tạo ra áp lực nổ một cách hiệu quả nhất, phù hợp với điều kiện làm việc của động cơ.
3.2.2 Ảnh hưởng của góc đánh lửa đến tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ
Hình 3.1 trình bày 3 đồ thị công của một động cơ ứng với ba vị trí góc đánh lửa khác nhau.
Nếu bugi đánh lửa quá muộn thì quá trình cháy sẽ kéo dài trên hành trình giãn nở vì nhiên liệu bốc cháy trong điều kiện không gian công tác của xylanh tăng và tác dụng của vận động rối yếu dần (đường 3). Tốc độ tăng áp suất trung bình wtbvà áp suất cháy cực đại pz có trị số nhỏ. Bugi đánh lửa quá sớm (đường 1) làm cho quá trình cháy diễn ra khi piston đang đi lên ĐCT làm tốn công nén, đồng thời áp suất lớn nhất cũng nhỏ. Đường 2 là quá trình cháy khi góc đánh lửa sớm hợp lí. Để thu được công chu trình lớn nhất cần phải đánh lửa đốt cháy hoà khí trước khi piston tới
ĐCT. Làm như vậy để quá trình cháy diễn ra nhanh hơn và kết thúc sớm hơn, áp suất cháy cực
đại xuất hiện ở gần ĐCT, diện tích đồ thị công sẽ lớn hơn. Tuy nhiên nếu góc đánh lửa quá lớn thì hậu quả của nó sẽ giống như trường hợp có cháy sớm và sẽ làm tăng khả năng cháy kích nổ do áp suất và nhiệt độ trong xylanh tăng. Góc đánh lửa sớm có trị số tối ưu khi ở đó một số chỉ ti êu kinh tế kỹ thuật quan trọng của động cơ đạt giá trị cao nhất đồng thời đảm bảo không có cháy kích nổ ngay cả khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào các thông số như: tỷ số nén, thành phần hỗn hợpcháy, nhiệt độ khí nạp... Nó được xác định bằng thực nghiệm.
Góc đánh lửa sớm θ có ảnh hưởng rất lớn tới tính kịp thời của quá trình cháy. Giá trị tốt nhất của θ phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu, tốc độ và phụ tải của động cơ,
Hình 3.1 Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến sự thay đổi áp suất trong xylanh động cơ
ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm θ đến tính kịp thời của quá trình cháy được thể hiện trên hình 3-2.
Hình 3-2. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm tới quá trình cháy.
Đồ thị công d, được xác định khi θ = 39˚, do bật tia lửa điện sớm quá nên phần hòa khí được bốc cháy ở trước điểm chết trên, không những làm cho áp suất trong xilanh tăng lên quá sớm, mà còn làm tăng áp suất lớn nhất khi cháy, như vậy đã làm tăng phần công tiêu hao cho quá trình nén và làm giảm diện tích đồ thị công. Đồng thời do đánh lửa quá sớm làm cho nhiệt độ của số hòa khí ở khu vực cuối của hành trình màng lửa tăng cao, qua đó làm tăng khuynh hướng kích nổ của thành phần hòa khí.
Trong thời gian sử dụng động cơ, nếu xảy ra kích nổ có thể điều chỉnh góc đánh lửa muộn một chút để loại trừ kích nổ.
Đồ thị công a, được xác định khi góc θ = 0˚, do đánh lửa quá muộn nên quá trình cháy kéo dài sang quá trình giản nở. Áp suất và nhiệt độ cao nhất khi cháy đều giảm nên đã làm giảm diện tích đồ thị công và giảm công suất động cơ. Đồng thời do kéo dài thời gian cháy, đã làm tăng tổn thất nhiệt truyền qua thành xilanh, tăng nhiệt độ khí xả và nhiệt độ khí xã mang theo, do đó giảm hiệu suất động cơ.
Đồ thị công c, được xác định khi góc θ = 26˚, đó là góc đánh lửa sớm hợp lý, áp suất và nhiệt độ cháy cao nhất sau điểm chết trên khoảng 10˚÷15˚, quá trình cháy tương đối kịp thời nhiệt lượng được lợi dụng tốt nên diện tích của đồ thị công lớn nhất, công suất và hiệu suất động cơ cao nhất. Lúc ấy tốc độ tăng áp suất cũng như áp suất cực đại đều không quá lớn. Góc đánh lửa tương ứng với công suất và hiệu suất cao nhất được gọi là góc đánh lửa tối ưu.
Góc đánh lửa tối ưu được xác định qua thực nghiệm bằng cách điều chỉnh đặc tính góc đánh lửa sớm θ. Đặc tính góc đánh lửa sớm thể hiện sự biến thiên của công suất Ne và suất tiêu hao nhiên liệu ge theo góc đánh lửa sớm θ khi cho động cơ hoạt động ở một tốc độ và một vị trí mở của bướm ga. Khi thực hiện để lấy đặct tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm, người ta cho động cơ chạy ở một vị trí bướm ga và một tốc độ động cơ, thay đổi góc đánh lửa sớm θ; với mỗi góc θ xác định công suất Ne và suất tiêu hao nhiên liệu ge, xây dựng các đường cong: Ne = f(θ) và ge = f(θ). Khi thực nghiệm cần khóa chết cơ cấu tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm θ trên bộ chia điện và điều chỉnh góc đánh lửa sớm θ bằng thủ công.
Hình 3-2. Đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm. a) Bướm ga mở 100%; b) Số vòng quay n = 1600(v/ph).