2.2.1 Cỏc ủường ủặc tớnh của ủộng cơ
Cỏc tớnh chất ủộng lực học của ụ tụ liờn quan nhiều ủến tớnh toỏn thiết kế, chế tạo và sử dụng ụ tụ.
ðộng cơủặt trờn cỏc xe ụ tụ chủ yếu là ủộng cơủốt trong loại piston. Cỏc chỉ
tiờu năng lượng và tớnh kinh tế thể hiện rừ trờn ủường ủặc tớnh làm việc của nú. ðặc tớnh làm việc của ủộng cơ chi phối ủặc ủiểm cấu tạo và khả năng làm việc của nú.Vỡ vậy cần phải nắm vững cỏc ủường ủặc tớnh của ủộng cơủể cho việc giải quyết vấn
ủề cơ bản trong lý thuyết ụ tụ như nghiờn cứu cỏc tớnh năng kộo và tớnh năng ủộng lực học của ụ tụ.
ðường ủặc tớnh của ủộng cơ chia làm hai loại: ðường ủặc tớnh tốc ủộ và
ủường ủặc tớnh tải trọng [2].
a. ðường ủặc tớnh tốc ủộ
ðường ủặc tớnh tốc ủộ là ủồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc của cụng suất hiệu dụng Ne, mụ men quay Me, chi phớ nhiờn liệu giờ GT và chi phớ nhiờn liệu riờng ge (chớ phớ nhiờn ủể sản sinh ra một ủơn vị cụng suất hiệu dụng) theo số vũng quay n hoặc theo tốc ủộ gúc ω của trục khuỷu.
Cỏc loại ủộng cơủiezel lắp trờn ụ tụ ủều cú bộ ủiều tốc (mỏy ủiều chỉnh tốc
ủộ) ủể duy trỡ tốc ủộ quay của trục khuỷu khi tải trọng ngoài (mụ men cản MC) thay
ủổi. ðường ủặc tớnh tốc ủộ của ủộng cơ Diezel phụ thuộc rất lớn vào ủặc tớnh của bộủiều tốc, do ủú nú cũn gọi là ủường ủặc tớnh tựủiều chỉnh.
Cú 2 loại ủường ủặc tớnh tựủiều chỉnh.
- ðường ủặc tớnh tốc ủộ ngoài gọi là ủường ủặc tớnh ngoài. - ðường ủặc tớnh cục bộ.
Cỏc ủường ủặc tớnh của ủộng cơ nhận ủược bằng cỏch khảo nghiệm trờn cỏc thiết bị chuyờn dựng.
ðường ủặc tớnh ngoài của ủộng cơ nhận ủược khi khảo nghiệm ủộng cơ ở
chế ủộ cung cấp nhiờn liệu cực ủại, tức là khi ủặt tay thước nhiờn liệu (ở ủộng cơ
diezel) ở vị trớ cực ủại hoặc mở bướm ga hoàn toàn (ởủộng cơ xăng). Nếu tay thước nhiờn liệu hoặc bướm ga ủặt ở vị trớ trung gian sẽ nhận ủuợc ủường ủặc tớnh cục bộ.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 22
Như vậy ở cỏc ủộng cơ lắp bộủiều tốc ủa chếủộ (mỏy ủiều chỉnh mọi chếủộ) sẽ cú
ủường ủặc tớnh ngoài và ủường ủặc tớnh cục bộ tựy thuộc vào vị trớ tay ga.
Qua ủú ta thấy rằng, ở chế ủộ tốc ủộ nn cụng suất ủộng cơủạt giỏ trị cực ủại Nemax và chi phớ nhiờn liệu riờng ủạt giỏ trị cực tiểu gemax, khi ủú ủộng cơ làm việc cú hiệu quả nhất và ủược gọi là chếủộ làm việc danh nghĩa hoặc chếủộ làm việc ủịnh mức. Ở
chếủộ này cỏc chỉ tiờu của ủộng cơ cũng cú tờn gọi tương ứng: Cụng suất ủịnh mức Nm= Nemax , mụ men quay ủịnh mức Mn và số vũng quay ủịnh mức nn.
Khoảng biến thiờn tốc ủộ từ số vũng quay ủịnh mức nn ủến số vũng quay chạy khụng nck phụ thuộc vào ủộ khụng ủồng ủều của bộ ủiều tốc. Phần ủồ thị
tương ứng khoảng tốc ủộ nn–nck ủược gọi là nhỏnh tự ủiều chỉnh (cỏc ủường ủồ thị
cú dạng ủường thẳng), cũn tương ứng với vựng tốc ủộ nhỏ hơn nn là nhỏnh khụng cú ủiều tốc hoặc nhỏnh quỏ tải (cỏc ủồ thị dạng ủường cong). Ở nhỏnh quỏ tải cụng suất của ủộng cơ giảm cũn chi phớ nhiờn liệu riờng tăng, tức là ủộng cơ làm việc kộm hiệu quả. Ngoài ra, cỏc chi tiết của ủộng cơ sẽ chịu tải trọng lớn ủồng thời sự
bụi trơn cỏc chi tiết cũng kộm ủi do tốc ủộ quay của trục khuỷu thấp dẫn ủến tăng tốc ủộ mài mũn cỏc chi tiết và cũn một số nhược ủiểm khỏc nữa. Do vậy khụng nờn sử dụng ủộng cơở nhỏnh quỏ tải trong thời gian dài, chỉủược phộp sử dụng ủể khắc phục cỏc hiện tựợng quỏ tải tức thời .
Ở nhỏnh quỏ tải mụ men quay vẫn tiếp tục tăng nhưng chậm và sau khi ủạt giỏ trị cực ủại Mmax nếu tải trọng tiếp tục tăng lờn mụ men ủộng cơ sẽ giảm xuống rồi ngừng quay. Do vậy ủộng cơ chỉ cú thể hoạt ủộng ủược với tải trọng Mc < Mmax tương ứng với tốc ủộ quay n > nM.
Trờn hỡnh 2.5 là ủường ủặc tớnh tốc ủộ ngoài của ủộng cơ xăng khi khụng cú bộ phận hạn chế số vũng quay (a) và khi cú bộ phận hạn chế số vũng quay (b). ðể ủỏnh giỏ khả năng khắc phục hiện tượng quỏ tải hay cũn gọi là khả năng thớch ứng của ủộng cơủối với sự tăng tải, người ta ủưa ra hệ số thớch ứng theo mụ men quay và ủược xỏc ủịnh. ax m M n M k M = (2.3)
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 23
Mn là mụ men quay ủịnh mức của ủộng cơ.
Hỡnh 2.5. ðường ủặc tớnh tốc ủộ ngoài của ủộng cơ xăng
a - Khụng cú hạn chế số vũng quay; b - cú hạn chế số vũng quay.
ðộng cơ nào cú hệ số thớch ứng càng lớn thỡ khả năng khắc phục hiện tượng quỏ tải càng tốt. Ở cỏc ủộng cơ diezel thụng thường kM =1.1ữ 1.25, cũn ở ủộng cơ
xăng kM = 1.1 ữ 1.35.
ễ tụ thường làm việc với tải trọng thay ủổi ngẫu nhiờn, trong phạm vi rộng nhiều khi người lỏi khụng kịp phản xạủể ủiều chỉnh ga hoặc thay số truyền và dẫn
ủến bị chết mỏy. Do vậy chỉ nờn sử dụng cụng suất ủộng cơ nhỏ hơn cụng suất ủịnh mức và tất nhiờn chỉ cho phộp làm việc lõu dài ở nhỏnh tự ủiều chỉnh. Mức ủộ sử
dụng cụng suất ủộng cơủược ủỏnh giỏ bởi hệ số sử dụng tải trọng: c n M M γ = (2.4)
Trong ủú: Mc là mụ men cản ủặt trờn trục khuỷu ; Mn là mụ men quay ủịnh mức của ủộng cơ;
ðường ủặc tớnh tốc ủộ ngoài ủược sử dụng như một tài liệu kỹ thuật ủểủỏnh giỏ tớnh năng kinh tế -kỹ thuật của ủộng cơ. Trong lý thuyết ụ tụ thường sử dụng ủể
tớnh toỏn tớnh năng kộo và tớnh năng ủộng lực học.
Việc xõy dựng chớnh xỏc ủường ủặc tớnh của ủộng cơ chỉ cú thể tiến hành bằng thực nghiệm. Tuy nhiờn nếu chấp nhận ủộ chớnh xỏc tương ủối cũng cú thể
chấp nhận phương phỏp giải tớch kết hợp một số cụng thức hoặc thực nghiệm. Một trong những cụng thức hay ủược sử dụng là cụng thức S.R.Lay ðecman, dạng như
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 24 2 3 . . . e n n n n n n n N N a b c n n n = + + (2.5)
Trong ủú: - Ne, n là cụng suất hiệu dụng và tốc ủộ quay của ủộng cơ tương
ứng với một ủiểm bất kỳ trờn ủường ủặc tớnh ngoài;
- Nn, nn là cụng suất ủịnh mức (cụng suất cực ủại ), và số vũng quay ủịnh mức;
- a, b, c là cỏc hệ số thực nghiệm ủược chọn theo loại ủộng cơ; ở ủộng cơ
xăng a = b = c = 1; ởủộng cơ diezel 4 kỳ a=0,5ữ0,7; b=1,5ữ1,3; c=1; Giỏ trị của mụ men quay ủược xỏc ủịnh theo cụng thức :
4 e e 10 .N M = 1,047.n Trong ủú: Ne – cụng suất ủộng cơ, kW n – số vũng quay của trục khuỷu, v/ph Me – mụ men quay của ủộng cơ, Nm Như vậy, nhờ sử dụng cỏc cụng thức (2.4), (2.5) ta cú thể xõy dựng ủược một cỏch gần ủỳng cỏc ủường cong Ne = f(n) và Me = f(n). b. ðường ủặc tớnh tải trọng ðường ủặc tớnh tải trọng là ủồ thị biểu diễn mối quan hệ của cụng suất hiệu dụng Ne, số vũng quay của trục khuỷu và chi phớ nhiờn liệu giờ GT với mụ men quay của ủộng cơ Me, thể hiện trờn hỡnh 2.6.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 25
Về bản chất của cỏc mối liờn hệ giữa cỏc thụng số và cỏch xõy dựng cỏc mối quan hệủú hoàn toàn giống nhưủó phõn tớnh trờn ủường ủặc tớnh tốc ủộ. Nhưng ủường
ủặc tớnh tải trọng sẽ thuận lợi hơn cho một số vấn ủề nghiờn cứu, nhất là khi nghiờn cứu cỏc tớnh năng kộo của ụ tụ. Vỡ nhỏnh ủiều chỉnh trong ủường ủặc tớnh tải trọng (tương
ứng với khoảng thay ủổi mụ men từ 0 ủến Mn) cú thể bố trớ ủược rộng hơn so với nhỏnh ủiều chỉnh ởủường ủặc tớnh tốc ủộ (trong khoảng nn – nck). Nhờủú khi xỏc ủịnh giỏ trị của cỏc thụng số trờn ủồ thị sẽ chớnh xỏc hơn. Tuy nhiờn, ủểủỏnh giỏ tớnh năng kinh tế kỹ thuật của ủộng cơ thỡ ủường ủặc tớnh tốc ủộ thể hiện ủầy ủủ hơn, dễ so sỏnh giữa cỏc ủộng cơ với nhau thụng qua chớ phớ nhiờn liệu riờng ge.
2.2.2 Mụ men chủủộng
Khi ụ tụ làm việc cụng suất và mụ men quay của ủộng cơủược truyền qua hệ
thống truyền lực rồi ủến cỏc bỏnh xe chủ ủộng ủể tạo ra sự chuyển ủộng tịnh tiến của ụ tụ . Trờn hỡnh 2.7 ủược trỡnh bày sơủồ ủơn giản của hệ thống truyền lực ụ tụ gồm ly hợp chớnh 2, hộp số 3, truyền lực chớnh 4 và hộp vi sai 5.
Hỡnh 2.7. Sơủồủộng học hệ thống truyền lực của ụ tụ
1- ủộng cơ; 2-ly hợp ;3-hộpsố; 4-truyền lực chớnh;
Mụ men quay do ủộng cơ truyền ủến cỏc bỏnh chủủộng ủược gọi là mụ men chủủộng và thường ủược ký hiệu là Mk.
Giỏ trị của mụ men quay Mk phụ thuộc vào mụ men quay của ủộng cơ Me, tỷ số truyền i và hiệu suất ηm của hệ thống truyền lực. Ngoài ra cũn phụ thuộc vào chếủộ chuyển ủộng của ụ tụ.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 26
- Khi ụ tụ chuyển ủộng ổn ủịnh :
Mk = Me.i.ηm (2.6) Trong ủú: Me là mụ men quay của ủộng cơ, Nm
i, ηm tỷ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực, - Khi ụ tụ chuyển ủộng khụng ổn ủịnh: ' . . . x. . . k k e d m x x x k d d d M M J i J i J dt dt dt ω ω ω η η = ± ±∑ ± (2.7) Trong ủú: Jd, d dt
ω là mụ men quỏn tớnh của cỏc chi tiết chuyển ủộng khụng ủều
trong ủộng cơ qui ủổi ủến trục khuỷu và gia tốc gúc của ủộng cơ. Jx, d x
dt
ω là mụ men quỏn tớnh và gia tốc gúc của chi tiết thứ x trong hệ
thống truyền lực. Jk, d k
dt
ω là mụ men quỏn tớnh và gia tốc của bỏnh xe chủủộng.
Trong cụng thức (2.7) dấu (+) ủược sử dụng cho trường hợp chuyển ủộng chậm dần ủều và dấu (-) là khi chuyển ủộng nhanh dần.
Mối liờn hệ giữa gia tốc tịnh tiến của xe và gia tốc gúc của bỏnh xe chủủộng cú thểủược biễu diển qua biểu thức: k k k dω dω r a = .r = . dt dt i
Trong ủú : a – gia tốc tịnh tiến của xe, m/s2 rk – bỏn kớnh bỏnh xe chủủộng, m
i – là tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực, Từủú suy ra hệ thức sau: . ; x . ; k x k k k d d d a a a i i dt r dt r dt r ω ω ω = = =
Sau khi thay cỏc giỏ trị trờn vào cụng thức (2.7) và bằng phộp biến ủổi ủơn giản nhận ủược mụ men chủủộng khi chuyển ủộng khụng ổn ủịnh :
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 27
Trong ủú: Mk là mụ men chủủộng của ụtụ khi chuyển ủộng ổn ủịnh.
2.2.3 ðộng lực học bỏnh xe bịủộng
Trường hợp tổng quỏt là bỏnh xe ủàn hồi lăn trờn nền ủường biến dạng. Trong trường hợp này cả bỏnh xe và mặt ủường ủều bị biến dạng. Sơ ủồ lực tỏc dụng cú thể biểu diễn như hỡnh vẽ. Trong ủú: G là tải trọng phỏp tuyến; PT − lực
ủẩy từ khung mỏy (lực chủủộng); Mj− mụ men của cỏc lực quỏn tớnh tiếp tuyến; R− hợp lực của phản lực mặt ủường tỏc dụng lờn bỏnh xe; X − thành phần phản theo phương ngang; Y − thành phần phản lực theo phương thẳng ủứng. Trong trường hợp này ủiểm ủặt của phản lực R dịch ủi một ủoạn c theo chiều chuyển
ủộng của xe và dịch lờn phớa trờn một ủoạn. Khoảng cỏch từ phương của thành phần phản lực nằm ngang X ủến tõm quay của bỏnh xe ủược gọi là bỏn kớnh
ủộng lực học, ký hiệu rd.
Hỡnh 2.8. Sơủồ lực tỏc dụng lờn bỏnh xe bịủộng
Cõn bằng lực và mụ men:
Cõn bằng lực theo phương x, phương y và mụ men ủối với tõm 0 ta nhận
ủược: 0 0 0 0 T j d j dv X P X P X m dt Y G Y d M Xr Yc M Yc J dt ω = ⇔ = + = + = ⇔ = = ⇔ = + = + ∑ ∑ ∑ (2.9)
Trong ủú: Yc=Gc = Mf gọi là mụ men cản lăn c − hệ số ma sỏt lăn
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 28 f d f P r M = gọi là lực cản lăn; rd− bỏn kớnh ủộng lực học. Lực cản lăn cú thể tớnh theo tải trọng phỏp tuyến: fG G r c r M P d d f f = = = (2.10) d r c f = − là hệ số cản lăn.
Hệ số cản lăn f phụ thuộc vào ủộ sõu vết bỏnh xe h, tức là phụ thuộc tớnh chất của mặt ủường, kớch thước bỏnh xe và tải trọng phỏp tuyến
Khi chuyển ủộng ủều Pj=0, ta cú: Xrd = PT rd = Mf → Pf = X = PT (2.11) Như vậy lực ủẩy cần thiết ủể bỏnh xe cú thể lăn ủược là PT ≥Pf = fG (2.12) Cõn bằng cụng suất : Phương trỡnh cõn bằng cụng suất: PTrd = Mfω + Mjω + Pjrdω (2.13) Tớch số rdw cú thể tớnh bằng vận tốc lý thuyết, nghĩa là vT ≈ rdw. Thay vào
cụng thức trờn ta nhận ủược phương trỡnh cõn bằng cụng suất:
PTvT = Mfω + Mjω + PjvT (2.14) Trong ủú: PTvT: cụng suất truyền cho bỏnh bịủộng;
Mfω: cụng suất chi phớ ủể thắng mụ men cản lăn;
Mjω: cụng suất ủể khắc phục mụ men của cỏc lực quỏn tớnh tiếp tuyến; PjvT: cụng suất ủể khắc phục lực quỏn tớnh.
Khi chuyển ủộng ổn ủịnh, cụng suất chi phi chủ yếu làm biến dạng ủất và lốp, nghĩa là:
PTvT = Mfω = Xrdω (2.15) 2.2.4 ðộng lực học bỏnh xe chủủộng
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ... 29