nhiên liệu động cơ Diesel [7, 8, 11, 13]
Tác giả [13] viết: tính chất phụ thuộc của l−ợng cung cấp chu trình vào chế độ tốc độ và tải trọng có ý nghĩa quan trọng đối với sự làm viêc của động cơ diesel máy kéo và ôtô.
Tính chất cung cấp nhiên liệu theo tần số quay của trục cam khi không đổi vị trí cơ cấu điều chỉnh (đặc tính tốc độ) Vct=f(nk) sẽ ảnh huởng đến dạng
Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận Văn Thạc sỹ kỹ thuật --- ------24 đ−ờng cong mô men quay khi thay đổi tần số quay của trục khuỷu. Cùng với sự thay đổi chế độ tải trọng là sự thay đổi trị số l−ợng cung cấp cho chu trình, do đó đặc tính cung cấp nhiên liệu theo vị trí của cơ cấu điều chỉnh đ−ợc xác định khi trục quay của cam đ−ợc giữ không đổi. Dạng đặc tính này dùng để tính toán điều chỉnh động cơ diesel.
Hình 2.11 biểu thị mối quan hệ giữa l−ợng cung cấp chu trình với tần số quay trục cam của hệ thống cung cấp nhiên liệu với bơm con tr−ợt ngắt, khi vị trí tay th−ớc điều chỉnh ở các vị trí khác nhau. Đ−ờng cong 1 t−ơng ứng với vị trí cung cấp hoàn toàn 2,3,4 khi cung cấp từng phần.
ảnh h−ởng chủ yếu đến quan hệ Vct=f(nk) ở loại loại bơm này là tính tiết l−u và tính chựu nén của nhiên liệu. Sự tiết l−u ở lỗ nạp và lỗ ngắt làm tăng l−ợng cung cấp thực tế so với l−ợng cung cấp hình học. Tính chựu nén làm tăng l−ợng nhiên liệu tích luỹ gữa mặt mút piston bơm với tiết diện lỗ phun, khi ngắt phần nhiên liệu này lại chảy về r1nh bơm dẫn đến giảm l−ợng cung cấp chu trình.
Phụ thuộc vào chế độ làm việc thể tích chựu nén, mức áp suất và đặc điểm cấu trúc và thiên về ảnh h−ởng của yếu tố nào đó. Thông th−ờng ở các động cơ có hệ thống nhiên liệu tách rời ảnh h−ởng của tính tiết l−u mạnh hơn nên l−ợng cung cấp tăng khi tăng tần số quay (đ−ờng cong 1-4).
Hình 2.11 Đặc tính tốc độ của bơm nhiên liệu
Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận Văn Thạc sỹ kỹ thuật --- ------25 Hệ thống nhiên liệu mà sự ảnh h−ởng l−ợng cung cấp nhờ tiết l−u dòng nạp có đặc tính tốc độ nh− hình 2.12 Đối với dạng đ−ờng cong Vct= f(nk) có thể giải thích rằng, tiết diện thời giancủa lỗ nạp tỷ lệ nghịch với tần số quay của trục cam bơm.
Cũng cần biết rằng các hệ thống nhiên liệu của các động cơ nghiên cứu đ−ợc trang bị máy
Hình 2.12.Đặc tính tốc độ của bơm nhiên liệu với tiết l−u dòng nạp
điều chỉnh, khi tác động đến cơ cấu điều chỉnh của bơm nhiên liệu nó làm thay đổi dạng của đặc tính tốc độ cung cấp.
Trong một số chế độ và làm việc của đông cơ cần thiết có sự hiệu chỉnh của đặc tính cung cấp của hệ thống nhiên liệu.
Sự hiệu chỉnh đặc tính tốc độ là sự tăng l−ợng cung cấp chu trình khi tần số quay của trục cam bơm nhiên liệu giảm. ở động cơ diesel ôtô máy kéo l−ợng cung cấp chu trình ở chế độ mô men quay cực đại tăng 15-20% so với chế độ danh nghĩa. ở một số động cơ, sự hiệu chỉnh đ−ợc thực hiện để tăng tính ổn định của động cơ ở chế độ chạy không.
Sự hiệu chỉnh đạt đ−ợc nhờ đ−a vào hệ thống nhiên liệu một cơ cấu đặc biệt tác động vào tay th−ớc bơm nhiên liệu hay vào đ−ờng thuỷ lực áp suất cao. Tr−ờng hợp thứ nhất theo mức độ giảm tần số quay tay th−ớc bơm nhiên liệu sẽ dịch chuyển về phía tăng l−ợng cung cấp, trong tr−ờng hợp thứ 2 giảm l−ợng nhiên liệu chảy từ khoang ống nối về thể tích VH khi ngắt.
Để bổ sung dịch chuyển tay th−ớc (tăng hành trình có ích của piston bơm) có các cấu trúc hiệu chỉnh cơ học khác nhau.
Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận Văn Thạc sỹ kỹ thuật --- ------26 đ−ờng cong Vct= f(nk) với cơ cấu hiệu chỉnh cơ học có dạng đ−ờng cong 1. Khi có cơ cấu hiệu chỉnh đ−ờng cong Vct= f(nk) có cực đại , giá trị cực đại lớn hơn l−ợng cung cấp ở tần số quay danh nghĩa nH khoảng 15%.
Khi hiệu chỉnh nhờ tác động vào đ−ờng thuỷ lực áp suất cao, ng−ời ta ứng dụng hiệu chỉnh nhờ van áp suất (hình 2.5b). Để hiệu chỉnh sử dụng hiện t−ợng tiết l−u sinh ra khi chảy nhiên liệu từ thể tích ống nối qua lỗ dẫn h−ớng 6. Khi tăng tần số quay của bơm, do tiết l−u, áp suất ở thể tích VH trong xilanh bơm, t−ơng ứng với chiều cao nâng van áp suất, tăng lên. Do đó khi ngắt l−ợng nhiên liệu lớn hơn kịp chảy về thể tích VH dẫn đến l−ợng cung cấp chu trình giảm. Dạng hiệu chỉnh này hiệu chỉnh tất cả các chế độ làm việc của hệ thống nhiên liệu.
Các phần tử cấu trúc và thông số điều chỉnh của hệ thống cung cấp nhiên liệu đ−ợc chọn từ điều kiện đảm bảo l−ợng cung cấp cho chu trình theo yêu cầu và đặc tính phun ở chế độ danh nghĩa và các chế độ làm việc khác nhau của động cơ Diêsel cũng nh− đặc tính tốc độ cung cấp nhiên liệu. Trị số yêu cầu của l−ợng cung cấp có thể xác định theo công thức:
0 1 Bct T ct G l V α ρ = L−ợng khí nạp vào xilanh 3 ( ) Bct h V k G =Vη ρ mm do đó 6 0 10 k v ct h T V V l ρ η ρ α = ở
đây Vh tính bằng lít ρ ρk,, Tlà mật độ khí ở cửa nạp và của nhiên liệu tính bằng
kg/m3. L−ợng nhiên liệu cấp vào động cơ trên một đơn vị thể tích làm việc : 6 0 10 ct k v ct H T V V V l ρ η ρ α = =
Đối với động cơ không lùa khí: Vct=50-70 mm3/l. Khi lùa khí giá trị Vct tăng t−ơng ứng với các thông số η αV, vaρk.
Quá trình phun nhiên liệu và các thông số của hệ thống cung cấp đ−ợc xác định bằng thực nghiệm và tính toán ở các tài liệu chuyên ngành .
Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận Văn Thạc sỹ kỹ thuật --- ------27 Góc cung cấp sớm th−ờng đ−ợc đặt nhờ một cơ cấu đặc biệt trong liên kết truyền động từ trục khuỷu đến trục bơm nhiên liệu.
2.4. Điều chỉnh tự động trên động cơ Diesel [7, 11, 13] *Khái quát về điều chỉnh tự động [13]
Chế độ làm việc của động cơ đ−ợc xác định bởi tải trọng ngoài, tần số quay và trạng thái nhiệt. ở chế độ làm việc ổn định các chỉ tiêu của động cơ đ−ợc giữ không thay đổi, còn mô men quay cân bằng với mô men cản. Động cơ đ−ợc thiết kế sao cho đảm bảo giữ nhiệt độ n−ớc làm mát và dầu bôi trơn trong giới hạn tối −u.
Đối với mỗi động cơ áp suất hiệu dụng (t−ơng ứng với mô men quay) và tần số quay có thể thay đổi trong khoảng giá trị xác định.
Giới hạn d−ới Pe= 0. Khi đó năng l−ợng do động cơ sinh ra đ−ợc khắc phục ma sát trong(pimin= pm). Tần số quay càng lớn, độ nhớt dầu sử dụng càng lớn, nhiệt độ càng nhỏ thì pimin càng lớn.
Đối với mỗi tần số quay có giá trị cực đại của tải trọng ngoài mà động cơ có thể khắc phục, không v−ợt quá các giới hạn cho phép theo tính tiết kiệm, ứng suất nhiệt độ và cơ học, độ khói va độc hại khí xả. ở động cơ chế hoà khí, tải trọng cực đại của động cơ thực hiện khi van tiết l−u mở hoàn toàn, còn ở động cơ diesel, khi tay th−ớc nhiên liệu ở vị trí chặn khi đó động cơ làm việc theo đặc tính tốc độ ngoài. ở các vị trí sau đó của van tiết l−u và tay th−ớc nhiên liệu sẽ là các đặc tính điều chỉnh bởi vì nhờ đó có đ−ợc sự điều chỉnh l−ợng nhiên liệu vào xilanh (điều chỉnh chất l−ợng ở động cơ desel) hoặc l−ợng hỗn hợp không khí nhiên liệu (điều chỉnh số l−ợng ở động cơ chế hoà khí). ở động cơ chế hoà khí tác động mạnh nhất đến quan hệ Mk= f(n) theo đặc tính ngoài là hệ thống nạp và pha phối khí. ở động cơ diesel có thể hiệu chỉnh bổ sung đặc tính cung cấp nhiên liệu. Khả năng lớn nhất tác động đến đặc tính Mk= f(n) có ở động cơ với điều chỉnh lùa khí.
Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận Văn Thạc sỹ kỹ thuật --- ------28 Để đánh giá định l−ợng sự thay đổi Mk theo đặc tính ngoài là hệ số dự trữ mô men quay àH =(Mkmax−MkH)100 /MkH, hệ số thích ứng KMk= Mkmax/MkH và hệ số tốc độ Kn= nM/nH.
Tần số quay cho phép cực đại đ−ợc giới hạn bởi ứng suất nhiệt và cơ hoặc các chi tiết, chất l−ợng tiến hành các quá trình làm việc, điều kiện làm việc của các cặp ma sát và các yếu tố khác.
Giới hạn d−ới của tần số quay phụ thuộc vào mô men quán tính của các chi tiết chuyển động của động cơ và chất l−ợng các quá trình khi tần số quay nhỏ.
Hình 2.13. Đặc tính tốc độ và tr−ờng các chế độ làm việc của động cơ
a,Động cơ hoà khí b,Động cơ diesel
Hình 2.13 biểu diễn đặc tính tốc độ ngoài 1 và đặc tính từng phần (2-5) các động cơ chế hoà khí và động cơ diesel khi cơ cấu điều chỉnh nằm ở những vị trí khác nhau. Các đặc tính của động cơ diesel trong thực tế t−ơng đối cách đều. Dự trữ mô men quay theo đặc tính ngoài của động cơ diesel th−ờng không v−ợt quá 5-15%. ở động cơ chế hoà khí theo độ mở van tiết l−u mô men quay ở các chế độ giảm đột ngột hơn khi tăng tần số quay, hệ số dự trữ theo đặc tính ngoài đạt đến 25-35%.
Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận Văn Thạc sỹ kỹ thuật --- ------29 ngoài sức cản đ−ờng nạp lớn hơn vì có bộ chế hoà khí; theo mức độ đóng van tiết l−u sức cản tăng dần gây lên sự giảm đột ngột hơn hệ số nạp khi tăng n.
Cũng cần nhớ rằng áp suất chỉ thị trung bình ở động cơ chế hoà khí liên quan một cách trực tiếp hơn với hệ số nạp, chủ yếu là qua α và ηi .
Hình 2.13 là tr−ờng các chế độ làm việc có thể của động cơ chế hoà khí và động cơ diesel. Nếu đặc tính của tải trọng ngoài nằm trong giới hạn của tr−ờng chế độ làm việc của động cơ thì động cơ có thể chọn để truyền cho phụ tải t−ơng ứng.
Hệ thống động cơ- phụ tải đ−ợc gọi là ổn định khi có khả năng giữ cân bằng mô men với sự thay đổi cực tiểu tần số quay.
Nếu đặc tính mô men cản thay đổi từ Mc2 đến Mc1 thì ở đặc tính Mk1 sự cân bằng mô men đạt đ−ợc ở ∆n1p∆n2 ở đặc tính Mk2. Nh− vậy tăng dự trữ mô men quay làm tăng tính ổn định của động cơ.
Để đánh giá định l−ợng tính ổn định ng−ời ta dùng yếu tố ổn định
( )/ ( )/ .
d n k c n
F = ∆ ∆M ∆ = ∆M + ∆M ∆ Khi Fd>0 động cơ có tự cân bằng d−ơng- chế
độ ổn định. Khi Fd<0 động cơ có tự cân bằng âm- chế độ không ổn định.
Hình 2.14. Phân tích sự ổn định chế độ làm việc của động cơ
Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận Văn Thạc sỹ kỹ thuật --- ------30 Từ các giá trị này thấy rằng động cơ chế hoà khí có đặc tính tốc độ ổn định hơn ở động cơ diesel, có sự khác nhau đặc biệt lớn về tính ổn định khi thay đổi vị trí bộ phận điều chỉnh.
Theo quá trình đặc tính mô men quay của động cơ diesel ta thấy rằng, ở tất cả các vị trí của bộ phận điều chỉnh, khi ngắt đột ngột tải trọng ngoài dẫn đến tăng đột ngột tần số quay, chế độ ổn định mới đ−ợc thiết lập khi năng l−ợng sinh ra cân bằng với năng l−ợng ma sát trong, khi đó nckmax≥nH. Tăng tần số quay động cơ diesel kèm theo tăng lực quán tính làm xấu quá trình tạo thành hỗn hợp tăng tải trọng nhiệt và cơ học. Tần số quay cực đại này cần đ−ợc giới hạn. Nh− vậy cần trang bị cho động cơ diesel một cơ cấu đặc biệt để điều chỉnh tần số quay cực đại khi n>nH thì tác động làm giảm l−ợng cung cấp nhiên liệu đến giá trị chạy không: khi đạt giá trị tốc độ quay cực đại. ở động cơ diesel ôtô nH th−ờng t−ơng ứng với tần số quay khi cung cấp nhiên liệu hoàn toàn để đạt công suất cực đại (nH= nNemax). ở động cơ máy kéo nH chọn nhỏ hơn vì máy kéo khi sử dụng th−ờng làm việc lâu dài với chế độ làm việc gần với chế độ danh nghĩa.
Do tính chất thay đổi mô men quay ở động cơ chế hoà khí khi ngắt tải trọng ngoài dẫn đến tăng tần số quay nhỏ hơn. Khi đóng van tiết l−u nNemax<nH. Trong tr−ờng hợp tăng tần số quay lớn hơn nH, việc làm xấu quá trình tạo thành hỗn hợp và toả nhiệt thể hiện ở mức nhỏ hơn động cơ diesel. Do đó ở động cơ chế hoà khí chỉ sử dụng bộ hạn chế tần số quay cực đại trong các tr−ờng hợp khi mà trong sử dụng th−ờng xuyên sử dụng chế độ tần số quay cao.
Trên hình 2.14.b biểu diễn đặc tính hao tổn trong 3, đặc tính mô men chỉ thị của động cơ chế hoà khí 2 và của động cơ diesel 1, khi vị trí bộ phận điều chỉnh đảm bảo động cơ làm việc với tần số quay chạy không cực tiểu. Phối hợp đặc tính 2 và 3 đảm bảo sự làm việc ổn định của động cơ chế hoà khí, còn phối hợp đặc tính 1 và 3 dẫn đến sự làm việc không ổn định ở động cơ diesel. ở đó Fd<0 và động cơ có tự cân bằng âm. Nguyên nhân chủ yếu của
Trường ðại học Nụng nghiệp 1 - Luận Văn Thạc sỹ kỹ thuật --- ------31