2.1. Đặc tính của động cơ đốt trong
2.1.1. Đường đặc tính ngoài của động cơ
Đường đặc tính ngoài nhận được khi khảo nghiệm động cơ ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay thước nhiên liệu (ở động cơ điêden) ở vị trí cực đại hoặc mở hoàn toàn bướm ga (ở động cơ xăng). Nếu tay thước nhiên liệu hoặc bướm ga đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận được đường đặc tính cục bộ. Như vậy ở các động cơ lắp bộ điều tốc đa chế (máy điều chỉnh mọi chế độ) sẽ có một đường đặc tính ngoài và vô vàn đường đặc tính cục bộ tùy thuộc vào vị trí tay ga.
Trên hình 2.1 biểu diễn đường đặc tính ngoài tự điều chỉnh của động cơ điêzen.
Hình 2.1 Đường đặc tính tự điều chỉnh của động cơ điêzen
Qua đó ta thấy rằng, ở chế độ tốc độ nn công suất động cơ đạt giá trị cực đại Nemax và chi phí nhiên liệu riêng đạt giá trị cực tiểu gemin, khi đó động cơ làm việc có hiệu quả nhất và được gọi là chế độ làm việc danh nghĩa hoặc chế độ làm việc định mức. ở chế độ này các chỉ tiêu của động cơ cũng có tên gọi tương ứng: công suất định mức Nn = Nemax, mô men quay định mức Mn và số vòng quay định mức
n Ne
Me
Ge
ge
Nn= Nemax
Memax
Me
Ne
Mn
ge
Ge
Geo
nM nn nck
36
nn. Khoảng biến thiên tốc độ từ số vòng quay định mức nn đến số vòng quay chạy không nck phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc. Phần đồ thị tương ứng khoảng tốc độ nn - nck được gọi là nhánh tự điều chỉnh (các đường đồ thị có dạng đường thẳng), còn tương ứng với vùng tốc độ nhỏ hơn nn là nhánh không có điều tốc hoặc nhánh quá tải (các đồ thị có dạng đường cong). Ở nhánh quá tải công suất của động cơ giảm còn chi phí nhiên liệu riêng tăng, tức là động cơ làm việc kém hiệu quả. Ngoài ra, các chi tiết của động cơ sẽ chịu tải trọng lớn hơn đồng thời sự bôi trơn các chi tiết cũng kém đi do tốc độ quay của trục khuỷu thấp dẫn đến tăng tốc độ mài mòn các chi tiết và còn một số nhược điểm khác nữa. Do vậy không nên sử dụng động cơ ở nhánh quá tải trong thời gian dài, chỉ được phép sử dụng để khắc phục các hiện tượng quá tải tức thời.
Ở nhánh quá tải, mô men quay vẫn tiếp tục tăng nhưng chậm và sau khi đạt giá trị cực đại Mmax nếu tải trọng tiếp tục tăng lên thì mô men động cơ Me và tốc độ quay n sẽ giảm dần rồi ngừng quay vì lúc đó quá trình tự đốt cháy nhiên liệu không thực hiện được. Do vậy động cơ chỉ có thể hoạt động được với tải trọng Mc < Mmax
tương ứng với tốc độ quay n > nM.
a)
Hình 2.2. Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng
a− không có hạn chế số vòng quay; b− có bộ hạn chế số vòng quay Đối với động cơ xăng, đường đặc tính cũng có có dạng tương tự như động cơ điêden, tuy nhiên nó cũng có những đặc điểm khác nhau nhất định. Trên hình 2.2 là
Nemax
Ne Me
nM nn nck
nmin
Memax
Nemax
Ne Me
Memax
nck
nM nn
nmin
b)
37
đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng khi không có bộ phận hạn chế số vòng quay (a) và khi có bộ phận hạn chế số vòng quay (b).
Để đánh giá khả năng khắc phục hiện tượng quá tải hay còn gọi là khả năng thích ứng của động cơ đối với sự tăng tải, người ta đưa ra hệ số thích ứng theo mô men quay và được xác định như sau:
n
max
M
=M
KM (2.1) trong đó: Mmax - mô men quay cực đại của động cơ;
Mn - mô men quay định mức của động cơ.
Động cơ nào có hệ số thích ứng càng lớn thì khả năng khắc phục hiện tượng quá tải càng tốt.
Ở động cơ xăng (cacbuaratơ) có đường cong Me dốc hơn ở động cơ diesel nên K lớn hơn.
K thấp dưới mức cho phép thì khi gặp chướng ngại nếu không về số thấp để tăng mômen bánh xe thì ôtô sẽ không vượt được
Ở các động cơ điêzen thông thường: KM = 1.1 ÷ 1,25, Còn ở động cơ xăng: KM = 1,1 ÷ 1,35.
Việc xây dựng chính xác đường đặc tính của động cơ chỉ có thể tiến hành bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, nếu chấp nhận độ chính xác tương đối cũng có thể sử dụng phương pháp giải tích kết hợp sử dụng một số công thức hoặc hệ số thực nghiệm. Một trong những công thức hay được sử dụng là công thức S.R. Lay Đecman, có dạng như sau :
N N a n
n b n
n c n
e n n
n n n
= +
−
2 3
(2.2) Trong đó : Ne, n - công suất hiệu dụng và tốc độ quay của động cơ ứng với một điểm bất kỳ trên đường đặc tính ngoài;
Nn, nn - công suất định mức (công suất cực đại) và số vòng quay định mức;
a, b, c - các hệ số thực nghiệm được chọn theo loại động cơ;
38
Ở động cơ điêzen 2 kỳ a = 0,87; b = 1,13; c = 1;
Ở động cơ điê zen 4 kỳ a = 0,5 ÷ 0,7; b = 1,5 ÷ 1,3; c = 1.
Giá trị của mô men quay được xác định theo công thức :
M N
e n
= 10 e
1 047
4
, (2.3) Trong đó: Ne - công suất động cơ, KW;
n - số vòng quay của trục khuỷu, v/ph;
Me - mô men quay của động cơ, Nm.
Như vậy, nhờ sử dụng các công thức (2.2) và (2.3) ta có thể xây dựng được một cách gần đúng các đường cong Ne = f(n) và Me = f(n).