Cơ sở lý thuyết xây dựng đặc tính động cơ xăng

Chương 5: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ĐỘNG CƠ KÉO MÁY PHÁT ĐIỆN SAMDI

5.5. Cơ sở lý thuyết xây dựng đặc tính động cơ xăng

5.5.1. Chế độ làm việc của động cơ

Chế độ làm việc của động cơ đặc trưng bằng tổ hợp các thông số làm việc của động cơ như tải, số vòng quay, trạng thái nhiệt... Trong đó chủ yếu là công suất có ích Ne (hoặc mô men- Me) và số vòng quay n.

n n M

M M

Ne e e 0,1047 e. 60

. .2

. = =

=   (5.58)

Trong đó:

• Ne [kW]: Công suất có ích.

• Me [Nm]: Mô men động cơ.

• n [v/ph]: Tốc độ động cơ

Để đánh giá những đặc tính cần biết các thông số của động cơ trên các chế độ vận hành của máy. Muốn vậy cần biết quan hệ của các thông số làm việc của động cơ với một trong những thông số cơ bản đặc trưng cho chế độ làm việc của động cơ, quan hệ đó chính là đặc tính làm việc của động cơ đốt trong.

5.5.2. Đặc tính tốc độ động cơ xăng

Đặc tính tốc độ thể hiện mối quan hệ của công suất Ne, mô men xoắn Me, suất tiêu hao nhiên liệu ge với số vòng quay trong điều kiện giữ nguyên vị trí bàn đạp ga cung cấp nhiên liệu ở một vị trí qui định. Bao gồm:

- Đặc tính ngoài: Đặc tính tốc độ ứng với công suất lớn nhất của động cơ.

- Đặc tính bộ phận: là đặc tính tốc độ ứng với các vị trí cố định của cơ cấu điều khiển nhiên liệu ở những vị trí trung gian nhỏ hơn giới hạn ngoài.

5.5.3. Các biểu thức dùng để phân tích đặc tính của động cơ xăng - Suất tiêu hao nhiên liệu trên một đơn vị công suất:

gi = 12. 10−5.

k i 1

k v

T . p .

. p .





= 482. 103.

k i 1

k v

T . p .

. p .





(g/kW/h) (5.58) ge =

m

gi

 (5.59)

pi = 120.

1 h

M Q .

k k v

i T

.p .

 (5.60)

pe = pi. ηm (5.61)

Trong đó: ηm = 1 -

i m

p p

Ne =

 30

n . i . V . pe h

(5.62)

Lượng tiêu hao nhiên liệu theo thời gian:

Gnl = ge Ne (5.63)

Vì các các thông số D, s, i, τ, pk, Tk, Qh, M0 cho trước cho nên có thể coi là hằng số đối với một động cơ cụ thể.

Do đó: Ne = A1. η v.



i . ηm. n (5.64)

Me =

 Ne

= 30

n Ne

 = A2. η v.



i

. ηm (5.65)

pe = A3.ηv.



i

.ηm (5.66)

ge =

m

gi

 = A5.

m i.

1



 (5.67)

Gnl = ge Ne= A6.



v

. (5.68)

Hiệu suất cơ giới của động cơ đốt trong:

ηm = 1 -

i m

p

p = 1 -



v i

4 m

. . A

p (5.69)

Để phân tích các biểu thức (2.8) - (2.13) ta cần làm rõ đặc điểm biến thiên công suất Ne, mô men Me phụ thuộc vào:

+ Hệ số nạp: ηv

+ Chất lượng của chu trình và

+ Hiệu suất cơ giới ηm thể hiện tổn thất năng lượng bên trong động cơ.

• Đặc tính ngoài động cơ xăng:

Muốn biết dạng của đặc tính ngoài trước hết ta cần biết quan hệ giữa , ,v, m

với n khi mở hoàn toàn bướm ga.

- : khi mở hết bướm ga thì hệ thống làm đậm hoạt động  = 0.85 - 0,90 bất kỳ số vòng quay nào hệ thống cũng hoạt động do đó  gần như không đổi theo n

- i: Chủ yếu phụ thuộc vào  nên thay đổi ít. Khi tăng n hiệu suất i tăng dần do tăng cường chuyển động rối ảnh hưởng tốt đến quá trình cháy; giảm thời gian truyền nhiệt làm nhiệt truyền ra ngoài ít (rò khí, tản nhiệt). Do đó i có xu hướng tăng lên một ít .

- v: Với một động cơ cụ thể v phụ thuộc tốc độ dòng khí trong đường nạp và góc phối khí. Khi tăng n thì tốc độ dòng khí tăng, tổn thất áp suất tăng làm Pa giảm nên

v giảm, riêng trong khu vực số vòng quay thấp v có tăng lên chút ít do góc phối khí ngày càng phù hợp hơn vmax ở số vòng quay phù hợp với góc phối khí

- m: Qua (2.13) ta thấy m tăng khi tăng và pm giảm, mà pm= a+bCm

(Cm=Sn/30) . Khi n tăng lên thì pm tăng trong khi đó v giảm và tăng nhưng tăng chậm hơn, do vậy tỉ số tăng làm m giảm.

Như vậy, khi tăng dần số vòng quay n thì Me (Pe) lúc đầu tăng do tăng v

và sau khi đạt cực đại tại nM thì Me giảm xuống chủ yếu do v và m giảm.

Còn quan hệ , . Khi n tăng thì Me giảm. Khi Me tăng và n tăng thì lúc đầu Ne tăng nhanh, Me giảm nhưng chậm hơn mức độ tăng của n thì làm cho Ne tăng lên, lúc mức độ giảm của Me bằng mức độ tăng của n thì Ne đạt max. Sau đó Me giảm nhiều hơn so với mức độ tăng của n thì Ne giảm xuống.



i



i



v i

Bn a pm = +

→ 

i



v i pm

m i ,





) n ( f

Ne= Ne=Me.n

Hình 5.6. Biến thiên của các thông số theo tốc độ trường hợp động cơ xăng

Hình 5.7. Dạng đặc tính tốc độ ngoài động cơ xăng

5.5.4. Đặc tính tải động cơ xăng

Quan hệ giữa các thông số của động cơ phụ thuộc vào một trong những thông số đặc trưng cho phụ tải động cơ ge, Gnl = f(pe) (hoặc Me, Ne) khi số vòng quay không thay đổi gọi là đặc tính tải.

Hình 5.8. Biến thiên của các thông số theo tải động cơ xăng

Hình 5.9. Dạng đặc tính tải của động cơ xăng

Ở số vòng quay n cố định khi tăng phụ tải phải cung cấp thêm hỗn hợp, bướm ga mở dần, hệ số nạp v tăng dần. i càng đóng bướm ga môi chất mới ít, khí sót nhiều làm tốc độ cháy chậm, do đó i tăng dần. Khi có hệ thống làm đậm i giảm xuống như

 do có nhiều nhiên liệu chưa cháy.

Còn pm hầu như không thay đổi theo phụ tải nên m chỉ thay đổi theo và v. Do đặc điểm thay đổi của i và  gần giống nhau nên tỉ số thay đổi rất ít theo tải. Vì vậy



V

M

i



i

 v

m

i



i

nmin

n

nmax nmin

Memax

Me (Pe) Ne Gnl

ge

Me(Pe)

Ne Nemax

b

Gnl

ge

gemin

n nmax

nN

ngemin

nM



i



i

i

m



v

m

v

i



Gnl

ge

ge Gnl

~80% Nen Ne

~80% Nen Nen Ne

m phụ thuộc chủ yếu  và v và tăng dần khi tăng tải. Tăng dần tải i và m tăng dần nên ge giảm dần, bình thường đạt cực tiểu ở Neđm, nhưng khi có hệ thống làm đậm hỗn hợp ge cực tiểu ở khoảng 0,8 Neđm sau đó tăng một chút.

Gnl tỉ lệ với , v tăng nhanh hơn  nên Gnl tăng dần khi tăng tải, gần toàn tải  giảm do làm đậm làm Gnl tăng nhanh hơn, riêng khu vực tải nhỏ Gnl tăng chậm là do  lúc đó tăng nhanh.

5.5.5. Suất tiêu hao năng lượng

Suất tiêu hao năng lượng W[kJ/kW/h]

;

e h

N

W =W h nl ( %. E. E %. xa. xa)

H

W G E  W Xa  W

=  + (5.70) Trong đó:

Wh : Là năng lượng của hỗn hợp nhiên liệu tiêu hao trên giờ.

Gnl [kg/h]: Lượng tiêu hao năng lượng đo được từ thí nghiệm;

E%[%V]: Phần trăm thể tích của Ethanol pha trộn vào xăng

E[kg/lít]: Tỷ trọng của nhiên liệu Ethanol WE[kJ/kg]: Nhiệt trị thấp của Ethanol Xa%[%V]: Phần trăm thể tích của xăng

Xa[kg/lít]: Tỷ trọng của nhiên liệu xăng WXa[kJ/kg]: Nhiệt trị thấp của xăng

H[kg/lít]: Tỷ trọng của hỗn hợp nhiên liệu Xăng pha Ethanol:

( %. %. )

H E E Xa xa

 =  + 

5.5.6 Kết luận

Việc đánh giá các chỉ tiêu về tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ xăng trong thực nghiệm được thông qua các đại lượng công suất, momen, tiêu hao nhiên liệu và các thành phần khác. Cơ sở khoa học về bản chất của quá trình cháy diễn ra trong động cơ tốt/xấu ứng với các loại nhiên liệu sinh học sử dụng trong thực nghiệm bao gồm xăng RON92 và E15 được phản ánh qua các chỉ tiêu về công suất, tiêu hao nhiên liệu và thành phần ô nhiễm trong khí thải..

Vì vậy chương cơ sở lý thuyết là nền tảng, là cơ sở khoa học không những dẫn đường cho việc tổ chức thực hành thí nghiệm mà còn cho phép phân tích đánh giá một cách khoa học các kết quả nhận được trên băng thử .