TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI GIẢNG HỌC PHẦN: LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ Ô TÔ SỐ TÍN CHỈ: 03 LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Hưng Yên - 2015 Khoa Cơ khí Động lực Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên MỤC LỤC TÍN CHỈ CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Động đốt 1.2 So sánh động đốt với loại động nhiệt khác 1.3 Phân loại động đốt 1.4 Nguyên lý làm việc động đốt loại trục khuỷu – truyền 1.4.1 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc 1.4.2 Các khái niệm thông số động đốt 1.4.3 Nguyên lí làm việc động xăng xy lanh 1.4.4 Nguyên lí làm việc động điêzen (diesel) xy lanh 1.4.5 Nguyên lý làm việc động nhiều xy lanh 11 1.4.6 Nguyên lý động có tăng áp 13 1.5 Nguyên lý làm việc động pít tông quay (động Walken) 15 CHƢƠNG II: CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 16 2.1 Chu trình lý tƣởng .16 2.1.1 Khái niệm chu trình lý tƣởng 16 2.1.2 Các loại chu trình lí tƣởng 17 2.2 Chu trình thực tế động đốt .18 2.2.1 Quá trình nạp 18 2.2.2 Quá trình nén 27 2.2.3 Quá trình cháy 30 2.2.4 Quá trình thải 40 2.3 Các thông số chu trình công tác động đốt .41 2.3.1 Công thị 41 2.3.2 Áp suất thị 41 2.3.3 Công suất 42 2.3.4 Hiệu suất thị 43 2.4.5 Suất tiêu thụ nhiên liệu thị 43 Khoa Cơ khí Động lực Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên TÍN CHỈ CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Động đốt Động đốt trong loại động nhiệt, biến đổi nhiệt nhiên liệu thành Động nhiệt hoạt động với hai trình nhƣ sau: - Đốt cháy nhiên liệu, giải phóng hóa thành nhiệt gia nhiệt cho môi chất công tác Trong giai đoạn xảy tƣợng lý hoá phức tạp - Biến đổi trạng thái môi chất công tác, hay nói cách khác, môi chất công tác thực chu trình nhiệt động để biến đổi phần nhiệt thành Trên sở phân loại động nhiệt thành hai loại động đốt động đốt Ở động đốt ngoài, ví dụ máy nƣớc cổ điển tàu hỏa, hai giai đoạn xảy hai nơi khác Giai đoạn thứ xảy buồng đốt nồi xúp-de, kết đƣợc nƣớc có áp suất nhiệt độ cao Còn giai đoạn thứ hai trình giãn nở nƣớc buồng công tác sinh công làm quay bánh xe Ở động đốt trong, hai giai đoạn diễn vị trí, bên buồng công tác động Hai loại động nói có hai kiểu kết cấu, động kiểu pít tông kiểu tuabin theo sơ đồ dƣới đây, hình 1-1 Động nhiệt Động đốt Kiểu pít tông iston Kiểu tuabin Động đốt Kiểu pít tông Kiểu tuabin Kiểu rô to Hình 1-1 Động đốt thuộc họ động nhiệt Do giới hạn giáo trình, xét động đốt kiểu pít tông từ gọi vắn tắt động đốt (ĐCĐT) Trong thực tế, động kiểu tuabin đối tƣợng khảo sát chuyên ngành máy tuabin 1.2 So sánh động đốt với loại động nhiệt khác Ƣu điểm Nhƣợc điểm - Hiệu suất có ích e - Khả tải kém, cụ thể không 10% lớn nhất, đạt tới 50% Khoa Cơ khí Động lực Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Trong đó, - Tại chế độ tốc độ vòng quay nhỏ, mô men máy nƣớc cổ điển kiểu sinh không lớn Do đó, động khởi pít tông đạt khoảng động đƣợc có tải phải có hệ thống khởi động 16%, tuabin nƣớc từ 22 riêng đến 28%, tuabin khí - Công suất cực đại không lớn Ví dụ, tới 30% động lớn giới động - Kích thƣớc trọng hãng MAN B&W có công suất 68.520 kW (số liệu lƣợng nhỏ, công suất riêng 1997), tuabin bình thƣờng có lớn Do đó, động đốt công suất tới vài chục vạn kW thích hợp cho - Cấu tạo phức tạp, giá thành chế tạo cao phƣơng tiện vận tải với bán - Nhiên liệu cần có yêu cầu khắt khe kính hoạt động rộng nhƣ hàm lƣợng tạp chất thấp, tính chống kích nổ cao, - Khởi động, vận hành tính tự cháy cao nên giá thành cao Mặt khác, chăm sóc động thuận nguồn nhiên liệu dầu mỏ ngày cạn dần tiện, dễ dàng Theo dự đoán, trữ lƣợng dầu mỏ đủ dùng kỷ 21 - Ô nhiễm môi trƣờng khí thải ồn Tuy nhiên, với ƣu điểm bật nhƣ trên, động đốt máy động lực chủ yếu, đóng vai trò vô quan trọng lĩnh vực đời sống ngƣời nhƣ giao thông vận tải, xây dựng, khai thác mỏ, nông nghiệp, ngƣ nghiệp Theo nhà khoa học, vòng nửa kỷ tới chƣa có động thay đƣợc động đốt 1.3 Phân loại động đốt §éng c¬ ®èt cã thÓ ®-îc ph©n lo¹i theo nhiÒu tiªu chÝ kh¸c nhau: Tiêu chí phân loại Các loại động Động bốn kỳ: Là động có chu trình công tác thực sau Theo cách thực bốn hành trình pít tông hay hai vòng quay trục khuỷu chu trình Động hai kỳ: Là động có chu trình công tác thực sau hai công tác hành trình pít tông hay vòng quay trục khuỷu Khoa Cơ khí Động lực Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Động nhiên liệu lỏng: nhƣ xăng, điêzen (diesel), cồn pha xăng điêzen (diesel), dầu thực vật Động nhiên liệu khí: Nhiên liệu khí bao gồm: khí thiên nhiên (Compressed Natural Gas - CNG), khí hoá lỏng (Liquidfied Petroleum Gas - LPG), khí lò ga, khí sinh vật (Biogas) Theo nhiên liệu Động nhiên liệu kép (Dual Fuel) ví dụ nhƣ động gas+ xăng, ga + điêzen (diesel)… Động đa nhiên liệu (Multi Fuel) nhƣ động dùng đƣợc điêzen (diesel) xăng, động dùng xăng khí đốt Theo phƣơng Hình thành hỗn hợp bên xy lanh nhƣ động xăng dùng pháp hình thành chế hòa khí hệ thống phun xăng gián tiếp (phun vào đƣờng khí hỗn hợp nạp) Hình thành hỗn hợp bên xy lanh nhƣ động điêzen (diesel) hay động phun xăng trực tiếp (Gasoline Direct Injection - GDI) vào xy lanh Theo phƣơng Động đốt cháy cưỡng nhƣ động xăng pháp đốt cháy Động cháy nén nhƣ động điêzen (diesel) hỗn hợp Theo phƣơng Động không tăng áp: không khí hay hỗn hợp đƣợc hút vào xy pháp nạp lanh chênh áp đƣờng nạp xy lanh Động tăng áp: không khí hay hỗn hợp đƣợc nén trƣớc nạp vào xy lanh Theo tốc độ trung bình pít tông Gọi tốc độ trung bình pít tông cm Dễ dàng tính đƣợc c m  S.n (m/s) với S 30 hành trình pít tông (m) n tốc độ vòng quay trục khuỷu (v/ph) Theo c m ngƣời ta phân loại động nhƣ sau: Động tốc độ thấp Động tốc độ trung bình Động cao tốc 3,5 m/s  cm  6,5 m/s 6,5 m/s  cm  m/s cm  m/s Khoa Cơ khí Động lực Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Theo dạng chuyển động Động pít tông tịnh tiến thƣờng gọi ngắn gọn động pít tông pít tông Đa số động đốt động pít tông Động pít tông quay hay động rôto Wankel phát minh năm 1954 nên gọi động Wankel Theo cách bố trí xy lanh Thứ tự bố trí xy lanh Động thẳng hàng Hình 1-2: Động thằng hàng Động chữ V Hình 1-3: Động chữ V Động đối đỉnh Hình 1-4: Động đối đỉnh Động hình Hình 1-5: Động hình Khoa Cơ khí Động lực Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên 1.4 Nguyên lý làm việc động đốt loại trục khuỷu – truyền 1.4.1 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc Cấu tạo động đốt bao gồm: a Cơ cấu sinh lực gồm: Bộ hơi: Xy lanh, cụm pít tông, nắp máy… Bộ phận chuyển động dự trữ lƣợng: Trục khuỷu, truyền, bánh đà b Các hệ thống cấu khác: Cơ cấu phối khí: Cụm xuppap hút xả, trục cam, cấu dẫn động trục cam Hệ thống bôi trơn: Cácte dầu, bơm dầu, lọc dầu, tuyến dầu, két làm mát dầu… Hệ thống làm mát: Két nƣớc, bơm nƣớc, áo nƣớc, van nhiệt, đƣờng ống nƣớc… Hệ thống cung cấp nhiên liệu: Hệ thống nhiên liệu dùng chế hòa khí phun xăng, hệ thống nhiên liệu đông điêzen (diesel) Hệ thống điện động cơ: Hệ thống khởi động, hệ thống cung cấp điện… Cấu trúc Lƣợc đồ §CT S D §CD Hình 1-6: Cấu trúc động kỳ Trục khuỷu Thanh truyền Xy lanh Xuppap nap 7.Trục cam nạp Xuppap xả 11 Đường ống xả Pít tông Họng hút 8.Trục cam xả 10.Nắp máy Hình 1-7: Lược đồ động bốn kỳ Trục khuỷu Thanh truyền, Piston Xuppáp thải(xả) Vòi phun (động diesel) hay bugi (động xăng), Xuppáp nạp ĐCT Điểm chết ĐCD Điểm chết S Hành trình piston D Đường kính xy lanh Khoa Cơ khí Động lực Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên 1.4.2 Các khái niệm thông số động đốt Dựa vào lƣợc đồ hình 1-7 Ta đƣa số khái niệm sau: Quá trình công tác tổng hợp tất biến đổi môi chất công tác xảy xy lanh động hệ thống gắn liền với xy lanh nhƣ hệ thống nạp thải Chu trình công tác tập hợp biến đổi môi chất công tác xảy bên xy lanh động diễn chu kì Kỳ phần chu trình công tác xảy pít tông dịch chuyển hành trình Điểm chết: Trong hoạt động cấu sinh lực có hai khái niệm điểm chết: điểm chết pít tông điểm chết trục khuỷu Điểm chết pít tông điểm mà pít tông có vận tốc 0, diễn giải theo cách khác: điểm pít tông vị trí cao thấp lòng xy lanh Nhƣ pít tông có điểm chết (hình 1.8) điểm chết (ĐCT) điểm chết dƣới (ĐCD) Điểm chết pít tông điểm mà pít tông cách xa đƣờng tâm trục khuỷu Điểm chết dƣới pít tông điểm mà pít tông cách tâm trục khuỷu khoảng ngắn Hình 1-8: Các vị trí điểm chết ĐCĐT Điểm chêt trục khuỷu có hai vị trí điểm chết (ĐCT) điểm chết dƣới (ĐCD), điểm mà đƣờng tâm má khuỷu trùng với đƣờng tâm truyền Hành trình pít tông (S): Là khoảng cách hai điểm chết (m) Thể tích công tác Vh khoảng không gian lòng xilanh đƣợc tính từ mặt đỉnh pít tông ĐCD tới mặt đỉnh pít tông ĐCT Thể tích buồng cháy Vc khoảng không gian lòng xilanh đƣợc tính từ mặt đỉnh pít tông ĐCT tới bề mặt vòm nắp máy bao kín phía xy lanh Thể tích toàn phần Va khoảng không gian lòng xilanh đƣợc tính từ mặt đỉnh pít tông ĐCD tới bề mặt vòm nắp máy bao kín phía xy lanh Khoa Cơ khí Động lực Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Tỷ số nén  tỷ số thể tích lớn nhất( thể tích toàn phần Va) thể tích nhỏ (thể tích buồng cháy Vc ):  Vmax Vh  Vc V  1 h Vmin Vc Vc (1.1) 1.4.3 Nguyên lí làm việc động xăng xy lanh Động bốn kỳ có chu trình công tác đƣợc thực sau bốn hành trình pít tông hay hai vòng quay trục khuỷu Hình 1-9: Đồ thị mô tả trình làm việc động bốn kỳ không tăng áp a Đồ thị công b Đồ thị pha Hành trình thứ nhất: hành trình nạp( HÚT), hình 1-10 Pít tông từ ĐCT xuống ĐCD tạo nên độ chân không xy lanh Hoà khí từ đƣờng nạp gọi khí nạp đƣợc hút vào xy lanh qua xuppáp nạp mở hoà trộn với khí sót chu trình trƣớc tạo thành hỗn hợp công tác Xuppáp nạp mở sớm góc 1 điểm d1 trƣớc pít tông đến ĐCD để tăng tiết diện lƣu thông dòng khí nạp Hình 1-10 Hành trình nạp động xăng Hình 1-11: Hành trình nén động xăng Hình 1-12: Hành trình cháy động xăng Hình 1-13: Hành trình xả động xăng Khoa Cơ khí Động lực Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Hành trình thứ hai: hành trình NÉN , hình 1-11 Pít tông từ ĐCD lên ĐCT Xuppáp nạp đóng muộn góc 2 điểm d2 trƣớc ĐCT nhằm tận dụng quán tính dòng khí nạp để nạp thêm Hỗn hợp công tác bị nén hai xuppáp đóng dẫn tới tăng áp suất nhiệt độ xy lanh Tại điểm c’ gần ĐCT tƣơng ứng với góc s, bugi bật tia lửa điện Góc s đƣợc gọi góc đánh lửa sớm Sau thời gian chuẩn bị ngắn, trình cháy thực diễn làm cho áp suất nhiệt độ xy lanh tăng lên nhanh Hành trình thứ ba: hành trình cháy- giãn nở (NỔ ), hình 1-12 Pít tông từ ĐCT xuống ĐCD Sau ĐCT, trình cháy tiếp tục diễn nên áp suất nhiệt độ tiếp tục tăng, sau giảm thể tích xy lanh tăng nhanh Khí cháy giãn nở sinh công Gần cuối hành trình, xuppáp thải mở sớm góc 3 điểm b’ để thải tự lƣợng đáng kể sản vật cháy khỏi xy lanh vào đƣờng thải Hành trình thứ tƣ: hành trình thải (XẢ), hình 1-13 Pít tông từ ĐCD lên ĐCT, sản vật cháy bị thải cưỡng pít tông đẩy khỏi xy lanh Để tận dụng quán tính dòng khí nhằm thải thêm, xuppáp thải đóng muộn sau ĐCT góc 4 hành trình nạp chu trình 1.4.4 Nguyên lí làm việc động điêzen (diesel) xy lanh Nguyên lý làm việc động điêzen (diesel) kỳ tƣơng tự nhƣ động xăng , gồm kỳ HÚT-NÉN-NỔ-XẢ, nhƣng có số nét khác biệt: Hình 1-14: Hành trình hút động diesel Hình 1-15: Hành trình Hình 1-16: Hành trình nén động diesel cháy động diesel Hình 1-17: Hành trình xả động diesel Hành trình nạp( HÚT) , hình 1-14 Pít tông từ ĐCT xuống ĐCD, xuppap nạp mở, xuppap thải đóng Không khí đƣợc hút vào xy lanh qua xuppap nạp Xuppap nạp mở sớm góc 1 trƣớc ĐCT để tăng lƣợng không khí nạp vào xy lanh Khoa khí động lực Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên chậm so với Me động xăng chủ yếu m thoải hơn, hình 6-16 Hệ số thích ứng k theo công thức k  M e max M edm nhỏ hơn, khoảng 1,10-1,15 nên tính ổn định động với máy công tác Còn hệ số tốc độ tính theo công thức kc  Hình 6-16: Đặc tính động diezel nM nằm ndm khoảng 0,55 - 0,70 tức vùng làm việc ổn định hẹp Ne: Theo công thức Ne  k2 gctim n ta dễ dàng suy dạng Ne Do Me thoải nên Ne tăng nhanh vùng tốc độ làm việc tức không đạt cực đại mà vùng khói đen cách xa tốc độ nđm, hình 6-16 ge: Theo công thức g e  k4 i m ,ge có dạng giống nhƣ động xăng, nhiên võng (thoải hơn) chủ yếu m thoải hơn, hình 6-16 Gnl: Theo công thức Gnl  k5 g ct n ta dễ dàng xác định đƣợc dạng Gnl b Đặc tính phận Từ chế độ toàn tải (đặc tính ngoài) giảm tải để chuyển chế độ tải phận phải dịch chuyển cấu điều khiển nhiên liệu vị trí giảm cung cấp nhiên liệu giữ cố định ứng với đặc tính phận Tại tốc độ vòng quay xác định, biến số thay đổi nhƣ sau: Hình 6-17: gct đặc tính phận động điêzenl Toàn tải Tải trung bình Tải nhỏ gct:Dạng gct giống nhƣ đặc tính nhƣng giảm giảm tải, hình 6-17 i: Khi giảm tải, hệ số dƣ lƣợng không khí  tăng (vì gct giảm) Theo đặc tính i(), hình 6-17, i tăng chút giảm nhƣng thay đổi không nhiều Học phần Lý thuyết động cơ- Tín 103 Khoa khí động lực Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên m: Theo công thức m   pm giảm tải k1g ct i gct giảm nhân tố định làm giảm m nhƣng giữ dạng giống đặc tính ngoài, hình 6-18 Trên sở ta xây dựng phân tích đặc tính phận động điêzen nhƣ sau: Hình 6-18:  m đặc tính phận động điêzen 1.Toàn tải 2.Tải trung bình Tải nhỏ  Me: Theo công thức Ne  k2 gctim n M e   k3 pe Me giảm giảm tải chủ yếu gct m giảm i thay đổi Ngoài ra, dạng gct m thay đổi tải giống nên dạng Hình 6-19: Đặc tính phân Me động điêzen Toàn tải Tải trung bình Tải nhỏ Me đặc tính phận giống dạng Me đặc tính ngoài, hình 6-19 Nói cách khác, đặc tính phận Me động điêzen thoải nên tính ổn định với máy công tác chế độ tải trọng Vì động điêzen phải có điều tốc để giữ ổn định tốc độ vòng quay n Ne: Theo công thức N e  k2 g ctim n dễ dàng suy dạng Ne Do Me chế độ phận thoải nên Ne tăng nhanh vùng tốc độ làm việc cực đại vùng khói đen cách xa tốc độ nđm, hình 6-20 Hình 6-20: Đặc tính phận Ne động điêzen Toàn tải 2.Tải trung bình 3.Tải nhỏ Học phần Lý thuyết động cơ- Tín 104 Khoa khí động lực Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên ge: Theo công thức g e   k4 i m ,ge chế độ phận nhỏ lớn so với chế độ đặc tính i thay đổi m giảm Dạng ge giống với đặc tính ngoài, hình 6-21 Hình 6-21: Đặc tính phận ge động điêzen Gnl: Theo công thức Gnl  k5 g ct n dễ dàng xác định đặc tính Gnl, hình 6-22 Hình 6-22: Đặc tính phận Gnl động điêzen 6.2.2.2 Đặc tính điều chỉnh Đó đặc tính thể mối quan hệ thông số làm việc nhƣ Ne (hay Me, pe) ge (hay Gnl) phụ thuộc vào thông số điều chỉnh nhƣ hệ số dƣ lƣợng không khí , góc đánh lửa sớm hay góc phun sớm s, nhiệt độ làm mát tlm, nhiệt độ dầu bôi trơn, áp suất phun nhiên liệu Nhƣ có nhiều đặc tính điều chỉnh, nhƣng quan trọng đặc tính điều chỉnh theo  s hai thông số ảnh hƣởng lớn đến tính kinh tế tính hiệu động Sau ta xét hai đặc tính điều chỉnh Đặc tính điều chỉnh  a Động xăng Khi lấy đặc tính điều chỉnh , thông số làm việc nhƣ tốc độ vòng quay độ mở bƣớm ga tất thông số điều chỉnh khác nhƣ góc đánh lửa sớm, nhiệt độ làm mát, nhiệt độ dầu bôi trơn phải giữ không đổi giá trị phù hợp (ví dụ nhiệt độ nƣớc làm mát 60-900C, nhiệt độ dầu bôi trơn 95 -1000C ) Để thay đổi  phải thay đổi lƣợng nhiên liệu cung cấp cho động cách thay đổi sức cản Học phần Lý thuyết động cơ- Tín 105 Khoa khí động lực Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên gíclơ (đối với động dùng chế hoà khí) thay đổi lƣợng nhiên liệu phun (đối với động phun xăng) Khi thay đổi , biến số đặc tính thay đổi nhƣ sau Tất giá trị kinh nghiệm  trình bày dƣới ứng với trƣờng hợp bƣớm ga mở hoàn toàn tốc độ vòng quay n chế độ định mức (chọn trƣớc theo kinh nghiệm)  i: Giới hạn cháy hỗn hợp đồng xăng- không khí đƣợc xác định phòng thí nghiệm hoá nhiên liệu có giá trị hẹp: 0,4 - 0,5 <  < 1,5 - 1,6 Trong thực tế, để động làm việc ổn định, vùng giá trị  hẹp (trong phạm vi đƣờng liền hình 6-23) Khi tăng , ban đầu i tăng hỗn hợp nhạt dần từ chế độ đậm đậm đạt cực đại với  = 1,15 - 1,20, hỗn hợp cháy nhanh kiệt Hình 6-23: Các biến số đặc tính điều chỉnh  động xăng Sau i giảm hỗn hợp tiến dần đến nhạt Từ đồ thị i dễ dàng xác định đƣợc đồ thị i ,   i    = 0,60 - 0,90    max hình 6-23, với   v: Nhƣ xét, hệ số nạp v phụ thuộc nhiều yếu tố, nhƣng ảnh hƣởng lớn độ mở bƣớm ga tốc độ vòng quay Hai thông số lấy đặc tính điều chỉnh  đƣợc giữ cố định Vì coi v không thay đổi  m: Theo công thức  m   pm i Do tốc độ k1  v  vòng quay n, độ mở bƣớm ga, nhiệt độ làm mát nhiệt độ dầu bôi trơn không đổi nên pm = const Vì m có dạng i đạt cực đại  =  0,60- 0,90 Từ ta phân tích đặc tính điều chỉnh nhƣ sau Học phần Lý thuyết động cơ- Tín 106 Khoa khí động lực Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên  Ne: Theo công thức N e  k v nên Ne phụ thuộc i  v m n Do n = const  i m có dạng  nhƣ hình 6-24 với Nemax = 0,60 - 0,90  ge: Theo công thức g e  k4 i m với diễn biến i v nói ge đạt tiểu khoảng giá trị ứng với imax mmax, hình 6-24 Hình 6-24: Đặc tính điều chỉnh  động xăng Trong thực tế gemin = 1,05 - 1,10 Nhận xét: Khi thay đổi chế độ tốc độ vị trí bƣớm ga đƣợc họ đặc tính điều chỉnh  khác Càng đóng nhỏ bƣớm ga hệ số khí sót r tăng nên tốc độ cháy giảm giới hạn cháy bị thu hẹp Điều dẫn tới Nemax gemin giảm sát Càng tăng tốc độ vòng quay thời gian giành cho chu trình giảm, đồng thời hệ số nạp v giảm và, hệ số khí sót r tăng dẫn tới kết tƣơng tự Bộ liệu thu đƣợc Nemax gemin dùng để thiết kế điều chỉnh chế hoà khí hệ thống phun xăng cho động xăng Động điêzen Đối với động điêzen, lấy đặc tính điều chỉnh  phải giữ tốc độ vòng quay tất thông số điều chỉnh khác nhƣ góc phun sớm, nhiệt độ làm mát, nhiệt độ dầu bôi trơn không đổi giá trị hợp lý Để thay đổi  phải thay đổi lƣợng nhiên liệu cung cấp cho động cách thay đổi lƣợng nhiên liệu chu trình gct Khi thay đổi , biến số đặc tính thay đổi nhƣ sau Tất giá trị kinh nghiệm  trình bày dƣới ứng với trƣờng hợp tốc độ vòng quay n chế độ định mức (chọn trƣớc theo kinh nghiệm)  i: Hỗn hợp dầu điêzen- không khí hỗn hợp không đồng có giới hạn cháy rộng: 0,4 0,5 <  < 10 Khi tăng , ban đầu i tăng hỗn hợp nhạt dần từ chế độ đậm đạt cực đại với  = 3,5 - 4, hỗn hợp cháy nhanh cháy kiệt Sau i giảm hỗn hợp tiến dần đến Hình 6-25: Các biến số đặc tính điều chỉnh  động điêzen nhạt Từ đồ thị i dễ dàng xác định đƣợc đồ thị Học phần Lý thuyết động cơ- Tín i , hình 6-25, với   i     = 1,05 - 1,10    max 107 Khoa khí động lực Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên  v: Tƣơng tự nhƣ xét động xăng tốc độ vòng quay n = const nên coi v không thay đổi  m: Theo công thức  m   pm  k1 i  v  Tƣơng tự nhƣ động xăng coi pm = const Do  m có dạng tƣơng tự nhƣ i , hình 6-25, đạt cực  đại  = 1,05 -1,10 Với biến thay đổi nhƣ trình bày, đặc tính điều chỉnh theo  động điêzen có dạng nhƣ sau:  Ne: Theo công thức N e  k i  v m n Do v  n không đổi nên Ne có dạng giống nhƣ Hình 6-26: Đặc tính điều chỉnh  động điêzen i m,  đạt Nemax  = 1,05 - 1,10, hình 6-26  ge: Theo công thức g e  k4 i m Với diễn biến i m nhƣ ge có dạng nhƣ hình 6-26, đạt gemin  = 1,6 - 2,0 Nhận xét: - Khi thay đổi tốc độ vòng quay ta đƣợc họ đặc tính điều chỉnh  Khi giảm tốc độ vòng quay (từ chế độ định mức) thời gian chu trình tăng nên thuận lợi cho trình hình thành hỗn hợp cháy Tuy nhiên cƣờng độ xoáy lốc không khí xy lanh giảm nên có tác dụng ngƣợc lại Vì khó xác định qui luật ảnh hƣởng tốc độ vòng quay n đến đặc tính điều chỉnh  động điêzen nói chung mà phải tuỳ thuộc vào loại động cụ thể Tƣơng tự nhƣ động xăng, liệu Nemax gemin thu đƣợc thí nghiệm lấy đặc tính điều chỉnh động mẫu đƣợc dùng để thiết kế điều chỉnh hệ thống phun nhiên liệu động Đặc tính điều chỉnh s Đó quan hệ Ne ge phụ thuộc vào góc đánh lửa sớm hay góc phun sớm s Đặc tính điều chỉnh theo s đƣợc xây dựng phòng thí nghiệm động mẫu dùng để để đƣa số liệu cụ thể nhằm thiết kế điều chỉnh hệ thống đánh lửa cho động xăng hệ thống phun dầu cho động điêzen Học phần Lý thuyết động cơ- Tín 108 Khoa khí động lực Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Động xăng Khi lấy đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm s phải giữ tốc độ vòng quay, vị trí bƣớm ga, tất thông số điều chỉnh khác nhƣ hệ số dƣ lƣợng không khí , nhiệt độ làm mát, nhiệt độ dầu bôi trơn không đổi giá trị phù hợp Các biến số đặc tính thay đổi nhƣ sau ( hình 6-27): v: Hệ số nạp phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ vòng quay n độ mở bƣớm ga nên coi nhƣ không đổi  i: Khi s lớn trình cháy xảy sớm nên vừa cháy vừa nén làm tăng công nén Ngƣợc lại, s nhỏ trình cháy kéo dài (tăng cấp nhiệt đẳng tích) nên i giảm Tại stn tốt i đạt Hình 6-27: Các biến số đặc tính điều chỉnh s động xăng max  m: Theo công thức  m   pm  k1 i  v  Với n vị trí bƣớm ga, nhiệt độ làm mát bôi trơn không đổi pm = const Nhƣ m có dạng giống nhƣ i tức cực đại stn Các đặc tính điều chỉnh theo góc đánh lửa sớm có dạng sau đây, hình 6-28  Ne: Theo công thức N e  k i  v m n Với  điều kiện thay đổi biến đặc tính nhƣ dễ dàng suy Ne đạt cực đại stn  ge: Theo công thức g e  k4 i m Với diễn biến i m nhƣ ge đạt gemin Hình 6-28: Đặc tính điều chỉnh s động Hình 6-28:xăng Đặc tính điều chỉnh s động xăng stn Nhƣ tăng tốc độ vòng quay n phải tăng góc đánh lửa sớm s ngƣợc lại, giảm n phải giảm s Khi thay đổi tải, cụ thể đóng bớt bƣớm ga phải tăng góc đánh lửa sớm s ngƣợc lại, phải giảm s mở thêm bƣớm ga Học phần Lý thuyết động cơ- Tín 109 Khoa khí động lực Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên b Động điêzen Tƣơng tự nhƣ động xăng, lấy đặc tính điều chỉnh góc phun sớm s động điêzen phải giữ tốc độ vòng quay n tất thông số điều chỉnh khác nhƣ hệ số dƣ lƣợng không khí , nhiệt độ làm mát, nhiệt độ dầu bôi trơn không đổi giá trị phù hợp Các biến số đặc tính thay đổi nhƣ sau  gct: Để giữ  = const ta phải thay đổi gct cho phù hợp với hệ số nạp Tuy nhiên hệ số nạp phụ thuộc vào tốc độ vòng quay n, nhiệt độ sấy nóng khí nạp T nhƣng ảnh hƣởng lớn tốc độ vòng quay n Vì n = const nên coi nhƣ gct không đổi  i: Tƣơng tự nhƣ thay đổi góc đánh lửa Hình 6-29: Các biến số đặc tính điều chỉnh s động điêzen động xăng, góc phun sớm s lớn trình cháy xảy sớm nên vừa cháy vừa nén làm tăng công nén Ngƣợc lại, s nhỏ trình cháy kéo dài đƣờng giãn nở nên i giảm Tại stn tốt i đạt max  m: Theo công thức  m   pm Với tốc độ k1g ct i vòng quay n, nhiệt độ làm mát bôi trơn không đổi pm = const Nhƣ m có dạng giống nhƣ i tức cực đại stn Các đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm có dạng sau đây, hình 6-30  Ne: Theo công thức N e  k 2 g cti m n Với điều kiện thay đổi biến đặc tính nhƣ dễ dàng suy Ne đạt cực đại stn  ge: Theo công thức g e  k4 i m Với diễn biến i m nhƣ ge đạt gemin stn Hình 6-30: Đặc tính điều chỉnh s động điêzen Nhƣ tăng tốc độ vòng quay n phải tăng góc phun sớm s Ngƣợc lại, giảm n phải giảm s Khi giảm gct (giảm tải), phải giảm góc phun sớm s Ngƣợc lại, tăng gct phải tăng s Học phần Lý thuyết động cơ- Tín 110 Khoa khí động lực Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên 6.2.2.3 Đặc tính tải Đặc tính tải biểu thị mối quan hệ ge, Gnl theo Ne, Me hay pe giữ tốc độ vòng quay n số Khi lấy đặc tính tải phải thay đổi mức cung cấp hòa khí để động phát công suất khác nhau, nhƣng phải điều chỉnh sức cản băng thử để giữ tốc độ động không đổi Đặc tính tải đặc tính quan trọng động cơ, đặc biệt động làm việc với miền tốc độ vòng quay hẹp không đổi ví dụ nhƣ máy phát điện a Đặc tính tải động xăng  i: Khi mở lớn bƣớm ga, hệ số khí sót r giảm, hỗn hợp nên trình cháy đƣợc cải thiện, v tăng Nếu chế độ tải lớn có làm đậm, đƣờng - - - hình, để động phát công suất cao trình cháy kéo dài, i giảm Tuy nhiên vùng làm việc động với vùng hệ số dƣ lƣợng không khí  đƣợc lựa chọn cẩn thận i thay Hình 6-31: Các biến số đặc tính tải động xăng đổi Tổng hợp lại coi i thay  đổi  m: Hiệu suất khí xác định theo công  v: Hệ số nạp tăng sức cản đƣờng nạp giảm  : Hệ số dƣ lƣợng  thay đổi động xăng động dùng phƣơng pháp điều chỉnh lƣợng pm thức m   k1 i v  , n = const mở rộng van tiết lƣu tăng tải nên pm giảm,  i thay đổi v tăng dẫn tới m  tăng có dạng nhƣ đƣờng - hình 6-31  ge: Theo công thức g e  k4 i m , chế độ không tải Ne = nên ge =  Khi tăng tải, tích im tăng nên ge giảm dần có làm đậm ge tăng chút, đƣờng - - - hình 632  Gnl: Theo công thức Gnl  k5 v n dễ  dàng suy dạng Gnl Hình 6-32: Đặc tính tải động xăng Học phần Lý thuyết động cơ- Tín 111 Khoa khí động lực b Đặc tính tải động điêzen Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên  i Khi gct tăng, hệ số dƣ lƣợng không khí  giảm (điều chỉnh chất) ban đầu từ nhạt (không tải) trở bớt nhạt nên i tăng, đạt cực đại giảm hỗn hợp đậm (phun cháy kéo dài)  m: Theo công thức  m   pm Do k1g cti n=const nên cóthể coi nhƣ pm = const bỏ Hình 6-33: Các biến số đặc tính không tải động điêzen qua ảnh hƣởng thông số khác nhƣ nhiệt độ làm mát, nhiệt độ dầu bôi trơn Nhƣ thay đổi m phụ thuộc vào tích gcti Ban đầu m tăng nhanh gct i tăng nhƣng sau tăng chậm i Khi tăng tải điều kiện n = giảm Sau đạt cực đại m giảm dần const, biến số đặc tính thay đổi i giảm mạnh hỗn hợp đậm, chí nhƣ sau  rơi vào vùng khói đen  gct: Để tăng tải phải tác động lên Trên sở diễn biến biến số, đặc tính cấu điều khiển nhiên liệu để tăng tải động điêzen có dạng nhƣ sau gct Tuy nhiên, Ne không tăng theo gct hỗn hợp ngày đậm, trình cháy thiếu không khí nên động xả khói đen ngày trầm trọng Từ giá trị gct đứngvới Nemax trở đi, tăng gct Ne giảm  ge: Theo công thức g e  k4 i m Tại chế độ không tải ge =  Khi tăng tải, ban đầu ge giảm im tăng, sau đạt cực tiểu (im)max tăng im giảm Gnl: Theo công thức Gnl  k5 g ct n với n = const nên Gnl có dạng gct Hình 6-34: Đặc tính tải động điêzen Học phần Lý thuyết động cơ- Tín 112 Khoa khí động lực Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên 6.2.2.4 Đặc tính điều tốc Đặc tính điều tốc đặc tính tốc độ động làm việc với điều tốc thông qua quan hệ Me (pe), Ne, ge, Gnl = f(n) Tuỳ thuộc vào kiểu điều tốc mà động có đặc tính điều tốc khác Trên hình 6-35 miêu tả đặc tính động điêzen có điều tốc chế độ, ví dụ động kéo máy phát điện Khi n > nđm điều tốc hoạt động có tác dụng làm giảm gct nên Me Ne giảm tốc độ vòng quay không tải nkt Trong Gnl giảm dần ge ban đầu giảm chút, đạt cực tiểu tăng Tại nkt Gnl đạt giá trị tƣơng ứng đặc Hình 6-35: Đặc tính điều tốc chế độđộng điêzen Đặc tính điều tốc đa chế độ động điêzen tính không tải ge =  Vùng làm việc động (nđm, nkt) Dƣới nđm chế độ chuyển tiếp động sau khởi động Hình 6-36 biểu diễn đặc tính công suất động với điều tốc đa chế độ thƣờng đƣợc dùng phổ biến ô tô, tàu thủy Tại điểm miền làm việc động cơ, điều tốc hoạt động để giữ cho chế độ làm việc động - máy công tác ổn định Hình 6-36: Đặc tính điều tốc đa chế độ động điêzen Toàn tải Tải nhỏ Tải trung bình Đặc tính điều tốc hai chế độ Học phần Lý thuyết động cơ- Tín Trong số động điêzen tàu thủy động ô tô sử dụng điều tốc chế độ, hình 6-36, bao gồm điều tốc chế độ tốc độ không tải để động chạy ổn định chế độ điều tốc giới hạn tốc độ định mức nhằm tránh hƣ hỏng xảy lực quán tính lớn Còn chế độ tốc độ khác, chế độ làm việc động máy công tác 113 Khoa khí động lực Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên đƣợc điều khiển ngƣời lái Động xăng có đặc tính mô men dốc nên không cần điều tốc Tuy nhiên, động xăng ôtô đại thƣờng có điều tốc chế độ không tải chế độ tốc độ cực đại (điều tốc hai chế độ) Tại chế độ không tải ngƣời lái nhả chân ga, điều tốc giữ cho nkt ổn Hình 6-37: Đặc tính điều tốc hai chế độ Toàn tải Tải trung binh Tải nhỏ Không tải định kể chạy điều hoà, quạt thông gió hay thiết bị khác có tiêu thụ lƣợng từ động Tại chế độ tốc độ cực đại điều tốc giữ cho tốc độ không vƣợt nmax nhằm tránh hƣ hỏng xảy lực quán tính lớn 6.3 Các biện pháp cải thiện điều chỉnh đặc tính động 6.3.1 Vấn đề cải thiện đặc tính động - Hiện nhằm tăng công suất, tăng khả thích ứng, mở rộng phạm vi tốc độ động ngƣời ta áp dụng phƣơng pháp nhằm nâng cao hệ số nạp, qua nâng cao công suất động mà không ảnh hƣởng đến tính kinh tế nhiên liệu đảm bảo ô nhiễm môi trƣờng -Các phƣơng pháp cũ nhƣ tăng áp, chọn góc phối khí thích hợp , ô tô đại ngày trang bị điện tử, phƣơng pháp cải thiện đặc tính nhƣ: thay đổi hành trình xuppap, thay đổi pha phối khí, thay đổi cấu trúc đƣờng nạp Các hệ thống đƣợc điều khiển điện tử 6.3.2 Điều chỉnh đặc tính động 6.3.2.1 Điều khiển pha phối khí - Góc mở sớm, đóng muộn xuppap có ảnh hƣởng lớn đến trình nạp thải Góc mở sớm làm tăng  v Góc phối khí đảm bảo hệ số nạp lớn công bơm nhỏ góc phối khí tối ƣu Hình 6-39: Thay đổi góc phối khí xuppap nap Học phần Lý thuyết động cơ- Tín 114 Khoa khí động lực Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Với động thƣờng, thời điểm phối khí đƣợc cố định Nhƣng với động sử dụng hệ thống VVT-i, pha phối khí thay đổi đƣợc trình làm việc động tùy theo cácchế độ làm việc để động Hệ thống sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp làm thay đổi thời điểm phối khí Điều làm tăng công suất động cơ, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu giảm ô nhiễm môi trƣờng Tức làm thay đổi đặc tính động Hệ thống VVT-i điều khiển góc phối khí xuppap nạp thay đổi phạm vi 500 so với góc quay trục khuỷu để đạt đƣợc thời điểm phối khí thích hợp cho chế độ động Thời điểm phối khí thay đổi sau: Khi nhiệt độ thấp, tốc độ thấp tải nhẹ, hay tải nhẹ Thời điểm phối khí trục cam nạp đƣợc làm trễ lại độ trùng lặp xuppáp giảm để giảm khí xả chạy ngƣợc lại phía nạp Điều làm ổn định chế độ không tải cải thiện tính kinh tế nhiên liệu tính khởi động Khi tải trung bình, hay tốc độ thấp trung bình tải nặng Thời điểm phối khí đƣợc làm sớm lên độ trùng lặp xuppáp tăng lên để tăng EGR nội giảm mát bơm Điều cải thiện ô nhiễm khí xả tính kinh tế nhiên liệu Ngoài ra, lúc thời điểm đóng xuppáp nạp đƣợc đẩy sớm lên để giảm tƣợng quay ngƣợc khí nạp lại đƣờng nạp cải thiện hiệu nạp Khi tốc độ cao tải nặng Hình 6- 40: Điều khiển góc phối khí phù hợp với chế độ làm việc Thời điểm phối khí đƣợc làm sớm lên độ trùng lặp xuppáp tăng lên để tăng lƣợng khí xả tuần hoàn nội giảm mát bơm Điều cải thiện ô nhiễm khí xả tính kinh tế nhiên liệu Ngoài ra, lúc thời điểm đóng xuppáp nạp đƣợc đẩy sớm lên để giảm tƣợng quay ngƣợc khí nạp lại đƣờng nạp cải thiện hiệu nạp Học phần Lý thuyết động cơ- Tín 115 Khoa khí động lực Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên 6.3.2.2 Điều khiển hành trình xuppap Hình 6-41 : Thay đổi hành trình xuppap hệ thống VVTl-i - Hệ thống VVTL –i điều khiển hành trình xuppap thay đổi theo tốc độ tải trọng động cơ, qua làm tăng hệ số nạp , làm tăng công suất động mà không làm ảnh hƣởng đến tính kinh tế nhiên liệu nhƣ ô nhiễm khí xả Hình 6-41 thể thay đổi hành trình xuppap theo tốc độ tải trọng động Theo đó, động chạy tốc độ thấp trung bình, hệ thống điều khiển vấu cam tốc độ thấp trung bình cam có biên dạng nhỏ tham gia điều khiển xuppap Khi động chạy tốc độ cao hay tải lớn, hệ thống VVTL-i điều khiển cam tốc độ cao tham gia điều khiển xuppap, cam đƣợc thiết kế có biên dạng lớn so với cam tốc độ thấp, làm thay đổi hành trình xuppap, qua làm tăng hệ số nạp Các hãng xe khác nhƣ Toyota, Honda, BMW đƣa cách khác để điều khiển hành trình xuppap ( tham khảo cấu tạo động cơ), nhƣng có mục đích thay đổi đặc tính động cho đạt đƣợc công suất cao lƣợng tiêu hao nhiên liệu nhỏ Hình 6-42 thể đặc tính loại động sử dụng VVTL-i Nhìn vào đƣờng đặc tính ta thấy momen xoắn động tăng lên hành trình xuppap tăng Hình 6-42: Đặc tính động thay đổi thay đổi hành trình xuppap 6.3.2.3 Hệ thống thay đổi chiều dài đường nạp (ACIS) - Dòng chảy hệ thống nạp thải dòng mạch động nên có dao động lan truyền để tăng công suất động Một số động ôtô đại lợi dụng tƣợng khí Học phần Lý thuyết động cơ- Tín 116 Khoa khí động lực Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên động để cải thiện đặc tính Đƣờng nạp động có dạng cong xoắn để thay đổi chiều dài theo tốc độ động qua hệ thống điều khiển điện tử Việc thay đổi chiều dài đƣờng ống nạp làm thay đổi đặc tính động theo hƣớng làm tăng công suất phù hợp với tải trọng tốc độ động Hình 6-44 Hình 6-43: Thay đổi chiều dài đường ống nạp Hình 6-44: Đặc tính động thay đổi khí thay đổi chiều dài đường ống nạp 6.3.2 Tăng áp động -Tăng áp phƣơng pháp làm tăng công suất động cách tăng lƣợng khí nạp vào xi lanh hành trình nạp Với động sử dụng tăng áp, không khí đƣợc nén lại trƣớc nạp vào xylanh, khối lƣợng không khí nạp vào xylanh hành trình nạp lớn qua lƣợng oxy nạp vào tăng lên Vì vậy, ngƣời ta tăng thêm lƣợng nhiên liệu cung cấp cho động chu trình để đốt cháy dung tích xylanh Điều làm tăng hiệu suất động Tăng áp đông làm giảm độ độc hại khí thải Hình 6-45: Lượng khí nạp tăng lên sử dụng tăng áp Học phần Lý thuyết động cơ- Tín 117 ... ngắn gọn động pít tông pít tông Đa số động đốt động pít tông Động pít tông quay hay động rôto Wankel phát minh năm 1954 nên gọi động Wankel Theo cách bố trí xy lanh Thứ tự bố trí xy lanh Động thẳng... 1-1 Động nhiệt Động đốt Kiểu pít tông iston Kiểu tuabin Động đốt Kiểu pít tông Kiểu tuabin Kiểu rô to Hình 1-1 Động đốt thuộc họ động nhiệt Do giới hạn giáo trình, xét động đốt kiểu pít tông... với động pít tông thông thƣờng: -Rôto quay nên cân dễ dàng Vì thế, tốc độ động cao động pít tông thƣờng - Vì không dùng xuppáp nên chất lƣợng nạp- thải tốt tiết diện lƣu thông lớn - Gọn công