Giáo trình động cơ đốt trong 1 - Chương 13 pdf

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
315
Chương 13
TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH SỐ VÒNG QUAY ĐỘNG CƠ
I. CỞ SỞ LÝ THUYẾT
Trạng thái làm việc của động cơ được đặc trưng bởi các chỉ tiêu và các thông số: công suất có
ích N
e
, mômen có ích M
e
, vận tốc góc của trục khuỷu ω, suất tiêu hao nhiên liệu có ích g
e
, được gọi
là các chế độ làm việc.
Chế độ làm việc trên động cơ được gọi là chế độ dừng khi các chỉ tiêu và các thông số trên
không thay đổi theo thời gian. Tuy nhiên, do tính chu kỳ của các quá trình hoạt động nên có những
thông số phải dao động xung quanh một giá trò trung bình nào đó. Lúc ấy giá trò trung bình được dùng
để chỉ giá trò dừng của thông số dao động. Chế độ dừng còn được gọi là chế độ cân bằng vì nó thoả
mãn được điều kiện cân bằng sau:
M
eo
– M
co
= 0
Trong đó: M
eo
– mômen của động cơ quy về trục khuỷu động cơ ở chế độ dừng.
M
co
– mômen cản của máy công tác quy về trục khuỷu động cơ ở chế độ dừng.
Trên hình 13.1 thể hiện cho trạng thái làm việc của động cơ ở chế độ làm việc ổn đònh và

không ổn đònh. Trên hình vẽ, các điểm B là các chế độ dừng vì: M
eB
= M
cB
. Tuy nhiên, vì lý do nào
đó (bò nhiễu) làm cho ω
B
có thể tăng hoặc giảm.
Nếu sau khi nhiễu, ω cứ tăng liên tiếp hoặc giảm liên tiếp dẫn đến lúc động cơ phải dừng lại
thì tại B là chế độ dừng không ổn đònh. Ngược lại, nếu sau khi nhiễu tốc độ động cơ lại trở lại ω
B
thì
B là chế độ dừng ổn đònh.
Điểm B trên hình 13.1a là chế độ dừng không ổn đònh vì khi có nhiễu ω
B
tăng thì momen cản
M’
c
lớn hơn mômen của động cơ M’
e
làm giảm tốc độ góc của trục khuỷu động cơ trở lại điểm B
(ω
B
). Ngược lại, nếu ω
B
giảm thì mômen của động cơ M’’
e
lớn hơn mômen của máy công tác M’’
c
làm tăng ω trở lại điểm B (ω

B
). Giống như viên bi đặt trên đóa lõm.
Điểm B trên hình 13.1b là chế độ làm việc không ổn đònh vì chỉ cần một nhiễu nhỏ sẽ làm cho
tốc độ góc của trục khuỷu động cơ thay đổi (ω
B
≠ ω
B
), và tốc độ của động cơ sẽ tăng mãi hoặc giảm
mãi đến khi động cơ ngừng hẳn (giống như viên bi lăn trên đỉnh mặt cầu lồi).
ω
M
e
M
c
M
e
M
c
ω
B
ω
M
e
M
c
M
e
M
c
ω

B
Hình 13.1. Tính ổn đònh của chế độ làm việc trên động cơ.
a) Chế độ làm việc ổn đònh; b) Chế độ làm việc không ổn đònh.
1 – mômen của động cơ (M
e
); 2 – mômen cản của máy công tác (M
c
).
a)
b)
B
B
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
316
I.1. Công Dụng
Khi động cơ làm việc ở chế độ không tải, áp suất chỉ thò trung bình P
i
bằng áp suất tổn hao cơ
khí, để giảm tiêu hao nhiên liệu và những tác hại không tốt cho động cơ cần cho động cơ làm việc ở
chế độ tốc độ ổn đònh nhỏ nhất. Vì vậy cơ cấu cung cấp nhiên liệu (thanh răng bơm cao áp hoặc
bướm ga) phải ở vò trí cung cấp nhiên liệu ít nhất.
Đối với động cơ xăng, khi làm việc ở chế độ không tải (đóng nhỏ bướm ga) thì hệ số nạp η
v
và
hiệu suất cơ giới η
m
sẽ giảm rất nhanh, nhờ vào đó P
i
cũng giảm nhanh theo mức độ tăng của n (hình
13.2a). Do đó động cơ xăng chạy rất ổn đònh ở chế độ cân bằng. Bất kỳ tác dụng nhiễu nào của P

m
đều làm cho động cơ chạy ổn đònh lại chế độ cân bằng cũ.
Trên động cơ Diesel, khi làm việc ở chế độ không tải, áp suất chỉ thò trung bình P
i
tăng nhanh
hơn so với áp suất tổn hao cơ khí P
m
khi tăng tốc độ n (hình 13.2b). Vì đặc điểm biến thiên của P
i
lúc
này phụ thuộc vào đặc tính tốc độ của bơm cao áp tại vò trí thanh răng nhỏ nhất. Hầu hết các loại bơm
cao áp đều tăng lượng nhiên liệu trong chu trình g
ct
khi tăng tốc độ động cơ. Chính vì vậy với chế độ
dừng, chỉ cần có nhiễu nhỏ về P
m
sẽ làm cho tốc độ động cơ mất ổn đònh. Để khắc phục hiện tượng
trên, cần lắp bộ điều tốc để động cơ Diesel có thể làm việc ổn đònh ở chế độ không tải.
Sau khi lắp bộ điều tốc, đặc tính không tải về P
i
của động cơ từ đường liền chuyển sang đường
nét đứt như (hình 13.2b). Lúc đó, nếu tốc độ động cơ tăng bộ điều tốc sẽ cắt bớt nhiên liệu, nếu tốc
độ động cơ giảm thì bộ điều tốc sẽ cấp thêm nhiên liệu nhờ đó đường P
i
sẽ giảm nhanh khi tăng tốc
độ động cơ n, giúp động cơ làm việc ổn đònh.
Trên động cơ Diesel có nhiều loại bộ điều tốc khác nhau, nhưng bất kỳ bộ điều tốc loại nào
cũng phải thực hiện tốt các nhiệm vụ sau:
- Điều hoà tốc độ động cơ dù có tải trọng hay không có tải (giữ vững một tốc độ hay trong
một phạm vi cho phép tuỳ theo loại), khi cố đònh vò trí cơ cấu cung cấp nhiên liệu đều phải

giữ được tốc độ làm việc ổn đònh cho động cơ.
- Đáp ứng được mọi vận tốc theo yêu cầu của động cơ. Ví dụ: lúc chạy cầm chừng động cơ
quay 500 vòng/phút, khi lên ga tối đa 2.000 vòng/phút dầu có tải hay không tải.
- Phải giới hạn được mức tải để tránh gây hư hỏng máy.
- Phải tự động cúp dầu để tắc máy khi: số vòng quay vượt quá mức ấn đònh.
n, (vg/ph)
P
i
P
m
P
i
P
m
n, (vg/ph)
P
i
P
m
P
i
P
m
Hình 13.2. Chế độ làm việc không tải của động cơ xăng (a) và động cơ Diesel (b).
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
317
I.2. Phân Loại
Hiện nay có rất nhiều loại điều tốc. Trên động cơ sử dụng loại điều tốc nào là tuỳ thuộc vào
loại động cơ, vào đặc điểm của máy công tác và yêu cầu của toàn bộ thiết bò. Khi phân loại các bộ
điều tốc người ta căn cứ vào những đặc điểm sau:

I.2.1. Theo tính chất truyền tác dụng, bộ điều tốc có 2 loại
1) Bộ điều tốc tác dụng trực tiếp.
2) Bộ điều tốc tác dụng gián tiếp.
I.2.2. Theo vùng bao chế độ tốc độ, có 3 loại bộ điều tốc
1) Loại một chế độ.
2) Loại hai chế độ.
3) Loại 3 chế độ.
I.2.3. Theo nguyên tắc tác dụng của phần tử cảm biến, chia thành 4 loại
1) Loại cơ khí với phần tử cảm biến kiểu ly tâm.
2) Loại áp thấp.
3) Loại thuỷ lực.
4) Loại cơ – thuỷ lực.
II. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BỘ ĐIỀU TỐC
Bộ điều tốc làm việc dựa trên cơ sở tác dụng của các phần tử cảm biến. Các phần tử cảm biến
có thể là cơ khí, thuỷ lực hoặc chân không.
II.1. Bộ điều tốc cơ khí
Hầu hết các loại điều tốc cơ khí đều có 4 bộ phận chính, cùng phối hợp với nhau làm việc.
1) Bộ phận động lực
Trục của bộ điều tốc
thường được lắp với trục của
bơm cao áp. Cốt bơm truyền
mômen trực tiếp qua các quả
văng. Hai quả văng dang ra do
tác dụng của lực ly tâm.
2) Cần liên lạc
Là một hệ thống tay đòn
đẫn động, thanh kéo, trục tay
đòn, liên lạc với bộ phận động
lực và thanh răng điều khiển
lưu lượng nhiên liệu.

3) Thanh răng điều
khiển
Thanh răng điều khiển để đưa lượng nhiên liệu vào nhiều hay ít đến kim phun và điều khiển
Trục của
bộ điều tốc
Quả văng
Tay đòn dẫn động
Thanh răng bơm cao áp
2
1
3
Hình 13.3.
Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều tốc cơ khí.
1 – vò trí tắt máy; 2 – chế độ cầm chừng; 3 – chế độ đầy tải.
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
318
phun vào xylanh tùy theo vò trí.
4) Các lò xo tốc độ
Các lò xo được đặt ở vò trí chống lại lực ly tâm của hai quả tạ và đẩy thanh răng về chiều tăng
nhiên liệu khi động cơ chưa làm việc. Đồng thời có các vít điều chỉnh, khâu trượt. Tất cả các cơ phận
trên đều được bố trí trong bộ điều tốc.
Nguyên lý làm việc
Phát hành động cơ ta kéo ga theo chiều tăng lượng nhiên liệu cung cấp. Qua trung gian lò xo
tốc độ, tay đòn, cần liên hệ kéo thanh răng dòch chuyển làm xoay vành răng theo chiều tăng nhiên
liệu, động cơ phát hành dễ dàng. Khi động cơ đã vận hành, cốt bơm quay và lực ly tâm của hai quả tạ
bung ra đẩy khâu trượt tỳ lên tay đòn, điều khiển thanh răng về chiều giảm nhiên liệu cung cấp, tốc
độ giảm xuống. Khi lực ly tâm cân bằng với lò xo, ống trượt sẽ không di chuyển nữa.
Khi động cơ đang làm việc ở chế độ ổn đònh. Ví dụ tải tăng khi xe đang lên dốc, vì tải tăng
nên tốc độ động cơ giảm, nên lực ly tâm của hai quả tạ giảm theo, hai quả tạ xếp lại, lò xo điều tốc
thắng lực ly tâm nên đẩy khâu trượt đi ra, qua trung gian tay đòn và cần điều khiển kéo thanh răng về

chiều tăng dầu, hai quả tạ lại bung ra cân bằng với lực lò xo điều tốc.
Nếu ta giảm tải như xe xuống dốc, tốc độ động cơ có khuynh hướng tăng lên, lực ly tâm hai
quả tạ tăng theo, hai quả tạ giang ra thắng sức căng lò xo điều tốc, qua cần liên lạc kéo thanh răng về
chiều giảm dầu để tốc độ giảm lại về vò trí ban đầu, đến khi ổn đònh hai quả tạ ở vò trí thẳng đứng,
cân bằng với sức căng lò xo điều tốc. Ví dụ vì lý do nào tốc độ động cơ vượt quá tốc độ giới hạn, lúc
này lực ly tâm quả tạ lớn, hai quả tạ bung ra hết hành trình để đẩy khâu trượt ra xa nhất, qua tay đòn
và cần liên hệ đẩy thanh răng về chiều cúp dầu, động cơ ngừng làm việc.
Giới thiệu bộ điều tốc cơ khí nhiều chế độ
Bộ điều tốc nhiều chế độ điều khiển tất cả các chế độ động cơ từ lúc khởi động và cho tới giá
trò tốc độ cực đại. Ngoài ra cũng có loại bộ điều tốc điều khiển tốc đốc độ động cơ ở tốc độ cầm
chừng và cực đại, điều này cần thiết đối với những trường hợp cá biệt khi những hệ thống phụ trợ
như: kéo tời, bơm nước chữa cháy, cần trục, được truyền động bởi xe hoặc những động cơ tónh lại.
Nhưng những bộ điều tốc này cũng được sử dụng ở những xe khách và những xe nông nghiệp như
máy kéo hoặc máy gặt.
Quả văng
Ống trượt
Cần khởi
động
Chốt đứng
Lò xo
khởi động
Van đònh lượng
Lỗ cúp dầu
piston
Hình 13.4.
Bộ điều tốc cơ khí nhiều chế độ.
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
319
Khi động cơ không hoạt động, các quả văng và ống trượt đều ở vò trí ban đầu của chúng. Cần
khởi động được di chuyển tới vò trí khởi động bởi lò xo khởi động và xoay quanh chốt, đồng thời van

đònh lượng ở piston phân phối được giữ ở vò trí khởi động, lúc này lượng nhiên liệu cung cấp là tối đa
(hành trình có ích của piston là lớn nhất). Ngay sau khi khởi động các quả văng bung ra làm ống trượt
di chuyển sang phải, cần khởi động ép lò xo khởi động lại tì lên cần lắc. Cần khởi động một lần nữa
xoay quanh chốt làm giảm lượng nhiên liệu phân phối một cách tự động tới mức độ cầm chừng.
Khi động cơ hoạt động bàn đạp ga được nhả ra, cần điều khiển tốc độ động cơ trở về vò trí cầm
chừng và tựa vào con ốc điểu chỉnh tốc độ cầm chừng. Tốc độ cầm chừng được chọn sao cho động cơ
chạy không tải không bò tắt máy. Nhờ lò xo cầm chừng mà tốc độ cầm chừng được giữ ổn đònh, khi
tốc độ cầm chừng tăng lên, lò xo cầm chừng bò ép lại van đònh lượng di chuyển sang trái làm giảm
dầu và ngược lại. Khi tốc độ cầm chừng giảm, van đònh lượng di chuyển sang phải làm tăng nhiên
liệu cung cấp. Khi tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ cầm chừng lò xo cầm chừng bò nén lại một khoảng
và lúc này lò xo cầm chừng sẽ hết tác dụng.
Trong trường hợp tải tăng đến mức van đònh lượng ở vò trí đầy tải nhưng tốc độ động cơ vẫn
tiếp tục giảm (tức tải tiếp tục tăng) ví dụ như xe đang lên dốc, lực ly tâm của các quả văng sẽ giảm.
Nhưng vì van đònh lượng đã ở vò trí tối đa nên việc cung cấp nhiên liệu không thể tăng được nữa.
Trong trường hợp này động cơ bò quá tải và người tài xế phải giảm ga hoặc phải trả số.
Khi xuống dốc động cơ bò kéo bởi thân xe và tốc độ động cơ có xu hướng gia tăng, các quả
văng bung ra đẩy ống trượt ép cần khởi động và cần lắc làm cho van đònh lượng trở về vò trí giảm
dầu. Nếùu hiện tượng này vẫn tiếp tục lượng nhiên liệu cung cấp ngày càng giảm dần để thích hợp với
điều kiện tải mới. Thậm chí lượng nhiên liệu có thể giảm xuống đến không.
II.2. Bộ điều tốc thủy lực
Dầu nhờn từ bơm 4, do trục khuỷu dẫn động bơm tạo áp suất trong xylanh 3, và qua van tiết
lưu 5 trở về bể chứa 6. Khi tăng tốc độ của động cơ, áp suất dầu trong xylanh 3 sẽ tăng ép lò xo điều
tốc 1 đẩy piston và cán 7 về phía giảm nhiên liệu.
Ngược lại khi tốc độ động cơ giảm, áp suất dầu trong xylanh 3 giảm, không đủ sức để thắng
lực căng lò xo và làm cho piston 2 dòch chuyển về phía trái, theo chiều hướng làm tăng lượng nhiên
liệu cung cấp
3
4
1
2

5
6
7
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
320
III.3. Bộ điều tốc chân không
Bộ điều tốc áp thấp thường được áp dụng trên động cơ Diesel vận tải, nó hoạt động theo quy
luật biến thiên của áp thấp trong đường ống hút theo số vòng quay của động cơ, là loại điều tốc nhiều
chế độ. Ưu điểm của bộ điều tốc này là cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ, lực dùng để điều khiển tốc
độ động cơ tương đối nhỏ. Không có các chi tiết mài mòn. Người ta lắp bộ điều tốc áp thấp trên các
động cơ vận tải cao tốc hoạt động trong phạm vi tương đối rộng.
Vì trong suốt phạm vi tốc độ ấy bộ điều tốc chân không có thể bảo đảm dễ dàng, độ đồng đều
như nhau, trong khi đó đối với bộ điều tốc cơ khí nhiều chế độ thì rất khó thực hiện thêm vào đó là
nặng nề, kềnh càng.
Vì những lý do trên, người ta thay thế bộ điều tốc cơ khí (Lực ly tâm của quả văng) bằng bộ
điều tốc áp thấp (sức hút do áp thấp)
1) Cấu tạo
Bộ điều tốc áp thấp thường dùng trên xe Toyota và một ít xe ISUZU gồm hai phần riêng biệt
- Ống khuếch tán có cánh bướm
- Hệ thống màng
Ống khuếch tán nằm giữa bình lọc gió và ống góp hút tại tiết diện nhỏ nhất của ống lắp một
cánh bướm ga được điều khiển bằng bàn đạp ga.
Phòng bộ điều tốc được phân làm hai ngăn bằng một màng da. Phòng chân không thông với
họng khuếch tán nhờ một đường ống. Màng bộ điều tốc nối với thanh răng bơm cao áp và mặt đối
diện tựa vào mặt lò xo điều tốc. Phía bên ngăn áp thấp còn có một lò xo nhỏ và chốt tỳ có tác dụng
làm tăng tốc độ ổn đònh của bộ điều tốc khi động cơ chạy cầm chừng. Một vít dùng để điều chỉnh lực
nén của lò xo nhỏ. Một nút kéo nối liền với một thanh ở phòng không khí liên lạc với thanh răng để
tắt máy.
1
2

3
4
5
6
9
10
Hình 13.6.
Cấu tạo của bộ điều tốc áp thấp (điều tốc chân không).
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
321
2) Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc cơ bản của bộ điều tốc dựa trên tốc độ không khí trong ống khuếch tán
thay đổi, làm áp thấp phát sinh ngay tại họng (tại ngăn áp thấp) thay đổi, dẫn đến sự di chuyển của
màng da và thanh răng làm tăng giảm nhiên liệu.
Khi cánh bướm gió ở vò trí nhất đònh, nếu thay đổi số vòng quay của động cơ thì tốc độ không
khí đi qua họng sẽ thay đổi theo và làm thay đổi áp suất ở họng. Càng tăng số vòng quay động cơ thì
áp thấp trong ngăn áp thấp càng tăng. Khi áp thấp tăng, áp suất bên ngăn khí trời lớn hơn, nên gây ra
áp lực đẩy màng, ép lò xo điều tốc, kéo thanh răng sang phải về phía giảm nhiên liệu. Nếu giảm tốc
độ động cơ xuống thì áp thấp sẽ giảm theo, lò xo điều tốc sẽ đẩy màng và thanh răng sang trái về
phía tăng nhiên liệu.
Với tốc độ động cơ không thay đổi, nếu thay đổi vò trí cánh bướm gió sẽ dẫn đến thay đổi tốc
độ không khí tại họng và làm áp thấp thay đổi. Cánh bướm gió đóng càng nhỏ thì áp thấp càng lớn
kéo màng bộ điều tốc và thanh răng về trái giảm nhiên liệu. Mỗi vò trí cánh bướm gió do bàn đạp ga
điều khiển sẽ tương ứng với một tốc độ động cơ, càng mở rộng cánh bướm gió thì tốc độ động cơ
càng lớn.
Chế độ khởi động
Lúc động cơ ngừng, cả hai ngăn đều thông với khí trời, lò xo điều tốc sẽ đẩy màng và thanh
răng sang phía tăng nhiên liệu, làm giàu nhiên liệu lúc khởi động, giúp động cơ khởi động dễ dàng.
Ngay khi động làm việc áp suất phát sinh tại ngăn áp thấp kéo màng và thanh răng về phía giảm
nhiên liệu tương ứng với vò trí cánh bướm gió.

Chế độ cầm chừng
Ở chế độ này cánh bướm gió đóng gần kín họng khuếch tán, chỉ chừa một đường ống lùa gió
nhỏ không cho không khí đi qua và tạo áp thấp lớn tại phía sau bướm ga. Lực hút chân không trong
buồng chân không sẽ tăng lên hút màng da về phía trái, ép lò xo, kéo thanh răng về phía ít nhiên liệu
tương ứng với tốc độ cầm chừng của động cơ, vào lúc này màng da bộ điều tốc vừa vặn tiếp xúc với
chốt tỳ để giảm bớt sự rung động của màng, tăng độ ổn đònh của bộ điều tốc.
Chế độ tốc độ cực đại
Cánh bướm gió mở lớn, áp thấp sinh ra tại ống dẫn mềm trong ống khuếch tán sẽ yếu, lực hút
chân không trong buồng chân không yếu, lò xo điều tốc đẩy màng và thanh răng sang phải, về phía
tăng nhiên liệu đến vò trí đạt tốc độ tối đa ấn đònh của bộ điều tốc.
Chế độ quá tải
Với vò trí cần ga tối đa, động cơ làm việc ở chế độ đầy tải, tiếp tục tăng tải thì tốc độ động cơ
giảm. Do đó, áp thấp sinh ra sẽ yếu hơn (so với lúc đầy tải), lò xo điều tốc đẩy màng về phía tăng
nhiên liệu để đáp ứng cho mức tăng quá tải.
Tốc độ vượt quá giới hạn
Khi tốc độ động cơ vượt quá mức giới hạn yêu cầu, độ chân không sinh ra đủ lớn để kéo thanh
răng về đến vò trí cúp dầu.
Ngừng động cơ
Khi tắt máy, nạng đẩy màng thanh răng về chiều tắt máy, ép lò xo tốc độ lại ngưng cung cấp
nhiên liệu.
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
322
III. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng làm việc của bộ điều tốc
III.1. Độ không đồng đều của bộ đều tốc δ
Mỗi đặc tính tónh học của phần tử cảm biến, tốc độ ω
v
thay đổi từ ω
vmin
(Z
min

) – chế độ toàn tải
đến ω
vmax
(Z
max
) – chế độ không tải. Độ không đồng đều chung (còn gọi là sai số tónh) δ của mỗi đặc
tính tónh học được tính theo biểu thức:
minvmaxv
minvmaxv
vtb
min
vmaxv
2
ω+ω
ω−ω
=
ω
ω
−
ω
=δ (13.1)
Trong đó: ω
vtb
=
2
minvmaxv
ω+ω
Trên mỗi điểm của đặc tính tính học (theo ω
vo
, Z

o
nào đó), độ không đồng đều tức thời δ
z
(còn
gọi là độ dốc không thứ nguyên) được tính theo.
dZ
d
.
Z
Z
dZ
d
v
vo
o
o
vo
v
z
ω
ω
=
ω
ω
=δ (13.2)
Từ biểu thức điều kiện cân bằng: E – Aω
v
2
= 0. Tìm được: ω
vo

=
o
o
A
E
thay vào (13.2) ta
được: δ
z
= (Z
0
. d
A/E ) /(
dz.A/E
oo
)
Cuối cùng tìm được:
δ
z
=
0
ox
E2
Z.F
(13.3)
Nếu ω
vmax
= ω
vmin
thì δ = 0 và F
c

= 0
Độ không đồng đều δ của bộ điều tốc cơ khí trực tiếp nhiều chế độ phụ thuộc tốc độ động cơ.
Muốn thấy rõ điều trên hãy xét đồ thò mà tung độ là E’ và Cω
2
v
còn hoành độ là r (hình 13.7).
Vì r
min
là giới hạn trong và r
max
là giới hạn ngoài của quả văng nên R
h
= r
max
– r
min
là chuyển
dòch toàn phần của quả văng. Tăng dần biến dạng ban đầu của lò xo điều tốc sẽ tới một giá trò làm
cho E’ trùng với Cω
2
v
(lúc ấy ω
v
= ω
vo
), do đó mọi vò trí của Z đều có cùng một ω
vo
– đó là chế độ vô
đònh của phần tử cảm biến.
Hai tam giác vuông gạch chéo trên hình 13.7 bằng nhau nên:

∆E’
12
= ∆E’
34
(13.4)
Trong đó ∆E’
12
= E’
2
– E’
1
và ∆ E’
34
= E’
4
– E’
3
Nếu r
tb
là vò trí trung bình (bán kính quay trung bình) của quả văng ta sẽ được:
E’
1
= m
v
ω
2
v1
( r
tb
–

2
R
h
);
E’
2
= m
v
ω
2
v2
( r
tb
+
2
R
h
);
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
323
E’
3
= m
v
ω
2
v3
( r
tb
+

2
R
h
);
E’
4
= m
v
ω
2
v4
( r
tb
+
2
R
h
);
Trong đó ω
v3
= ω
v4
= ω
v0
Thay các giá trò tìm được vào (13.4) sau khi chỉnh lý sẽ được:
ω
2
vo
R
h

= r
tb
(ω
2
v2
- ω
2
v1
) +
( )
2
R
2
1v
2
2vh
ω+ω
(13.5)
Mối quan hệ giữa độ không đồng đều δ với ω
v1
và ω
v2
như sau :
ω
v2
= ω
vtb
( 1+
2
δ

)
ω
v1
= ω
vtb
( 1 –
2
δ
)
Thay các giá trò ω
v1
và ω
v2
vào (13.5), ta sẽ được:
δ
2
+
0)1(4.
R
r8
2
vtb
2
vo
h
tb
=
ω
ω
−+δ

và δ =








−
ω
ω
−− 1)1()
r2
R
(1
R
r4
2
vtb
2
vo
2
tb
n
h
tb
(13.6)
Hình 13.7 giới thiệu họ đường cong δ = f (
vo

vtb
ω
ω
) với giá trò (
tb
h
r
R
) khác nhau, cho thấy với mỗi
giá trò (
tb
h
r
R
) , càng giảm
vo
vtb
ω
ω
thì δ càng tăng.
Hình 13.7. Đặc tính lực duy trì và lực phục hồi của bộ điều tốc cơ khí
nhiều chế độ quy dẫn về trọng tâm quả văng.
a) Thay đổi biến dạng ban đầu của lò xo; b) không thay đổi biến dạng ban dầu của
lò xo điều tốc. Đường đậm – đặc tính E’ = f(r).
a)
b)
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
324
Hình 13.7b giới thiệu đặc tính bộ điều
tốc nhiều chế độ không thay đổi biến dạng

ban đầu của lò xo. Đường 1 – 4 là hàm E’ =
f(r), bao quát mọi chế độ tốc độ của động
cơ. Mỗi khoảng ∆R
h
trên đường 1 – 4 thể
hiện một chế độ tốc độ để thanh răng bơm
cao áp chuyển từ toàn tải (điểm 2) đến
không tải (điểm 3). Mỗi chế độ tốc độ tương
ứng với một vò trí của cơ cấu điều khiển.
Tốc độ vô đònh ω
vo
phụ thuộc cấu tạo
của bộ điều tốc: khối lượng m
v
và độ cứng
quy dẫn b
qd
của lò xo điều tốc đưa về tâm
quả văng.
Đặc tính 3 – 4 trên hình 12.7a (bộ
điều tốc cơ khí nhiều chế độ thay đổi biến
dạng ban đầu của lò xo điều tốc) cho phép
tính E’
4
.
E’
4
= m
v
ω

2
vo
(r
tb
+
2
R
h
) = b
qd
(r
qd
+
2
R
h
)
Từ đó tìm được: ω
vo
=
v
qd
m
b
(13.7)
Đối với bộ điều tốc cơ khí nhiều chế độ không thay đổi biến dạng ban đầu của lò xo, δ được
tính theo biểu thức sau:
δ =









−−
ω
ω
∆
+
∆
1)1()
'r2
R
(1
R
'r4
2
vtb
2
vo
2
tb
h
h
tb
(13.8a)
Trong đó: r’
tb

– bán kính quay trung bình của quả văng, tương ứng với mỗi ∆R
h
.
Từ đó thấy rõ: δ càng tăng khi giảm (
vo
vtb
ω
ω
)
Độ không đồng của bộ điều tốc chân không được xác đònh theo (13.1) nếu thay ω
vmax
bằng
ω
min
và ω
vmin
bằng ω
max
; các giá trò ω
max
và ω
min
được xác đònh.
δ = 2
)pp(
)pp(
12
12
∆+∆
∆−∆

(13.8b)
Biểu thức (13.8b) không chứa ω. Với mọi vò trí của (µf)
I
, giới hạn Z
min
và Z
max
của khớp trượt
đều tương ứng với cùng một giá trò ∆p
2
và ∆p
1
nên độ không đồng đều δ của bộ điều tốc chân không
nhiều chế độ là hằng số trên suốt giải tốc độ của động cơ, đó là điều quan trọng đối với động cơ
Diesel dùng trên thiết bò vận tải.
Trên thực tế, do hệ số nạp η
v
có ảnh hưởng nhất đònh tới δ. Ngoài ra chế độ tốc độ và δ cũng
gây ảnh hưởng nhất đònh η
v
, vì vậy khi thay đổi chế độ tốc độ, δ cũng có thay đổi nhưng với một
lượng không đáng kể.
v
ω
va
ω
vb
ω
A
σ

,%
200
100
50
0
Hình 13.8.
Biến thiên của độ không đều δ của
bộ điều tốc cơ khí theo tốc độ
ω
v
của quả văng.
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
325
III.2. Độ không nhạy
Ngoài lực duy trì và lực phục hồi còn có thêm lực ma sát f luôn luôn cùng chiều với lực yếu
trong hai lực kể trên. Do đó phương trình cân bằng tónh của phần tử cảm biến trở thành.
E – A ω
2
v
+ f = 0
Từ đó tìm được hai giới hạn tốc độ của quả văng.
ω’’
v
=
A
fE
và
A
fE
'

v
−
=ω
+
(13.9)
Tại mỗi vò trí Z, các giá trò ω’
v
và ω’’
v
tạo nên khu vực không nhạy của phần tử cảm biến
(hình 13.9). Trong hạm vi ω’
v
và ω’’
v
khớp trượt dừng tại Z (không chuyển dòch). Tính không nhạy
đó được đánh giá bằng độ không nhạy ε
c
của phần tử cảm biến:
ε
c
=
v
vv
ω
ωω
'"
−
(13.10)
Trong đó: m
v

=
2
"'
vv
ωω+
(13.11)
Thay (13.11) vào (13.10) sẽ được:
ε
c
=
2
v
2
v
2
v
2
'''
ω
ω−ω
Thayω” vào ω’
v
trong (13.9) vào biểu thức trên sẽ được:
ε
c
=
A
f
(13.12)
Như vậy càng giảm ω

v
thì ε
c
càng tăng vì lúc ấy A và Aω
2
v
đều giảm.
max
max
max
'
''
v
v
v
ω
ω
ω
vo
vo
'ω
ω
min
min
'
v
v
ω
ω
min

Z
o
Z
min
Z
V
ω
Z
min
''
v
ω
vo
''ω
V
ω∆
0
v
ε
8
4
0
20 60 100
V
ω ,s
-1
Hình 13.9. Độ không nhạy của bộ điều tốc cơ khí.
a) Khu vực không nhạy (khu vực gạch chéo);
b) Biến thiên của độ không nhạy ε
v

theo tốc độ ω
v
của quả văng.
b)a)
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng
326
III.3. Các biện pháp cải thiện độ không đồng đều, độ không nhạy
Để cải thiện đặc tính δ = f(ω
v
) đảm bảo cho δ không nhỏ hơn ε
c
và không lớn hơn 40 ÷ 50%
trong suốt phạm vi tốc độ sử dụng của động cơ cần tác dụng vào các giá trò R
h
(∆R
h
), r
tb
và ω
vo
.
- Tăng r
tb
sẽ làm cho δ tăng chậm khi giảm ω
v,
muốn tăng δ phải tăng kích thước của phần
tử cảm biến, vì vậy tăng r
tb
bò giới hạn bởi kích thước cho phép.
- Giảm R

h
sẽ thu hẹp giới hạn chuyển dòch của Z trong một đặt tính điều tốc. Có thể giảm R
h
nhờ thay đổi t số truyền từ khớp trượt đến thanh răng bơm cao áp bằng cách thay đổi vò trí
điểm tỳ 6 trên tay đòn (hình 13.10).
- Thay đổi ω
vo
bằng cách thay đổi độ cứng, b
qd
của lò xo qui dẫn về tâm quả văng (13.7).
Đơn giản nhất là dùng lò xo có độ cứng thay đổi (lò xo hình côn), nhưng khó chế tạo. Thực
tế thường dùng nhiều lò xo (hai hoặc ba) gây tác dụng dần (hình 13.10a), nhờ đó tạo ra
đường gãy khúc 2 (đường khuất hình 13.10d) của δ = f (ω
v
). Cũng có thể thay đổi độ
nghiêng của lò xo điều tốc (hình 13.10c) vì lúc ấy sẽ làm b
qd
thay đổi.

a)
c)
b)
d)
ω
min
ω
n
δ
%
Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng

327
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Tất Tiến, Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo dục – 1999.
[2] Phạm Minh Tuấn, Động cơ đốt trong, NXB Khoa học và Kỹ thuật – 1999.
[3] Bùi Văn Ga, Ô tô và ô nhiễm môi trường, NXB Giáo Dục – 1999.
[4] Lê Xuân Tới, Kỹ thuật sửa chữa động cơ dầu, NXB Giáo Dục – 2004.
[5] The Internal Combustion Engine in Theory and Practice, The M.I.T press (Massachusetts
Institute of Technology) – 1998.
[6] Advanced Engine Technology, London Roal Institute of Technology – 1999.
[7] L – Jetronic _ Bosch.
[8] K – Jetronic _ Bosch.
[9] Motronic _ Bosch.
[10] Diesel-In-Line Fuel – Injection Pumps _ Bosch.
[11] Tài liệu kỹ thuật Toyota, Mercedes.