bài giảng khai thác kỹ thuật ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG








TS. LÊ BÁ KHANG














BÀI GIẢNG

KHAI THÁC KỸ THUẬT Ô TÔ

Nha Trang, 9 /2013



1
Chương 1
CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT TRONG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ

1.1. KHÁI NIỆM VỀ THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ
Trong quá trình khai thác kỹ thuật động cơ thông qua các thông số vận hành cơ
bản đo được khi động cơ làm việc biểu hiện ở tải, tốc độ quay, áp suất cháy cực đại,
lượng tiêu hao nhiên liệu, suất tiêu hao nhiên liệu riêng, nhiệt độ khí xả, nhiệt độ nước
làm mát .v.v… xác định chế độ làm việc của động cơ ở điều kiện cụ thể.
Chất lượng làm việc của động cơ đặc trưng bởi khả năng làm việc và hiệu suất của
nó mang lại. Ở đó năng lượng động cơ sinh ra như công suất có ích N
e
, áp suất có ích
trung bình p
e

, mô men có ích M
e
, vòng quay n .v.v… được hiểu là khả năng làm việc
hay gọi tương đương tải và tốc độ quay. Thông thường dùng các chỉ tiêu kinh tế – kỹ
thuật chủ yếu: công suất, hiệu suất, tuổi thọ .v.v… để đánh giá chất lượng làm việc của
động cơ.
Các thông số làm việc của động cơ luôn thay đổi theo đặc điểm khai thác vận
hành. Tập hợp những thông số công tác chủ yếu như phụ tải, số vòng quay, trạng thái
nhiệt .v.v… gọi là chế độ làm việc của động cơ. Chế độ làm việc ổn định khi các thông
số vận hành cơ bản không đổi hoặc thay đổi trong giới hạn hẹp theo thời gian. Chuyển
từ chế độ làm việc này sang chế độ làm việc khác kéo theo sự thay đổi các chỉ tiêu
công tác theo thời gian (quá trình chuyển đổi) là chế độ làm việc không ổn định. Chế
độ này xảy ra dưới tác dụng của tải ngoài hoặc thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho
động cơ. Trong phần này chúng ta quan tâm phân tích các chỉ tiêu theo các thông số sử
dụng gồm: phụ tải của động cơ qua g
ct
(hoặc h
a
)… vòng quay sử dụng n (hoặc gián
tiếp của hệ số nạp 
n
và hiệu suất chỉ thị 
i
, hệ số dư lượng không khí , hệ số nạp của
bơm cao áp 
T
) cũng như tình trạng kỹ thuật của động cơ .v.v… Sau đây sẽ xem xét
các chỉ tiêu sử dụng động cơ cụ thể:

1.2. CÁC CHỈ TIÊU VỀ NĂNG LƯỢNG

Để đánh giá chế độ làm việc của động cơ trong điều kiện sử dụng trước hết
người ta dùng chỉ tiêu năng lượng gồm:

1.2.1. Công suất chỉ thị
Đặc trưng cho lượng nhiệt chuyển thành công chỉ thị trong xy lanh động cơ,
công suất chỉ thị được xác định theo công thức:
N
i
= K . g
ct
. 
i
. n
Trong đó: g
ct
= f
a
. h
a
. 
T
. 
nl

f
a
- diện tích piston bơm cao áp.
h
a
- hành trình có ích bơm cao áp

2

T
- hệ số nạp của bơm cao áp.

nl
- khối lượng riêng nhiên liệu.
Thay vào biểu thức trên ta có
N
i
= K . f
a
. h
a
. 
T
. 
nl
. 
i
. n
Đối với mỗi loại động cơ cụ thể sử dụng một loại nhiên liệu nhất định, ta có thể
viết lại biểu thức trên như sau
N
i
= K
N
. h
a

. 
T
. 
i
. n (1-1)
Với K
N
= K . f
a
.
nl

Có thể sử dụng công thức N
i
thông qua lượng không khí nạp vào xylanh:
N
i
= K
N
. V
s
. 
k
. 
n
.


i
.n (1-2)

V
s
. 
k
. 
n
– lượng không khí nạp vào xylanh.

1.2.2. Áp suất trung bình chỉ thị
Là công chỉ thị tính cho một đơn vị thể tích công tác từ: N
i
= K. p
i
. n ta có:
p
i
=
n
.
K
N
i

p
i
= K
p
. h
a
. 

T
. 
i
(1-3)
Hoặc thông qua lượng không khí nạp
p
i
= K
p
. V
s
. 
k
. 
n
.


i
(1-4)
1.2.3. Hiệu suất chỉ thị
Là chỉ tiêu đánh giá sự hoàn thiện về biến đổi nhiệt thành công chỉ thị. 
i
< 1 là
một tất yếu vì: do tính chất nhiệt năng không thể biến đổi hoàn toàn thành công đồng
thời với những tổn thất tất yếu về kỹ thuật như tăng nhiệt dung của môi chất, sự tồn tại
khí sót trong xy lanh, cũng như do cháy không hoàn toàn và do lọt khí qua xéc măng.
Từ (1-3) ta có:

i

=
P
K
1
Ta
i
.h
p

(1-5)
Hoặc

i
=
P
K
1



n
KS
i
V
p
.
(1-6)
Ngoài những yếu tố chứa trong các biểu thức (1-5) và (1-6), 
i
còn phụ thuộc

vào chất lượng quá trình cháy.
Qua các biểu thức (1-1) đến (1-4) cho thấy N
i
phụ thuộc trực tiếp vào số vòng
quay n của động cơ, trong khi đó p
i
phụ thuộc gián tiếp vào n thông qua: 
i
, , 
n
.

1.2.4. Hệ số dư lượng không khí
Đặc trưng của hệ số  đối với động cơ điêzen không phải là thành phần hỗn hợp
mà là tỷ số của lượng không khí nạp G
k
và lượng không khí cần thiết để đốt cháy hoàn
toàn phần nhiên liệu cung cấp chu trình, tức là L
0
g
ct
.

3
 =
ct
K
gL
G
0

=
nlTaa
nKS
hfL
V



0

Đối với một loại động cơ cụ thể sử dụng một loại nhiên liệu xác định, ta đặt
K

=
nla
S
fL
V

0

Vì vậy
 = K

Ta
nK
h 

(1-7)
Như vậy hệ số  phụ thuộc trực tiếp vào h

a
và gián tiếp với n qua các tham số

T
bởi vì chúng thay đổi theo số vòng quay n.
Tỷ số
Ta
nK
h 

chính là phụ tải của động cơ (theo tỷ lệ xác định). Giá trị  phải
nằm trong một giới hạn tốt nhất vì nếu  giảm nhiều sẽ xảy ra những khu vực cục bộ 
< 1 làm tăng quá trình cháy rớt, giá trị  này gọi là hệ số dư không khí giới hạn 
gh
.
Ở động cơ xăng chất lượng hòa khí cung cấp cho động cơ làm việc được đánh
giá thông qua hệ số dư lượng không khí  đó là tỉ lệ giữa xăng và không khí với mức
độ hòa trộn đều do bộ chế hòa khí cung cấp:
 =
nlo
K
GL
G

Sự khác biệt ở động cơ xăng với động cơ điêzen là ngoài đặc trưng cho các chế
độ hệ số dư lượng không khí  còn bị chặn bởi giới hạn trên  = (0.4  0.5) và giới hạn
dưới  = (1.3  1.4) tại các giá trị giới hạn này động cơ không thể làm việc.
Động cơ điêsel do đặc thù của việc hình thành hỗn hợp cháy và quá trình cháy
nên thường hệ số dư lượng không khí  trung bình nhỏ nhất  = (1.3  2.1).

1.2.5. Hệ số nạp không khí
Là lượng không khí đưa vào xy lanh chia cho lượng không khí có thể chứa
được trong xy lanh:

n
=
SK
K
V
G

(1-8)
Đối với động cơ tăng áp mật độ không khí trước cửa nạp 
k
=
)(
K
K
RT
p

Sự tổn thất do quét sạch buồng cháy, trở lực của cửa nạp, hâm nóng khí nạp từ
thành vách xy lanh và hòa trộn với khí sót trên động cơ tăng áp được bổ sung bởi máy
nén và đặc tính biến đổi của 
n
theo n như đường 1 trên hình (1-1).
Đối với động cơ 4 kỳ không tăng áp 
k
= 
0

= const nên 
n
hoàn toàn phụ thuộc
vào lượng không khí nạp G
K
, khi tăng tần số quay và tốc độ pít tông sẽ làm gia tăng
tổn thất áp suất ở xu páp nạp và làm giảm đáng kể hệ số 
n
(đường 2 hình 1-1)



4










Hình 1-1: Hình 1-2:
Hệ số nạp không khí thay đổi theo tốc độ Hệ số nạp BCA thay đổi theo tốc độ

1.2.6. Hệ số cấp nhiên liệu (hệ số nạp bơm cao áp 
T
)
Là tỷ số giữa lượng nhiên liệu cung cấp chu trình với thể tích hình học của nó:


T
=
nlaa
ct
.h.f
g

(1-9)
Khi h
a
= const (đặc tính tốc độ) 
T
phụ thuộc vào số vòng quay n và làm thay
đổi lượng cung cấp nhiên liệu chu trình (hình 1-2). Sự phụ thuộc này gọi là đặc tính
cung cấp nhiên liệu, được xác định bởi kết cấu và trạng thái kỹ thuật của thiết bị nhiên
liệu. Đó là đặc tính bên trong của bơm cao áp làm ảnh hưởng đến g
ct
mà không có sự
tác dụng của cơ cấu điều khiển, đó là tính chất tự nhiên của động cơ. Trong đường đặc
tính tốc độ nó làm thay đổi mô men kéo M
e
(n) khi vị trí tay thước nhiên liệu cố định
(h
a
= const).
Những nhân tố ảnh hưởng đến đường cong 
T
(n) gồm: tính chịu nén của nhiên
liệu làm giảm g

ct
so với thể tích hình học của nó (đường 1). Thể tích nhiên liệu bị nén
n =  .V . P
t
. Ở đây   5.10
4
MPa
-1
hệ số nén nhiên liệu.
V: Thể tích nhiên liệu bị nén (m
3
);
P
t
: Áp suất bơm cao áp (MPa).
- Khi tăng số vòng quay và áp suất P
t
sự ảnh hưởng đến tính chịu nén gia tăng
(V
n
tăng) và làm giảm 
T
(đường 3, 4). Quá trình này xảy ra đặc biệt lớn khi bị lẫn
không khí vào nhiên liệu và có thể bơm cao áp hoàn toàn không cấp được g
ct
.
- Dòng tiết lưu ở các van và cửa nạp của bơm cao áp trong các thời kỳ nạp, nén
làm tăng pha cung cấp nhiên liệu và vì vậy làm tăng g
ct
. Khi tăng số vòng quay làm

hiệu ứng tiết lưu trở nên lớn hơn vì vậy 
T
(n) tăng theo dạng đường 2.
- Sự rò rỉ nhiên liệu trong các cặp lắp ghép chính xác bơm cao áp và vòi phun là
nguyên nhân làm giảm lượng cung cấp nhiên liệu chu trình g
ct
đặc biệt là khi độ hao
mòn của cặp pít tông – xy lanh, bơm cao áp, kim và xy lanh kim phun lớn. Ảnh hưởng

T


n

2

1

1.0

0.8

0.6

40

60

80

100

n%

4

3

2

1

0.85

0.8

0.75

0.7

40

60

80

100

n%

5
của quá trình rò rỉ làm giảm đáng kể 
T
ở số vòng quay thấp và lượng nhiên liệu cung
cấp chu trình g
ct
bé.
- Các nhân tố trên có tác dụng ảnh hưởng đồng thời và đặc tính cung cấp nhiên
liệu được xác định bởi tổng ảnh hưởng các giá trị của chúng.

T
đặc trưng cho chất lượng làm việc của bơm cao áp.

1.2.7. Công suất, áp suất và mô men có ích
Công suất, áp suất và mô men có ích của động cơ được xác định theo các biểu
thức sau:
N
e
= N
i
. 
m

e
= 
i
. 
m

=> N
e
= K
N
. h
a
. 
T
. 
i
. 
m
. n (1-10)
p
e
=
n
.
K
N
e
= K
p
. h
a
. 
T
. 
i
. 

m
(1-11)
M
e
=
n
N
.
K
e

M
e
= K
M
. h
a
. 
T
. 
i
. 
m
(1-12)
(hoặc p
e
= p
i
. 
m

; M
e
= M
i
. 
m
)
- Các giá trị N
e,
M
e
, p
e
trong các chế độ làm việc và những chỉ tiêu năng lượng
(động lực) của quá trình sử dụng. Chúng thường thấp hơn giá trị định mức (lý lịch)
quy định bởi nhà máy.
Các giá trị công suất cực đại N
emax
về nguyên tắc không sử dụng lâu dài trong
quá trình sử dụng. Chúng chỉ được sử dụng khai thác trong quá trình ngắn (1 giờ hoặc
không quá 2 giờ do nhà chế tạo quy định trong trường hợp cụ thể).
Trong các điều kiện thực tế ở các chế độ làm việc của động cơ, chịu sự ảnh
hưởng của các nhân tố bên ngoài như chất lượng mặt đường, đèo dốc, sức cản gió…
đã làm tăng sức cản chung. Tính đến các yếu tố này người ta dự trữ một phần công
suất cho động cơ.
Khi động cơ làm việc ở các chế độ tải bộ phận trung bình và thấp công suất sử
dụng động cơ thường N
e
= (0.5  0.7) N
eđm

để bảo đảm tính kinh tế của động cơ.

1.3. CHỈ TIÊU KINH TẾ
Thông thường để đánh giá tính kinh tế trong việc sử dụng động cơ dùng các chỉ
tiêu sau:
1.3.1. Tiêu thụ nhiên liệu riêng có ích, nhiên liệu riêng chỉ thị
Tiêu thụ nhiên liệu riêng có ích g
e
, và chỉ thị g
i
được xác định theo các biểu
thức sau:
g
e
=
e
nl
He
N
G
Q
3600


(g/kW.h ; g/ml.h) (1-13)

6
g
i
=

i
nl
Hi
N
G
Q
3600


(kg hoặc m
3
)/w.s (1-14)
Q
H
- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (MJ/kg)

e
= 
i
. 
m
(1-15)
Hiệu suất cơ giới 
m
= 0.65  0.93
Hiệu suất chỉ thị 
i
= 0.22  0.50
Hiệu suất cơ giới đối với các loại động cơ là khác nhau:
Động cơ đieezel 2 kỳ thấp tốc 

m
= 0.88  0.93
Động cơ đieezel 4 kỳ trung tốc 
m
= 0.89  0.91
Động cơ đieezel 4 kỳ cao tốc 
m
= 0.80  0.85.

1.3.2. Hiệu suất chỉ thị
Là thông số chung quan trọng nhất đánh giá chất lượng quá trình chỉ thị chuyển
hóa nhiệt thành công:

i
=
Hct
si
Hct
i
Qg
Vp
Qg
W
 (1-16)
Từ đây ta thấy nếu g
ct
= const, 
i
tỷ lệ với p
i

nghĩa là các nhân tố làm thay đổi
đồ thị công chỉ thị (W
i
hoặc p
i
) ảnh hưởng trực tiếp đến 
i
.

1.3.3. Hiệu suất cơ khí
Được xác định như sau:

m
= 1 -
i
m
N
N
= 1 -
i
m
P
P
= 1 -
i
m
M
M
(1-17)
Tổn thất cơ giới bao gồm các tổn thất do ma sát, để dẫn động các bơm, máy nén.

Khi phân tích bằng thực nghiệm ở các chế độ khác nhau người ta thấy rằng 
m

rất ít phụ thuộc vào các tải trọng của động cơ mà phụ thuộc cơ bản vào tốc độ quay.
Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng rỏ rằng công suất tổn thất cơ giới được xác định
gần đúng bằng công thức thực nghiệm:
N
m
= A .

n (1-18)
Trong đó A, : là các hằng số thực nghiệm phụ thuộc vào loại kết cấu và trạng
thái kỹ thuật của động cơ (đối với động cơ điêzen cao tốc  = 1.51.6: đối với động cơ
có số vòng quay thấp  = 1.0 1.2).
Trong điều kiện khai thác hệ số A có thể thay đổi một ít phụ thuộc vào nhiệt độ
của dầu, trạng thái bề mặt ma sát, chêm dầu vv
1.4. CHỈ TIÊU SỬ DỤNG
Các chỉ tiêu sử dụng động cơ được đặc trưng bởi ứng suất cơ và nhiệt.
Duy trì tải trọng cơ – nhiệt cho phép trên động cơ là một trong những nhiệm vụ
quan trọng của việc sử dụng động cơ. Qui ước chia làm 2 loại trạng thái: tải trọng cơ
(ứng suất cơ) và tải trọng nhiệt (ứng suất nhiệt).

7
1.4.1. Ứng suất cơ
Là một khái niệm đặc trưng bởi ứng suất, biến dạng, áp suất trong các phần từ
tĩnh tại, chuyển động và trong các cụm lắp ghép dưới tác dụng của tải trọng cơ học.
Khả năng làm việc của các chi tiết, bộ dẫn động, gối đỡ, điều kiện bơi trơn, hao mòn,
cũng như khả năng xuất hiện hư hỏng do mỏi… phụ thuộc rất lớn vào ứng suất cơ.
Tuy nhiên trong thực tế việc đo đạc ứng suất, biến dạng, áp suất trên các chi tiết
rất khó khăn, và những thơng số này khơng thể kiểm tra trực tiếp trong q trình sử

dụng. Vì vậy, người ta xác lập các thơng số gián tiếp cho phép phản ánh đúng đắn ứng







* Mức độ tăng áp suất:




 =
c
Z
P
P
(1-19)
* Tốc độ tăng áp suất trung bình:
W
p
=



P
(1-20)
* Tốc độ tăng áp suất cực đại: được xác định từ tiếp tuyến với đường cong khí
thể trong giai đoạn cháy có góc hợp với trục hồnh là lớn nhất.

W
max
= (

d
d
P
)
max
= tg
Tải trọng cơ học lớn nhất khi p
z
, , , W
p
đạt giá trị cực đại. Các chỉ tiêu , W
p
,
W
max
đặc trưng cho tính “cứng” của động cơ. Khi các giá trị q lớn có thể làm hư
hỏng các gối đỡ mặc dù áp suất cực đại p
z
vừa phải. Lực tác dụng lên chi tiết gồm hợp
lực của áp suất cháy p
kt
và lực qn tính của các chi tiết chuyển động p
j
(hình 1-4) giá
trị cực đại được xác định như sau:
p

max
= p
z
– p
j
 (1-21)
Ở đây lực qn tính p
j
; Lực qn tính ở điểm chết trên (P
j
= - ma)
p
j
= M
đ
. R . 
2
(1 - 
L
) (1-22)
Giá trị p
z
xác định trên biểu đồ chỉ thị của động cơ còn p
max
và p
j
xác định theo
(1-21) và (1-22).

p

p
c

p
z






ĐCT



p



Hình 1-3
suất cơ của động cơ và dễ dàng xác
định, kiểm tra trong q trình sử dụng.
Một số thơng số biểu diễn trên hình 1-3.
Các chỉ tiêu đó là:
* Áp suất cực đại p
z
: p
z
được

dùng để tính tốn sức bền của động cơ.
Trường hợp p
z
> [p
z
] ([p
z
]: là áp suất
cháy cực đại cho phép) thì động cơ q
tải về cơ học. Trên các động cơ cơng
suất lớn đều có thiết bị để đo p
z
.


Xác định ứng suất cơ


8
Độ lớn của lực p
max
được xác định bởi diện tích
p
max
= p
max
. F
p
. p’
max

= p’
max
. F
p
.
Trong đó F
p
là diện tích đỉnh piston, biên độ của nó được xác định:
p = p
max
– p
tb
(1-23)
Ngoài lực p
max
trục khuỷu và các trục trung gian, động cơ còn chịu tác dụng của
lực tiếp tuyến tổng T

của tất cả các xy lanh động cơ và tạo ra ứng suất xoắn.
Vì vậy, khi đánh giá ứng suất cơ của động cơ ngoài chỉ tiêu p
max
, p cần phải
bổ sung các lực T

và T

hình (1-4c).

Hình 1-4:
a) Động cơ 4 kỳ điêzen; b) Động cơ 2 kỳ điêzen; c) Lực tiếp tuyến tổng

1.4.2. Ứng suất nhiệt
Ngoài tác dụng cơ học các chi tiết như xy lanh, nắp xy lanh, pít tông, xéc măng,
xu páp tiếp xúc trực tiếp với khí cháy và chịu một tải trọng nhiệt đáng kể. Vì vậy trong
các chi tiết này xuất hiện các ứng suất nhiệt, làm biến dạng, cản trở điều kiện bôi trơn
các bề mặt ma sát, tạo sơn muội và mài mòn. Trạng thái nhiệt của các chi tiết nói trên
P
min

P
max

P
z


P

P
jmax

0



2


3


4


P
tb

p

P
j

P
kt

p
max

p
z


p

P
jmax

0



2


P
tb

p

P
j

P
kt

 max

T
min


T
x

T
tb


+

_

A

A

i
)

2
(
4



rad

T


P
max

P
z


P

P
jmax

0



2


a)

b)

c)





9
được gọi bằng thuật ngữ “ứng suất nhiệt của động cơ”. Ứng suất nhiệt xác định khả
năng làm việc của các chi tiết về phương diện bền nhiệt và độ tin cậy của động cơ
trong quá trình sử dụng.
Chỉ tiêu ứng suất nhiệt được tính bởi nhiệt độ của thành vách xy lanh, pít tông, nắp
xy lanh và độ giảm nhiệt độ qua thành vách xy lanh (hình 1-5) đến môi chất làm mát.
t'
xl
: Nhiệt độ thành vách xy lanh ở
phía tiếp xúc với khí cháy, xác định bởi
tính chất cơ lý của vật liệu, nhiệt độ ăn
mòn (chẳng hạn, đối với pít tông gang
t'
xl
 400
0
C, đối với thép t'
xl
 500
0

C).
 t'
xl
: Độ sụt nhiệt độ trung bình
qua thành vách xy lanh, tạo nên ứng suất
nén -
t
về phía khí thể và ứng suất kéo
+
t
về phía làm mát:
Giá trị ứng suất nhiệt được xác
định theo biểu thức sau:


t
= 
)1(2
t
E
xlL



(1-24)

Ở đây: E: Mô đun đàn hồi của vật liệu.

L
: Hệ số giãn nở dài của vật liệu.

 : Hệ số poisson.
t
xl
: Nhiệt độ trung bình theo chiều dày  của thành vách xylanh, nó xác
định nhiệt độ biến dạng của các chi tiết và khe hở của cặp lắp ghép.
Ứng suất nhiệt càng lớn khi sự chênh lệch nhiệt độ giữa 2 bề mặt thành vách xy
lanh càng nhiều. Đặc biệt là khi động cơ làm việc ở những chế độ không ổn định như
khởi động hoặc bề mặt làm mát bị đóng cặn, cáu bẩn, chế độ làm mát và bôi trơn
không đúng .v.v…
Trong thực tế sử dụng người ta đánh giá ứng suất nhiệt gián tiếp qua các chỉ
tiêu cường độ tải trọng nhiệt: nhiệt độ cháy cực đại T
z
, nhiệt độ khí xả T
x
, nhiệt độ
nước làm mát t
lm
, áp suất hiệu dụng trung bình p
e
(hoặc p
j
). Việc sử dụng các chỉ tiêu
gián tiếp có ưu điểm là dễ xác định với độ chính xác đủ độ tin cậy trong quá trình khai
thác. Nhiệt độ khí xả từng xylanh có thể khác nhau do điều kiện phân phối khí, sự bố
trí các ống góp trên đường ống xả, độ chênh nhiệt độ cho phép giữa các xy lanh không
quá 5 độ.
Nhiệt độ của khí xả của động cơ 4 kỳ lớn hơn động cơ 2 kỳ, nhưng phụ tải nhiệt
của xy lanh bé hơn gấp 2 lần so với động cơ 2 kỳ khi cùng một giá trị áp suất chỉ thị
bình quân.
t

xl



t’
xl


t
x
t
lm

+

-

t

Hình 1
-
5


10

1.5. ĐỘ TIN CẬY TRONG QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG
Việc xem xét các mối quan hệ giữa các chỉ tiêu kinh tế năng lượng, ứng suất cơ
– nhiệt với các chế độ làm việc của động cơ cho phép đánh giá trạng thái sử dụng nó
một cách toàn diện hơn, tuy nhiên không thể xác định được độ tin cậy làm việc của

động cơ.
Độ tin cậy là khả năng của động cơ thực hiện đầy đủ chức năng, đảm bảo các
chức năng vận hành trong giới hạn cho trước, tương ứng với những điều kiện và chế
độ sử dụng, bảo dưỡng sửa chữa đã được ấn định.
Độ tin cậy là một phạm trù chất lượng khá phức tạp mà để đạt được cần phải
tuân thủ qui định trong giai đoạn thiết kế, chế tạo và khai thác chúng. Độ tin cậy được
đặc trưng bởi những chỉ tiêu: an toàn (không hư hỏng), độ bền lâu, tính dễ sửa chữa và
tính bảo quản.
Những vấn đề liên quan đến độ tin cậy động cơ khi sử dụng chúng được quy
định cụ thể trong các “Qui tắc vận hành kỹ thuật động cơ”, cần quan tâm đúng mức tới
các chế độ làm việc không ổn định của động cơ như: chạy rà, khởi động vòng quay
thấp, thay đổi liên tục tốc độ, tải, quá tải .v.v… bởi nó ảnh hưởng trực tiếp tới chỉ tiêu
của độ tin cậy.
Một vài trường hợp như:
- Ở chế độ tốc độ quay thấp, khi đó nhiệt độ của thành vách xy lanh giảm đáng
kể và không tách khỏi hiện tượng làm giảm chất lượng quá trình cháy, làm xấu chế độ
bôi trơn cũng như gia tăng cường độ tạo muội sơn trong buồng cháy, rãnh pít tông –
xéc măng, xu pap, trên đường ống thải và máy nén tăng áp. Khi làm việc lâu dài ở chế
độ này có thể dẫn đến sự nguy hiểm làm xước bề mặt dẫn hướng pít tông, treo xu páp,
cháy và rỗ bộ góp khí nạp và đường ống xả.
- Khi tải trọng thay đổi thường xuyên có khả năng làm cho các chi tiết của
buồng cháy dễ bị già hóa vì ứng suất nhiệt và làm giảm độ tin cậy của động cơ. Sự
biến đổi nhiệt độ liên tục có biên độ lớn gây ra do sự thay đổi lượng cung cấp nhiên
liệu chu trình, đặc biệt ở các chế độ nặng là nguyên nhân cơ bản làm nhanh quá trình
già hóa vật liệu vì nhiệt và có thể làm nứt, phá hủy các chi tiết của buồng đốt động cơ.
Quá trình già hóa nhiệt xảy ra càng nhanh khi bề mặt làm mát bị bám bẩn, hạn chế sự
truyền nhiệt và gia tăng nhiệt độ chung của các chi tiết.
- Có hàng loạt những nhân tố sử dụng ảnh hưởng đến độ tin cậy của động cơ.
Có thể chia ra những nhân tố cơ bản thuộc phạm vi làm việc của các phần tử hệ nhiên
liệu, hệ thống tăng áp, bôi trơn, làm mát, chuẩn bị nhiên liệu, chăm sóc và bảo dưỡng

động cơ. Những vấn đề này được quy định cụ thể và chặt chẽ trong các tài liệu hướng
dẫn sử dụng động cơ do nhà máy sản xuất đề nghị.




11

Chương 2

ĐẶC TÍNH VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1. ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
2.1.1. Các loại đặc tính của động cơ
Người ta dùng các đặc tính để đánh giá các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động
cơ, làm việc trong các điều kiện khác nhau. Đặc tính của động cơ là hàm số thể hiện sự
biến thiên của một trong các chỉ tiêu công tác chủ yếu của động cơ, thay đổi theo chỉ
tiêu công tác khác hoặc thay đổi theo nhân tố nào đó gây ảnh hưởng tới chu trình công
tác của động cơ.
Các đặc tính được sử dụng nhiều nhất trong động cơ đốt trong là những đặc tính
sau:
1. Đặc tính tốc độ gồm đặt tính ngoài và đặc tính bộ phận;
2. Đặc tính không tải;
3. Đặc tính tải;
4. Đặc tính điều chỉnh.
Ngoài ra còn nghiên cứu đến đặc tính điều tốc, đặc tính tổng hợp
Thực chất các đặc tính tổng hợp, điều tốc và không tải đều là những trường hợp
đặc biệt của đặc tính tốc độ.
Dưới đây sẽ lần lượt giới thiệu từng loại đặc tính.

2.1.2. Đặc tính tốc độ
Các hàm số thể hiện biến thiên của
công suất, mô men quay (hoặc áp suất có ích
trung bình), suất tiêu hao nhiên liệu hoặc các
chỉ tiêu công tác khác của động cơ thay đổi
theo số vòng quay được gọi là đặc tính tốc độ.
Đặc tính tốc độ biểu thị công suất cực
đạicủa động cơ ứng với từng chế độ tốc độ
được gọi là đặc tính ngoài.
Do công suất cực đại của động cơ còn
phụ thuộc vào việc điều chỉnh lượng nhiên
liệu cực đại cung cấp cho mỗi chu trình, vì
vậy đặc


1. Đặc tính ngoài tuyệt đối (đường 1) là đặc tính tốc độ trong đó công suất của
động cơ ở mỗi số vòng quay đều đạt tới trị số giới hạn lớn nhất.

tính ngoài của động cơ cũng phụ thuộc vào việc điều chỉnh đó. Trong động cơ điêzen
có
các loại đặc tính ngoài sau đây (hình 2-1).

Hình 2-1:
Đặc tính tốc độ động cơ điêzen.



12

2. Đặc tính giới hạn bơm cao áp (đường 2) là đặc tính tốc độ trong đó cơ cấu

điều khiển được kéo tới chốt hạn chế trên bơm cao áp.
Khi thiết kế, thông thường bơm cao áp đều có một phần thể tích dự trữ, nghĩa là
bơm cao áp có thể cung cấp một lượng nhiên liệu nhiều hơn so với yêu cầu của mỗi
chu trình. Vì vậy trong động cơ điêzen bắt buộc phải đặt một chốt hạn chế trên bơm
cao áp nhằm hạn chế lượng nhiên liệu cực đại cung cấp cho động cơ trong mỗi chu
trình.
3. Đặc tính ngoài theo công suất thiết kế là đặc tính tốc độ trong đó cơ cấu điều
khiển được giữ ở vị trí ứng với công suất thiết kế N
en
và số vòng quay thiết kế n
n

(đường 3). Đặc tính ngoài thiết kế là đặc tính chính của động cơ, các thông số kinh tế
kỹ thuật chính của động cơ trên đường đặc tính này đều được nhà máy chế tạo đảm
bảo.
4. Đặc tính ngoài sử dụng thường gọi tắt là đặc tính ngoài (đường 4) là đặc tính
tốc độ trong đó cơ cấu điều khiển được giữ ở vị trí ứng với công suất sử dụng N
ed
và
số vòng quay sử dụng n
d
. Trên thực tế thường dùng đặc tính sử dụng để lựa chọn động
cơ cho các thiết bị động lực.
5. Đặc tính nhả khói đen là đặc tính tốc độ, trong đó ứng với mỗi số vòng quay
của động cơ, cơ cấu điều khiển bơm cao áp nằm ở vị trí bắt đầu có khói đen trong khí
thải (đường 5).
Tất cả các đường đặc tính tốc độ khác, khi giữ nguyên không đổi vị trí của cơ
cấu điều khiển bơm cao áp ở các vị trí đảm bảo cho công suất của động cơ thấp hơn so
với công suất của các đường đặc tính ngoài kể trên, được gọi là đặc tính bộ phận (các
đường 6).

Thông thường phải dùng biện pháp thực nghiệm để xác định các loại đặc tính
tốc độ của động cơ thực tế.
Muốn phân tích các đường đặc tính tốc độ, được xây dựng bằng các số liệu thực
nghiệm cần phải lập các biểu thức thể hiện mối liên hệ giữa các thông số công tác với
số vòng quay của động cơ.
2.1.2.1. Đặc tính ngoài
Các biểu thức dùng để phân tích các đặc tính ngoài thường là các công thức về
công suất, mô men quay và áp suất có ích trung bình viết dưới dạng tổng quát mà
trước đây chúng ta đã nghiên cứu.
Đối với động cơ chạy bằng nhiên liệu thể lỏng:
N
e
=

30
1
V
h
0
L
Q
H


K

v

i


m
ni (2-1)
 - Số hành trình trong 1 chu trình.
M
e
=

30
.
n
N
e
=

1
V
h
0
L
Q
H


K

v

i

m

i (2-2)
p
e
=
n
30

.
h
e
V.i
N
=
0
L
Q
H


K

v

i

m
(2-3)

13

Đối với động cơ chạy bằng nhiên liệu thể khí:
N
e
=

30
1
V
h
0
1 M
H
H



K

v

i

m
ni (2-4)
Đối với động cơ đã chế tạo chạy bằng một loại nhiên liệu nhất định, điều kiện
nạp không đổi thì các trị số V
h
, 
K
, Q

H
, H
H
, L
0
và i đều là hằng số.
Vì vậy các phương trình về công suất, mô men, áp suất có ích trung bình có thể
viết như sau:
Đối với động cơ chạy bằng nhiên liệu thể lỏng:
N
e
= A
1

v


i

m
n (2-5)
M
e
= A
2

v


i


m
(2-6)
p
e
= A
3

v


i

m
(2-7)
Đối với động cơ chạy bằng nhiên liệu thể khí:
N
e
= A
4

v
0
1 M
i






m
n (2-8)
Qua những biểu thức trên thấy rằng: đặc điểm biến thiên của công suất, mô men
và áp suất có ích trung bình phụ thuộc vào hệ số nạp 
v
, thể hiện chất lượng nạp của
xylanh, tỷ số


i
hoặc
0
1 M
i



thể hiện chất lượng của chu trình và hiệu suất cơ giới

m
, thể hiện phần tổn thất năng lượng bên trong động cơ trong quá trình truyền năng
lượng từ xylanh động cơ tới máy công tác.
Do đó hình dạng của các đường đặc tính ngoài phụ thuộc vào đặc điểm thay đổi
của 
v
,



i

hoặc
0
1 M
i



và 
m
theo số vòng quay của trục khuỷu.
Đặc điểm thay đổi của 
m
theo số vòng quay của động cơ được xác định theo
biểu thức sau:

m
=



i
v
m
i
m
i
mi
i
e
A

P
P
P
P
PP
P
P
3
11 

 (2-9)
Áp suất tổn thất cơ giới trung bình p
m
thường rất ít phụ thuộc vào phụ tải mà
chủ yếu phụ thuộc vào số vòng quay của trục khuỷu. Nếu tăng số vòng quay thì P
m

tăng, trong khi ấy P
i
tỷ lệ thuận với tích số 
v


i

lại giảm.
Nếu tăng tích số 
v



i

trong điều kiện p
m
không đổi thì hiệu suất cơ giới 
m
sẽ
tăng. Như vậy trị số p
e
cực đại ở bất kỳ một điểm nào của đường đặc tính ngoài tuyệt
đối đều phụ thuộc vào điều kiện đạt tới trị số cực đại của tích 
v


i
.

14

H s np
v
tuy cú ph thuc vo quỏ trỡnh cụng tỏc ca ng c nhng ph
thuc rt ớt. Do ú chỳng ta cú th tỏch riờng, phõn tớch cỏc iu kin lm cho tng s
hng
v
, v


i

t giỏ tr cc i, ri qua ú phỏn oỏn v giỏ tr cc i ca p
e
.
Trc tiờn cn xem s bin thiờn ca
i
,


i
hoc
0
1 M
i



theo h s d lng
khụng khớ mt s vũng quay nht nh no ú, trờn c s y tỡm ra nhng iu
kin ch yu ca ng c tớnh ngoi tuyt i ca cỏc loi ng c.
nh hng ca cht lng khớ hn hp (loi nhiờn liu v h s d lng
khụng khớ ) ti
i
ch yu th hin trờn hai mt:
1. Thụng qua s thay i cỏc thụng s nhit ng, tớnh cht v trng thỏi ca
mụi cht (t nhit, th tớch phõn t .v.v).
2. Qua cht lng ca quỏ trỡnh chỏy (tc chỏy v mc chỏy kit).
Trong quỏ trỡnh chỏy ca ng c iờzen do khụng khớ v nhiờn liu khụng
c hũa trn u nh trong ng c xng, nờn thnh phn khớ hn hp ca ng c
iờzen, trờn thc t khụng b hn ch v gii hn bc chỏy. Mt khỏc i vi chu trỡnh
cp nhit hn hp hiu sut nhit cng tng nu s nhit lng cung cp cho mt n

v khi lng mụi cht cụng tỏc cng ớt. Chớnh vỡ vy hiu sut ch th ca ng c
iờzen s tng khi tng h s d lng khụng khớ . Nu gim v phớa hn hp m
( <1) thỡ
i
s gim nhanh. Trờn hỡnh 2-2a gii thiu s bin thiờn ca
i
v


i
theo
ca ng c iờzen khi ng c chy s vũng quay nht nh. Trờn ng


i

xut
hin mt tr s cc i, vỡ t ú tr i nu tng thỡ
i
s tng chm hn so vi .

a) b) c)
Hỡnh 2-2 :
iu kin ca cỏc ch lm vic trờn ng c tớnh ngoi tuyt i
a) ng c iờzen; b) ng c xng; c) ng c ga.


i



i



i


i

(


i
)
max

A

0

1



0

1



0

1



i



i
Giụựi haùn dửụựi
Giụựi haùn treõn
(


i
)
max

i

A


i


imax


i

o
i
M


1

(
o
i
M


1

)
max


o
i
M


1


i

A


15

Trong đó, hiện tượng nhiên liệu bắt đầu cháy không hết xuất hiện tại điểm có hệ
số dư lượng không khí  > 1 (điểm A). Sỡ dĩ như vậy là vì nhiên liệu và không khí
không hòa trộn đều như trong động cơ xăng nên  chỉ là trị số trung bình đối với toàn
bộ nhiên liệu và không khí có trong chu trình.
Trên thực tế nhiên liệu trong động cơ điêzen không được phân bố đều khắp
trong buồng cháy. Vì vậy nồng độ nhiên liệu và không khí trong mỗi khu vực đều khác
nhau nghĩa là mỗi khu vực đều có trị số  thực tế riêng, trong đó có những khu vực  <
1. Kể cả trường hợp hệ số dư lượng không khí trung bình  > 1, trong buồng cháy vẫn
có những khu vực thiếu không khí làm cho nhiên liệu cháy không kiệt (cháy hoàn
toàn). Từ lúc nhiên liệu bắt đầu không cháy hết trở đi, nếu tiếp tục giảm  sẽ làm cho
hiệu suất chỉ thị 

i
giảm xuống nhanh (hình 2-2a).
Hệ số dư lượng không khí trung bình nhỏ nhất cho phép trong động cơ điêzen
biến động trong phạm vi  = 1.3  2.1 tùy thuộc vào loại buồng cháy, kích thước xy
lanh và tốc độ của động cơ.
Trị số dư lượng không khí  tại điểm bắt đầu cháy không hết (bắt đầu có khói
đen) thường lớn hơn trị số ứng với (


i
)
max
(hình 2-2a).
Trong động cơ điêzen nếu cho động cơ chạy ở các trị số  nhỏ sẽ gây ra nhiều
hiệu quả không tốt (trong khí thải có nhiều khói đen vì nhiên liệu cháy không hết, có
nhiều muội than trong buồng cháy, động cơ quá nóng, tốn nhiên liệu). Vì vậy trị số
giới hạn của


i
không gây ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ và chỉ tiêu kinh tế của động cơ,
bao giờ nó cũng nhỏ hơn trị số (


i
)
max
.
Do những đặc điểm kể trên của động cơ điêzen, nên trong những điều kiện sử
dụng bình thường cần tuyệt đối tránh không cho động cơ làm việc tới đặc tính ngoài

tuyệt đối.
Điều kiện phụ để có đường đặc tính ngoài tuyệt đối là các thông số khác gây
ảnh hưởng tới quá trình làm việc của động cơ phải có trị số tốt nhất (góc phun sớm
hoặc góc đánh lửa sớm, trạng thái nhiệt của động cơ .v.v…).
Trong điều kiện sử dụng thực tế và khi thí nghiệm động cơ rất khó bảo đảm các
thông số tốt nhất giống như khi xác định đường đặc tính ngoài tuyệt đối. Vì vậy để so
sánh các động cơ khác nhau người ta đã dùng các đặc tính, đảm bảo các điều kiện
chính để đạt công suất cực đại (như mở hết bướm ga, mở cơ cấu điều khiển bơm cao
áp tới vị trí điều chỉnh lớn nhất trong khi sử dụng thay thế cho đặc tính ngoài tuyệt đối.
Những đặc tính như vậy được gọi là đặc tính ngoài sử dụng hoặc thường gọi tắt là đặc
tính ngoài.
Trong động cơ xăng điều kiện đạt trị số (


i
)
max
khi động cơ chạy ở số vòng
quay nhất định được giới thiệu trên hình (2-2b).

16

Chúng ta đều biết tất cả các loại khí hỗn hợp đồng chất đều có trị số giới hạn
về thành phần khí hỗn hợp, đảm bảo cho nhiên liệu bốc cháy, ngoài giới hạn ấy khí
hỗn hợp sẽ không cháy được. Giới hạn trên ( = 0.4  0.5) và giới hạn dưới ( = 1.3
 1.4) của khí hỗn hợp giữa xăng và không khí đã làm cho biến động của hệ số dư
lượng không khí  trong động cơ xăng bị hạn chế trong một phạm vi nhỏ.
Hiệu suất chỉ thị của động cơ xăng đạt giá trị cực đại khi hệ số dư lượng không
khí  gần bằng 1. Làm đậm hoặc làm loãng khí hỗn hợp đều làm cho hiệu suất chỉ thị
giảm nhanh. Khi  có giá trị bằng trị số giới hạn trên hoặc dưới đều làm cho 

i
= 0.
Hiện tượng nhiên liệu cháy không hết, bắt đầu xuất hiện tại điểm có hệ số dư
lượng không khí  = 1.03  1.05 (điểm A), với  = 0.85  0.90 thì


i
đạt giá trị cực
đại vì lúc ấy tốc độ cháy của khí hỗn hợp đạt giá trị lớn nhất (hình 2-2b).
Trong động cơ ga cũng có những điều kiện tương tự để đạt trị số
0
1 M
i



cực
đại. Chỉ khác ở chỗ phạm vi biến động của  rộng hơn, chủ yếu là giới hạn dưới của 
mở rộng và trị số

ứng với 
imax
và (
0
1 M
i



)

max
cũng đều lớn hơn so với động cơ
xăng (hình 2-2c).
Khi tăng số vòng quay của động cơ, trị số


i
của động cơ xăng và động cơ
điêzen chỉ biến động trong một giới hạn rất nhỏ (hình 2-3 và 2-6) trong đó biến động
của


i
trong động cơ điêzen lớn hơn so với động cơ xăng.
Khi tăng số vòng quay, hệ số nạp 
v
của động cơ 4 kỳ giảm dần vì sức cản khí
động trong hệ thống nạp và thải tăng. Nếu động cơ chạy ở số vòng quay nhỏ cũng làm
giảm 
v
vì lúc ấy góc độ phối khí của động cơ không thích hợp với chế độ tốc độ thấp.
Trong động cơ hai kỳ, đặc điểm biến thiên của hệ số nạp 
v
theo số vòng quay [
v
= f
(n)] chủ yếu phụ thuộc vào hệ thống quét, loại máy nén, các thông số của không khí
quét và sức cản trong hệ thống quét và thải.

Hình 2-3 :
Đường đặc tính ngoài động cơ xăng




i




i


v

b

G
nl

N
emax

g
e

(p
e
)
max

M
emax

M
e


g
emin

M
e

(p
e
)

N
e

G

nl

g
e

(P
e
)

N
e




v


m


i



i


m

n
min

n
max

n

n

0

n
5

n
2

n
3

n
1

n
4


17

Chú thích: n
1
= n
Nemax
; n
2
= n
Memax
; n
3
= n
gemin
; n
4
= n
max
; n
5
= n
min
.
Trên hình 2-3 giới thiệu các đường cong biến thiên của các thông số chủ yếu
trong chu trình công tác của động cơ xăng theo đặc tính ngoài.
Với n = n
2
nào đó, mô men M
e
đạt giá trị cực đại. Muốn tìm mô men cực đại và
n
2

chỉ cần vẽ một đường thẳng Ob qua gốc tọa độ tiếp xúc với đường công suất tại b.
hoành độ của b chính là n
2
, còn M
emax
được xác định như sau:
M
emax
=

30
(
n
N
e
)
max
= C

30
tg
Trong đó: C là hệ số tỷ lệ.
Biến thiên của mô men (áp suất có ích trung bình) theo số vòng quay của động
cơ phụ thuộc vào biến thiên của hệ số nạp 
v
, tỷ số


i
và hiệu suất cơ giới 

m
(theo
công thức 2-6 và 2-7). Trong động cơ xăng thành phần khí hỗn hợp đi vào động cơ, rất
ít phụ thuộc vào số vòng quay, vì vậy khi phân tích đặc tính ngoài của động cơ xăng
có thể coi hệ số dư lượng không khí  = const.
Khi tăng số vòng quay của động cơ xăng lớn hơn so với số vòng quay ứng với
M
emax
(hoặc p
emax
), hệ số nạp 
v
sẽ giảm vì lúc ấy sức cản khí động của các hệ thống
nạp và thải đều tăng hiệu suất cơ giới 
m
cũng giảm vì công suất tổn thất cơ giới tăng.
Khi tăng n hiệu suất chỉ thị 
i
thường tăng, nhưng do ảnh hưởng của hệ số nạp 
v
và
hiệu suất cơ giới 
m
mạnh hơn so với 
i
, nên mômen M
e
và p
e
sẽ giảm.

Từ số vòng quay ứng với M
emax
nếu giảm dần tốc độ của động cơ sẽ làm giảm
M
e
(hoặc p
e
) vì lúc ấy 
i
giảm, do tăng phần tổn thất nhiệt truyền cho nước làm mát và
do lọt khí qua kẽ hở của xéc măng gây ra, 
v
cũng giảm vì tốc độ lúc ấy không phù
hợp với góc độ phối khí của động cơ, đồng thời chất lượng chế hòa khí hỗn hợp và
chất lượng quá trình cháy cũng giảm.
Đặc điểm biến thiên của mô men được thể hiện qua hệ số thích ứng K:
K =
en
maxe
M
M

Hệ số thích ứng nói rõ chất lượng động học của động cơ vận tải.
Đối với động cơ điêzen vận tải không dùng cơ cấu hiệu đính trong hệ thống
nhiên liệu, thông thường K = 1,1. Trong động cơ xăng trị số K = 1.4  1.45.
Hệ số thích ứng K càng lớn thì khi tăng mô men cản (mặt đường xấu, lên dốc
.v.v…), chế độ tốc độ của động cơ thay đổi càng ít, càng dễ điều khiển động cơ (ít phải
tác động lên cơ cấu điều khiển động cơ, nhằm giữ không đổi tốc độ vận động của thiết
bị vận tải) và chế độ tốc độ của thiết bị vận tải càng ổn định.
Trên hình (2-4) nói rõ ảnh hưởng của hình dạng đường M

e
= f (n) tới tính chất
làm việc ổn định của động cơ khi giữ nguyên không đổi vị trí của cơ cấu điều khiển
động cơ. Trong chế độ làm việc ổn định của thiết bị mô men của động cơ M
e
phải
bằng mô men cản M
c
của máy công tác tức là:
M
e1
= M
e2
= M
e3
= M
c4


18

Nếu tăng sức cản bên ngoài thì đường mô men cản của máy công tác sẽ chuyển
dịch lên phía trên (đường 5), do đó trạng thái cân bằng mô men tại điểm a bị phá vỡ
tức là:
M
e1
, M
e2
, M
e3

< M
c5

Toàn bộ thiết bị sẽ chuyển tới một chế độ ổn định mới để đạt điều kiện cân
bằng giữa mô men của động cơ và Mômen của máy công tác (điểm b và c).











Hình 2-4 :
Ảnh hưởng của đặc điểm biến thiên của đường cong
mô men tới chế độ làm việc ổn định của động cơ.
Đối với đường cong mô men dốc xuống nhiều (đường 1) khi tăng sức cản bên
ngoài như trên sẽ làm cho số vòng quay của động cơ giảm một lượng n, đối với
đường mômen tương đối phẳng (đường 2) số vòng quay của động cơ giảm n’. Trong
một số trường hợp sẽ không thể đạt tới chế độ ổn định mới, ví dụ trường hợp đường 3
với 4; bên phải của điểm a M
e3
> M
c4
còn bên trái điểm a M
e3
< M

c4
. Nếu tăng sức cản
bên ngoài mặc dù rất ít sẽ làm giảm số vòng quay của động cơ, do M
e3
< M
c4
, nên số
vòng quay của động cơ tiếp tục giảm nếu không tác dụng vào cơ cấu điều khiển thì
động cơ sẽ chết. Nếu giảm sức cản bên ngoài thì số vòng quay sẽ tăng, M
e3
> M
c4
nên
số vòng quay của động cơ tiếp tục tăng tới lúc phá hỏng động cơ.
Có thể dùng đường cong áp suất có ích trung bình theo đặc tính tốc độ để đánh
giá khả năng làm việc ổn định của động cơ.
Muốn cho động cơ chạy ổn định cần làm cho p
e
giảm khi tăng số vòng quay.
Nhưng không nên giảm nhiều quá vì giảm nhiều quá sẽ làm giảm công suất của động
cơ ở gần chế độ thiết kế.
Sự thay đổi về công suất có ích theo đường đặc tính ngoài được suy từ M
e
(hoặc
p
e
) và các thông số ảnh hưởng tới mô men của động cơ.
Nếu biết hàm M
e
(hoặc p

e
) = f (n) ta sẽ tìm được hàm N
e
= f(n). Qua công thức
(2-5) thấy rằng: công suất có ích sẽ tăng theo số vòng quay của động cơ nếu ảnh
hưởng của việc tăng số vòng quay mạnh hơn ảnh hưởng về mức giảm của các thông số

n’


n

M
e

M
c

M
c

M
e

1

2

3

4

5

a

b

c

n


19


v
,


i
và 
m
. Bắt đầu từ một số vòng quay nào đó, (điểm b trên hình 2-3a) tích số 
v


i

m

bắt đầu giảm; càng tăng số vòng quay n tích số ấy càng giảm nhiều và tới một số
vòng quay nào đó công suất của động cơ đạt trị số cực đại.
Trong động cơ xăng số vòng quay ứng với công suất cực đại thường nhỏ hơn số
vòng quay cực đại (hình 2-3). Nếu tiếp tục tăng số vòng quay n sẽ làm cho công suất
của động cơ giảm vì lúc ấy tích số 
v


i

m
giảm nhanh hơn so với mức tăng của số
vòng quay n.
Muốn phân tích sự biến thiên của suất tiêu hao nhiên liệu có ích g
e
và lượng
tiêu hao nhiên liệu trong một giờ G
nl
, kg/h, theo đường đặc tính ngoài cần dùng các
phương pháp tính sau:
G
nl
= g
e
N
e
=
Hmi
Q


3
10.6.3
.

30
1
V
h
0
1 L
H
H



K

v

i

m
n (2-10)
Và g
e
=
Hmi
Q

3

10.6.3

Hoặc G
nl
= A
5



v
n (2-11)
Và g
e
= A
6

m
i
1

(2-12)
Trong đó; A
5
và A
6
là những hằng số
Khi thay đổi số vòng quay,  chỉ thay đổi trong một phạm vi rất hẹp vì vậy có
thể cho rằng nhân tố chủ yếu ảnh hưởng tới G
nl
của động cơ xăng theo đường đặc tính

ngoài là tích số 
v
n.
Khi động cơ chạy ở số vòng quay thấp nếu n tăng thì hệ số nạp 
v
hơi tăng nên
G
nl
lúc sấy tăng nhanh hơn so với tốc độ tăng n, từ số vòng quay mà 
v
đạt tới trị số
cực đại trở đi G
nl
tăng chậm hơn so với n vì 
v
giảm dần (hình 2-3).
Đặc điểm của đường cong thể hiện biến thiên của suất tiêu hao nhiên liệu g
e

phụ thuộc vào đặc điểm biến thiên của G
nl
và N
e
vì g
e
=
e
nl
N
G

, tức là tỷ lệ nghịch với
tích 
i

m
(2-12). Tại số vòng quay n
3
nào đó suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ có
giá trị nhỏ nhất g
emin
(hình 2-3). Lúc ấy tích 
i

m
đạt cực đại.
Giá trị cực tiểu của suất tiêu hao nhiên liệu trong động cơ xăng nằm tại số vòng
quay n
3
< n
1
tức nhỏ hơn số vòng quay ứng với công suất cực đại N
emax
. Điều đó được
thể hiện rõ trong mối quan hệ hàm số của g
e
biến thiên theo G
nl
và N
e
và các đường

cong G
nl
= f
1
(n) và N
e
= f
2
(n).
Xuất phát từ số vòng quay n
3
ứng với suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất, nếu
tăng hoặc giảm n đều làm tăng g
e
(hình 2-3). Trường hợp tăng n, hiệu suất cơ giới sẽ
giảm nhanh hơn so với mức tăng của hiệu suất chỉ thị 
i
. Khi giảm n, lúc đầu tốc độ
giảm của 
i
gây ảnh hưởng chính, sau đó 
m
cũng bắt đầu giảm.

20

Trên đường đặc tính ngoài có những điểm đặc trưng sau đây:
n
1
(n

n
) - số vòng quay ứng với công suất cực đại.
n
3
(n
gemin
) - số vòng quay ứng với suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất.
n
2
(n
M
) - số vòng quay ứng với mô men cực đại.
n
4
(n
max
) - số vòng quay lớn nhất.
n
5
(n
min
) - số vòng quay ổn định nhỏ nhất.
Đối với động cơ xăng không có bộ điều tốc, số vòng quay thiết kế được coi là
số vòng quay lớn nhất của động cơ.
Các chế độ làm việc của động cơ ô tô thường nằm trong phạm vi số vòng quay từ
n
1
đến n
2
. Trên hình (2-5) giới thiệu đường đặc tính ngoài của động cơ ZIL-130.

Hình 2-5: Đặc tính ngoài động cơ ZIL-130
Trong điều kiện sử dụng động cơ điêzen khi giữ cơ cấu điều khiển bơm cao áp ở
vị trí giới hạn lớn nhất ta sẽ được công suất N
e
và M
e
(hay p
e
) cực đại của động cơ.
Các đường đặc tính của động cơ trong điều kiện như vậy được gọi là đường đặc tính
ngoài sử dụng của động cơ điêzen vận tải (hình 2-6).
Như đã giới thiệu ở trên, đường đặc tính ngoài là đường giới hạn các chế độ
làm việc của động cơ. Trong phạm vi từ số vòng quay thiết kế đến số vòng quay cực
đại chế độ làm việc của động cơ được giới hạn bởi đường đặc tính điều tốc. Do tác
động của bộ điều tốc tới cơ cấu điều khiển bơm cao áp, khi số vòng quay của động cơ
vượt quá số vòng quay thiết kế, bộ điều tốc tự động cắt nhiên liệu làm cho công suất
của động cơ từ công suất thiết kế giảm xuống bằng không.

Khi động cơ chạy ở số vòng quay nhỏ hơn số vòng quay thiết kế, bộ điều tốc sẽ
không gây ảnh hưởng gì tới hình dạng của đường đặc tính ngoài. Lúc ấy cơ cấu điều
khiển bơm cao áp đã tỳ vào chốt hạn chế. Đặc điểm biến thiên của các thông số cơ bản
của chu trình theo đường đặc tính ngoài đối với động cơ điêzen cũng tương tự như đối
với động cơ xăng và cũng phụ thuộc vào các thông số như trong động cơ xăng.


21

Trên hình (2-6) giới thiệu những đường cong của các thông số cơ bản gây ảnh
hưởng đến đặc tính ngoài của động cơ điêzen.
Khác với động cơ xăng, trong động cơ điêzen không lắp bộ phận hiệu chỉnh
bơm cao áp, hệ số dư lượng không khí  thường giảm khi tăng số vòng quay vì hai lý
do sau đây:
1. Giảm hệ số nạp.
2. Tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình (đối với loại bơm Bosch).











Hình 2-6: Đặc tính ngoài động cơ điêzen.
Rất dễ giải thích đặc tính ngoài của động cơ điêzen nếu ta đưa khối lượng nhiên
liệu cung cấp cho mỗi chu trình g

ct
thay cho 
v
các phương trình (2-2) và (2-3) bằng
cách sử dụng hệ số dư lượng không khí  theo biểu thức sau:
 =
0ct
Khv
Lg
V



(2-13)
Trong đó: V
h
= lít; g
ct
= g/chu trình; 
K
= kg/m
3

L
0
– kg k.khí/kg nh.liệu
Thay biểu thức (2-13) vào các công thức (2-2) và (2-3) cuối cùng được:
M
e
= C

1
g
ct

i

m
(2-14)
p
e
= C
2
g
ct

i

m
(2-15)
Trong đó C
1
, C
2
là những hằng số.
Qua những công thức trên thấy rằng, đặc điểm biến thiên của M
e
và p
e
khi động
cơ làm việc theo đặc tính tốc độ phụ thuộc vào lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu

trình g
ct
.
Nếu động cơ chạy theo đường đặc tính ngoài thì g
ct
thường tăng khi tăng số
vòng quay, còn 
i
chỉ biến động trong phạm vi rất hẹp vì tất cả những điểm trên đường
đặc tính đều nằm trong phạm vi nhiên liệu cháy hoàn toàn. Do đó khi thay đổi số vòng
quay p
e
(M
e
) của đường đặc tính ngoài sử dụng sẽ thay đổi ít hơn so với đường đặc
tính ngoài tuyệt đối hoặc đường giới hạn nhả khói đen.
n
n

n
min


m




v


g




v


m


i



i


i


g



i

n

g
emin



b

M
emax

(p
e
)
max

N
emax

N
en

(P
e
)

M
e

N
e

G
nl

M
e

(p
e
)

N
e

G
nl

g
e

n

n
min

n
Memax

n
g

emin

n
n

n
max


22

Các đường cong M
e
và p
e
của đặc tính ngoài sử dụng sẽ phẳng hơn, đường cong
công suất N
e
ít cong hơn so với đường giới hạn nhả khói đen và đường công suất N
e

không đạt giá trị cực đại.
Khi động cơ chạy theo đường đặc tính ngoài sử dụng nếu giảm số vòng quay
(từ n
max
) thì lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình sẽ giảm (do đặc tính của
bơm), kết quả sẽ làm tăng hệ số dư lượng không khí, vì vậy chế độ làm việc của động
cơ càng cách xa đường giới hạn nhả khói đen, do đó nếu số vòng quay càng nhỏ thì
phần dư chưa được sử dụng về công suất và áp suất có ích trung bình của động cơ
càng lớn (hình 2-7).

Hình 2-7:
Đường đặc tính ngoài động cơ điêzen
– không có cơ cấu hiệu chỉnh.
… có cơ cấu hiệu chỉnh.

n.
ph
vg

n
n

M
e

(p
e
)

N
e

G
nl


g
e

M
e

(p
e
)

N
e

G
nl


g
e

Hình 2-8:
Đường đặc tính ngoài động cơ điêzen B748-1

n (v/ph)

1200

M
e

kgm

Nm

180

1800

160

1600

140

1400

120

N
e

kW

ml

230

220

210

170

160

150

220

200

180

300

280

260

160

140

240

220

G
nl


h
kg

200

g
e

h
kW
g
.
h
.
ml
g
50

40

30

20

N
e

M
e

G
nl

g
e


23

Những đặc điểm ấy làm cho hệ số thích ứng của động cơ điêzen không lắp cơ
cấu hiệu đính bơm cao áp thường nhỏ hơn so với động cơ xăng.
Muốn giữ cho hệ số dư lượng không khí  không đổi trong mọi chế độ tốc độ
của động cơ hoặc làm cho  giảm, khi giảm số vòng quay, cần làm thay đổi đặc tính
của bơm cao áp bằng cách lắp một cơ cấu hiệu chỉnh trên bơm cao áp. Nhờ cơ cấu
hiệu chỉnh này khi giảm số vòng quay của động cơ, g
ct
sẽ tăng hoặc giữ nguyên
không đổi, qua đó gây ảnh hưởng tới quy luật biến thiên của


i
= f (n) và do đó ảnh
hưởng tới đường cong M
e
= f
1
(n) và p
e
= f
2
(n). Lúc ấy mô men cực đại có thể tăng 15
 20% và hệ số thích ứng của động cơ có thể đạt tới K = 1.23 (hình 2-7).
Khi lắp cơ cấu hiệu chỉnh bơm cao áp, do thành phần của khí hỗn hợp đậm hơn
nên hiệu suất chỉ thị 
i
sẽ giảm một ít tuy nhiên trong mọi chế độ tốc độ của động cơ,
tỷ số



i
vẫn lớn hơn, vì vậy làm cho áp suất có ích trung bình p
e
lớn hơn so với trường
hợp không có cơ cấu điều chỉnh.
Muốn đạt tới mô men cực đại trong mọi chế độ tốc độ cần đảm bảo cho g
ct
có
giá trị nằm trên đường cong nhả khói đen.
Trường hợp không lắp bộ phận hiệu chỉnh bơm cao áp, trên suốt đường đặc tính
ngoài, chỉ có một điểm, ứng với số vòng quay thiết kế, được điều chỉnh tới giới hạn
nhả khói đen (điểm a trên hình 2-1).
Suất tiêu hao nhiên liệu g
e
của động cơ có lắp cơ cấu hiệu chỉnh bơm cao áp lớn
hơn so với trường hợp không có cơ cấu hiệu chỉnh vì hiệu suất chỉ thị 
i
nhỏ hơn.
Trên hình (2-8) giới thiệu đường đặc tính ngoài của động cơ điêzen B748-1
2.1.2.2. Đặc tính bộ phận
Trong động cơ xăng, nếu đóng nhỏ bướm ga sẽ làm tăng sức cản của hệ thống
nạp. Cứ ứng với mỗi vị trí của bướm ga sẽ có một đường biến thiên của hệ số nạp theo
số vòng quay.
Qua các đường cong trên hình (2-9a) thấy rằng: khi đóng nhỏ bướm ga, nếu
tăng số vòng quay của động cơ sẽ làm cho hệ số nạp giảm nhanh, nhưng hệ số nạp 
v
sẽ không giảm xuống số không mà chỉ giảm sát gần số không khi đóng gần kín bướm
ga.
Nếu giảm số vòng quay n của động cơ thì sự khác nhau về tiết diện lưu thông

tại khu vực đặt bướm ga thường không phản ảnh ở hệ số nạp và khi số vòng quay gần
bằng số không, vị trí của bướm ga hầu như không có ảnh hưởng gì đến hệ số nạp (kể
cả trường hợp gần như đóng kín bướm ga), lúc ấy tốc độ của không khí đi qua bướm
ga vẫn rất nhỏ. Vì vậy các đường cong của hệ số nạp ứng với các vị trí của bướm ga
đều hội tụ tại một điểm nằm trên trục tung.




24










a) b)
Hình 2-9:
Biến thiên của hệ số nạp và hiệu suất cơ giới theo vị trí của bướm ga.
Thành phần khí hỗn hợp trong động cơ phụ thuộc rất ít vào số vòng quay của động
cơ mà chủ yếu phụ thuộc vào cấu tạo của bộ chế hòa khí. Vì vậy khi khảo sát về
đường đặc tính bộ phận có thể coi hệ số dư lượng không khí  là hằng số.
Hiệu suất chỉ thị 
i
của động cơ xăng trên đường đặc tính bộ phận chủ yếu biến
thiên theo hệ số dư lượng không khí , hệ số khí sót 

r
, và số vòng quay n.
Có thể cho rằng: biến thiên của 
i
và tỷ số


i
theo đường đặc tính bộ phận cũng
giống như đường đặc tính ngoài.
Trở lại biểu thức (2-9) về hiệu suất cơ giới thấy rằng: khi tăng số vòng quay, 
m

sẽ giảm càng nhanh nếu bướm ga đóng càng nhỏ vì cũng giống như trường hợp mở
hoàn toàn bướm ga, áp suất tổn thất cơ giới trung bình p
m
sẽ tăng khi tăng số vòng
quay. Trị số 
m
nhỏ nhất ứng với trường hợp bướm ga đóng gần kín. Khi đóng gần kín
bướm ga tỷ số


i
sẽ rất nhỏ (đối với mọi chế độ tốc độ) và 
v
giảm xuống rất nhanh
khi tăng n vì vậy tại n< n
n
đã có p

m
= p
i
= A
3

v


i
và 
m
= 0.
Đặc điểm thay đổi lớn về hệ số nạp 
v
và hiệu suất cơ giới 
m
theo số vòng
quay, khi đóng nhỏ bướm ga quyết định đặc điểm biến thiên của mô men, áp suất có
ích trung bình và công suất của động cơ theo đường đặc tính bộ phận.
Càng đóng nhỏ bướm ga các đường cong của mô men và áp suất có ích trung
bình biến thiên theo số vòng quay càng dốc (hình 2-10a). kết quả ấy, một mặt sẽ làm
tăng hệ số thích ứng của đặc tính bộ phận, mặt khác vì M
e
bị giảm khi tăng n nên đã
làm giảm khả năng khắc phục sức cản bên ngoài của động cơ.
Khi đóng bướm ga gần kín, với số vòng quay không tải n
KT
và n’
KT

nhỏ hơn số
vòng quay thiết kế n
n
(hình 2-10a) thì M
e
và p
e
đã bằng không (chế độ không tải).
Ngoài ra, M
emax
và p
emax
của mỗi đường càng ngày càng chuyển về phía n nhỏ. Các
đường cong N
e
= f
1
(n) ứng với chế độ đóng nhỏ bướm ga phụ thuộc vào đặc điểm của

v

0


m
1

2
3

5

4

n

n
n

n’
KT

n
KT

n
min

0

n
n

n
min

1

2

3

4

5

n