LỰC và mô MEN tác DỤNG lên ô tô TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG

Chơng I
Lực và mômen tác dụng lên ô tô- máy kéo trong
quá trình chuyển động
i.

ĐƯờng đặc tính tốc độ của động cơ

Lịch sử phát triển ngành ô tô -máy kéo đã chứng kiến nhiều loại động cơ
khác nhau dùng trên ôtô- kéo, nhng hiện nay nguồn động lực chính dùng trên
ôtô- máy kéo vẫn là động cơ đốt trong loại piston. Vì vậy để xác định đợc lực
hoăc mômen tác dụng lên các bánh xe chủ động của ôtô máy kéo cần phải
nghiên cứu đờng đặc tính tốc độ của động cơ đốt trong loại piston.
Đờng đặc tính tốc độ của động cơ là các đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công
suất có ích Ne, mômen xoắn có ích Me, tiêu hao nhiên liệu trong một giờ GT và
suất tiêu hao nhiên liệu ge theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc

của trục

khuỷu.
Có hai loại đờng đặc tính đặc tính tốc độ của động cơ:
Đờng đặc tính tốc độ cục bộ;
Đờng đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đờng đặc tính ngoài của động
cơ.
Đờng đặc tính tốc độ của động cơ nhận đợc bằng cách thí nghiệm động cơ
trên bệ thử.
Khi thí nghiệm động cơ trên bệ thử ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại,
tức là mở bớm ga hoàn toàn đối với động cơ xăng hoặc đặt thanh răng của bơm
cao áp ứng với chế độ cung cấp nhiên liệu hoàn toàn đối với động cơ diesel
chúng ta sẽ nhận đợc đờng đặc tính ngoài của động cơ. Nếu bớm ga hoặc thanh
răng đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận đợc các đờng đặc tính cục bộ.
Nh vậy đối với mỗi động cơ đốt trong sẽ có một đờng đặc tính tốc độ ngoài

và vô vàn đờng đặc tính cục bộ tuỳ theo vị trí bớm ga hoặc vị trí thanh răng.
Trên hình I-1a trình bày đờng đặc tính ngoài của động cơ xăng không có bộ
hạn chế số vòng quay. Loại độngcơ này thờng dùng trên ôtô du lịch và đôi khi đợc dùng trên ôtô khách.


Hình I-1a

Đờng đặc tính ngoài của động cơ xăng không hạn chế số vòng
quay.

Số vòng quay nmin của trục khuỷu là số vòng quay nhỏ nhất mà động cơ có
thể làm việc ổn định ở chế độ toàn tải. Khi tăng số vòng quay thì mômen và
công suất của động cơ tăng lên (hình I-1a). Mômen xoắn đạt giá trị cực đại M max
ở số vòng quay nM và công suất đạt giá trị cực đại Nmax ở số vòng quay nN. Các
giá trị Nmax, Mmax và số vòng quay tơng ứng với các giá trị trên nN và nM đợc chỉ
dẫn trong các đặc tính kỹ thuật của động cơ. Động cơ ôtô làm việc chủ yếu
trong vùng nM nN.
Khi tăng số vòng quay của trục khuỷu lớn hơn giá trị nN thì công suất sẽ
giàm, chủ yếu là do sự nạp hỗn hộp khí kém đi và do tăng tổn thất ma sát trong
động cơ. Ngoài ra khi tăng số vòng quay sẽ làm tăng tải trọng động gây hao
mòn nhanh các chi tiết động cơ. Vì thế khi thiết kế ôtô du lịch thì số vòng quay
của trục khuỷu động cơ tơng ứng với tốc độ cực đại của ôtô trên đờng nhựa tốt
nằm ngang không vợt quá 10

20% so với số vòng quay nN.

Động cơ xăng đặt trong ôtô tải thờng có bộ phận hạn chế số vòng quay
nhằm làm tăng tuổi thọ của động cơ. Bộ phận hạn chế số vòng quay làm giảm lợng nhiên liệu cung cấp cho động cơ, do đó công suất và mômen của động cơ sẽ
giảm và số vòng quay của trục khuỷu sẽ ít hơn giá trị nN. Trên hình I-1b trình
bày đờng đặc tính ngoài của động cơ xăng có bộ phận hạn chế số vòng quay. Đ-

ờng nét đứt ứng với động cơ không có bộ phận hạn chế số vòng quay, còn đờng
nét đậm ứng với động cơ có bộ phận hạn chế số vòng quay.

Hình I-1b

Đờng đặc tính ngoài của động cơ xăng có hạn chế số vòng
quay.

Động cơ diesel đợc dùng trên ôtô tải, ôtô hành khách và ngày nay dùng cả
trên ôtô du lịch. Động cơ diesel dùng trên ôtô đợc trang bị bộ điều tốc nhị chế
hoặc đa chế.
Hầu hết các máy kéo dùng động cơ diesel có trang bị bộ điều tốc đa chế. Bộ
điều tốc đa chế sẽ dữ cho chế độ làm việc của động cơ ở vùng tiêu hao nhiên
liệu riêng ít nhất. Hình I-2 trình bày đờng đặc tính ngoài của động cơ diesel.
ở hành trình không tải, động cơ có số vòng quay chạy không nck. Khi xuất
hiện tải thì bộ điều tốc sẽ tăng lợng nhiên liệu cung cấp vào trong xilanh động
cơ, nhờ vậy công suất và mômen quay của động cơ tăng lên, đồng thời số vòng
quay của trục khuỷu động cơ có giảm đi. Khi thanh răng bơm cao áp dịch
chuyển tới một ví trí tính toán nhất định (do tác dụng của bộ điều tốc) tơng ứng
với điểm tiêu hao nhiên liệu riêng ít nhất thì công suất của động cơ đạt giá trị
cực đại (điểm b trên hình I-2).
Công suất cực đại của động cơ khi làm việc có bộ điều tốc đợc gọi là công
suất định mức của động cơ Nn, mômen xoắn ứng với công suất cực đại đợc gọi
là mômen xoắn định mức Mn, số vòng quay ứng với công suất cực đại đợc gọi là


số vòng quay định mức nn. Khoảng biến thiên tốc độ nck nn phụ thuộc vào độ
không đồng đều của bộ điều tốc.

Các đờng đồ thị nằm trong khoảng tốc độ từ nck đến nn gọi là các đờng đồ
thị có điều tốc, còn các đờng đồ thị nằm trong khoảng tốc độ từ nn đến nM gọi là
các đờng đồ thị không có điều tốc. ở vùng tốc độ từ nck đến nn các đờng Ne và Me
có dạng đờng thẳng. Thờng nối với máy kéo, động cơ làm việc ở gần vùng công
suất định mức.

Hình I-2 Đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ diesel.

Để xét khả năng thích ứng của động cơ đối với sự tăng tải do các ngoại lực
tác dụng khi ôtô và máy kéo làm việc, ngời ta đa ra hệ số thích ứng của động cơ
theo mômen xoắn và xác định nh sau:
;

Trong đó: k- hệ số thích ứng của động cơ theo mômen xoắn;


sau:

Đối với từng loại động cơ, hệ số thích ứng theo mômen xoắn có giá trị nh
-

Động cơ xăng: k = 1,1

1,35

-

Động cơ dieze không có phun đậm đặc: k = 1,1

-

Động cơ dieze có phun đậm đặc: k = 1,1

1,15

1,25

Cần chú ý rằng, tiêu chuẩn thử động cơ để nhận đợc đờng đặc tính ngoài ở
mỗi nớc một khác, vì vậy mà cùng một động cơ nhng thử ở những nớc khác
nhau sẽ cho những giá trị công suất khác nhau.
Động cơ đặt trên ôtô máy kéo sẽ phát ra công suất thấp hơn công suất cực
đại nhận đợc trên bệ thử. Công suất thực tế mà động cơ sẽ bằng công suất cực
đại nhận đợc trên bệ thử nhân với hệ số . Hệ số này có giá trị nhỏ hơn 1 và nó
phụ thuộc vào các loại tiêu chuẩn thừa nhận khi thử, loại động cơ đợc dùng, loại
xe ôtô cần đặt động cơ, điều kiện sử dụng và chế độ tải của động cơ. Khi tính
toán gần đúng, có thể thừa nhận

= 0,8

0,9.

Khi không có đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ bằng thực nghiệm, ta
có thể xây dựng đờng đặc tính nói trên nhờ công thức kinh nghiệm của S.R.Lây
Đécman. Việc sử dụng quan hệ giải tích giữa công suất, mômen xoắn với số
vòng quay của động cơ theo công thức Lây Đécman để tính toán sức kéo sẽ
thuận lợi hơn nhiều so với khi dùng đồ thì đặc tính ngoài bằng thực nghiệm,
nhất là hiện nay việc sử dụng máy tính ngày càng trở nên phổ cập.
Công thức S.R.Lây Đécman có dạng nh sau:
;

Trong đó:
Ne, ne Công suất hữu ích của động cơ và số vòng quay của
trục khuỷu ứng vớ một điểm bất kỳ của đồ thị đặc tính ngoài;
Nmax, nN Công suất có ích cực đại và số vòng quay ứng với
công suất nói trên;
sau:

a, b, c các hệ số thực nghiệm đợc chọn theo loại động cơ nh


Đối với động cơ xăng:
a = b = c =1
Đối với động cơ diezel 2 kỳ:
a = 0,87; b = 1,13 ; c = 1
Đối với động cơ diesel 4 kỳ có buồng cháy trực tiếp:
a = 0,5 ; b = 1,5 ; c=1
Đối với động cơ diesel 4 kỳ có buồng cháy dự bị:
a = 0,6 ; b = 1,4 ; c = 1
Đối với động cơ diesel 4 kỳ có buồng cháy xoáy lốc:
a = 0,7 ; b = 1,3 ; c = 1
Cho các trị số ne khác nhau, dựa theo công thức I-2 sẽ tính đợc công suất Ne
tơng ứng và từ đó sẽ vẽ đợc đồ thị Ne = f(ne).
Các giá trị Ne và ne có thể tính đợc các giá trị mômen xoắn Me của động cơ
theo công thức sau:
I-3 ;

Trong đó:
Ne- công suất của động cơ; kW ;
ne Số vòng quay của trục khuỷu ; v/ph ;
Me- Mômen xoắn của động cơ ;

N.m

;

Có các giá trị Ne, Me tơng ứng với giá trị ne ta có thể vẽ đợc đồ thị Ne=f(ne)
và đồ thị của Me=f(ne).
Nh vậy sau khi xây dựng đợc đờng đặc tính ngoài của động cơ chúng ta mới
có cơ sở để nghiên cứu tính chất động lực học của ôtô máy kéo.