Bài giảng KC TT đầu máy

Chơng 1: tổng quan về đầu máy diesel
1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đầu máy
diesel theo các dạng truyền động
1.1.1

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đầu máy

diesel
Cấu tạo của đầu máy diésel gồm 3 phần chính là:
- Động cơ diesel
- Hệ thống truyền động: trên đầu máy diesel sử dụng 3
loại bộ truyền động là: truyền động cơ giới, truyền
động điện và truyền động thủy lực
- Giỏ xe và bộ phận chạy: gồm giỏ xe và các giá chuyển hớng có tác dụng nâng đỡ các thiết bị trên đầu máy

1.1.2

Đầu máy diesel truyền động cơ giới

1. Sơ đồ cấu tạo:

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc của đầu máy diesel
truyền động cơ giới
2. Nguyên lý hoạt động:
Moment từ trục khuỷu động cơ diésel 1 đợc truyền đến
hộp số 3 qua cardan và bộ ly hợp chính 2- Ly hợp này thờng là ly


hợp kiểu ma sát, khi khởi động động cơ đầu máy ở trạng thái
đứng yên. Khi ly hợp đóng lại sẽ liên kết trục khuỷu đang quay
của động cơ với trục vào của hộp số cơ giới 3 một cách êm dịu.

Hộp số 3 là hộp số kiểu bánh răng, thờng có 3 hoặc 4 cấp tơng
ứng với các cấp tốc độ của đầu máy. Hộp số này cho phép biến
đổi vòng quay và moment của động cơ theo từng cấp tốc độ
đầu máy. Moment từ trục ra của hộp số cơ giới lại đợc truyền
đến hộp đảo chiều 4 sau đó qua trục cardan đến các hộp
giảm tốc phân phối 6 rồi đến các hộp giảm tốc trục 5 lắp trên
các trục bánh xe chủ động 7 của đầu máy để truyền moment
cho các trục này và làm cho đầu máy chuyển động.
3. Ưu, nhợc điểm:
- Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, hiệu suất truyền động cao
- Nhợc điểm: công suất nhỏ, đờng đặc tính sức kéo của
đầu máy diésel truyền động cơ giới bị nhẩy bậc và gián đoạn.

1.1.3

Đầu máy diesel truyền động thủy lực

1. Sơ đồ cấu tạo:

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý làm việc của đầu máy diesel
truyền động thủy lực.
2. Nguyên lý hoạt động:


Bơm 2 đợc dẫn động từ trục khuỷu động cơ diésel 1 hút
chất lỏng từ bể chứa 8, truyền động năng cho dòng chất lỏng
rồi đẩy qua ống dẫn 3 tới tua bin 4. Tại đây chất lỏng công tác
sẽ truyền động năng làm quay tua bin. Chất lỏng sau khi qua
tua bin lại trở về bể chứa 8. Moment quay từ trục tua bin sẽ
truyền qua truc 5 tới cặp bánh răng giảm tốc 6 làm quay bánh xe

chủ động 7 của đầu máy. Nh vậy chất lỏng (ở đây là dầu
TĐTL) chỉ đóng vai trò môi chất công tác trong quá trình
truyền công suất.

3. Ưu, nhợc điểm:
- Ưu điểm: có dải công suất rất rộng từ vài trăm đến hàng
nghìn mã lực, các máy thủy lực lại làm việc êm dịu ít hỏng hóc,
ít phải bảo dỡng sửa chữa và có tuổi thọ cao.
- Nhợc điểm: hiệu suất thấp hơn đầu máy diésel truyền
động cơ giới.

1.1.4

Đầu máy diesel truyền động điện

1. Sơ đồ cấu tạo:


Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý làm việc của đầu máy diesel
truyền động điện.
2. Nguyên lý hoạt động:
Động cơ diésel qua trục 2 làm quay máy phát điện 1. Dòng
điện phát ra đợc dẫn đến cung cấp cho các động cơ điện kéo
4 làm việc. Trục rotor động cơ điện kéo thông qua cặp bánh
răng giảm tốc 3 sẽ truyền công suất cho bánh xe chủ động của
đầu máy.
3. Ưu, nhợc điểm:
- Ưu điểm: hiệu suất cao hơn truyền động thủy lực. Công
suất của nó nằm trong một giải rất rộng từ vài trăm tới vài nghìn
mã lực. Các máy điện làm việc chắc chắn ít yêu cầu bảo dỡng

sửa chữa.
- Nhợc điểm: hiệu suất thấp hơn đầu máy diésel truyền
động cơ giới, trọng lợng lớn, dẫn đến đơn vị trọng lợng công
suất của đầu máy cao.

1.2 Phân loại đầu máy diesel
1.2.1. Dựa theo công dụng:
1. Đầu máy kéo tầu hàng: sức kéo lớn, tốc độ không cần
cao lắm. Vì vậy đầu máy tầu hàng thờng có đờng kính bánh
xe nhỏ, có nhiều trục chủ động và có trọng lợng bám lớn.
2. Đầu máy kéo tầu khách: yêu cầu tốc độ cao, trọng lợng
kéo không lớn do đó thờng có đờng kính bánh xe lớn hơn, sức
kéo nhỏ.


3. Đầu máy dồn: dùng để dồn dịch, lập tầu ở các ga trạm,
công suất không cần lớn, phải cơ động, đảo chiều nhanh,
chiều dài đầu máy nhỏ. Các đầu máy dồn có thể dùng bộ
truyền động đơn giản có hiệu suất cao nh truyền động cơ
giới, truyền động biên.
1.2.2. Dựa theo phơng thức truyền động:
Đầu máy diésel truyền động cơ giới
Đầu máy diésel truyền động điện
Đầu máy diésel truyền động thủy lực
1.2.3. Dựa theo cấu tạo bộ phận chạy:
1. Đầu máy diésel kiểu giá xe: các trục bánh xe đợc lắp trên
một giá xe cứng, truyền động bằng biên, các bầu dầu thờng
dùng ổ trợt và nằm trong đoạn trục giữa 2 bánh xe, cự li trục
cứng của đầu máy lớn khó thông qua đờng cong, tốc độ thờng
thấp, lực tác dụng xuống đờng lớn và tính năng động lực không

cao.
2. Đầu máy diésel kiểu giá chuyển hớng: Mỗi đầu máy đợc
đặt lên 2 giá chuyển hớng, mỗi giá chuyển hớng có 2 hoăc 3 trục
bánh.
Những giá chuyển hớng này có thể quay đi, di chuyển
ngang so với giá xe khi vào đờng cong nên dễ dàng đi qua các
đờng cong có bán kính nhỏ.
1.2.4. Dựa theo khổ đờng ray:
1. Đầu máy đờng khổ rộng: có nhiều kích cỡ đờng ray
Đầu máy khổ đờng rộng 1668 mm có ở Tây ban nha, Bồ đào
nha..


Đầu máy khổ đờng rộng 1675 mm có ở áchentina, Chi lê, ấn
độ, Pakistan..
Đầu máy khổ đờng rộng 1600 mm có ở úc, Brasin, Airơlen..
Đầu máy khổ đờng rộng 1524 mm có ở Phần lan, Liên xô, Iran..
Đầu máy khổ đờng rộng tiêu chuẩn 1435 mm có ở hầu hết các
nớc châu Âu, Trung quốc, Triều tiên, Mông cổ, Angiêri, ả rập..
2. Đầu máy đờng khổ hẹp : có nhiều kích cỡ đờng ray
Đầu máy đờng khổ hẹp 600 mm và 750 mm thờng kéo tầu
trên các tuyến địa phơng.
Đầu máy đờng khổ hẹp 1060 mm và 1067 mm có ở ấn độ,
áchentin, Brasin, Chi lê, Đông Phi, úc và Nhật ..
ở nớc ta dùng 2 loại: Đầu máy đờng khổ hẹp 1000 mm và Đầu
máy đờng khổ rộng tiêu chuẩn 1435 mm.

1.3 Cách đặt tên và quy ớc ký hiệu công thức trục
của Đầu máy diesel
1.3.1. Cỏch đặt tên cho Đầu máy:

Cách đặt tên (ký hiệu) cho đầu máy phụ thuộc sự quy định
khác nhau của đờng sắt từng nớc:
+ ở Trung quốc ngời ta đặt cho đầu máy những tên có ý nghĩa
chính trị nh: Đông phơng hồng, Đổi mới,
+ ở Liên xô thì dùng các chữ viết tắt ghép lại nh:
T Đầu máy diésel

truyền động điện
truyền động thủy lực
đầu máy kéo tầu khách
đầu máy dồn
đầu máy đờng khổ hẹp


Ví dụ: Đầu máy T7 là đầu máy diésel đờng khổ hẹp xêri thứ
7. Chữ chỉ đầu máy xuất khẩu.
+ ở nớc ta dùng:
- Chữ D đứng đầu để chỉ Đầu máy diésel
- Con số đứng giữa là 1/10 công suất động cơ tính bằng
mã lực
- Chữ cái cuối cùng chỉ phơng thức truyền động: E là truyền
động điện, H là truyền động thủy lực, M là truyền động cơ
giới
Ví dụ - Đầu máy D9E là đầu máy diésel truyền động điện
công

suất

900

mã

lực.

- Đầu máy D4H là đầu máy diésel truyền động thủy lực
công

suất

400

mã lực.
1.3.2. Công thức trục của đầu máy diésel :
Công thức trục là những con số nối với nhau bằng gạch nối
để chỉ số trục, cách bố trí các trục, trục nào là chủ động.
Công thức trục thờng bao gồm 2 con số nối với nhau bằng
gạch nối, mỗi con số chỉ số trục của giá chuyển hớng, nếu là
truyền động đơn các trục chủ động thờng có thêm một số
không nhỏ ở bên phải, viết thấp xuống nh một chỉ số dới.
Ví dụ:
- Đầu máy D18E có công thức trục là 3o-3o, tức đầu máy có 2
giá chuyển hớng, mỗi giá chuyển hớng có 3 trục tất cả các trục
của đều là chủ động, truyền động đơn.
Biểu diễn công thức trục bằng chữ cái: chữ A thay cho số
1, chữ B thay cho số 2, chữ C thay cho số 3. các trục chủ động


đợc biểu diễn bằng chữ cái còn các trục bị động thì đợc biểu
diễn bằng con số
Ví dụ: công thức trục của đầu máy D18E còn có thể viết là CoCo.

A1A-A1A là công thức trục của toa động lực đoàn tầu nhẹ có 2
giá chuyển hớng, mỗi giá chuyển hớng đều có trục đầu và trục
cuối là chủ động còn trục giữa là bị động.
Với những đầu máy ghép đôi thì công thức trục thờng
viết theo kiểu thừa số chung hoặc dùng dấu cộng để thể
hiện.
Ví dụ: 2(Bo-Bo) hoặc

(Bo-Bo) + (Bo-Bo) thể hiện công thức

trục của 2 đầu máy ghép đôi mỗi cái có 2 giá chuyển hớng 2
trục và tất cả các trục đều là chủ động.

1.4 Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của đầu máy
diesel
Chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của đầu máy diesel bao gồm:
hiệu suất, công suất, trọng lợng, và một số chỉ tiêu tơng đối
khác.
1.4.1. Hiệu suất của đầu máy:
Hiệu suất nói lên khả năng lợi dụng năng lợng của đầu máy
trong quá trình biến đổi hóa năng của nhiên liệu thành cơ
năng dới dạng sức kéo đoàn tầu, là chỉ tiêu chính để đánh giá
tính kinh tế của đầu máy.
Hiệu suất của đầu máy có thể tính theo công thức:

K e T f

(1.1)

Trong đó: e là hiệu suất của động cơ diésel

T là hiệu suất của bộ truyền động
f là hiệu suất tính đến công suất dùng cho các
máy phụ
Hiệu suất của động cơ diésel là tham số cơ bản nhất, quyết
định hiệu suất của đầu máy, đợc tính bởi:
632 N e
61, 5

Bh Q
ge

e

(1.2)

Trong đó: Ne là công suất của động cơ diésel tính bằng mã
lực
Bh

là lợng tiêu hao nhiên liệu của động cơ trong

một giờ [kg/h]
Q

là lợng phát nhiệt của nhiên liệu(Q = 10300

[kcal/kg])
- ge là suất hao nhiên liệu của động cơ, g e

Bh
1000
Ne

[g/ cv h]
nghĩa là hiệu suất động cơ diésel tỉ lệ nghịch với suất hao
nhiên liệu.
e = 35 41 %
T phụ thuộc loại truyền động: truyền động cơ giới có hiệu
suất cao nhất sau đó đến truyền động điện và truyền động
thủy lực.
f = 0,9 0,95
1.4.2. Công suất của đầu máy:
Công suất vành bánh của đầu máy tính theo công thức:
NK

FK VK
270

[cv]

(1.3)


Trong đó: FK

là sức kéo vành bánh của đầu máy tính bằng

kG

VK là vận tốc của đầu máy tính bằng km/h
Công suất của đầu máy quyết định sức kéo và vận tốc kéo
tầu vì thế muốn kéo đợc những đoàn tầu nặng chạy với tốc
độ cao cần có những đầu máy công suất lớn. Muốn tăng công
suất đầu máy cần sử dụng những động cơ diésel có công suất
lớn, bộ truyền động có công suất lớn và hiệu suất cao, bộ phận
chạy có kết cấu hiện đại, tính năng động lực tốt và hệ số sử
dụng trọng lợng bám cao.
1.4.3. Trọng lợng của đầu máy:
1. Trọng lợng chỉnh bị (PCB):
Trọng lợng chỉnh bị là toàn bộ trọng lợng khô của đầu máy
cộng với hai phần ba trọng lợng của dầu, nhiên liệu, nớc, cát.. và
ban lái máy.
Trọng lợng chỉnh bị quyết định tải trọng của mỗi trục, tải
trọng trục của đầu máy lại bị hạn chế bởi khả năng cho phép
của cầu đờng.
Ví dụ: ở Liên bang Nga là 23 T/trục, ở Mỹ là 27 31 T/trục,
ở các nớc châu Âu 18 22 T/trục, ở nớc ta tải trọng trục cho phép
của cầu đờng thờng là 14 T/trục.
2. Trọng lợng bám (PB ):
Trọng lợng bám của đầu máy: là phần trọng lợng chỉnh bị
của đầu máy đè lên các bánh chủ động.
Trục bánh của đầu máy có 2 loại: trục bánh chủ động và
trục bánh bị động. Những trục bị động ở phía trớc gọi là trục
dẫn, những trục ở phía sau gọi là trục đỡ.


Sức kéo bám của đầu máy đợc tính theo công thc sau:
FB PB B B
Trong đó: PB

là trọng lợng bám của đầu máy tính bằng kN

B
thuộc

(1.4)

là hệ số bám giữa bánh xe và đờng ray phụ
tốc

độ

và

tình trạng mặt đờng.
B là hệ số lợi dụng trọng lợng bám.
Có nhiều biện pháp nâng cao hệ số lợi dụng trọng lợng
bám: sử dụng toàn bộ các trục là chủ động, phân phối tải trọng
để cho các trục đều phát huy đợc sức kéo bám nh nhau, dùng
hệ thống lò xo, giảm chấn, quang treo, bầu dầu, treo động cơ
điện kéo.. có kết cấu hiện đại và thông số hợp lý.
1.4.4. Đơn vị Trọng lợng - Công suất của đầu máy:
Đơn vị Trọng lợng - Công suất

của đầu máy (kN/cv hay

kN/kW) là tỉ số giữa trọng lợng chỉnh bị và công suất của đầu
máy.
Các biện pháp giảm nhỏ đơn vị trọng lợng công suất của

đầu máy:
Sử dụng động cơ diésel cao tốc có trọng lợng nhẹ, kích thớc
nhỏ gọn.
Giảm nhỏ trọng lợng của máy phát điện và động cơ điện kéo
bằng cách sử dụng vật liệu cách điện tốt, sử dụng máy phát
điện xoay chiều


Chơng 2: động cơ diesel trên đầu máy
2.1 Các yêu cầu đối với động cơ diesel và vị trí
lắp đặt trên Đầu máy
2.1.1

Yêu cầu đối với động cơ diesel dùng trên đầu

máy
1. Có tính kinh tế cao:
Nghĩa là trong mọi phạm vi và trạng thái làm việc mức độ
tiêu hao nhiên liệu và dầu bôi trơn của động cơ phải nhỏ nhất.
Suất tiêu hao nhiên liệu định mức của động cơ tốc độ
trung bình không lớn hơn 155 g/ cv.h Tiêu hao nhiên liệu ở chế
độ chạy không tải không lớn hơn 80% mức tiêu hao nhiên liệu ở
chế độ định mức. Suất hao dầu bôi trơn của động cơ diésel
cao tốc phải nhỏ hơn 4 g/ cv.h và ở động cơ tốc độ trung bình
không vợt quá 2,5 g/cv.h
2. Có tuổi thọ cao:
Yêu cầu tuổi thọ (giữa hai lần sửa chữa lớn của đầu máy)
của động cơ tốc độ trung bình phải đạt 2500030000 giờ và
của động cơ cao tốc là 1500018000 giờ.
Tuổi thọ của động cơ phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện

về mặt cấu tạo, điều kiện làm việc, chất lợng nhiên liệu, dầu
bôi trơn, trình độ vận dụng và mức độ cao tốc của nó
3. Có đặc tính phù hợp :


Động cơ diésel lắp trên một đầu máy cụ thể phải có đờng
đặc tính phù hợp với công dụng và kiểu truyền động của đầu
máy đó. Phạm vi vòng quay làm việc của động cơ phải đảm
bảo đủ rộng, vòng quay làm việc nhỏ nhất (n min) phải bằng
khoảng 40% số vòng quay định mức (n đm). Động cơ phải có khả
năng khởi động nhanh, êm dịu, có thể nhanh chóng chuyển từ
trạng thái làm việc này sang trạng thái việc khác.

4. Có kết cấu đơn giản :
Động cơ phải có kết cấu đơn giản, chế tạo, lắp ráp, bảo dỡng và sữa chữa dễ dàng, các chi tiết cũng nh cụm chi tiết phải
đợc tiêu chuẩn hóa tới mức cao nhất. Các hệ thống phụ của
động cơ phải đơn giản, kích thích gọn, độ tin cậy và hiệu
suất làm việc cao.
5. Làm việc êm dịu và cân bằng:
Các lực quán tính và momen quán tính phải đợc cân bằng
tốt nhất, dao động của động cơ đặt trên đầu máy không đợc
gây cộng hởng với các dao động khác của đầu máy. Ngoài ra
phải giảm bớt những loại dao động và tiếng ồn có ảnh huởng
xấu đến sức khoẻ và điều kiện làm việc của ban lái máy.
6. Đơn vị trọng lợng công suất phải nhỏ, kích thớc gọn:
Việc giảm nhỏ đơn vị trọng lợng công suất của động cơ sẽ
góp phần làm giảm nhỏ đơn vị trọng lợng công suất của đầu
máy. Hiện nay đơn vị trọng lợng công suất của các loại động cơ
diésel cao tốc có tăng áp khoảng từ 2040 N/cv, và của các loại
động cơ tốc độ trung bình khoảng 6080 N/cv.

7. Yêu cầu về sức khoẻ và vệ sinh:
a. Về độ ồn:
Muốn giảm nhỏ tiếng ồn trong buồng lái đầu máy cần phải
giảm tiếng ồn do động cơ gây nên bằng các phơng pháp đặt
ống giảm thanh trên đờng ống xả, giảm nhỏ khe hở giữa piston
và xy lanh, cân bằng tốt các lực quán tính và moment quán
tính của động cơ. Cách nhiệt và cách âm cho buồng lái và
giảm bớt các dao động từ động cơ và giá xe truyền đến buồng
lái.
b. Về vệ sinh: Buồng lái phải đợc thông gió tự nhiên tốt
hoặc thông gió cỡng bức bằng quạt, về mùa đông phải đợc sởi
ấm để đảm bảo nhiệt độ bình thờng trong buồng lái.
c. Về an toàn vệ sinh

2.1.2

Bố trí động cơ diesel trên Đầu máy

Động cơ diésel đặt trên đầu máy đảm bảo sao cho trọng
lợng của nó cùng với trọng lợng của các trang thiết bị khác đợc
phân phối đồng đều cho các trục bánh, để tất cả các trục
bánh (chủ động) có khả năng phát huy sức kéo nh nhau.
Vị trí của động cơ phải đợc lựa chọn sao cho việc lắp
đặt các trang thiết bị khác nh máy phát điện, bộ truyền động
thuỷ lực, hệ thống làm mát hệ thống dầu bôi trơn, máy nén
gió có lợi nhất.
Phải có đủ lối đi ở hai bên động cơ và phải đảm bảo tầm
nhìn tối u cho ban lái máy. Khi lắp đặt động cơ phải chú ý

sao cho lối đi hai bên để kiểm tra động cơ phải rộng khoảng
70 80cm và không đợc nhỏ hơn 50cm.
Trên đầu máy để đảm bảo tính kinh tế và thuận tiện
trong vận dụng, bảo dỡng và sửa chữa ngời ta thơng bố trí một
động cơ diésel.
Động cơ diésel thờng đợc bố trí trên giá xe dọc theo đầu
máy vì nh vậy có lợi cho việc bố trí hệ thống truyền động
cũng nh thuận tiện cho việc kiểm tra, bảo dỡng, sửa chữa động
cơ và dễ dàng đảm bảo tầm nhìn cho ban lái máy.
Động cơ đợc đặt trên giá động cơ lắp trên giá xe phải có
đủ độ cứng vững theo cả chiều dọc và chiều ngang. Vì vậy
phải cố định động cơ trên giá đỡ bằng các bulông thông qua
các đệm đàn hồi.
Khi tính toán, thiết kế đầu máy mới hoặc thay thế động
cơ cần lựa chọn và bố trí sao cho toàn bộ động cơ và các hệ
thống của nó nằm gọn trong khung giới hạn của đờng sắt.
Khi động cơ làm việc sẽ xuất hiện các lực và moment tác
dụng lên giá đỡ nh moment phản tác dụng của của trục khuỷu,
có xu hớng lật đổ động cơ theo chiều ngang. Vì vậy phải cố
định động cơ trên giá đỡ bằng các bulông thông qua các đệm
đàn hồi. Việc cố định động cơ trên giá đỡ phải đảm bảo vị
trí tơng đối của nó với bộ truyền động và các máy phụ để
chúng có thể làm việc ổn định và chính xác. Phải có những
biện pháp giảm chấn thích hợp để dập tắt những dao động
trong quá trình đầu máy hoạt động.

2.2 Phân loại động cơ diesel trên Đầu máy

2.2.1

. Phân loại theo kết cấu buồng cháy:

1. Buồng cháy trực tiếp:
Động cơ có buồng cháy trực tiếp thờng có mặt nóng của
nắp xi lanh đợc chế tạo phẳng; buồng cháy là một thể tích
thống nhất, không phân chia. ở động cơ diésel có buồng cháy
trực tiếp nhiên liệu đợc phun trực tiếp vào xi lanh, vòi phun đợc
bố trí trùng với đờng tâm xi lanh hoặc lệch đi một góc không
lớn.
2. Buồng cháy giỏn tiếp: Nắp xi lanh của động cơ có buồng
cháy gián tiếp (buồng cháy phụ) lúc này có thể là buồng cháy dự
bị, buồng cháy xoáy lốc...
2.2.2. Phân loại theo đặc điểm kết cấu:
1. Theo số xi lanh của động cơ: thì có động cơ một xi
lanh

và
động cơ nhiều xi lanh.

2. Theo vị trí tơng đối của xi lanh so với trục khuỷu: có thể
phân thành
3 loại :
Động cơ đứng: các xi lanh lắp đặt theo phơng thẳng
đứng,
Động cơ nằm: đặt xi lanh theo phơng nằm ngang
Động cơ hình sao: đờng tâm xi lanh nằm trong các
mặt phẳng vuông góc với đờng tâm của trục khuỷu.

3. Theo số hàng xi lanh: ngời ta phân ra các loại động cơ 1,
2, 3, 4 hoặc 5 hàng xy lanh trở lên.
4. Theo số trục khuỷu
2.2.3. Phân loại theo số vòng quay:


Căn cứ vào số vòng quay của trục khuỷu động cơ, động cơ
diésel chia ra 3 loại:
- Động cơ tốc độ thấp có vòng quay nằm trong khoảng 750
900 v/ph.
- Động cơ tốc độ trung bình có vòng quay nằm trong khoảng
1000 1200 v/ph.
- Động cơ cao tốc có số vòng quay nằm trong khoảng 1400
1800

v/ph.

2.3 Các biện pháp cờng hóa động cơ diesel
Cờng hóa động cơ diesel là nâng cao công suất của động
cơ khi không thay đổi kích thớc và trọng lợng của nó.
Công thức tính công suất động cơ:
V . pe .n
Ne
225.i

[cv]

(2.1)

Các biện pháp tăng công suất của động cơ:

2.3.1

. Tăng tổng thể tích xi lanh V:

Đối với động cơ diésel đặt trên đầu máy thì phơng pháp
này tỏ ra không có lợi vì tăng V sẽ kéo theo sự tăng kích thớc và
trọng lợng của động cơ.
2.3.2

. Giảm số kỳ của động cơ i:

Nghĩa là dùng động cơ 2 kỳ. Xét về mặt công suất động
cơ diésel 2 kỳ có u điểm hơn động cơ 4 kỳ, nhng trong thực
tế, nếu có cùng số vòng quay, số xi lanh và các kích thớc cơ bản
của xi lanh là giống nhau thì công suất của động cơ 2 kỳ chỉ
lớn hơn của động cơ 4 kỳ khoảng 1,5 1,7 lần. Nhng nhợc
điểm của động cơ 2 kỳ là: hiệu suất thấp hơn, yêu cầu bôi


trơn và làm mát của nó khắt khe hơn, khó thực hiện quá trình
tăng áp.
2.3.3

. Tăng số vòng quay n:

Một trong những biện pháp để giảm nhỏ đơn vị trọng lợng
công suất là tăng số vòng quay của động cơ diésel lên để trở
thành các động cơ diésel cao tốc.
Số vòng quay của động cơ không thể tăng lên tuỳ ý, vì nó
bị hạn chế bởi vận tốc dịch chuyển trung bình của piston

trong xi lanh, khi vận tốc này quá lớn thì các lực quán tính sẽ
tăng lên rất nhanh làm cho cờng độ hao mòn các chi tiết động
cơ sẽ rất lớn. Mặt khác khi vận tốc này vợt quá một trị số nhất
định thì vấn đề bôi trơn bề mặt tiếp xúc giữa piston và xi
lanh sẽ trở nên rất phức tạp.
2.3.4

. Tăng áp suất có hiệu trung bình pe :

Muốn tăng đợc áp suất có hiệu trung bình thì phải tăng lợng nhiên liệu đợc đốt cháy trong xi lanh trong cùng khoảng thời
gian. Nhng để đốt cháy hết đợc một lợng nhiên liệu lớn thì
cũng cần có một lợng không khí lớn. Do đó lợng không khí nạp
vào xi lanh động cơ cũng phải tăng lên nhiều hơn trọng lợng
không khí mà động cơ tự hút vào trong quá trình nạp khí tự
nhiên. Do vậy ta phải nén không khí để có áp suất cao hơn áp
suất khí trời rồi mới nạp vào xi lanh của động cơ. Phơng pháp
nâng cao áp suất có hiệu trung bình nh vậy của động cơ gọi
là phơng pháp tăng áp.
Những động cơ áp dụng phơng pháp này để tăng công
suất gọi là những động cơ tăng áp.


Căn cứ vào phơng pháp dẫn động thiết bị tăng áp ngời ta
phân ra thiết bị tăng áp dẫn động cơ giới và thiết bị tăng áp
kiểu tua bin.
1. Thiết bị tăng áp dẫn động cơ giới:
a. Sơ đồ cấu tạo:

Hình 2.1. Thiết bị tăng áp dẫn động cơ giới
b. Nguyên lý hoạt động:

Máy nén thờng đợc dẫn động từ trục khuỷu của động cơ
diésel thông qua các bánh răng cơ giới. Do đó tiêu tốn một phần
công suất của động cơ, làm cho hiệu suất của động cơ giảm
đi. Chính vì nguyên nhân đó mà trên động cơ diésel 4 kỳ thờng không sử dụng phơng pháp dẫn động này.
2. Thiết bị tăng áp kiểu tua bin:
a. Sơ đồ cấu tạo:


Hình 2.2. Thiết bị tăng áp dẫn động kiểu tua bin
b. Nguyên lý hoạt động:
Khí xả sau khi ra khỏi động cơ đợc đa đến để làm quay
bánh tua bin, tua bin này sẽ dẫn động máy nén khí để hút
không khí từ ngoài trời rồi nén lên tới áp lực cần thiết sau đó
làm mát và nạp vào xi lanh động cơ. Khoảng 40% phần năng lợng cấp cho động cơ đợc sử dụng để dẫn động tua bin tăng áp.
Trong quá trình bị nén, nhiệt độ của không khí nạp tăng
lên, do đó trớc khi nạp vào cho động cơ cần phải làm mát không
khí tăng áp. Trên động cơ có mức độ tăng áp trung bình và
nhỏ thì có thể làm mát không khí tăng áp chung trong vòng
tuần hoàn của nớc làm mát động cơ. Đối với những động cơ có
mức độ tăng áp cao phải bố trí vòng tuần hoàn riêng để làm
mát không khí tăng áp, không khí tăng áp thờng đợc làm mát
bằng nớc nhờ két làm mát.

2.4 Các đờng đặc tính và biện pháp điều chỉnh
công suất động cơ diesel
KN: Đặc tính của động cơ là những đờng cong biều diễn
mối quan hệ giữa các thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ


nh công suất, moment quay, suất tiêu hao nhiên liệu, áp suất có

hiệu trung bình của động cơ với số vòng quay của trục khuỷu.
2.4.1. Các đờng đặc tính lý thuyết:
1. Đặc tính công suất:
Công suất có ích của động cơ diésel có thể tính theo biểu
thức:
V . pe .n
Ne
225.i

[cv]

(2.2)

Trong đó :
V

là tổng thể tích xi lanh động cơ [lít] hay

[dm3]
pe

là áp suất có hiệu trung bình

[kg/cm2]

n

là vòng quay của động cơ

[vòng/phút]

i

là số kỳ của động cơ

[i=2 hoặc 4]

Hay:
N e k1 . n

[cv]

(2.3)

Nh vậy công suất có ích của động cơ sẽ thay đổi tuyến tính
với số vòng quay và đặc tính công suất sẽ là một đờng thẳng
đi qua gốc toạ độ.
2. Đặc tính moment:
Công suất của động cơ quan hệ với moment theo công thức:
Me

Ne
k . n . 30
30 . k1
1

const (2.4)

.n

Trong đó :
Me

là moment của động cơ



là vận tốc góc của trục khuỷu

[kNm]
[rad/s]


Nh vậy moment của động cơ là hằng số không phụ thuộc
vào tốc độ quay, đặc tính moment của động cơ là đờng
thẳng nằm ngang song song với trục tốc độ. Ta nói đặc tính
moment của động cơ là đặc tính cứng.

Hình 2.3. Các đờng đặc tính của động cơ diésel
2.4.2. Các đờng đặc tính thực tế:
Trong thực tế áp suất có hiệu trung bình trong xy lanh p e
không phải là hằng số.
ở những trị số vòng quay nhỏ áp suất có hiệu của động
cơ nhỏ hơn dẫn đến moment và công suất của động cơ cũng
nhỏ hơn so với tính toán lý thuyết.
Khi vòng quay tăng dần lên thì áp suất có hiệu trung bình
cũng tăng lên.
Tại vòng quay nM áp suất có hiệu pe đạt trị số lớn nhất và
moment của động cơ tỷ lệ thuận với áp suất có hiệu trung

bình cũng lớn nhất.
Khi vòng quay của động cơ tiếp tục tăng lên nữa thì làm
giảm áp suất có hiệu trung bình và vì vậy công suất của động


cơ ở vòng quay cao cũng giảm đi. Do đó trong thực tế đờng
cong biểu diễn áp suất có hiệu trung bình và moment quay
sau khi tăng dần và đạt tới giỏ trị lớn nhất tại vòng quay n M thì
sau đó lại giảm dần còn đờng đặc tính công suất của động
cơ ở những vòng quay cao cũng hơi lợn xuống một chút.
Ta thấy, trong phạm vi vòng quay làm việc của động cơ từ n tmin
đến ntmax moment quay của nó thay đổi rất ít.
2.4.3. Điều chỉnh công suất của động cơ diésel:
Để đảm bảo tính kinh tế cao động cơ diésel phải có khả năng
điều chỉnh công suất tốt nhất
N e C . pe . n
Trong đó: C

V
const
225 i

(2.5)
(2.6)

Từ biểu thức (2.5) thì nếu thay đổi một trong hai biến số
độc lập là áp suất có hiệu trung bình hoặc số vòng quay ta có
thể thay đổi công suất của động cơ. Do trị số của áp suất có
hiệu trung bình phụ thuộc vào lợng nhiên liệu cấp vào xi lanh
trong mỗi chu trình công tác, nên có khả năng điều chỉnh công

suất phụ tải nh sau:


Hình 2.4. Nguyên lý điều chỉnh công suất tối u
1. Giữ nguyên lợng cấp nhiên liệu cho động cơ, thay đổi
số vòng quay:
Để đạt giá trị công suất Nx nh trên hình ta có thể giữ
nguyên lợng nhiên liệu cấp vào cho động cơ và giảm dần số
vòng quay.
Nhợc điểm: phạm vi điều chỉnh bị thu hẹp lại. Moment
phụ tải tác dụng lên các chi tiết của động cơ luôn luôn cực đại,
vì trị số pe không thay đổi trong quá trình điều chỉnh. Suất
hao nhiên liệu đơn vị của động cơ khi dùng phơng pháp điều
chỉnh này khá cao.
2. Giữ nguyên vòng quay ntmax , thay đổi lợng cấp nhiên
liệu:
Giữ nguyên vòng quay ntmax tơng ứng với công suất định
mức của động cơ và thay đổi lợng nhiên liệu cấp vào động cơ
tới khi đạt đợc công suất mong muốn. Phơng pháp này có thể
điều chỉnh tới bất kỳ giá trị công suất nào.


Nhợc điểm: suất hao nhiên liệu của động cơ trong trờng
hợp này lớn nhất, vì các thiết bi phụ (máy nén gió, máy phát
điện, quạt làm mát, các bơm dầu, nớc) luôn luôn làm việc ở
chế độ định mức với vòng quay n tmax. Cờng độ hao mòn của
các chi tiết động cơ lớn hơn.
3. Kết hợp cả hai biện pháp trên:
Đồng thời giảm cả lợng cấp nhiên liệu và vòng quay. Khi
moment phụ tải tác dụng lên động cơ giảm thì giảm dần lợng

cấp nhiên liệu sao cho số vòng quay cũng giảm dần, theo mũi
tên chỉ từ điểm 1 đến điểm 3 trên hình vẽ. Phơng pháp này
có thể điều chỉnh tới bất kỳ giá trị công suất nào. Suất tiêu hao
nhiên liệu đơn vị của động cơ trong trờng hợp này là nhỏ nhất,
đồng thời hao mòn các chi tiết động cơ cũng nhỏ nhất.
Cần phải giảm số vòng quay và lợng cấp nhiên liệu một cách
đồng thời sao cho suất tiêu hao nhiên liệu đơn vị của động cơ
là nhỏ nhất.