Giáo trình nguyên lý động cơ đốt trong - Chương 8

Chơng VIII. Đặc tính động cơ
8.1 Chế độ l m việc v các đặc tính của động cơ đốt trong
8.1.1 ChÕ ®é l m viƯc
ChÕ ®é l m viƯc cđa động cơ đợc thể
hiện bằng tổ hợp các thông số l m viƯc cđa nã
nh− c«ng st Ne hay m« men Me v tốc độ
vòng quay n.
Trong miền l m việc của động cơ, tốc độ
n thay đổi từ nmin ứng với giới hạn ổn định của
động cơ đến nmax ứng với giới hạn ứng suất cơ,
ứng suất nhiệt v diễn biến bình thờng của
chu trình công tác.
Tại mỗi vị trÝ n = const trong miỊn l m
viƯc, c«ng st Ne của động cơ thay đổi từ 0
(chế độ không tải) đến Nmax tại tốc độ vòng
quay đó.

Hình 8-1. Chế độ l m việc ổn định
của cụm động cơ- máy công tác

Chế độ l m việc đợc coi l ổn định khi các thông số l m việc nh Me, n không đổi
trong thời gian khảo sát. Khi đó mô men của động cơ cân bằng với mô men cản của máy
công tác Me = Mc, hình 8-1. Chế độ l m việc của cụm thiết bị động cơ - máy công tác ổn
định khi:
d(M e M c )
<0
dn

(8-1)

v c ng ổn định khi vế trái của (8-1) c ng âm tức l độ dốc tại điểm cắt nhau của

hai đờng mô men c ng lớn.
Chế độ l m việc có các thông số l m
việc thay đổi trong thời gian khảo sát gọi l
chế độ l m việc không ổn định, ví dụ khi động
cơ khởi động, tắt máy hay tăng giảm tốc độ
Trong chơng n y chúng ta chỉ khảo sát
các chế độ l m việc ổn định của động cơ trong
miền l m việc của nó khi kéo máy công tác cụ
thể.
Do đặc tính của các máy công tác khác
nhau nên miền l m việc của cụm động cơmáy công tác cũng khác nhau.
ã Đối với ®éng c¬ t u thủ, khi ®éng c¬
dÉn ®éng trùc tiếp chân vịt, hình 8-2, công
suất cản của chân vịt thông thờng phụ thuộc
bậc 3 v o tốc độ vòng quay.
Nc = kn3



Hình 8-2. Chế độ l m việc của động
cơ dẫn động trực tiếp chân vịt
(8-2)

93


Miền l m việc của động cơ- máy công
tác nằm trên đờng đặc tính cản (8-2). Các
đờng 1, 2 v 3 tơng ứng với các vị trí khác
nhau của cơ cấu điều khiển cung cấp nhiên

liệu. Tốc độ động cơ thay đổi từ nmin đến
nmax.
ã Động cơ kéo máy phát điện đòi hỏi n
= const. Chức năng n y do ®iỊu tèc (mét chÕ
®é) ®¶m nhËn. MiỊn l m viƯc của động cơ máy phát nằm trên đờng AB, hình 8-3. Tại
A ứng với chế độ định mức Ne = Nđm v tại B
ứng với chế độ không tải Ne = 0.

Hình 8-3. Chế độ l m việc của động cơ
kéo máy phát điện

ã Động cơ trên các phơng tiện cơ giới
nh ô-tô, xe máy, máy kéo công suất v
tốc độ động cơ thay đổi trong một phạm vi rất rộng. Miền l m việc của cụm thiết bị, hình
8-4, nằm l diện tích giới hạn bởi đờng công suất lớn nhất ứng với vị trí cực đại của cơ
cấu điều khiển cung cấp nhiên liệu (đó l đặc tính ngo i sử dụng, xem 8.2.1.2) v các
đờng giới hạn nmin v nmax.
8.1.2 Các loại đặc tính động cơ đốt
trong
Quan hệ giữa các thông số l m việc
của động cơ nh− Me, Ne, n, ge, Gnl… trong
miỊn l m viƯc gọi l đặc tính của động cơ.
Đặc tính của động cơ đợc xây dựng
bằng thực nghiệm trên băng thử công suất
động cơ để có thể thay đổi dễ d ng chế độ
l m việc của động cơ nh tốc độ vòng quay,
vị trí cơ cấu điều khiển cung cấp nhiên liệu,
nhiệt độ l m mát, nhiệt độ dầu bôi trơn v.v...
Trên cơ sở đặc tính có thể đánh giá các chỉ
tiêu của động cơ trong các điều kiện sử dụng

khác nhau.

Hình 8-4. Chế độ l m việc của động cơ
trên các phơng tiện cơ giới

Động cơ đốt trong có các loại đặc tính sau:
ã Đặc tính tốc độ: với tốc độ vòng quay n l biến số.
ã Đặc tính chân vịt: l đặc tính tốc độ khi động cơ dẫn động chân vịt t u thuỷ
ã Đặc tính tải: với công suất động cơ Ne (hay pe) l biến số khi n = const
ã Đặc tính tổng hợp: đặc tính của nhiều biến số
ã Đặc tính điều chỉnh
ã Đặc tính không tải
ã Đặc tính điều tốc
8.1.3 Cơ sở phân tích đặc tính động cơ


94


Trớc khi khảo sát các đặc tính nêu trên, ta h y tìm hiểu cơ sở chung để giải thích
v phân tích các đặc tính. Cụ thể, h y tìm các công thức xác định các thông số kinh tế, kỹ
thuật của động cơ nh pe, Me, Ne, ge, v Gnl. Qua đó tìm đợc các biến số chung để khảo
sát tiến tới xây dựng v phân tích đặc tính.
8.1.3.1 Theo lợng hỗn hợp nạp v o xy lanh
Ta bắt đầu từ công thức:
p e = pi m =

Li
m
Vh

(8-3)

với Li = gctQHηi
v Vh =

(8-4)

8314M h Tk
g ct
pk

(8-5)

trong ®ã gct l lợng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình (kg/chu trình).
Từ định nghĩa hệ số nạp ta có:

Mh =

M1
v

1
trong th nh phần khí nạp mới M1 trong trờng hợp động cơ xăng, ta có
à nl
thể viết tổng quát cho cả động cơ diesel v xăng:
Bỏ qua

M1 = M0
v lu ý từ phơng trình trạng thái:

Vh =

Tk v k
1
, cuối cùng ta đợc:
=
=
pk
R R k

8314M 0
g ct
v R k

(8-6)

Thay (8-4) v (8-6) v o (8-3):

pe =

Q H Rρk ηi
η
η v m = k 1 i v m
8314M 0


(8-7)

Để tìm c«ng st Ne ta sư dơng c«ng thøc sau:

Ne =

p e Vh in
η
= k 2 i η v ηm n
30τ
λ

(8-8)

M« men Me đợc xác định từ Ne:

N
N
Me = e = e =
πn
ω
30

k2



ηi
η v ηm n
λ
= k 3p e
πn
30

(8-9)

95


Nh− vËy, pe v Me chØ kh¸c nhau vỊ tû lệ xích nên ta chỉ cần xác định 1 đại lợng l
đủ. Ta qui ớc sau đây chỉ xét Me.
Suất tiêu thụ nhiên liệu ge đợc xác định theo công thøc:

ge =

1
1
k
=
= 4
Q H ηe Q H ηi ηm ηi m

(8-10)

Tốc độ tiêu thụ (lu lợng) nhiên liệu Gnl xác ®Þnh theo ®Þnh nghÜa ge:

G nl = g e N e =

k4
η
η
.k 2 i ηvηm n = k 5 v n
ηi ηm

λ
λ

(8-11)

C¸c hƯ sè k1, k2, k3, k4 v k5 trong các công thức từ (8-7) đến (8-11) l các hằng số.
Nh vậy các biến số chung khi khảo sát các đặc tính động cơ l

i
, v v m .


Hiệu suất cơ khí còn có thể xác định theo c«ng thøc sau:
ηm = 1 −

pm
p
pm
=1− m =1−
pe
η
pi
k 1 i v
m


(8-12)

8.1.3.2 Theo lợng nhiên liệu chu trình
Từ định nghĩa hệ số d lợng không khí (3-19):

=

L
V
thay L = v h k ta đợc:
L0
g ct

=

v Vh k
. Từ ®©y rót ra:
g ct L 0

ηv g ct L 0
=
= kg ct
λ
Vh ρ k

(8-13)

víi k l mét h»ng sè. Thay (8-13) lần lợt v o (8-7), (8-8), (8-11) v (8-12) ta đợc:

p e = k1g ct i m

(8-14)

N e = k′2 g ct ηi ηm n

(8-15)

G nl = k′ g ct n
5

(8-16)

ηm = 1 −

pm
′
k1g ct ηi

(8-17)

′
Trong ®ã k1 , k2 , k l các hằng số.
5

Các công thức xây dựng đợc trong mục 8.1.3.1 v 8.1.3.2 về nguyên tắc đúng cho
mọi loại động cơ. Tuy nhiên, đối với những động cơ điều chỉnh tải bằng điều chỉnh lợng
hỗn hợp thông qua van tiết lu nh động cơ xăng v động cơ khí thì nên dùng các công
thức phụ thuộc v o lợng hỗn hợp nạp từ (8-7) đến (8-12). Còn đối với động cơ diesel l


96


động cơ điều chỉnh tải bằng điều chỉnh lợng nhiên liệu phun v o xy lanh thì nên dùng
các công thức từ (8-14) đến (8-17).

8.2 Đặc tính tốc độ
Đặc tính tốc độ l đặc tính pe (Me) Ne, ge v Gnl phụ thuộc v o tốc độ vòng quay n
với những điều kiện nhất định về vị trí của cơ cấu điều khiển cung cấp nhiên liệu. Những
điều kiện đó sẽ đợc trình b y khi khảo sát từng đặc tính tốc độ cụ thể.
8.2.1 Các đặc tính tốc độ
Có thể chia đặc tính tốc độ th nh hai loại chính l đặc tính ngo i v đặc tính bộ
phận. Ngo i ra, động cơ diesel còn có một số đặc tính đặc thù.
8.2.1.1 Đặc tính ngo i
Đặc tính ngo i l đặc tính tốc độ ứng với vị trí cung cấp nhiên liệu cực đại (để động
cơ phát ra công suất lớn nhất). Đặc tính ngo i có các dạng sau.
a. Đặc tính ngo i tuyệt đối
L đặc tính tốc độ với công suất có ích Ne luôn đạt giá trị giới hạn lớn nhất m động
cơ có thể đạt đợc ứng với mỗi chế độ tốc độ n.
Điều kiện xác lập đặc tính ngo i tuyệt đối nh sau.
Tõ (8-7) v (8-12) ta cã:



ηi 
pm 

p e = k 1 ηv  1 −
ηi 
λ 
k1 ηv 

λ



(8-18)

T¹i mỗi n xác định, Ne đạt max khi pe max. Khi đó, theo (8-13) thì phải thoả m n

đồng thời các điều kiện i , v max

v pm min. Sau đây ta sẽ phân tích
những điều kiện n y một cách chi tiết
hơn.

ã v max
Để đạt hệ số nạp lớn nhất có thể,
động cơ phải có pha phối khí tốt nhất
tại mọi tốc độ vòng quay n. Hiện nay
đ có một số h ng ô-tô nh BMW hay
TOYOTA đ sử dụng cơ cấu phối
khí thay đổi pha phối khí tuỳ thuộc chế
độ tốc độ của động cơ. Ngo i ra, đối
với động cơ xăng, để đạt điều kiện n y
thì van tiết lu phải mở ho n to n.

ã

i
max




Hình 8-5. Các giá trị ứng với

i
max


97


i
v o đợc trình b y kỹ hơn ở mục 8.6.1. Dới đây chỉ

trình b y tóm tắt các quan hƯ n y.
Sù phơ thc cđa ηi v

- §éng cơ xăng thông thờng (trừ động cơ phun xăng trực tiếp GDI) hình th nh hỗn
hợp bên ngo i xy lanh có hỗn hợp đồng nhất với giới hạn cháy hẹp, hình 8-5. Quá trình
cháy đợc coi l kinh tế nhất khi i đạt max với hệ số d lợng không khí = 1,15 ữ

1,20. Trên cơ sở i = f() ngời ta tìm đợc i max với = 0,80 ữ 0,90.

- Động cơ diesel có hỗn hợp không đồng nhất với trong một giới hạn rất rộng
i
(0,4-0,5 đến 10), hình 8-5, i đạt max tại = 3,5 - 4 v
max t¹i λ = 1,05 - 1,10.

Các giá trị nêu trên chính l các giá trị yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên

liệu của động cơ để đạt i max.

ã pm min
Các bề mặt ma sát của động cơ phải đợc chế tạo sao cho ma sát l nhỏ nhất v chế
độ bôi trơn tốt nhất.

ã Các yếu tố khác
Góc đánh lửa sớm hay góc phun sớm, nhiệt độ nớc l m mát đạt giá trị tối u.
Từ phân tích nêu trên ta đi đến nhận xét sau đây. Đặc tính ngo i tuyệt đối đối với
động cơ xăng l đặc tính có thể gặp trong thực tế vì nếu thoả m n các điều kiện nói trên,
động cơ vẫn l m việc bình thờng. Ngợc lại, đối với động cơ diesel, khi = 1.05-1,10
trong khí thải có quá nhiều khói đen vì khói đen bắt đầu xuất hiện rõ rệt ngay khi = 1,3
ữ 1,5 tuỳ loại động cơ. Về nguyên tắc, động cơ không đợc phép l m việc trong vùng có
khói đen. Vì vậy, đặc tính ngo i tuyệt đối của động cơ diesel không có ý nghĩa ®èi víi
thùc tÕ sư dơng. VỊ thùc chÊt, ®Ỉc tÝnh ngo i tuyệt đối l đặc tính giới hạn những chế độ
l m việc có thể có của động cơ.
b. §Ỉc tÝnh ngo i sư dơng
§Ỉc tÝnh ngo i sư dụng l đặc tính tốc độ của động cơ trong điều kiện sử dụng khi
cơ cấu điều khiển nhiên liệu ở vị trí sao cho động cơ phát ra công suất định mức Neđm ứng
với tốc độ vòng quay định mức nđm. Trong quá trình lấy đặc tính, cơ cấu điều khiển nhiên
liệu luôn ở vị trí giới hạn lớn nhất.
Các thông số không nhất thiết phải đạt tối u tại mọi tốc độ vòng quay n nh ở đặc
tính ngo i. Riêng với động cơ diesel, 1,3 ữ 1,5 (tuỳ từng loại động cơ) để bảo đảm
không phát thải khói đen.
Vậy đặc tính ngo i sử dụng l đặc tính giới hạn các chế độ l m việc bình thờng
trong thực tế sử dụng của động cơ, từ đây về sau ta gọi vắn tắt l đặc tính ngo i. Đây l
đặc tính quan trọng nhất của động cơ. Thông thờng, nh chế tạo động cơ cho đặc tính
ngo i trong các t i liệu kỹ thuật đi kèm theo động cơ ở dạng đồ thị pe(Me), Ne v ge =
f(n).

98


8.2.1.2 Đặc tính bộ phận
Đặc tính bộ phận l đặc tính tốc độ ứng với các vị trí trung gian của cơ cấu điều
khiển cung cấp nhiên liệu. Các điều kiện
khác khi xác lập đặc tính cũng giống nh đối
với ®Ỉc tÝnh ngo i sư dơng. Nh− vËy sÏ cã vô
số đặc tính bộ phận.
8.2.1.3 Các đặc tính tốc độ đặc thù
của động cơ diesel
Ngo i những đặc tính nêu trên, trong
động cơ diesel còn có một số đặc tính tốc độ
đặc biệt sau đây.
a. Đặc tính giới hạn khói đen
L đặc tính tốc độ khi cơ cấu điều
khiển cung cấp nhiên nhiên liệu ở vị trí ứng
với bắt đầu xuất hiện khói đen tại mọi tốc độ
vòng quay n. Nh vậy, cơ cấu điều khiển
nhiên liệu không cố định trong quá trình xây
dựng đặc tính.
Hình 8-6. Các loại đặc tính tốc độ
Điều kiện xác lập đặc tính nh đối với
đặc tính ngo i tuyệt đối, chỉ khác điều kiện
về λ. Cơ thĨ l λ = λkhãi ®en. Trong thùc tế
động cơ không đợc phép l m việc với đặc tính khói đen. Đặc tính khói đen vì vậy chỉ có
ý nghĩa l đặc tính giới hạn về của động cơ diesel. Đặc tính ngo i c ng bám sát đặc tính
khói đen thì c ng tận dụng đợc khả năng nâng cao tính hiệu quả (pe) của động cơ.
b. Đặc tính giới hạn bơm cao áp
L đặc tính tốc độ khi cơ cấu điều khiển

cung cấp nhiên nhiên liệu ở vị trí cực đại v
không bị hạn chế. Nh vậy, động cơ đợc
cung cấp lợng nhiên liệu chu trình với khả
năng lớn nhất của hệ thống cung cấp nhiên
liệu. Thông thờng khi đó đặc tính của động
cơ vợt quá giới hạn khói đen. Nh vậy, đặc
tính giới hạn bơm cao áp cho ta biết khả năng
quá tải về công suất v mô men ở từng chế độ
tốc độ của động cơ.
Các loại đặc tính tốc độ đợc thể hiện
tổng hợp trên hình 8-6. Sau đây ta sẽ khảo sát
tỷ mỷ các đặc tính tốc độ chủ yếu l ®Ỉc tÝnh
ngo i v ®Ỉc tÝnh cơc bé cho ®éng cơ xăng v
động cơ diesel.
8.2.2 Đặc tính tốc độ động cơ xăng
8.2.2.1 Đặc tính ngo i



Hình 8-7. Các biến số thay đổi theo n
trên đặc tính ngo i động cơ xăng

99


Khi lấy đặc tính ngo i, van tiết lu hỗn hợp mở ho n to n. Để thay đổi tốc độ động
cơ phải thay đổi sức cản của băng thử.
Khi tăng tốc độ vòng quay n, các biến số chung trong các phơng trình từ (8-7) đến
(8-12) thay đổi cụ thể nh sau.

ã : Hệ số d lợng không khí thay đổi ít vì động cơ xăng chủ yếu dùng phơng
pháp điều chỉnh lợng để điều chỉnh tải.
ã i: Do cờng độ rối của môi chất tăng tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình cháy

nên tăng một chút. Vì vậy có thể coi i ít thay đổi.

ã v: Hệ số nạp đạt giá trị lớn nhất tơng ứng với pha phối khí tối u (xem 4.1.3.8).
ã m: xác định theo (8-12) với pm tăng bậc nhất theo n (xem 5.2.1). D¹ng cđa ηm sÏ
cã d¹ng cđa ηv nh−ng cùc đại chuyển dịch về bên trái.
To n bộ những biến số trên đợc thể hiện trên hình 8-7. Trên cơ sở đó ta có thể
phán đoán v phân tích hình dạng cụ thể
của các đặc tính nh sau.

ã Me: theo (8-9) v (8-7), Me sÏ cã
d¹ng cđa ηv v ηm với cực đại nằm trung
gian giữa hai cực đại của chúng, hình 88. Me đạt max tại nM. Gọi:
k=

M e max
M edm

(8-19)

gäi l hÖ sè thÝch øng v :

kc =

nM
n dm

(8-20)

l hệ số tốc độ.
Nhánh phải của đờng mô men
c ng dèc th× hƯ sè thÝch øng c ng lín,
tÝnh ổn định của động cơ khi kéo máy
Hình 8-8. Đặc tính ngo i động cơ xăng
công tác c ng cao. Hệ số thích ứng của
động cơ xăng khá lớn nằm trong khoảng
1,4 ữ 1,45 nên tính ổn định rất cao nên nói chung không cần bộ điều tốc trong dải tốc độ
l m việc hoặc chỉ cần điều tốc hai chế độ cho các chế độ biên nmin v nmax m thôi (xem
mục 8.8).
Hệ số tốc độ cho ta biết vùng l m việc ổn định của động cơ. Hệ số tốc độ c ng nhỏ
thì vùng tốc độ l m viƯc c ng réng, ®iỊu khiĨn c ng dƠ d ng; ví dụ, nếu dùng trên các
phơng tiện vận tải thì hộp số chỉ cần ít cấp thôi. Động cơ xăng có kc = 0,45 ữ 0,55.



100


• Ne: Tõ Me ta cã thĨ dƠ d ng xây dựng đợc đặc tính Ne = kMen với k l hằng số,
hình 8-8, đạt max tại nN v tại ®iĨm trªn ®−êng Ne øng víi nM ta cã
N
tgα = e = kM e max nên tại đó đạt max.
n

Hình 8-9. Hệ số nạp trên đặc tính bộ
phận? động cơ xăng

Hình 8-10.

i
trên đặc tính bộ phận?

động cơ xăng

ã ge: xác định theo (8-10). Ban đầu tích im tăng nên ge giảm, đạt min tại nge sau đó
tăng vì tích im giảm do m giảm nhanh hơn, hình 8-8.
ã Gnl: xác định theo (8-11) có dạng quyết định bởi

v
, hình 8-8.


8.2.2.2 Đặc tính bộ phận
Từ đặc tính ngo i giảm tải để chuyển
về chế độ tải bộ phận phải đóng nhỏ dần van
tiết lu. Tại mỗi một tốc độ vòng quay xác
định, các biến số thay đổi nh sau.

ã v: giảm rất nhanh khi c ng đóng
nhỏ van tiết lu, hình 8-9. Đờng 1 l đờng
đặc tính ngo i ứng với to n tải, đờng 2 ứng
với tải trung bình, đờng 3 ứng với tải nhỏ.
Các đờng đều hội tụ về một điểm chung
trên trục tung, vì khi tốc độ n bằng không
thì tiết lu không còn tác dụng nữa.

ã i : do r tăng nhanh khi đóng dần

Hình 8-11. m trên đặc tính bộ phận?
động cơ xăng

van tiết lu nên i giảm, trong khi thay đổi ít nên

i
giảm, hình 8-10.


ã m: xác định theo (8-12). Khi đóng dần van tiết lu, pm tăng,

i
v v giảm nên nm


cũng giảm v c ng gi¶m nhanh khi t¶i c ng nhá, h×nh 8-11.



101


Trên cơ sở phân tích trên, diễn biến các đặc tính bộ phận của động cơ xăng cụ thể
nh sau.

ã Me: xác định theo (8-7) v (8-9). Mô men Me giảm nhanh khi c ng đóng nhỏ van
tiết lu nên các đờng mô men c ng dốc, chế độ l m việc c ng ổn định, hình 8-12.
ã Ne: xây dựng từ Me, hình 8-13.

Hình 8-12. Đặc tính bộ phận
động cơ xăng Me

Hình 8-13. Đặc tính bộ phận
động cơ xăng Ne

ã ge: xác định theo (8-10). Do i giảm v m giảm nhanh khi c ng đóng nhỏ van tiết
lu nên các đặc tính bộ phận cao lên v có độ võng c ng lớn, hình 8-14.
ã Gnl: xác định theo (8-11). Do thay đổi ít nhng v giảm nhanh khi giảm tải nên
các đờng bộ phận c ng hạ xuống dới so với đặc tính ngo i (đờng 1), hình 8-15.

Hình 8-14. Đặc tính bộ phận
động cơ xăng ge

Hình 8-15. Đặc tính bộ phận
động cơ xăng Gnl

8.2.3 Đặc tính tốc độ động cơ diesel
8.2.2.1 Đặc tính ngo i



102


Tơng tự nh ở động cơ xăng, khi lấy đặc tính ngo i thì cơ cấu điều khiển nhiên
liệu đợc cố định ở vị trí giới hạn lớn nhất v thay đổi tốc độ vòng quay bằng cách điều
chỉnh sức cản của băng thử.
Khi tăng tốc độ vòng quay n, các biến số đặc tính trong các phơng trình (8-14) đến

(8-17) thay đổi nh sau, hình 8-16.

ã gct: Xét một ví dụ l bơm cao áp kiểu Bosch - loại bơm hiện còn đang sử dụng khá
phổ biến cho động cơ diesel - nếu không có kết cấu đặc biệt thì gct có đặc tính thờng tăng
một chút theo tốc độ vòng quay do ảnh hởng của tiết lu, mặc dù cơ cấu điều khiển
nhiên liệu ở vị trí cố định (xem giáo trình Hệ thống nhiên liệu v tự động điều chỉnh).

Hình 8-16. Các biến số trên đặc tính
ngo i động cơ diesel

Hình 8-17. Đặc tính ngo i động cơ
diesel

ã i: Khi tăng tốc độ vòng quay (trong vùng l m việc của động cơ nmin - nmax) thì
chuyển động rối của môi chất trong quá trình nén v hình th nh hỗn hợp tăng lên, đồng
thời nhiệt mất mát trong quá trình nén giảm. Tất cả những ảnh hởng đó dẫn tới quá trình
cháy đợc cải thiện nên i tăng một chút. Tuy nhiên tốc độ tăng i giảm dần vì thời gian
gi nh cho quá trình hình th nh hỗn hợp v cháy giảm, cháy rớt tăng nên hiệu quả sinh
công giảm dần.
pm
áp dụng cho động
i
k 1 v

pm
cơ xăng đ xét ở mục 8.2.2.1, nay ta dùng công thức (8-17) m = 1
áp dụng cho

k1g ct i

động cơ diesel. So sánh hai trờng hợp ta có thể thấy i v i có vai trò tơng tự nh

nhau vì cùng thay đổi ít. Sự khác biệt chính l ở v v gct: trong khi v tăng rồi đạt cực đại
ở tốc độ vòng quay ứng với góc phối khí tốt nhất rồi giảm đáng kể (xem 4.1.3.8) thì gct lại
có thể tăng một chút theo tốc độ vòng quay. Vì vậy, đặc tính của m của động cơ diesel
thoải hơn của động cơ xăng.

ã m: Tơng tự nh− ηm theo c«ng thøc (8-12) ηm = 1 −

Tõ đó ta đi xây dựng v phân tích đặc tính ngo i của động cơ diesel nh sau.


103


• Me: Theo c«ng thøc (8-14) v (89), Me ban đầu tăng do cả gct, i v m
đều tăng, sau khi đạt cực đại thì giảm
dần do m giảm nhng chậm hơn so với
Me của động cơ xăng chủ yếu do m
thoải hơn, hình 8-17. Hệ số thích ứng k
theo công thức (8-19) do đó nhỏ hơn, chỉ
khoảng 1,10-1,15 nên tính ổn định của
động cơ với máy công tác kém hơn. Còn
hệ số tốc độ tính theo công thức (8-20)
nằm trong kho¶ng 0,55 - 0,70 tøc l
vïng l m viƯc ổn định cũng hẹp hơn.
ã Ne: Theo công thức (8-15) ta dƠ
d ng suy ra d¹ng cđa Ne. Do Me rất thoải
nên Ne tăng nhanh trong vùng tốc độ l m
việc tức l không đạt cực đại tại đây m

trong vùng khói đen cách khá xa tốc độ
nđm, hình 8-17.

Hình 8-18. gct trên đặc tính bộ phận? động
cơ diesel
1: To n tải, 2: Tải trung bình, 3: Tải nhỏ

ã ge: Theo công thức (8-10) ge cũng có dạng giống nh ở động cơ xăng, tuy nhiên ít
võng hơn (thoải hơn) chủ yếu vì m thoải hơn, hình 8-17.

17.

ã Gnl: Theo công thức (8-16) ta có thể dễ d ng xác định đợc dạng của Gnl, hình 8-

8.2.2.2 Đặc tính bộ phận
Từ chế độ to n tải (đặc tính ngo i) giảm tải để chuyển về chế độ tải bộ phận phải
dịch chuyển cơ cấu điều khiển nhiên liệu về vị trí giảm cung cấp nhiên liệu v giữ cố định
ứng với mỗi đặc tính bộ phận. Tại mỗi một tốc độ vòng quay xác định, các biến số thay
đổi nh sau.
ã gct: Dạng của gct giống nh ở đặc
tính ngo i nhng giảm khi giảm tải, hình
8-18.
ã i: Khi giảm tải, hệ số d lợng
không khí tăng (vì gct giảm). Theo đặc
tính i(), hình 8-5, thì i tăng một chút
rồi giảm nhng thay đổi không nhiều.
ã m: Theo công thức (8-17)
pm
thì khi giảm tải gct
m = 1

k1g ct i
giảm l nhân tố quyết định l m giảm m
nhng giữ dạng giống đặc tính ngo i,
hình 8-19.

Trên cơ sở đó ta đi xây dựng v
phân tích đặc tính bộ phận của động cơ



Hình 8-19. m trên đặc tính bộ phận? động
cơ diesel
1: To n tải, 2: Tải trung bình, 3: T¶i nhá

104


diesel nh sau.
ã Me: Theo công thức (8-14) v (8-9) thì Me giảm khi giảm tải chủ yếu do gct v m
giảm còn i thay đổi ít. Ngo i ra, do dạng của gct v m khi thay đổi tải giống nhau nên
dạng Me ở đặc tính bộ phận giống dạng Me ở đặc tính ngo i, hình 8-20. Nói cách khác,
đặc tính bộ phận Me của động cơ diesel đều rất thoải nên tính ổn định với máy công tác
kém ở mọi chế độ tải trọng. Vì vậy động cơ diesel phải có điều tốc để giữ ổn định tốc độ
vòng quay n.
ã Ne: Theo công thức (8-15) có thĨ dƠ d ng suy ra d¹ng cđa Ne. Do Me ở chế độ bộ
phận cũng rất thoải nên Ne đều tăng nhanh trong vùng tốc độ l m việc v cực đại trong
vùng khói đen cách khá xa tốc độ nđm, hình 8-21.

Hình 8-20. Đặc tính bộ phận? Me

động cơ diesel

Hình 8-21. Đặc tính bộ phận? Ne
động cơ diesel

1: To n tải, 2: Tải trung bình, 3: Tải nhỏ
ã ge: Theo công thức (8-10) ge ở chế độ bộ phận nhỏ lớn hơn so với ở chế độ đặc
tính ngo i vì i thay đổi ít v m giảm. Dạng của ge cũng giống với đặc tính ngo i, hình 822. Cần lu ý l khi giảm tải từ to n tải, tăng v ban đầu i tăng một chút, hình 8-5, nên
có một vị trí cơ cấu điều khiển nhiên liệu tơng ứng với tải nhỏ hơn to n tải một chút m
tại đó tích im max nên ge thực sự nhỏ nhất, đờng 1 trên hình 8-22.

Hình 8-22. Đặc tính bộ phận? ge
động cơ diesel

Hình 8-23. Đặc tính bộ phận? Gnl
động cơ diesel

1: To n tải, 2: Tải trung bình, 3: Tải nhỏ, 1: Tải ứng víi ge nhá nhÊt


105


• Gnl: Theo c«ng thøc (8-16) cã thĨ dƠ d ng xác định đặc tính của Gnl, hình 8-23.

8.3 Đặc tính chân vịt
8.3.1 Khái niệm chung
Đặc tính chân vịt của động cơ l đặc tính tốc độ khi động cơ kéo chân vịt t u thuỷ,
bao gồm các đặc tính Ne, Me, ge v Gnl phô thuéc v o tèc độ vòng quay n.
Khi động cơ kéo chân vịt ở chế độ ổn định, công suất của động cơ cân bằng với

công suất cản của chân vịt. Thực nghiệm chứng tỏ rằng, khi chân vịt quay trong nớc,
công suất cản của chân vịt có thể coi l một h m bậc ba của tốc độ chân vịt:
Nc = kn3 = Ne

(8-21)

víi k l mét h»ng sè.
ChÕ ®é l m viƯc của động cơ với
chân vịt khi đó l các điểm cắt nhau giữa
các đờng đặc tính công suất động cơ v
công suất cản của chân vịt, hình 8-24. Tập
hợp các điểm l m việc của hệ thống động
cơ - chân vịt nằm trên đờng công suất cản
theo công thức (8-21). §Ĩ thay ®ỉi tèc ®é
cđa hƯ thèng (nh»m thay ®ỉi tốc độ của
t u) phải thay đổi vị trí của cơ cấu điều
khiển nhiên liệu. Nh vậy, trừ ở tốc độ
định mức động cơ l m việc ở 1 điểm trên
đặc tính ngo i (đờng 1), còn lại động cơ
đều l m việc ở đặc tính bộ phận (các
đờng 2, 3) với tính kinh tế không cao
(suất tiêu hao nhiên liệu lớn), hình 8-14 v
hình 8-22.

Hình 8-24. Chế độ l m việc của động cơ
kéo chân vịt

Để khắc phục nhợc điểm n y,
ngời ta sử dụng những biện pháp sau đây.
ã Dùng bộ truyền để thay đổi tốc độ

của chân vịt. Ví dụ, hình 8-24, theo yêu
cầu của t u, chân vịt cần phải l m việc ở
điểm A với tốc độ nA. Với bộ truyền, động
cơ l m việc ở điểm B với tốc độ nB trên
đờng đặc tính ngo i với tính kinh tế cao.
ã Dùng chân vịt có bớc xoắn thay
đổi. Với kết cấu n y đặc tính cản của chân
vịt sẽ thay đổi (k trong công thức 8-21
thay đổi) phụ thuộc v o bớc xoắn của nó.
Tập hợp các điểm l m việc của hệ thống
động cơ- chân vịt sẽ nằm trên đặc tính
ngo i của động cơ với tính kinh tế cao,
đờng 1, hình 8-25.



Hình 8-25. Chế độ l m việc của động cơ
kéo chân vịt có bớc xoắn thay đổi

106


ã Dùng nhiều động cơ kéo chân vịt. Khi tốc ®é cđa t u nhá cã thĨ chØ cÇn mét động
cơ l m việc. Chỉ khi cần chạy hết tốc lực mới cần to n bộ số động cơ cùng kéo chân vịt.
Nh vậy, các động cơ luôn l m việc ở chế độ tải lớn với tính kinh tế cao.

Sau đây ta sẽ xét đặc tính chân vịt cụ thế của động cơ xăng v diesel. Để đơn giản,
ta chỉ xét trờng hợp động cơ kéo trực tiếp chân vịt có bớc xoắn cố định.
8.3.2 Đặc tính chân vịt động cơ
xăng

Nh trên đ trình b y, khi thay
đổi tốc độ vòng quay chân vịt phải thay
đổi vị trí van tiết lu điều chỉnh lợng
hỗn hợp nạp v o xy lanh. Khi đó các
biến số của các đặc tính biến đổi nh
sau.
ã v: khi tăng n phải mở rộng van
tiết lu nên sức cản đờng nạp giảm
nhanh chóng, hệ số nạp tăng, hình 826.

Hình 8-26. Các biến số trên đặc tính chân vịt
động cơ xăng

ã i: do mở rộng van tiết lu nên
hệ số khí sót giảm (hỗn hợp sạch hơn),
quá trình cháy đợc cải thiện nên i tăng. Tuy nhiên, trong vùng l m việc của động cơ thì
i thay đổi không nhiều. Đối với động cơ xăng điều chỉnh lợng nên hệ số thay đổi ít.

Vì vậy có thể coi nh i không đổi,

hình 8-26.
ã m: Theo công thức (8-12)
pm
, một mặt pm tăng
m = 1

k1 i v

theo tốc độ trợt của piston, mặt khác
do mở rộng van tiết lu nên sức cản

giảm nên pm thay đổi không nhiều.
Vậy chỉ còn v đóng vai trò quyết định
l m tăng m, hình 8-26.

Trên cơ sở đó ta đi khảo sát đặc
tính chân vịt động cơ xăng nh sau.

Hình 8-27. Đặc tính chân vịt động cơ xăng

ã Ne: Công suất có ích Ne đợc
thể hiện l một parabol bậc 3 theo công thức (8-21) trên hình 8-27.
ã Me: Tõ c«ng thøc (8-21) ta dƠ d ng suy ra mô men Me, hình 8-27, l một h m bậc
2 của tốc độ vòng quay:

Me = kMn2



(8-22)

107


• ge: Theo c«ng thøc (8-10) g e =

k4
, do cả i v m đều tăng nên ge giảm liên tục
i m

khi tăng tốc độ n, hình 8-27.

ã Gnl: Theo c«ng thøc (8-11) G nl = k 5

ηv
n , dƠ d ng suy Gnl tăng tốc độ vòng quay


n v có dạng nh trình b y trên hình 8-27.
Nếu nh hệ thống nhiên liệu của động cơ có hệ thống l m đậm để động cơ phát ra
công suất cao ở chế độ tải lớn v to n tải (Xem giáo trình Hệ thống nhiên liệu v tự động
điều chỉnh), do hỗn hợp đậm hơn (hệ số d lợng không khí giảm) nên i giảm đôi chút
kéo theo cả m cũng giảm. Kết quả l ge v Gnl tăng một chút, hình 8-27 (đờng - - -).
8.3.3 Đặc tính chân vịt động cơ diesel
Khi tăng tốc độ vòng quay n, các
biến số đặc tính thay đổi nh sau.
ã gct: Để tăng n đòi hỏi phải cung
cấp thêm nhiên liệu nên gct tăng nhanh,
hình 8-28.
ã i: Do gct tăng trong khi lợng
không khí nạp - tỷ lệ với hệ số nạp- nói
chung giảm theo tốc độ vòng quay n
(xem hình 4-7) nên hệ số d lợng
không khí giảm, hỗn hợp đậm nên
cháy rớt tăng dẫn tới i giảm một chút,
hình 8-28.
ã m: Theo công thức (8-17)
pm
qua thực nghiệm
m = 1

k1g ct i

p
ngời ta thấy rằng m có tăng (pm tăng
g ct
bậc nhất với n v i tăng một chút nh
nói ở trên) nhng do gct tăng nhanh hơn
nên m cũng tăng, hình 8-28.

Hình 8-28. Các biến số trên đặc tính chân vịt
động cơ diesel

Từ đó ta có thể phân tích đặc tính
chân vịt của động cơ diesel.
ã Ne v Me tơng tự nh đ trình
b y ở động cơ xăng, mục 8.3.2, v để
cho thống nhất cũng thể hiện trên hình
8-29.

Hình 8-29. Đặc tính chân vịt động cơ diesel

ã ge: Theo công thức (8-10)



108


k4
, do i tăng v m giảm nên ge sẽ ®¹t cùc tiĨu gemin øng víi (ηiηm)max t¹i nge <
ηi m
nđm, hình 8-29. Điều n y khác với ở động cơ xăng.

ge =

ã Gnl: Theo công thức (8-16) G nl = k′ g ct n ta cã thĨ dƠ d ng suy ra đặc tính của Gnl,
5
hình 8-29.

8.4 Đặc tính tải
Đặc tính tải biểu thị mối quan hệ của ge, Gnl theo Ne, Me hay pe khi giữ tốc độ vòng
quay n bằng hằng số. Khi lấy đặc tính tải phải thay đổi cơ cấu điều chỉnh cung cấp nhiên
liệu để động cơ phát ra công suất khác nhau nhng phải điều chỉnh sức cản của băng thử
để giữ tốc độ động cơ khôn đổi. Đặc tính tải cũng l một đặc tính quan trọng của động cơ,
đặc biệt l đối với những động cơ l m việc với miền tốc độ vòng quay hẹp hoặc không đổi
ví dụ nh máy phát điện.
8.4.1 Đặc tính tải động cơ xăng
Để tăng tải phải mở rộng van tiết
lu, khi đó các biến số đặc tính thay
đổi nh sau.
ã v: Hệ số nạp tăng vì sức cản
đờng nạp giảm, hình 8-30.
ã : Hệ số d lợng thay đổi ít
trong động cơ xăng l động cơ dùng
phơng pháp điều chỉnh lợng, hình 830.

Hình 8-30. Các biến số trên đặc tính tải
ã i: Khi mở rộng van tiết lu, hệ
động cơ xăng
số khí sót r giảm, hỗn hợp sạch hơn
nên quá trình cháy đợc cải thiện, v
tăng. Nếu ở chế độ tải lớn có l m đậm, đờng - - - trên hình 8-30, để động cơ phát ra công
suất cao thì quá trình cháy kéo d i, i giảm. Tuy nhiên trong vùng l m việc của động cơ

với vùng hệ số d lợng không khí đ đợc lựa chọn cẩn thận thì i thay đổi ít. Tổng

hợp lại có thể coi rằng i thay đổi ít, hình 8-30.

ã m: Hiệu suất cơ khí xác định theo công thức (8-12) m = 1

const v mở rộng van tiết lu khi tăng tải nên pm giảm, trong khi

pm
, do n =

k 1 i v


i
thay đổi ít v v tăng


dẫn tới m tăng.
Trên cơ sở đó chúng ta phân tích đặc tính tải động cơ xăng dới đây.



109


• ge: Theo c«ng thøc (8-10)
k
g e = 4 , tại chế độ không tải Ne =
i m

0 nên ge = . Khi tăng tải, tích im
tăng nên ge giảm dần v nếu có l m
đậm thì ge tăng một chút, đờng - - trên hình 8-31.
ã Gnl: Theo công thøc (8-11)
η
G nl = k 5 v n cã thÓ dễ d ng suy ra

dạng của Gnl, hình 8-31.

8.4.2 Đặc tính tải động cơ diesel

Hình 8-31. Đặc tính tải động cơ xăng

Khi tăng tải trong điều kiện n =
const, các biến số đặc tính thay đổi
nh sau.
ã gct: Để tăng tải phải tác động
lên cơ cấu điều khiển nhiên liệu để
tăng gct, hình 8-32. Tuy nhiên, Ne
không tăng m i theo gct vì hỗn hợp
ng y c ng đậm, quá trình cháy thiếu
không khí nên động cơ xả ra khói
đen ng y một trầm trọng. Từ một giá
trị gct n o đó ứng với Nemax trở đi, khi
tăng gct thì Ne giảm, hình 8-32.
ã i Khi gct tăng, hệ số d
Hình 8-32. Các biến số trên đặc tính tải
lợng không khí giảm (điều chỉnh
động cơ diesel
chất) ban đầu từ rất nhạt (không tải)

trở về bớt nhạt nên i tăng, đạt cực đại rồi giảm vì hỗn hợp đậm (phun v cháy kéo d i),
hình 8-32. Điều n y đ trình b y ở mục 8.2.1.1 v thể hiện trên hình 8-5.
pm
. Do n = const nên có thể coi nh− pm =
′
k1g ct ηi
const (xem mơc 5.2.1 v c«ng thức 5-13) nếu bỏ qua ảnh hởng của các thông số khác
nh nhiệt độ l m mát, nhiệt độ dầu bôi trơn. Nh vậy sự thay đổi của m chỉ phụ thuộc
v o tích gcti. Ban đầu m tăng nhanh do gct v i đều tăng nhng sau đó tăng chậm dần
dần vì i giảm. Sau khi đạt cực đại m sẽ giảm dần vì i giảm mạnh do hỗn hợp quá đậm,
thậm chí rơi v o vùng khói đen, hình 8-32.
ã m: Theo công thức (8-17) m = 1

Trên cơ sở diễn biến của các biến số, đặc tính tải của động cơ diesel có dạng nh
sau.



110


k4
. Tại chế độ không tải ge = . Khi tăng tải,
i m
ban đầu ge giảm do im tăng, sau đó đạt cực tiểu tại (im)max rồi tăng do im giảm, hình
8-33.
ã ge: Theo công thức (8-10) g e =

Gnl: Theo c«ng thøc (8-16) G nl = k′ g ct n với n = const nên Gnl có dạng của gct, hình
5

8-33.
ã Vấn đề chọn chế độ định mức
cho động cơ diesel. Trong quá trình
khảo sát đặc tính tải ở trên đ thể hiện
rõ gct l biến độc lập đặc trng cho tải
trọng. Tuy nhiên, sau khi tiến h nh
thực nghiệm để có đặc tính tải ở tốc độ
định mức nđm chọn trớc, một vấn đề
đặt ra đối với nh chế tạo động cơ l
trên cơ sở đặc tính đó chọn chế độ định
mức ở đâu cho phù hợp, từ đó điều
chỉnh hệ thống nhiên liệu với một
lợng gct nhất định. Công suất động cơ
phát ra tại chế độ lựa chọn đợc gọi l
công suất định mức Neđm.

Hình 8-33. Đặc tính tải động cơ diesel

Thông thờng, tiêu chí để chọn chế độ định mức l chế độ có tính kinh tÕ cao (ge
nhá) v tÝnh hiƯu qu¶ lín (pe hay Ne lớn). Tuy nhiên, không có chế độ n o m tại đó hai
thông số trên đồng thời đạt cực trị, hình 8-33. Vì thế ngời ta phải lựa chọn chế độ định
g
mức một cách thoả hiệp sao cho tại ®ã tû sè e nhá nhÊt. XuÊt ph¸t tõ quan ®iĨm n y, ta
Ne
chän chÕ ®é ®Þnh møc cho ®éng cơ diesel nh sau.
Trên hình 8-33, xét một điểm bất kỳ X trên đồ thị ge = f(Ne), gọi l gãc cđa OX
g
víi trơc ho nh ta cã tgΨ = e . Từ O tìm đợc tiếp tuyến với đồ thị ge tại A. Rõ r ng l
Ne
g

tại đây gãc ψ nhá nhÊt nªn ta cịng cã tgψ = e nhỏ nhất. Vì vậy ta chọn giá trị tung độ
Ne
của điểm A l Neđm. Từ giá trị Neđm vừa chọn ta sẽ quay trở lại xác định gct cho chế độ định
mức dựa v o đồ thị gct trên hình 8-32.
Sau khi khảo sát đặc tính tải ta đi thấy giữa đặc tính tốc độ v đặc tính tải có mối
liên hệ mật thiết với nhau. Nếu nh đ có đặc tính tốc độ bao gồm đặc tính ngo i v đặc
tính bộ phận trình b y trong các môc 8.2.2 v 8.2.3, ta ho n to n cã thể xây dựng các đặc
tính tải ở các chế độ tốc độ vòng quay n = const một cách dễ d ng v ngợc lại.
8.5 Đặc tính tổng hợp
Đặc tính tổng hợp l đặc tính thể hiện đồng thời quan hệ của nhiều thông số l m
việc của động cơ trong miền l m việc của nó. Dựa trên các đặc tính tốc độ hoặc đặc tính
tải ta có thể xây dựng đặc tính tổng hợp với các đờng đẳng trị. Đặc tính tổng hợp nh
một bức tranh to n cảnh mô tả to n bộ các chế độ l m việc của động cơ với các thông số



111


cụ thể. Hình 8-34 trình b y đặc tính
tổng hợp của một loại động cơ cụ
thể???. Trên đặc tính tổng hợp, tại một
điểm ta có thể xác định đồng thời
nhiều thông số của động cơ nh n, pe,
Ne, ge. Ngo i ra, ta có thể xác định
vùng l m việc thích hợp cho động cơ
tuỳ theo mục đích sử dụng. VÝ dơ vïng
l m viƯc kinh tÕ nhÊt cđa ®éng cơ trên
hình 8-34 l vùng có ge khoảng ????
g/kWh???.

8.6 Đặc tính điều chỉnh
Đó l đặc tính thể hiện mối quan
Hình 8-34. Đặc tính tổng hợp
hệ của các thông số l m viÖc nh− Ne
(hay Me, pe) v ge (hay Gnl) phụ thuộc v o các thông số điều chỉnh nh hệ số d lợng
không khí , góc đánh lửa sớm hay góc phun sớm s, nhiệt độ l m mát tlm, nhiệt độ dầu
bôi trơn, áp suất phun nhiên liệu... Nh vậy có rất nhiều đặc tính điều chỉnh, nhng quan
trọng nhất l đặc tính điều chỉnh theo v s vì đây l hai thông số ảnh hởng rất lớn đến
tính kinh tế v tính hiệu quả của động cơ. Sau đây ta sẽ chỉ xét hai đặc tính điều chỉnh
n y.
8.6.1 Đặc tính điều chỉnh
Đó l các quan hệ Ne v ge =
f(). Đặc tính điều chỉnh đợc xây
dựng trong phòng thí nghiệm trên động
cơ mẫu (thờng l động cơ nghiên cứu
một xy lanh dùng để nghiên cứu phát
triển động cơ) để đa ra những dữ liệu
nhằm thiết kế v điều chỉnh hệ thống
cung cấp nhiên liệu cho động cơ.
8.6.1.1 Động cơ xăng
Khi lấy đặc tính điều chỉnh ,
Hình 8-35. Các biến số của đặc tính điều
các thông số l m việc nh tốc độ vòng
chỉnh trong động cơ xăng
quay v độ mở van tiết lu v tất cả các
thông số điều chỉnh khác nh góc đánh lửa sớm, nhiệt độ l m mát, nhiệt độ dầu bôi trơn...
phải giữ không đổi ở các giá trị phù hợp (ví dụ nhiệt độ nớc l m mát 80-900C, nhiệt độ
dầu bôi trơn 95 -1000C...). Để thay đổi phải thay đổi lợng nhiên liệu cung cấp cho
động cơ bằng cách thay đổi sức cản của gíc-lơ (đối với động cơ dùng bộ chế ho khí)
hoặc thay đổi lợng nhiên liệu phun (đối với động cơ phun xăng).

Khi thay đổi , các biến số đặc tính thay đổi nh sau. Tất cả các giá trị kinh nghiệm
của trình b y dới đây ứng với trờng hợp van tiÕt l−u më ho n to n v tèc độ vòng
quay n ở chế độ định mức (chọn trớc theo kinh nghiệm).
ã i: Giới hạn cháy hỗn hợp đồng nhất xăng- không khí đợc xác định trong phòng
thí nghiệm hoá nhiên liệu có giá trị khá hẹp: 0,4 - 0,5 < λ < 1,5 - 1,6. Trong thùc tÕ, ®Ó



112


động cơ l m việc ổn định, vùng giá trị của còn hẹp hơn nữa (trong phạm vi đờng liền
trên hình 8-35). Khi tăng , ban đầu i tăng do hỗn hợp nhạt dần từ chế độ rất đậm v
đậm rồi đạt cực đại với = 1,15 - 1,20, tại đây hỗn hợp cháy nhanh v kiệt nhất. Sau đó i

giảm vì hỗn hợp tiến dần đến quá nhạt. Từ đồ thị i dễ d ng xác định đợc đồ thị i ,

i
hình 8-35, với tại = 0,80 - 0,90.
max

ã v: Nh đ xét trong mục 4.1.2.5 hệ số nạp ηv phơ thc rÊt nhiỊu u tè, nh−ng
¶nh h−ëng lín nhÊt l ®é më van tiÕt l−u v tèc ®é vòng quay. Hai thông số n y khi lấy
đặc tính điều chỉnh đợc giữ cố định. Vì thế có thể coi v không thay đổi.
pm
. Do tốc độ vòng quay n, ®é më van
η
k1 i ηv
λ
tiÕt l−u, nhiƯt ®é l m mát v nhiệt độ dầu bôi trơn không đổi nên pm = const. Vì vậy m sẽ

có dạng của i v cũng đạt cực đại tại = 0,80- 0,90.


ã m: Theo công thức (8-12) m = 1

Từ đó ta có thể phân tích đặc tính điều chỉnh nh sau.

ã Ne: Theo công thức (8-8)

N e = k 2 i ηv ηm n . Do n = const v ηv
λ
η
nªn Ne chØ phơ thc i v ηm v sẽ có

dạng nh trên hình 4-36 với Nemax = 0,80
- 0,90.
ã ge: Theo công thức (8-10)
k
g e = 4 v víi diƠn biÕn cđa ηi v ηv
ηi ηm
nãi trªn thì ge đạt các tiểu trong khoảng
giữa của các giá trị ứng với imax v
mmax, hình 4-36. Trong thực tế gemin =
1,05 - 1,10.

Hình 8-36. Đặc tính điều chỉnh của động
cơ xăng

Khi thay đổi chế độ tốc độ v vị trí

van tiết lu sẽ đợc họ các đặc tính ®iỊu chØnh λ kh¸c nhau. C ng ®ãng nhá van tiết lu
thì hệ số khí sót r tăng nên tốc độ cháy giảm v giới hạn cháy c ng bị thu hẹp. Điều đó
dẫn tới Nemax v gemin c ng giảm v c ng sát nhau hơn. C ng tăng tốc độ vòng quay thì
thời gian gi nh cho một chu trình giảm, đồng thời hệ số nạp v c ng giảm v , hệ số khí
sót r tăng cũng dẫn tới kết quả tơng tự. Bộ dữ liệu thu ®−ỵc vỊ λNemax v λgemin dïng ®Ĩ
thiÕt kÕ v ®iỊu chỉnh bộ chế ho khí hoặc hệ thống phun xăng cho động cơ xăng.
8.6.1.2 Động cơ diesel



113


Đối với động cơ diesel, khi lấy
đặc tính điều chỉnh phải giữ tốc độ
vòng quay v tất cả các thông số điều
chỉnh khác nh góc phun sớm, nhiệt độ
l m mát, nhiệt độ dầu bôi trơn... không
đổi ở các giá trị hợp lý. Để thay đổi
phải thay đổi lợng nhiên liệu cung
cấp cho động cơ bằng cách thay đổi
lợng nhiên liệu chu trình gct.
Vì đang xét đặc tính điều chỉnh
ta nên sử dụng các công thức từ (8-7)
đến (8-12) thì thuận lợi cho việc khảo
Hình 8-37. Các biến số của đặc tính điều
sát hơn (xem mục 8.2.1.1, a). Khi thay
chỉnh trong động cơ diesel
đổi , các biến số đặc tính thay đổi nh
sau. Tất cả các giá trị kinh nghiệm của

trình b y dới đây ứng với trờng hợp tốc độ vòng quay n ở chế độ định mức (chọn
trớc theo kinh nghiệm).

ã i: Hỗn hợp nhiên liệu diesel- không khí l hỗn hợp không đồng nhất có giới hạn
cháy rất rộng: 0,4 - 0,5 < < 10. Khi tăng , ban đầu i tăng do hỗn hợp nhạt dần từ chế
độ rất đậm v đạt cực đại với = 3,5 - 4, tại đây hỗn hợp cháy rất nhanh v cháy kiệt. Sau
đó i giảm vì hỗn hợp tiến dần đến quá nhạt. Từ đồ thị i dễ d ng xác định đợc đồ thị
i

, hình 8-37, với i tại = 1,05

max
- 1,10.
ã v: Tơng tự nh đ xét ở động
cơ xăng do tốc độ vòng quay n = const
nên có thể coi v không thay đổi.
ã m: Theo công thức (8-12)
pm
. Tơng tự nh ở
m = 1
i
k1 v

động cơ xăng có thể coi pm = const. Do

đó m có dạng tơng tự nh i , hình

8-37, đạt cực đại tại = 1,05 -1,10.

Hình 8-38. Đặc tính điều chỉnh của động

cơ diesel

Với các biến thay đổi nh đ trình b y, đặc tính điều chỉnh theo của động cơ
diesel có dạng nh sau.

ã Ne: Theo công thức (8-8) N e = k 2
gièng nh−

ηi
ηvηm n . Do ηv v n kh«ng đổi nên Ne có dạng


i
v m, đạt Nemax tại = 1,05 - 1,10, h×nh 8-38.
λ



114


k4
. Víi nh÷ng diƠn biÕn cđa ηi v ηm nh− trên
i m
thì ge có dạng nh trên hình 8-38, đạt gemin tại = 1,8 - 2,0.

ã ge: Theo công thức (8-10) g e =

Khi thay đổi tốc độ vòng quay ta sẽ đợc họ đặc tính điều chỉnh . Khi giảm tốc độ
vòng quay (từ chế độ định mức) thời gian chu trình tăng nên thuận lợi cho quá trình hình

th nh hỗn hợp v cháy. Tuy nhiên khi đó cờng độ xoáy lốc của không khí trong xy lanh
giảm nên có tác dụng ngợc lại. Vì vậy rất khó xác định qui luật về ảnh hởng của tốc độ
vòng quay n đến đặc tính điều chỉnh trong động cơ diesel nói chung m phải tuỳ thuộc
v o từng loại động cơ cụ thể. Tơng tự nh ở động cơ xăng, các dữ liệu về Nemax v gemin
thu đợc khi thí nghiệm lấy đặc tính điều chỉnh trên động cơ mẫu sẽ đợc dùng để thiết
kế v điều chỉnh hệ thống phun nhiên liệu của động cơ.
8.6.2 Đặc tính điều chỉnh s
Đó l các quan hệ Ne v ge phụ
thuộc v o góc đánh lửa sớm hay góc
phun sớm s. Đặc tính điều chỉnh theo
s đợc xây dựng trong phòng thí
nghiệm trên động cơ mẫu dùng để để
đa ra sè liƯu cơ thĨ nh»m thiÕt kÕ v
®iỊu chØnh hệ thống đánh lửa cho động
cơ.
8.6.2.1 Động cơ xăng
Khi lấy đặc tính điều chỉnh góc
đánh lửa sớm s phải giữ tốc độ vòng
Hình 8-39. Các biến số của đặc tính điều
quay, vị trí van tiết lu, v tất cả các
chỉnh s trong động cơ xăng
thông số điều chỉnh khác nh hệ số d
lợng không khí , nhiệt độ l m mát, nhiệt độ dầu bôi trơn... không đổi tại các giá trị phù
hợp (xem 8.6.1.1). Các biến số của đặc tính thay đổi nh sau.

ã v: Hệ số nạp phụ thuộc chủ yếu v o tốc độ vòng quay n v độ mở của van tiết lu
nên có thể coi nh không đổi.
ã i: Khi s lớn thì quá trình
cháy xảy ra sớm nên vừa cháy vừa nén
sẽ l m tăng công nén. Ngợc lại, nếu

s nhỏ thì quá trình cháy kéo d i (tăng
cấp nhiệt đẳng tích) nên i giảm. Tại
stn tốt nhất i đạt max, hình 8-39.
ã m: Theo công thức (8-12)
pm
. Với n v vị trí van
m = 1 −
η
k1 i ηv
λ
tiÕt l−u, nhiƯt ®é l m mát v bôi trơn
không đổi thì pm = const. Nh vậy m
có dạng giống nh i tức l cũng cực


Hình 8-40. Đặc tính điều chỉnh s của động
cơ xăng

115


đại tại stn, hình 8-39.
Các đặc tính điều chỉnh theo góc đánh lửa sớm sẽ có dạng sau đây.

i
vm n . Với những điều kiện v sự thay đổi

các biến đặc tính nh trên dễ d ng suy ra Ne đạt cực đại tại stn, hình 8-40.
ã Ne: Theo công thức (8-8) N e = k 2

ã ge: Theo công thøc (8-10) g e =

k4
. Víi nh÷ng diƠn biÕn cđa i v m nh trên
i m

thì ge cũng đạt gemin tại stn, hình 8-40.
Nh đ trình b y trong mục 4.3.3.2.e, khi tăng tốc độ vòng quay n thì phải tăng góc
đánh lửa sớm s. v ngợc lại, khi giảm n phải giảm s.
Khi thay đổi tải, xem mục 4.3.3.2.f, cụ thể đóng bớt van tiết lu phải tăng góc đánh
lửa sớm s v ngợc lại, phải giảm s khi mở rộng van tiết lu.
8.6.2.2 Động cơ diesel
Tơng tự nh ở động cơ xăng, khi lấy đặc tính điều chỉnh góc phun sớm s trong
động cơ diesel phải giữ tốc độ vòng quay n v tất cả các thông số điều chỉnh khác nh hệ
số d lợng không khí , nhiệt độ l m mát, nhiệt độ dầu bôi trơn... không đổi tại các giá
trị phù hợp. Các biến số của đặc tính thay đổi nh sau.

ã gct: Để giữ = const ta phải thay đổi gct cho phù hợp với hệ số nạp. Tuy nhiên hệ
số nạp (xem mục 4.1.2.5) phụ thuộc
v o tốc độ vòng quay n, nhiệt độ sấy
nóng khí nạp mới T... nhng ảnh
hởng lớn nhất l tốc độ vòng quay n.
Vì n = const nên có thể coi nh gct
không đổi.
ã i: Tơng tự nh khi thay đổi
góc đánh lửa trong động cơ xăng, khi
góc phun sớm s lớn thì quá trình cháy
xảy ra sớm nên vừa cháy vừa nén sẽ
l m tăng công nén. Ngợc lại, nếu s
nhỏ thì quá trình cháy kéo d i trên

đờng gi n nở nên i giảm. Tại stn tốt
nhất i đạt max, hình 8-41.

Hình 8-41. Các biến số của đặc tính điều
chỉnh s trong động cơ diesel

ã m: Theo công thức (8-17)
pm
. Với tốc độ vòng quay n, nhiệt độ l m mát v bôi trơn không ®ỉi th× pm
ηm = 1 −
′
k1g ct ηi
= const. Nh− vËy ηm cã d¹ng gièng nh− ηi tøc l cịng cực đại tại stn, hình 8-41.
Các đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm sẽ có dạng sau đây.

ã Ne: Theo c«ng thøc (8-15) N e = k ′2g ct i m n . Với những điều kiện v sự thay đổi
các biến đặc tính nh trên dễ d ng suy ra Ne đạt cực đại tại stn, hình 8-42.



116


• ge: Theo c«ng thøc (8-10)
k
g e = 4 . Với những diễn biến của
i m
i v m nh trên thì ge cũng đạt gemin
tại stn, hình 8-42.
Nh đ trình b y trong mục

4.3.4.2.g, khi tăng tốc độ vòng quay n
thì phải tăng góc phun sớm s. Ngợc
lại, khi giảm n ph¶i gi¶m ϕs.
Khi gi¶m gct (gi¶m t¶i), xem mơc
4.3.4.2.f, phải giảm góc phun sớm s.
Ngợc lại, khi tăng gct phải tăng s.

Hình 8-42. Đặc tính điều chỉnh s trong
động cơ diesel

8.7 Đặc tính không tải
Đặc tính không tải l đặc tính tốc độ ở chế độ không tải, biểu thÞ quan hƯ Gnl = f(n)
khi Ne (pe, Me) = const.
8.7.1 Động cơ xăng
Khi tăng tốc độ không tải nkt phải mở rộng van tiết lu. Hệ số nạp v tăng nhanh
trong khi đó cũng cần tăng (vì hệ số khí sót r giảm, hỗn hợp sạch hơn) để đạt tính kinh
tế cao hơn. Tuy nhiên trong hầu hết các trờng hợp v tăng nhanh hơn. Theo công thức

(8-11) G nl = k 5 v n th× Gnl sÏ có dạng nh trên hình 8-43.

8.7.2 Động cơ diesel
Để tăng tốc độ không tải nkt phải
tăng lợng nhiên liệu chu trình gct.
Theo công thức (8-16) G nl = k g ct n v
5
cũng có dạng tơng tự nh ở động cơ
xăng, hình 8-43.
ý nghĩa của đặc tính không tải:
- Xác định tốc độ vòng quay
không tải ổn định nhỏ nhất nktmin, tốc

độ vòng quay không tải lớn nhất nktmax
v Gnl trong vùng tốc độ n y.

Hình 8-43. Đặc tính không tải

- Đánh giá mức độ chạy r . Trong quá trình chạy r , ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc
giảm dần nên Gnl cũng giảm theo. Quá trình chạy r đợc coi l kết thúc khi ma sát ổn
định nên Gnl cũng ổn định v đạt giá trị nhá nhÊt.



117