93
Chơng VIII. Đặc tính động cơ

8.1 Chế độ làm việc và các đặc tính của động cơ đốt trong
8.1.1 Chế độ làm việc
Chế độ làm việc của động cơ đợc thể
hiện bằng tổ hợp các thông số làm việc của nó
nh công suất N
e
hay mô men M
e
và tốc độ
vòng quay n.
Trong miền làm việc của động cơ, tốc độ
n thay đổi từ n
min
ứng với giới hạn ổn định của
động cơ đến n
max
ứng với giới hạn ứng suất cơ,
ứng suất nhiệt và diễn biến bình thờng của
chu trình công tác.
Tại mỗi vị trí n = const trong miền làm
việc, công suất N
e
của động cơ thay đổi từ 0
(chế độ không tải) đến N
max
tại tốc độ vòng
quay đó.

suất cản của chân vịt thông thờng phụ thuộc
bậc 3 vào tốc độ vòng quay.
N
c
= kn
3
(8-2)
Hình 8-1. Chế độ làm việc ổn định
của cụm động cơ- máy công tác

nh ô-tô, xe máy, máy kéo công suất và
tốc độ động cơ thay đổi trong một phạm vi rất rộng. Miền làm việc của cụm thiết bị, hình
8-4, nằm là 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 là đặc tính ngoài sử dụng, xem 8.2.1.2) và các
đờng giới hạn n
min
và n
max
.
8.1.2 Các loại đặc tính động cơ đốt
trong
Quan hệ giữa các thông số làm việc
của động cơ nh M
e
, N
e
, n, g
e
, G
nl
trong
miền làm việc gọi là 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 dàng chế độ
làm việc của động cơ nh tốc độ vòng quay,
vị trí cơ cấu điều khiển cung cấp nhiên liệu,
nhiệt độ làm 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
Hình 8-4. Chế độ làm việc của động cơ
trên các phơng tiện cơ giới

95
Trớc khi khảo sát các đặc tính nêu trên, ta hy tìm hiểu cơ sở chung để giải thích
và phân tích các đặc tính. Cụ thể, hy tìm các công thức xác định các thông số kinh tế, kỹ
thuật của động cơ nh p
e
, M
e
, N
e
, g
e
, và G
nl
. Qua đó tìm đợc các biến số chung để khảo
sát tiến tới xây dựng và phân tích đặc tính.
8.1.3.1 Theo lợng hỗn hợp nạp vào xy lanh
Ta bắt đầu từ công thức:
m
h

1
h
M
M

=

Bỏ qua
nl
1
à
trong thành phần khí nạp mới M
1
trong trờng hợp động cơ xăng, ta có
thể viết tổng quát cho cả động cơ diesel và xăng:
M
1
= M
0

và lu ý từ phơng trình trạng thái:
k
k
k
k
R
1
R
v
p

=


=
(8-7)
Để tìm công suất N
e
ta sử dụng công thức sau:
nk
30
inVp
N
mv
i
2
he
e



=

=
(8-8)
Mô men M
e
đợc xác định từ N
e
:
e3

đủ. Ta qui ớc sau đây chỉ xét M
e
.
Suất tiêu thụ nhiên liệu g
e
đợc xác định theo công thức:
mi
4
miHeH
e
k
Q
1
Q
1
g

=

=

=
(8-10)
Tốc độ tiêu thụ (lu lợng) nhiên liệu G
nl
xác định theo định nghĩa g
e
:
nknk.
k

,


và
m

.
Hiệu suất cơ khí còn có thể xác định theo công thức sau:
v
i
1
m
m
e
m
i
m
m
k
p
1
p
p
1
p
p
1




=


(8-13)
với k là một hằng số. Thay (8-13) lần lợt vào (8-7), (8-8), (8-11) và (8-12) ta đợc:
mict1e
gkp

= (8-14)
ngkN
mict2e


= (8-15)
ngkG
ct5nl

=
(8-16)
ict1
m
m
gk
p
1


= (8-17)
Trong đó
521

cơ phát ra công suất lớn nhất). Đặc tính ngoài có các dạng sau.
a. Đặc tính ngoài tuyệt đối
Là đặc tính tốc độ với công suất có ích N
e
luôn đạt giá trị giới hạn lớn nhất mà động
cơ có thể đạt đợc ứng với mỗi chế độ tốc độ n.
Điều kiện xác lập đặc tính ngoài tuyệt đối nh sau.
Từ (8-7) và (8-12) ta có:


















=
v
i
1

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 hng 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. Ngoài ra, đối
với động cơ xăng, để đạt điều kiện này
thì van tiết lu phải mở hoàn toàn.



i
max


(0,4-0,5 đến 10), hình 8-5,
i
đạt max tại = 3,5 - 4 và


i
max tại = 1,05 - 1,10.
Các giá trị nêu trên chính là các giá trị yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên
liệu của động cơ để đạt


i
max.
p
m
min
Các bề mặt ma sát của động cơ phải đợc chế tạo sao cho ma sát là nhỏ nhất và chế
độ bôi trơn tốt nhất.
Các yếu tố khác
Góc đánh lửa sớm hay góc phun sớm, nhiệt độ nớc làm mát đạt giá trị tối u.
Từ phân tích nêu trên ta đi đến nhận xét sau đây. Đặc tính ngoài tuyệt đối đối với
động cơ xăng là đặc tính có thể gặp trong thực tế vì nếu thoả mn các điều kiện nói trên,
động cơ vẫn làm 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 làm việc trong vùng có
khói đen. Vì vậy, đặc tính ngoài tuyệt đối của động cơ diesel không có ý nghĩa đối với
thực tế sử dụng. Về thực chất, đặc tính ngoài tuyệt đối là đặc tính giới hạn những chế độ
làm việc có thể có của động cơ.
b. Đặc tính ngoài sử dụng
Đặc tính ngoài sử dụng là đặc tính tốc độ của động cơ trong điều kiện sử dụng khi

của động cơ diesel
Ngoài 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
Là 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.
Điều kiện xác lập đặc tính nh đối với
đặc tính ngoài tuyệt đối, chỉ khác điều kiện
về . Cụ thể là =
khói đen
. Trong thực tế
động cơ không đợc phép làm việc với đặc tính khói đen. Đặc tính khói đen vì vậy chỉ có
ý nghĩa là đặc tính giới hạn về của động cơ diesel. Đặc tính ngoài càng bám sát đặc tính
khói đen thì càng tận dụng đợc khả năng nâng cao tính hiệu quả (p
e
) của động cơ.
b. Đặc tính giới hạn bơm cao áp
Là đặc tính tốc độ khi cơ cấu điều khiển
cung cấp nhiên nhiên liệu ở vị trí cực đại và
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


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

100
Khi lấy đặc tính ngoài, van tiết lu hỗn hợp mở hoàn toàn. 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.
: 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.

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

đạt max tại n
M
. Gọi:
edm
maxe
M
M
k =
(8-19)
gọi là hệ số thích ứng và:
dm
M
c
n
n
k =
(8-20)
là hệ số tốc độ.
Nhánh phải của đờng mô men
càng dốc thì hệ số thích ứng càng lớn,
tính ổn định của động cơ khi kéo máy
công tác càng 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
làm việc hoặc chỉ cần điều tốc hai chế độ cho các chế độ biên n
min
và n
max
mà thôi (xem
mục 8.8).

e
= kM
e
n với k là hằng số,
hình 8-8, đạt max tại n
N
và tại điểm trên đờng N
e
ứng với n
M
ta có
maxe
e
kM
n
N
tg == nên tại đó đạt max.

g
e
: xác định theo (8-10). Ban đầu tích
i

m
tăng nên g
e
giảm, đạt min tại n
ge
sau đó
tăng vì tích

i
: do
r
tăng nhanh khi đóng dần
van tiết lu nên
i
giảm, trong khi thay đổi ít nên


i
giảm, hình 8-10.

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


i
và
v
giảm nên n
m

cũng giảm và càng giảm nhanh khi tải càng nhỏ, hình 8-11. Hình 8-11.

m
trên đặc tính bộ phận?
động cơ xăng

102
Trên cơ sở phân tích trên, diễn biến các đặc tính bộ phận của động cơ xăng cụ thể
nh sau.
M
e
: xác định theo (8-7) và (8-9). Mô men M
e
giảm nhanh khi càng đóng nhỏ van
tiết lu nên các đờng mô men càng dốc, chế độ làm việc càng ổn định, hình 8-12.
N
e
: xây dựng từ M
e
, hình 8-13.
g
e
: xác định theo (8-10). Do
i
giảm và


Hình 8-14. Đặc tính bộ phận Hình 8-15. Đặc tính bộ phận
động cơ xăng g
e
động cơ xăng G
nl