CHƯƠNG 6: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
 6.1. Các chế độ làm việc của động cơ đốt trong
Chế độ làm việc của động cơ được đặc trưng bởi một tổ hợp những thông số công tác chủ yếu của động cơ
(phụ tải, số vòng quay, trạng thái nhiệt v.v…). Chế độ làm việc của động cơ luôn thay đổi theo đặc điểm sử dụng
của động cơ.
Nhân tố chính thể hiện công của động cơ đối với bên ngoài là công suất có ích N e (kW), tính theo mômen Me
(kNm), và tốc độ góc quay ω hoặc số vòng quay n (vg/ph) của trục khuỷu.
Ne = Meω =

Me

2nπ
60


Trong suốt quá trình làm việc phụ tải và tốc độ của động cơ luôn luôn thay đổi. Tốc độ nhỏ nhất, phụ thuộc vào
điều kiện làm việc ổn định của động cơ. Tốc độ cho phép lớn nhất của động cơ lại phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như:
các điều kiện đảm bảo chu trình công tác tiến hành được tốt, mức độ tăng của lực quán tính và ứng suất nhiệt của chi
tiết, mức giảm của hệ số nạp và nhiều yếu tố khác gây ảnh hưởng xấu tới chu trình công tác và tuổi thọ động cơ.
Tổng hợp mọi chế độ có thể làm việc được của động cơ trên đồ thị là diện tích giới hạn bởi bốn đường là: hai
đường tung độ đi qua số vòng quay nhỏ nhất và số vòng quay lớn nhất, đường thẳng của trục hoành và đường nối các
điểm công suất hoặc mômen quay cực đại ứng với mỗi chế độ tốc độ.


Trên đồ thị, bốn đường cong thể hiện sự biến thiên
về công suất của động cơ qua số vòng quay N e= f(n).
Mỗi đường cong từ số 1 đến số 4 đều ứng với một vị
trí cố định của cơ cấu điều khiển. Trong động cơ xăng,
cơ cấu điều khiển là cánh bướm ga, còn trong động cơ
diesel là thanh răng trong bơm cao áp.

Muốn xác định chế độ làm việc của động cơ ta chỉ
cần đặt đồ thị của máy công tác lên đồ thị công của động
cơ. Các điểm cắt giữa các đường cong của động cơ và
máy công tác (a,c…)đều là các chế độ làm việc ổn định
của cả hệ thống.


Nếu công suất tiêu thụ cho máy công tác từ điểm a giảm
xuống điểm b (đường III) thì ở số vòng quay n 1 công suất của
động cơ sẽ lớn hơn công suất của máy công tác một đoạn ab, làm
cho cân bằng về năng lượng tại số vòng quay ổn định n 1 bị phá
hoại. Phần công suất dư ab sẽ được dùng để tăng động năng, tăng
số vòng quay của hệ thống cho tới lúc cân bằng về năng lượng
được hồi phục tức là đạt tới chế độ ổn định mới (điểm c).


Bất kỳ thay đổi công suất của động cơ hay công suất máy công tác đều tao ra cân bằng mới về công suất nhưng
ở số vòng quay khác so với số vòng quay cũ của trục khuỷu.
Trên động cơ thực tế muốn thực hiện yêu cầu đó người ta lắp trên động cơ một bộ điều tốc, nếu số vòng quay
thay đổi thì bộ điều tốc sẽ tác dụng lên cơ cấu điều khiển động cơ làm chế độ ổn định mới vẫn giữ được số vòng
quay cũ. Điều kiện làm việc như vậy của động cơ gọi là điều kiện làm việc tĩnh tại.


Công suất cực đại Nemax là công suất lớn nhất mà động cơ có thể phát ra trong một thời gian giới hạn (1÷2
giờ).
Công suất thiết kế Nen là công suất có ích do động cơ phát ra, được nhà sản xuất đảm bảo khi động cơ chạy
trong điều kiện làm việc nhất định.
Thông thường đối với động cơ tĩnh tại công suất thiết kế là công suất cho phép để động cơ chạy quá tải, tức
chạy vượt công suất thiết kế khoảng (10÷20)% trong một thời gian ngắn.



Động cơ tàu thủy thường dùng các loại công suất sau: công suất cực đại, công suất thiết kế, công suất tiết
kiệm, công suất cực tiểu và công suất sử dụng.
Công suất sử dụng Ned là công suất mà động cơ có thể chạy không giới hạn, thường:
Ned ≈ ( 0.80 ÷ 0.90 )Nen
Công suất tiết kiệm Netk là công suất được dùng nhiều nhất, có suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất.


Công suất cực tiểu Nemin là công suất nhỏ nhất mà động cơ có thể làm việc trong thời gian dài không giới
hạn. công suất cực tiểu nói rõ khả năng chạy chậm của tàu thủy.
Nếu động cơ nối liền với cánh quạt máy bay hoặc chân vịt tàu thủy thì mọi chế độ làm việc ổn định của động
cơ được biểu thị bằng đường cong parabôn bậc ba.
Ne= cn

3


 

6.2. Các loại đặc tính của động cơ
Khái niệm: Các loại đường đặc tính của động cơ là các hàm số biểu diễn sự biến thiên của một trong các
thông số công tác chủ yếu của động cơ như: công suất (N e) , mômen (Me) , suất tiêu thụ nhiên liệu (ge) , lượng
tiêu thụ nhiên liệu trong 1 giờ (Gnl) , … theo các chỉ tiêu công tác khác như: số vòng quay (n), hệ số dư lượng
không khí (), góc đánh lửa sớm hoặc góc phun nhiên liệu sớm (θs) , …


Các đặc tính được sử dụng nhiều nhất trong động cơ đốt trong là những đặc tính sau:

1.Đặc tính tốc độ gồm đặc tính ngoài và đặc tính bộ phận.

2.Đặc tính chân vịt.
3.Đặc tính tổng hợp.
4.Đặc tính điều tốc.
5.Đặc tính không tải.
6.Đặc tính tải.
7.Đặc tính điều chỉnh.
Trên thực tế các đặc tính chân vịt, tổng hợp, điều tốc và không tải đều là những trường hợp đặc biệt của đặc tính
tốc độ.


Ở mỗi một vị trí của cơ cấu điều khiển động cơ sẽ xây dựng được một đường đặc tính tốc độ của động cơ đó.
Tùy thuộc vào vị trí của cơ cấu điều khiển chia thành các loại đặc tính tốc độ sau:

-Đặc tính tốc độ ngoài.
-Đặc tính tốc độ bộ phận.
6.2.1. Đặc tính tốc độ ngoài:
Là đặc tính tốc độ xác định ở vị trí toàn tải của động cơ (bướm ga mở 100%, thanh răng ở vị trí cho g ct lớn nhất
theo quy định) đó là đường đặc tính hiển thị công suất cực đại của động cơ ứng với từng chế độ tốc độ khác nhau.


Nói cách khác đường đặc tính tốc độ biểu thị công suất cực đại của động cơ ứng với từng chế độ tốc độ gọi là
đường đặc tính tốc độ ngoài, còn tất cả các đường đặc tính tốc độ khác nằm dưới đường đặc tính tốc độ ngoài gọi
là đường đặc tính tốc độ bộ phận .
Vì vậy mỗi động cơ chỉ có 1 đường đặc tính tốc độ ngoài và 1 họ đường đặc tính tốc độ bộ phận.


Đối với động cơ Diesel do bơm cao áp thường được thiết kế có một phần thể tích cung cấp nhiên liệu dự trữ,
nghiã là bơm có thể cung cấp 1 lượng nhiên liệu nhiều hơn so với yêu cầu của 1 chu trình. Vì vậy buộc phải đặt 1
chốt hạn chế hành trình thanh răng trên bơm cao áp nhằm hạn chế lượng nhiên liệu cực đại cung cấp cho động cơ
trong mỗi chu trình. Do đó công suất cực đại của động cơ còn phụ thuộc vào việc quy định lượng nhiên liệu cực

đại cung cấp cho mỗi chu trình và đặc tính tốc độ ngoài của động cơ cũng tùy thuộc vào việc điều chỉnh đó.


Chính vì lý do trên trong động cơ Diesel có các loại đường đặc tính tốc độ ngoài khác như:

-Đặc tính tốc độ ngoài tuyệt đối.
-Đặc tính giới hạn bơm cao áp.
-Đặc tính tốc độ ngoài theo công suất thiết kế.
-Đặc tính tốc độ ngoài sử dụng.
-Đặc tính tốc độ nhả khói đen.


Đặc tính động cơ Diesel
a) Không tăng áp b) Tăng áp


Đặc tính động cơ xăng


Nhận xét:
Trên đường đặc tính ngoài có các điểm đặc trưng sau đây:
n1 (nNe max) – số vòng quay ứng với công suất lớn nhất.
n2 (nMe max) – số vòng quay ứng với mômen lớn nhất.
n3 ( nge min) – số vòng quay ứng với suất tiêu thụ nhiên liệu nhỏ nhất.
n4 (n max) – số vòng quay lớn nhất quy định.
n5 (n min) – số vòng quay chạy không tải ổn định nhỏ nhất.
Trong động cơ xăng:
- nNe max < nmax ;
- Netk < Ne max vì quy định ntk = nmax.



Trong động cơ Diesel:
- Netk = Ne max vì quy định ntk = nNe max
- Động cơ thường làm việc trong phạm vi từ số vòng quay thiết kế (n tk ) đến số vòng quay cực đại (nmax) và
chế độ làm việc của động cơ được giới hạn bởi đường đặc tính điều tốc.
- Đặc tính ngoài của động cơ Diesel thường thấp hơn đặc tính tuyệt đối và đặc tính nhả khói đen vì thực tế
bơm cao áp có lượng dự trữ nhất định nên động cơ có thể phát ra công suất lớn hơn công suất sử dụng cực đại.


- Tuy nhiên trong điều kiện làm việc đó bắt đầu có khói đen trong khí thải gây nhiều yếu tố bất lợi như: Nhiên
liệu cháy không hết giảm tính kinh tế, tăng độc hại khí thải đồng thời còn làm tăng mức độ mài mòn các chi tiết
động cơ dẫn tới tuổi thọ động cơ bị giảm nhanh...
Đường cong mômen của động cơ xăng so với động cơ Diesel có dạng dốc hơn, do đó tính tự ổn định trong
quá trình làm việc của động cơ xăng hơn hẳn động cơ Diesel.


Cách xác định đặc tính tốc độ ngoài động cơ
Đặc tính tốc độ ngoài động cơ được xây dựng bằng các số liệu đo thực nghiệm trên băng thử công suất động
cơ ;
Khởi động động cơ và chạy hâm nóng (khoảng 15 phút) đạt điều kiện làm việc ổn định của động cơ (không
tải).
Giữ thanh răng không đổi hoặc bướm ga không đổi.
Cho số vòng quay động cơ tăng từ n min = (400 ÷ 600 v/ph) đến nmax = (1,2 nNe). Ứng với mỗi chế độ tốc
độ (400, 600, 800,...nmax) xác định được lực cản của phanh ‘P’(kG), lượng nhiên liệu động cơ tiêu thụ ‘Q’(gam),
trong 1 đơn vị thời gian ‘t’ (giây) quy định.


Tính các giá trị Ne , Me , ge , Gnl tương ứng bằng các công thức sau:
Mômen quay của động cơ:
Me = Mc = P . L [KGm] ;

Trong đó L : chiều dài cánh tay đòn và được chọn bằng 0,7162 m.
Công suất có ích của động cơ :
Ne = Me.n/ 716,2 = P.L.n/716,2 = P.n/1000 [mã lực];
Trong đó n : số vòng quay trục chính của động cơ [vòng / phút].
Lượng nhiên liệu động cơ tiêu thụ trong một giờ :
Gnl = 3,6 Q/t [Kg /giờ].
Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ thử :
ge = Gnl / Ne [Kg/ml. giờ].


6.2.2. Đặc tính bộ phận
Là các đường đặc tính tốc độ được xác định khi giữ nguyên không đổi vị trí của cơ cấu điều khiển (bướm ga
hoặc thanh răng bơm cao áp) ở các vị trí đảm bảo công suất của động cơ thấp hơn công suất của đường đặc tính
ngoài.
Vậy đặc tính tốc độ bộ phận là những đưòng cong N e, Me, ge, Gnhl mà động cơ tạo thành ở những chế độ
không toàn tải ứng với chế độ tốc độ thay đổi của động cơ.
Có nhiều đường đặc tính bộ phận nhưng chỉ có một đường đặc tính ngoài.