Đồ án Xây dựng mô hình thí nghiệm động cơ sử dụng nhiên liệu từ hạt Jatropha

ĐẶT VẤN ĐỀ Năng lượng là một trong những nhu cầu cấp thiết nhất trong đời sống con người hiện nay. Năng lượng không những được sử dụng trong sản xuất mà còn được sử dụng nhiều trong cuộc sống hàng ngày của con người, mỗi gia đình. Nhưng do sự khai thác không ngừng của con người nên nguồn nhiên liệu dầu mỏ ngày càng cạn kiệt, bên cạnh đó khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển. Các ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải… đòi hỏi cần cung cấp nhiều nhiên liệu. Hiện nay trong chiến lược năng lượng toàn cầu nhiều nước đã sử dụng năng lượng mới, năng lượng tái sinh, năng lượng từ gió, từ mặt trời, từ dòng chảy hoặc thủy triều … Trong tương lai người ta dự kiến cải tiến cơ cấu năng lượng – nhiên liệu theo hướng giảm bớt năng lượng từ dầu mỏ, than đá và củ đốt, bù vào đó là tăng tỷ trọng của khí đốt và nguồn năng lượng mới. Xa hơn nữa khi lo đến sự cạn kiệt của các nguồn năng lượng hóa thạch thì các dạng năng lượng mới, năng lượng tái sinh đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm một cách đặc biệt. Chính vì nguồn nhiên liệu từ thiên nhiên đang cạn kiệt dần đó đã thôi thúc các nhà khoa học phải nghiên cứu tìm ra nguồn năng lượng mới để thay thế các nguồn nhiện liệu từ thiên nhiên. Và qua quá trình nghiên cứu họ đã tìm ra nguồn nhiên liệu mới đó là nguồn nhiên liệu sinh học. Họ đã tìm ra một loại cây mà hạt của nó ép lấy dầu rồi pha trộn với dầu diezen một lượng nhất định thì động cơ vẫn hoạt động được đó là cây Jatropha. Để biết chính xác lượng pha trộn là bao nhiêu thì họ đã tiến hành khảo nghiệm động cơ diezen sử dụng nhiên liệu Jatropha. Khảo nghiệm động cơ là một phương pháp thực nghiệm hợp lý, đây là phương pháp đơn giản nhưng mang lại cho ta kết quả cao. Từ yêu cầu của thực tiễn và qua sự tham khảo một số phương pháp khảo nghiệm động cơ đốt trong, chúng tôi đã tiến hành “ Xây dựng mô hình thí nghiệm động cơ sử dụng nhiên liệu từ hạt Jatropha ” Nội dung của đề tài gồm : CHƯƠNG 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu CHƯƠNG 2: Tính toán lựa chọn mô hình khảo nghiệm CHƯƠNG 3: Thiết kế chế tạo bàn khảo nghiệm động cơ công suất nhỏ CHƯƠNG 4: Khảo nghiệm động cơ diesel sử dụng nhiên liệu jatropha CHƯƠNG 5: Kết luận và đề nghị Đề tài này được thực hiện trong thời gian có hạn, thông tin tài liệu còn thiếu và đặc biệt là năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Tôi mong được sự góp ý quý báu của các thầy cô và bạn bề để đề tài được hoàn thiện hơn. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Sự phát triển của nghành công nghệ ôtô nói chung và động cơ nói riêng trên thế giới và ở nước ta Sự phát triển của nghành công nghệ ôtô nói trên thế giới Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, cùng với nhu cầu của con người trong các vấn đề đi lại và các máy móc phục vụ trong sản xuất ngày càng cao. Ngành công nghệ ôtô nói chung và động cơ nói riêng có một bước phát triển vượt bậc, các hãng xe đời mới, các loại động cơ hiện đại không ngừng ra đời. Chiếc xe đầu tiên chạy bằng động cơ đốt trong, hoạt động theo chu trình bốn kì của Beau de Rochas là một chiếc xe đạp cổ, được kĩ sư Đức Gottlieb Daimler thử lắp cái động cơ một xilanh của ông năm 1885. Rồi đến năm 1886, một kĩ sư Đức khác là  Carl Benz chế tạo một cái xe ba bánh, và thu được thành công lớn. Chính là để khai thác các bằng phát minh của Daimler mà năm 1886, ở Pháp đã thành lập công ty Panhard et Levassor, công ty lớn chuyên sản xuất ô tô đầu tiên của Pháp. Năm 1894, xe do ba người này thiết kế đã có các bộ phận chính, bố trí theo các vị trí mà sau này trở thành kinh điển. Nhưng nhiều nhà chế tạo khác cũng vào cuộc, nhất là De Dion - Bouton, người đã nhận bằng phát minh sự truyền động cho bánh sau, bằng các-đăng cũng trong năm 1894 ấy; năm sau, ông đưa ra hệ đánh lửa dùng ắcquy. Năm 1895 cũng là năm đầu tiên mà chiếc ô tô do Daimler chế tạo được lắp bánh hơi, nhờ Michelin. Và về Daimler, chúng ta ghi nhận rằng, năm 1897 ông đã sáng chế bộ tản nhiệt hình tổ ong. Năm 1898, một nhà chế tạo là Louis Renault thành công ngay lập tức với chiếc xe con của ông. Đặc biệt, nó là cái xe đầu tiên được trang bị một hộp số ba tốc độ, mà một được nối trực tiếp. Cũng chính trên chiếc xe này, lần đầu tiên xuất hiện máy phát điện một chiều. Boudeville năm 1900 đã hoàn thành manhêtô đánh lửa (tới lúc ấy hệ thống thường dùng là cái ống nóng sáng, mà đầu được cái bếp nung cho nóng đỏ, đước ấn sâu vào xilanh). Trong lúc đó, các nhà sáng chế vẫn kiên trì nghiên cứu và hoàn chỉnh xe điện. Người ta hiểu được lòng tin của họ vào công thức ấy, khi nhớ lại năm 1899, một trong số họ là Jenatzy đã đạt kỉ lục tuyệt đối về tốc độ khi lái chiếc Jamais Contente (không bao giờ hài lòng) của ông với tốc độ 105,882 km/h. Đầu thế kỉ 20, ô tô đã tự giải thoát khỏi hình dáng của xe ngựa, trong diện mạo của nó, chiếc Mercédes năm 1901 là đặc trưng cho sự thay đổi ấy, mà Renault đã khởi đầu năm 1898. Thời kì này cũng đánh dấu sự khởi đầu của sản xuất ô tô hàng loạt: Ramson E. Olds sản xuất 1500 ô tô/năm. Tuy nhiên, các tiến bộ kĩ thuật vẫn phát triển. Những năm đầu thế kỉ 20 đã chứng kiến việc dùng phanh tang trống và khung gầm bằng tôn dập (khung Daimler, ở Đức, khung Arbel, của xưởng rèn Douai, ở Pháp). Rồi từ 1904, chiếc ô tô Vauxhall có cần sang số lắp trên cột tay lái. Năm 1905, Pieere Bossu sáng chế bộ khởi động bằng điện (tuy nhiên mãi đến năm 1911 mới được Kettering dùng trên một chiếc Cadillac, nên người ta thường gán sáng chế này cho Kettering). Cũng năm 1905, người Mĩ Christie sáng chế bộ dẫn động bánh trước và Truffault sáng chế cái giảm xóc dùng ma sát. Đó cũng là năm xuất hiện kính chắn gió. Cuối cùng, năm 1908, André Michelin có ý tưởng dùng bánh xe chập đôi cho xe trọng tải lớn. Mười lăm năm trôi qua với nhiều tiến bộ, năm 1913 đánh dấu triển vọng thật sự của công nghiệp ô tô, với việc Henry Ford đưa vào vận hành dây chuyền lắp ráp  hàng loạt đầu tiên. Đó là chiếc Ford-T, chiếc xe bình dân đầu tiên, bị tước bỏ mọi phụ tùng thừa, và được sản xuất tới 18 triệu chiếc. Ngay sau Thế chiến Thứ nhất, ở Mĩ đã xuất hiện thùng xe toàn bằng thép (ở Pháp, mãi tới năm 1925 mới được hãng Citroen chấp nhận, nhưng với một số vốn đầu tư khiến công ty đứng bên bờ vực phá sản). Năm 1922, nhà chế tạo Italia Vincenzo Lancia giới thiệu một loại ô tô khác, có hệ thống treo phía trước, với bánh xe độc lập. Nó chủ yếu là xe sản suất hàng loạt không có khung gầm, tức là thùng xe tự mang, nhờ đó xe có sàn cực kì thấp. Năm 1926, hai kĩ sư trẻ Jean A. Grégoire và Pierre Fenaille tung ra chiếc Tracta, xe đầu tiên dẫn động bằng bánh trước, hoạt động mĩ mãn, đặc biệt nhờ sự nối đồng tốc, hệ thống này trong Thế chiến Thứ hai đã được áp dụng cho xe Jeep và các ô tô bốn bánh có động lực khác. Cũng trong năm này, hệ thống đánh lửa bằng Delco (Delco, chữ viết tắt của Dayton Engineering Laboratorie Co, Ohio) bắt đầu thay thế hệ đánh lửa dùng manhêtô. Năm 1928 chứng kiến một sự đổi mới, hộp số đồng bộ hóa đầu tiên (xe Cadillac) và một điều kì lạ, xe của người Đức Adam Opel đẩy bằng tên lửa. Xe Tatra của Séc đáng chú ý về nhiều mặt, năm 1931, chiếc xe ô tô đầu tiên có thùng xe khí động lực được sản xuất hàng loạt (các mẫu thử của Đức có thùng xe kiểu giọt do Rumpler  chế tạo năm 1921, và Benz năm 1923 đều không được chấp nhận). Năm 1932, Cotal sáng chế hộp số điện từ. Rồi năm 1940, Oldsmobile tung ra những chiếc ô tô đầu tiên sang số tự động. Những tiến bộ quan trọng nhất được ghi nhận từ khi kết thúc Thế chiến Thứ hai: năm 1950, ở Anh đã chế tạo chiếc xe ô tô đầu tiên chạy bằng tuabin khí (Rover); năm 1952, những chiếc ô tô đầu tiên được sản xuất hàng loạt với tay lái có trợ lực Chrysler ; năm 1953, xuất hiện cái phanh đĩa trên xe Jaguar của Anh,, khi tham gia "Hai mươi bốn giờ ở Mans". Năm 1960, ô tô NSU Wankel có động cơ dùng piston quay và ô tô chạy trên đệm không khí xuất hiện. Từ những năm 1970 trở đi, các thế hệ ô tô mới đều có đặc điểm chủ yếu là nâng cao công suất, giảm mức tiêu thụ chất đốt, và khí gây ô nhiễm,. gia tăng vai trò của thiết bị điện tử (năm 1990 các hệ thống điện tử lắp đặt cho ô tô đã chiếm 6% giá tiền một xe, và con số này tời năm 2000 tăng gấp ba), các nỗ lực tăng tiện nghi , độ an tòan, sự hoàn thiện và trang thiết bị: chẳng hạn, đai an toàn (bắt buộc từ 1973 ở Pháp), hệ thống phanh ABS, đệm an toàn tự thổi phồng, hay Air Bags (được Mercédes tung ra thị trường lần đầu tiên vào năm 1981), ống xả xúc tác (do General Motors hoàn chỉnh năm 1974), nó trở thành bắt buộc ở nhiều nước công nghiệp. Nói chung, các xe loại trung bình có xu hướng bắt kịp mức về thiết bị và sự hoàn thiện, trước đây chỉ dành cho ô tô loại sang. Thùng xe được làm thuôn để giảm tối thiểu sức cản không khí và sử dụng hợp kim hoặc vật liệu composite nhẹ, nhưng chịu đựng tốt cả sự va chạm lẫn ăn mòn. Hiện nay, người ta phát triển các hệ thống trợ giúp bên ngoài cho người lái, các hệ này dựa vào các thông tin đã đặt sẵn trong xe và các tín hiệu thu được từ ngoài (khí tượng, mức độ ùn tắc, ...) mà đưa ra cho người lái xe những chỉ dẫn và lời khuyên để đưa xe theo lộ trình tốt nhất: năm 1995 chiếc xe Safrana Carmina, đó là chiếc xe ô tô đầu tiên ở châu Âu có trang bị một hệ bản đồ định vị (GPS) và chỉ dẫn hành trình. Các loại xe sử dụng động cơ hybrid, vừa chạy điện vừa chạy xăng. Các loại động cơ hiện đại như động cơ MultiAir tăng áp có thể đạt đến 25%  hiệu quả kinh tế đối so với động cơ thường trong cùng một điều kiện… Sự phát triển của động cơ đốt trong trên thế giới Ra đời sớm nhưng động cơ diesel không phát triển như động cơ xăng do gây ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ, các vấn đề được giải quyết và diesel này càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn. Về nguyên lý cơ học, động cơ diesel hoạt động đơn giản hơn động cơ xăng. Cả hai cùng sử dụng xi-lanh, piston, truyền năng lượng thông qua trục khuỷu và chia thành hai loại 2 thì và 4 thì. Động cơ 2 thì thường sử dụng đa dạng từ xe loại nhỏ, máy xén cỏ đến tàu chở hàng. Trong khi đó, động cơ 4 thì được sử dụng cho xe hạng trung cần hiệu suất nhiên liệu tối đa như xe du lịch. Sự khác biệt duy nhất giữa động cơ xăng và động cơ diesel là cơ chế đánh lửa. Trong khi động cơ xăng cần có thiết bị đánh lửa (bugi) để kích hoạt quá trình cháy nổ của hỗn hợp khí nén xăng - không khí thì động cơ diesel lại hoạt động theo nguyên lý tự nổ. Khi hòa khí diesel - không khí được nén ở áp suất cao (tỷ số nén lớn), nhiệt sinh ra sẽ kích hoạt quá trình tự cháy nổ. Chính đặc điểm này làm động cơ diesel có hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao. /   Hình 1.1: Động cơ diesel CRD của Jeep   Tỷ số nén của động cơ diesel
, cao hơn nhiều so với động cơ xăng (từ 9 đến 13). Chính vì vậy, công nghệ và vật liệu chế tạo động cơ diesel cao hơn để đảm bảo độ bền và giảm thiểu độ mài mòn. Nhược điểm nữa của động cơ diesel là nhiên liệu. Do nằm trong phân đoạn nặng hơn xăng nên khả năng bay hơi của diesel kém, do đó khó khởi động. Cũng vì diesel chứa các phân tử lớn hơn xăng nên khả năng đốt cháy hoàn toàn thấp, nên hay sinh ra bụi than và khí độc. Chỉ tiêu của nhiên liệu diesel cũng khác với xăng. Trong khi xăng sử dụng chỉ số chống kích nổ Octan thì diesel sử dụng chỉ số kích nổ Cetan. Nghĩa là loại diesel nào càng dễ kích nổ càng tốt. Tuy nhiên, đặc điểm quan trọng nhất là nồng độ lưu huỳnh trong của nhiên liệu diesel. Ở Việt Nam, diesel hiện được bán có nồng độ lưu huỳnh dưới 5%. /   Hình 1.2: Động cơ diesel của Mercedes SLK 320   Ngành vận tải có lẽ là nơi duy nhất ưu ái với động cơ diesel ngay từ khi ra đời do nó bền hơn từ 2 đến 3 lần so với động cơ xăng và sinh ra nhiều mô-men xoắn hơn. Đại lượng mô-men xoắn đồng nghĩa với khả năng đẩy một vật từ vị trí đứng yên sang trạng thái chuyển động. Vì vậy, khi mô-men xoắn đủ lớn, động cơ dễ dàng giúp chiếc xe đạt vận tốc như mong muốn từ trạng thái dừng. Trong khi người Mỹ giữ thái độ “ghẻ lạnh” với diesel thì châu Âu và châu Á lại coi đó như một nguồn nhiên liệu hiệu quả. Các phát minh cải tiến xuất phát chủ yếu từ những hãng xe của hai châu lục này. Cùng với sự phát triển của công nghệ, vấn đề khí thải của động cơ diesel được giải quyết thông qua bộ trung hòa xúc tác. Còn để giảm thiểu tiếng ồn, các nhà nghiên cứu tập trung phát triển hệ thống nạp nhiên liệu mới hoạt động êm ái hơn. Giới thiệu lần đầu tiên năm 1995, hệ thống nạp liệu CRD (common rail direct injection) sử dụng bơm cao áp (lên tới 1.579 atm) cung cấp nhiên liệu sơ cấp tới các đầu phun. Động cơ ứng dụng công nghệ CRD có công suất cao, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu tiếng ồn. Những năm sau đó, hệ thống điều khiển điện tử tích hợp trên CRD khiến công nghệ này ngày càng trở nên tối ưu hơn. /   Hình 1.3: Volkswagen Pheaton V10 CDI chạy diesel   Hiện nay, không chỉ có các dòng xe tải, xe van chở hàng mà dòng xe du lịch cũng sử dụng diesel. Mercedes, BMW và Volkswagen là những hãng đi đầu trong ứng dụng công nghệ diesel trên các sản phẩm hạng sang. Mercedes có E320 CDI với mức tiêu hao nhiên liệu 8 lít cho 100 km trong thành phố và 6 lít trên đường trường. Volkswagen có các mác xe chạy diesel nổi tiếng như Golf, Jetta, New Beetle. Còn các sản phẩm chạy diesel của BMW có kí hiệu “d” dưới mã tên như 318d, 325d, 525d thậm chí cả dòng xe sang cao cấp serie 7 như 730d. / Hình 1.4: Động cơ Diezen Khoa học kỹ thuật tiến tiến, bên cạnh đó các chỉ tiêu về tiết kiệm nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường một cách tối thiểu…nhưng vẫn đảm bảo được tính thẩm mỹ, độ bền tốt, công suất cao. Đặc biệt được trang bị các thiết bị tiện nghi, an toàn cho người sử dụng. Sự phát triển của nghành công nghệ ôtô nói chung và động cơ nói riêng ở Việt Nam Năm 2010 Việt Nam dự kiến đầu tư 18.000 tỷ đồng (1,16 tỷ USD) để phát triển ngành công nghiệp ô tô trong nước. Làm được việc này là cần thiết bởi kèm theo đó là sự phát triển của ngành công nghiệp phụ trợ. Tuy nhiên, để có ngành công nghiệp ô tô thực sự, Việt Nam còn phải đi quãng đường xa. Với kỳ vọng sớm có ngành công nghiệp ô tô thực sự, hơn 10 năm qua, nhà nước đã có nhiều ưu đãi mang tính “bảo hộ” cho các liên doanh sản xuất ô tô, với lời “cam kết” ban đầu là sẽ nội địa hóa 30% - 40% sau 10 năm đầu tư vào Việt Nam. Thế nhưng, cho đến thời điểm này lời hẹn trên hầu như chỉ là lời hứa, họa hoằn lắm mới có vài đơn vị thực hiện lời hứa, “nội địa hóa” với tỷ lệ chưa đến 20%. Về dòng xe du lịch, có nhiều liên doanh cho rằng sản xuất các loại phụ tùng, linh kiện là rất khó. Đồng thời, cũng có quan điểm không khuyến khích các doanh nghiệp trong nước sản xuất phụ tùng cho mình vì tính độc lập, bí mật công nghệ, kinh doanh, lợi nhuận, đánh giá năng lực. Đối với lĩnh vực ô tô thương mại, xe tải, xe khách - thị phần có sự tham gia của nhiều doanh nghiệp lắp ráp xe trong nước - xem ra khả quan hơn khi đã có những doanh nghiệp đã đạt tỷ lệ nội địa hóa hơn 40% nhưng nhìn lại mấy mươi phần trăm đó cũng chỉ nằm gọn trong mấy chữ: sơn, gò, hàn, lắp ráp hoặc cũng có khả năng sản xuất được một số phụ tùng xe nhưng chỉ là những linh kiện nhỏ như ghế, kính... đó chỉ là những việc nhỏ trong tổng thể ngành công nghiệp ô tô. Biết là nhỏ nhưng dù muốn làm hơn, các doanh nghiệp lắp ráp có tâm huyết với việc nội địa hóa cũng đành “lực bất tòng tâm” khi hệ thống mạng lưới sản xuất phụ tùng linh kiện của ngành công nghiệp phụ trợ chưa phát triển. Theo ông Nguyễn Xuân Chuẩn, Chủ tịch Hiệp hội Cơ khí Việt Nam, đây là yếu tố vô cùng quan trọng để phát triển ngành công nghiệp ô tô nhưng cho đến nay chúng ta vẫn còn rất yếu mảng này. Chẳng hạn như thép để làm xi lanh, piton, trục khuỷu… thì đòi hỏi chất liệu phải khác nhưng ở nước ta hiện nay chỉ mới làm được thép xây dựng. Đó là chưa nói tới nhôm, thép gió, thép cứng, lá kim đánh lửa… cũng chưa sản xuất được; sơn điện ly cũng phải nhập khẩu. Ô tô Việt Nam không có lợi thế về nội địa hóa nhưng có điều kiện để thực hiện việc nội địa hóa đó ở những mức độ khác nhau. Ông Nguyễn Tiến Dũng, Tổng Giám đốc Tổng Công ty Cơ khí GTVT Sài Gòn (Samco), cho rằng điều quan trọng là phải xóa bỏ tư tưởng làm được một chiếc xe 100% Việt Nam mà phải từ từ trở thành một mắt xích của ngành công nghiệp ô tô của khu vực hay toàn cầu. Từ mắt xích đó mới có cơ sở tiến tới làm được, sản xuất được những chi tiết cơ bản. /   Hình 1.5: Dây chuyền sản xuất của Công ty Toyota Việt Nam   Thực tế cho thấy, hiện nay chúng ta chưa có một nền công nghiệp ô tô thực sự mà đơn thuần chỉ là ngành lắp ráp ô tô, mà lắp ráp cũng chưa đầy đủ. Hầu như chưa có doanh nghiệp nào đầu tư vào chiều sâu của lắp ráp chứ chưa nói đến sản xuất, nghiên cứu. Điều đáng lưu ý của ngành sản xuất này là nghiên cứu rồi mới đến sản xuất nhưng ở Việt Nam cho đến nay dường như chỉ mới chú trọng phát triển “phần cứng” còn “phần mềm” lại bỏ trống. Mà để phát triển ngành công nghiệp ô tô, theo kinh nghiệm của các nước, vai trò của “phần mềm” chiếm đến 80% với thời gian đầu tư dài cả hàng trăm năm. Như vậy khi nói đến ngành công nghệ ô tô ở nước ta thì gắn liền với công nghệ lắp ráp. Còn để chế tạo ra một chiếc ô tô hoàn chỉnh hay một động cơ hoàn chỉnh thì chúng ta chưa làm được. Bên cạnh đó không thể không nhắc tới những cố gắng mà chúng ta đạt được, đã có nhiều doanh nghiệp như Trường Hải, Cửu Long Moto, Vinaxuki... thực sự đáng nể phục, vì họ đã dám xông ra thị trường, chấp nhận cạnh tranh với những nhà đầu tư nước ngoài lớn, đầy năng lực, dày dạn kinh nghiệm, có vị thế hơn họ ngay cả ở thị trường trong nước. Nhờ có chiến lược kinh doanh hợp lý, biết lựa chọn phân khúc thị trường phù hợp để bắt tay vào ngành ô tô, họ đã thành công và ngày càng trưởng thành, góp phần phát triển ngành công nghiệp ô tô ở nước ta. Phạm vi sử dụng các động cơ Điesel cỡ nhỏ (4 – 30 mã lực) ở nước ta Sự phát triển bùng nổ của ngành công nghiệp ô tô và động cơ đang ảnh hưởng rất lớn tới nền kinh tế của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Các loại động cơ nói chung,động cơ nhỏ nói riêng ( 4-30 mã lực )được sử dụng rộng rải trong các ngành kinh tế: Giao thông, nông nghiệp, xây dựng, nó góp phần rất lớn đến sự phát triển của kinh tế của đất nước ta. Ở Việt Nam hiện nay, tình trạng cơ sở hạ tầng yếu kém, nền sản xuất còn nhỏ, phân tán, sản xuất nông nghiệp vẫn chiếm ưu thế. Việc sử dụng các động cơ có công suất nhỏ là nhu cầu rất lớn vì nó có giá trị hợp lý, tiện sử dụng. Động cơ có công suất nhỏ đã đáp ứng được phần nào nhu cầu sản xuất, sinh hoạt của mọi tầng lớp xã hội trên đất nước chúng ta. Động cơ có công suất nhỏ làm động lực cho các máy xay xát, máy bơm nước, máy kéo, máy phun thuốc trừ sâu, máy cắt cỏ…đang sử dụng chủ yếu ở Việt Nam. Trong giao thông vận tải đường thuỷ, động cơ nhỏ còn dùng cho tàu thuỷ hoặc thuyền dân dụng. Trong giao thông đường bộ sử dụng cho các loại xe công nông (đầu dọc, đầu ngang)… Trong công nghiệp và xây dựng, động cơ nhỏ được sử dụng phổ biến ở những cơ sở sản xuất nhỏ như máy ép vật liệu, máy cưa, máy cắt vật liệu, máy trộn vật liệu xây dựng của các cơ sở tư nhân hoặc hợp tác xã. Động cơ nhỏ cho đến nay và về lâu về dài vẫn là một nhu cầu sử dụng không thể thiếu cho các ngành sản xuất. Khái quát về các đặc tính của động cơ, các phương pháp xác định đặc tính động cơ 1.3.1. Đường đặc tính của động cơ Động cơ đặt trên các máy kéo và ô tô chủ yếu là động cơ đốt trong loại pitông. Các chỉ tiêu năng lượng và tính kinh tế của động cơ được thể hiện rõ trên đường đặc tính làm việc của nó. Tính chất hoạt động của động cơ ảnh hưởng rất lớn đến tính năng sử dụng của ô tô máy kéo. Vì vậy cần thiết phải nắm vững các đường đặc tính của động cơ để giúp cho việc giải quyết vấn đề cơ bản trong lý thuyết ô tô máy kéo như nghiên cứu các tính năng kéo và tính năng động lực học của máy kéo. Các đường đặc tính của động cơ có thể chia làm 2 loại : đường đặc tính tốc độ và đường đặc tính tải trọng. 1.3.2. Đường đặc tính tốc độ Đường đặc tính tốc độ là đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng Ne, mô men quay Me, chi phí nhiên liệu giờ GT và chi phí nhiên liệu riêng ge (lượng chi phí nhiên liệu để sản ra một đơn vị công suất hiệu dụng) theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc ( của trục khuỷu. Các loại động cơ điezen lắp trên máy kéo đều có bộ điều tốc (máy điều chỉnh tốc độ) để duy trì tốc độ quay của trục khuỷu khi tải trọng ngoài (mô men cản Mc) thay đổi. Đường đặc tính tốc độ của động cơ điezen phụ thuộc rất lớn vào đặc tính của bộ điều tốc, do đó nó còn gọi là đường đặc tính tự điều chỉnh. Có hai loại đường đặc tính tốc độ : ( Đường đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đường đặc tính ngoài. ( Đường đặc tính cục bộ. Các đường đặc tính của động cơ nhận được bằng cách khảo nghiệm trên các thiết bị chuyên dùng (bàn khảo nghiệm động cơ). Đường đặc tính ngoài của động cơ nhận được khi khảo nghiệm động cơ ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay thước nhiên liệu (ở động cơ điêden) ở vị trí cực đại hoặc mở hoàn toàn bướm ga (ở động cơ xăng). Nếu tay thước nhiên liệu hoặc bướm ga đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận được đường đặc tính cục bộ. Như vậy ở các động cơ lắp bộ điều tốc đa chế (máy điều chỉnh mọi chế độ) sẽ có một đường đặc tính ngoài và vô vàn đường đặc tính cục bộ tùy thuộc vào vị trí tay ga. Trên hình 1.6 biểu diễn đường đặc tính ngoài tự điều chỉnh của động cơ điêzen. Qua đó ta thấy rằng, ở chế độ tốc độ nn công suất động cơ đạt giá trị cực đại Nemax và chi phí nhiên liệu riêng đạt giá trị cực tiểu gemin, khi đó động cơ làm việc có hiệu quả nhất và được gọi là chế độ làm việc danh nghĩa hoặc chế độ làm việc định mức. ở chế độ này các chỉ tiêu của động cơ cũng có tên gọi tương ứng : công suất định mức Nn = Nemax, mô men quay định mức Mn và số vòng quay định mức nn. Khoảng biến thiên tốc độ từ số vòng quay định mức nn đến số vòng quay chạy không nck phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc. Phần đồ thị tương ứng khoảng tốc độ nn - nck được gọi là nhánh tự điều chỉnh (các đường đồ thị có dạng đường thẳng), còn tương ứng với vùng tốc độ nhỏ hơn nn là nhánh không có điều tốc hoặc nhánh quá tải (các đồ thị có dạng đường cong). Ở nhánh quá tải công suất của động cơ giảm còn chi phí nhiên liệu riêng tăng, tức là động cơ làm việc kém hiệu quả. Ngoài ra, các chi tiết của động cơ sẽ chịu tải trọng lớn hơn đồng thời sự bôi trơn các chi tiết cũng kém đi do tốc độ quay của trục khuỷu thấp dẫn đến tăng tốc độ mài mòn các chi tiết và còn một số nhược điểm khác nữa. Do vậy không nên sử dụng động cơ ở nhánh quá tải trong thời gian dài, chỉ được phép sử dụng để khắc phục các hiện tượng quá tải tức thời. Ở nhánh quá tải, mô men quay vẫn tiếp tục tăng nhưng chậm và sau khi đạt giá trị cực đại Mmax nếu tải trọng tiếp tục tăng lên thì mô men động cơ Me và tốc độ quay n sẽ giảm dần rồi ngừng quay vì lúc đó quá trình tự đốt cháy nhiên liệu không thực hiện được. Do vậy động cơ chỉ có thể hoạt động được với tải trọng Mc nM. Đối với động cơ xăng, đường đặc tính cũng có có dạng tương tự như động cơ điê den, tuy nhiên nó cũng có những đặc điểm khác nhau nhất định. Trên hình 1.7 là đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng khi không có bộ phận hạn chế số vòng quay (a) và khi có bộ phận hạn chế số vòng quay (b). / a) b) Hình 1.7: Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng a ( không có hạn chế số vòng quay; b ( có bộ hạn chế số vòng quay Để đánh giá khả năng khắc phục hiện tượng quá tải hay còn gọi là khả năng thích ứng của động cơ đối với sự tăng tải, người ta đưa ra hệ số thích ứng theo mô men quay và được xác định như sau :
(1.1) trong đó : Mmax - mô men quay cực đại của động cơ; Mn - mô men quay định mức của động cơ. Động cơ nào có hệ số thích ứng càng lớn thì khả năng khắc phục hiện tượng quá tải càng tốt. Ở các động cơ điêzen thông thường kM = 1,1 ( 1,25, còn ở động cơ xăng kM = 1,1 ( 1,35. Máy kéo thường làm việc với tải trọng thay đổi ngẫu nhiên, trong phạm vi rộng nhiều khi người lái không kịp phản xạ để điều chỉnh ga hoặc thay đổi số truyền và dẫn đến bị chết máy. Do vậy chỉ nên sử dụng công suất động cơ nhỏ hơn công suất định mức và tất nhiên chỉ cho phép làm việc lâu dài ở nhánh tự điều chỉnh. Mức độ sử dụng công suất động cơ được đánh giá bởi hệ số sử dụng tải trọng : ( =
(1.2) trong đó : Mc - mô men cản đặt lên trục khuỷu; Mn - mô men quay định mức của động cơ. Khi tính toán các chỉ tiêu kéo của máy kéo có thể chọn ( = 0,8 ( 0,9. Đường đặc tính tốc độ ngoài được sử dụng như một tài liệu kỹ thuật để đánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ. Trong lý thuyết máy kéo thường được sử dụng để tính toán tính năng kéo và tính năng động lực học hoặc sử dụng để tính toán các chỉ tiêu sử dụng các liên hợp máy kéo (máy kéo liên hợp máy công tác).