ảNH HƯởNG CủA Độ CAO MÔI TRƯờNG KHAI THáC TớI CáC THÔNG Số Kỹ THUậT Và KINH Tế CủA ĐộNG CƠ ĐốT TRONG TS.. ở độ cao lớn khác nhau các thông số vật lý của không khí vμ nước thay đổi đã l
Trang 1ảNH HƯởNG CủA Độ CAO MÔI TRƯờNG KHAI THáC TớI CáC THÔNG Số Kỹ THUậT Và KINH Tế CủA ĐộNG CƠ ĐốT TRONG
TS nguyễn thành lương
Bộ môn Động cơ đốt trong Trường Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt: Đất nước Việt nam ta có tới 3/4 diện tích lãnh thổ lμ đồi núi, nên độ cao môi trường khai thác lμ lớn ở độ cao lớn khác nhau các thông số vật lý của không khí vμ nước thay
đổi đã lμm thay đổi các chỉ tiêu khai thác của động cơ Bμi báo phân tích sự thay đổi các chỉ tiêu nμy vμ đề ra các biện pháp khắc phục giúp cho nâng cao hiệu quả khai thác động cơ đốt trong ở vùng núi cao
Summary: Three - fourths of Vietnam’s are are mountains and hills Naturally, elevation
of exploitation sites is great At different elevations, physical parameters of air and water vary, causing changes in exploitation norms of engines The article analyses these changes and proposes measures to improve efficiency in exploiting internal combustion engines in mountainous areas
i Đặt vấn đề
Đặc điểm về địa hình nước ta có trên 3/4 diện tích lãnh thổ là vùng đồi núi không bằng phẳng
Trên đó có nhiều khu dân cư lớn như Điện Biên, Lai Châu (2000m), Đà Lạt (1000m), Sa Pa
(2913m) tiềm năng kinh tế và tài nguyên cũng lớn, mật độ phương tiện giao thông đường bộ như
ôtô khách, ôtô tải, xe máy hoạt động cũng tương đối nhiều, và sau khi hoàn thành đường Hồ Chí
Minh, sẽ hình thành mạng lưới giao thông miền núi với miền xuôi hoàn chỉnh thì mật độ này còn tăng
nhiều Ngoài ra trên các hồ nước lớn phục vụ thủy điện như Sơn La (trên 1500m) , các phương tiện
giao thông thủy cũng hoạt động ở độ cao rất lớn so với các con tàu hoạt động trên biển, trên sông,
và các máy bay khi bay trên độ cao lớn Hầu hết các phương tiện này đều sử dụng động cơ đốt
trong, mà các thông số vật lý của không khí môi trường nơi sử dụng cũng là thông số đầu vào của
động cơ thì thay đổi theo độ cao nơi khai thác chúng, dẫn tới làm thay đổi các thông số kỹ thuật và
kinh tế của động cơ đốt trong khi hoạt động ở vùng cao
CT 2
ii Sự thay đổi các thông số vật lý của không khí vμ nước theo độ cao môi
trường nơi sử dụng (so với mặt nước biển)
2.1 Các địa danh vùng núi có mật độ ôtô hoạt động tương đối nhiều
SaPa 2913
Trang 2Qua bảng 2.1 thấy độ cao các vùng cũng khác nhau, do vậy việc xem xét ảnh hưởng của
sự thay đổi của các thông số vật lý của không khí ở tất cả các độ cao trên tới các chỉ tiêu kinh tế
và kỹ thuật cuả động cơ đốt trong là cần thiết
2.2 Đặc trưng khí hậu miền núi theo chiều cao so với mặt nước biển
Độ cao
H(m)
áp suất khí quyển H(mmHg)
Mật độ không khí r(kg/m3)
Nhiệt độ khí quyển
TH(0K)
Độ sôi của nước
t S(0C)
Hệ số thay
đổi hệ số dư
không khí a
Độ ẩm (%)
Từ bảng 2.2 thấy phương tiện lên càng cao thì công suất động cơ giảm vì ở độ cao mật độ
không khí càng loãng lượng nạp càng giảm Đối với động cơ Diesel hệ số dư không khí a giảm,
hỗn hợp nạp đậm, nhiên liệu cháy không hết, tiêu hao nhiên liệu tăng Hệ thống làm mát bằng
nước kém phát huy tác dụng, nguyên nhân là do càng lên cao áp suất môi trường giảm, nhiệt độ
sôi của nước càng giảm, nước nhanh sôi khả năng làm mát kém
3.1 Kết quả nghiên cứu tính toán nhiệt đối với động cơ carbuarator
+ áp suất chỉ thị bình quân ở độ cao H: piH = pi0μp0(T0/βT0)1/2/p0 = pi0μ/β1/2
trong đó pi0, p0, T0 là những tham số ở H = 0; hệ số μ = pH/p0; b = TH/T0
trong đó Ni0 là công suất chỉ thị ở H = 0
+ Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị ở độ cao H: giH=Gnl0μ1/2/NiH
trong đó Gnl0 là lượng tiêu hao nhiên liệu ở H = 0
+ Công suất có ích ở độ cao H: NeH = Ne0(1-1/ηm0 + μ/ηm0β1/2)
trong đó ηm0 là hiệu suất cơ giới ở H = 0
+ Suất tiêu hao nhiên liệu hiệu quả ở độ cao H: geH = ge0 μ/(1-1/ηm0 + m/ηm0β1/2)
trong đó ge0 là suất tiêu hao nhiên liệu hiệu quả ở H = 0
Các số liệu của động cơ khảo cứu: Tỉ số nén e = 6,0; Công suất lớn nhất Nemax = 90ml, tại
tốc độ quay neN = 2400v/ph; Hệ số nạp trên mặt nước biển (H = 0) ηv = 0,7; Hệ số dư không khí
Trang 3α = 0,92; áp suất khí sót pr = 1,05kG/cm2; Nhiệt độ khí sót Tr = 1040oK; Hệ số sử dụng nhiệt
ξ = 0,9; Chỉ số nén đa biến trung bình nne = 1,36; Chỉ số giãn nở đa biến trung bình ngn = 1,30 Các kết quả tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế biến đổi theo chiều cao H (xem bảng) Tốc độ đạt công suất lớn nhất neN = 2400v/ph
Từ các bảng kết quả tính toán 3.1 thấy đối với động cơ carbuarator khi độ cao H càng lớn các chỉ tiêu kỹ thuật Pe, Ne đều giảm nhiều, còn chỉ tiêu kinh tế suất tiêu hao nhiên liệu ge tăng
ở tốc độ càng cao sự thay đổi này càng lớn
3.2 Kết quả nghiên cứu tính toán nhiệt đối với động cơ Diesel :
CT 2
+ Công suất chỉ thị ở độ cao H: NiH = Ni0μηiHα0/βd1/2αHηi0 trong đó ηiH, ηi0 là hiệu suất chỉ thị ở độ cao H và trên mặt nước biển H = 0;
αH, α0 là hệ số dư không khí ở độ cao H và trên mặt nước biển H = 0;
Tỷ số βd = 1/αH hoặc βd =1/α0 + Công suất có ích (hiệu quả) ở độ cao H: NeH = Ne0(ηm0 + μηiHα0/βd1/2αHηi0 -1)/ημ0
+ Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ở độ cao H: geH = ge0Ne0μα0/NeHβd1/2αH Các số liệu của động cơ khảo cứu:
Đường kính xi lanh D = 130mm; hành trình piston S = 140mm;
Số lượng xilanh i = 6 (bố trí 2 hàng chữ V);
Công suất hiệu đính Ne hđ = 54ml, tại tốc độ quay ne đc = 1300v/ph; Tỉ số nén ε = 16,5; Thông số khí sót pr = 1,1kG/cm2, Tr = 810oK; Hệ số lợi dụng nhiệt x = 0,8; Hiệu suất cơ giới
ημ = 0,62; Hệ số tăng áp λ = 1,4; Tỷ số giãn nở sớm ρ = 1,53; Hệ số nạp ηv = 0,825; Hệ số dư không khí α = 1,71; Dung tích công tác của động cơ VH = 7450cm3
Các kết quả tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế biến đổi theo chiều cao ở chế độ tốc
độ ne dc của động cơ:
Trang 4H, m 0 1000 2000 3000 4000
Từ các bảng kết quả tính toán 3.2 nhận thấy đối với động cơ Diesel ở mọi chế độ tốc độ,
khi độ cao H càng lớn các chỉ tiêu kỹ thuật Pe, Ne đều giảm, còn các chỉ tiêu kinh tế ηi, ηe cũng
giảm, suất tiêu hao nhiên liệu ge tăng nhiều
iv Kết luận
Theo các tính toán động cơ phương tiện ở trên thấy rằng khi sử dụng các phương tiện trên
cao nguyên và miền núi, các thông số kỹ thuật và kinh tế của động cơ thay đổi có chiều hướng
làm giảm tính năng hoạt động của động cơ như giảm công suất, giảm áp suất bình quân có ích,
tăng suất tiêu hao nhiên liệu… Do đó cần phải có biện pháp làm tăng tính năng khai thác của
động cơ nâng cao hiệu quả sử dụng phương tiện trên cao nguyên và miền núi
Các biện pháp đó là:
CT 2
- Tăng áp động cơ nhằm tăng áp suất nạp để nâng cao công suất động cơ, khi tăng áp
10% có thể nâng cao công suất cũng khoảng 10%,
- Tăng tỉ số nén ε, thí nghiệm cho thấy tăng tỉ số nén từ 6 lên 9 công suất động cơ tăng từ
10 dến 20%,
- Đối với động cơ carbuarator có thể sử dụng bộ chế hòa khí điều chỉnh theo độ cao nhằm
bảo đảm đúng thành phần hỗn hợp thiết kế,
- Dùng hệ tống phun xăng điện tử EFI và phun nhiên liệu diêsel điện tử điều chỉnh theo độ cao,
- Tăng cường thông gió buồng máy để nâng cao hiệu quả làm mát
Tài liệu tham khảo
[1].Nguyễn Thμnh Lương, Phạm Kỳ, Nguyễn Ninh Sổ tay tính toán động cơ đốt trong Trường Đại học
Giao thông vận tải, Hà nội 1977
[2] Nguyễn Thμnh Lương, Trương Quang Vinh, Nguyễn Viết Sỹ, Dương Văn Lợi, Hồ Nguyên Vũ Nghiên
cứu ảnh hưởng độ cao môi trường đến thông số kỹ thuật và kinh tế của động cơ đốt trong Trường Đại học
Giao thông, Hà nội 2000
[3] Nguyễn Thμnh Lương Động cơ đốt trong phương tiện giao thông Nhà Xuất bản Xây dựng, Hà nội
2002
[4] H List Thermodynamik der Verbrennungskraftmaschinen Verlag von Julius Springer, Wien 1979Ă