ảNH 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 lơng Bộ môn Động cơ đốt trong Trờng Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Đất nớc Việt nam ta có tới 3/4 diện tích lãnh thổ l đồi núi, nên độ cao môi trờng khai thác l lớn. ở độ cao lớn khác nhau các thông số vật lý của không khí v nớc thay đổi đã lm thay đổi các chỉ tiêu khai thác của động cơ. Bi báo phân tích sự thay đổi các chỉ tiêu ny v 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 Vietnams 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 nớc ta có trên 3/4 diện tích lãnh thổ là vùng đồi núi không bằng phẳng. Trên đó có nhiều khu dân c lớn nh Điện Biên, Lai Châu (2000m), Đà Lạt (1000m), Sa Pa (2913m) tiềm năng kinh tế và tài nguyên cũng lớn, mật độ phơng tiện giao thông đờng bộ nh ôtô khách, ôtô tải, xe máy hoạt động cũng tơng đối nhiều, và sau khi hoàn thành đờng Hồ Chí Minh, sẽ hình thành mạng lới giao thông miền núi với miền xuôi hoàn chỉnh thì mật độ này còn tăng nhiều. Ngoài ra trên các hồ nớc lớn phục vụ thủy điện nh Sơn La (trên 1500m) , các phơng 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 phơng tiện này đều sử dụng động cơ đốt trong, mà các thông số vật lý của không khí môi trờng 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 v nớc theo độ cao môi trờng nơi sử dụng (so với mặt nớc biển) 2.1. Các địa danh vùng núi có mật độ ôtô hoạt động tơng đối nhiều Vùng núi Độ cao mặt nớc biển H(m) Bắc Cạn, Tây Ninh 600 Đà Lạt, Buôn Ma Thuột, Sông Bé, Kontum 1000 Mộc Châu, Sơn La, Hà Giang, Cao Bằng 1500 Điện Biên 1752 Lai Châu 2000 SaPa 2913 Tây Bắc 3000 Qua bảng 2.1. thấy độ cao các vùng cũng khác nhau, do vậy việc xem xét ảnh hởng 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 trng khí hậu miền núi theo chiều cao so với mặt nớc biển Độ cao H(m) áp suất khí quyển H(mmHg) M ậ t đ ộ không khí r(kg/m 3 ) Nhiệt độ khí quyển T H ( 0 K) Độ sôi của nớc t S ( 0 C) Hệ số thay đổi hệ số d không khí a Độ ẩm (%) 0 P 0 = 760 1,225 T 0 =297 100 1,00 160 1000 674 1,112 293 96,7 0,92 88 2000 569 1,007 290 93,3 0,85 75 3000 462 0,909 286 90 0,78 60 4000 426 0,819 283 86,8 0,75 52 5000 405 0,756 279 83,0 0,75 52 Từ bảng 2.2 thấy phơng tiện lên càng cao thì công suất động cơ giảm vì ở độ cao mật độ không khí càng loãng lợng nạp càng giảm. Đối với động cơ Diesel hệ số d không khí a giảm, hỗn hợp nạp đậm, nhiên liệu cháy không hết, tiêu hao nhiên liệu tăng. Hệ thống làm mát bằng nớc kém phát huy tác dụng, nguyên nhân là do càng lên cao áp suất môi trờng giảm, nhiệt độ sôi của nớc càng giảm, nớc nhanh sôi khả năng làm mát kém. iii. Sự thay đổi các chỉ tiêu kỹ thuật v kinh tế của động cơ CT 2 3.1. Kết quả nghiên cứu tính toán nhiệt đối với động cơ carbuarator + áp suất chỉ thị bình quân ở độ cao H: p iH = p i0 p 0 (T 0 /T 0 ) 1/2 /p 0 = p i0 / 1/2 trong đó p i0 , p 0 , T 0 là những tham số ở H = 0; hệ số = p H /p 0 ; b = T H /T 0 + Công suất chỉ thị ở độ cao H: N iH = N i0 ./ 1/2 trong đó N i0 là công suất chỉ thị ở H = 0 + Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị ở độ cao H: g iH =G nl0 1/2 /N iH trong đó G nl0 là lợng tiêu hao nhiên liệu ở H = 0 + Công suất có ích ở độ cao H: N eH = N e0 (1-1/ m0 + / m0 1/2 ) trong đó m0 là hiệu suất cơ giới ở H = 0 + Suất tiêu hao nhiên liệu hiệu quả ở độ cao H: g eH = g e0 /(1-1/ m0 + m/ m0 1/2 ) trong đó g e0 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 N emax = 90ml, tại tốc độ quay n eN = 2400v/ph; Hệ số nạp trên mặt nớc biển (H = 0) v = 0,7; Hệ số d không khí = 0,92; áp suất khí sót p r = 1,05kG/cm 2 ; Nhiệt độ khí sót T r = 1040 o K; Hệ số sử dụng nhiệt = 0,9; Chỉ số nén đa biến trung bình n ne = 1,36; Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n gn = 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 n eN = 2400v/ph. H, m 0 1000 2000 3000 4000 5000 P i , KG/cm 2 7,68 6,92 6,05 5,54 4,90 4,27 P e , KG/cm 2 6,13 5,37 4,50 3,99 3,35 2,72 h m 0,80 0,78 0,75 0,72 0,68 0,64 N e , ml 91 79 67 59 50 40 g e , g/mlh 264 289 321 358 405 468 G nl , kG/h 24 22 19,6 18,1 16,4 14,5 P e , MN/m 2 0,6 0,53 0,44 0,39 0,33 0,26 N e , Kw 67 58 49 43 37 29 G e , g/Kwh 358 394 445 493 547 644 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 P e , N e đều giảm nhiều, còn chỉ tiêu kinh tế suất tiêu hao nhiên liệu g e 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: N iH = N i0 iH 0 / d 1/2 H i0 trong đó iH , i0 là hiệu suất chỉ thị ở độ cao H và trên mặt nớc biển H = 0; H , 0 là hệ số d không khí ở độ cao H và trên mặt nớc biển H = 0; Tỷ số d = 1/ H hoặc d =1/ 0 + Công suất có ích (hiệu quả) ở độ cao H: N eH = N e0 ( m0 + iH 0 / d 1/2 H i0 -1)/ 0 + Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ở độ cao H: g eH = g e0 N e0 0 /N eH d 1/2 H Các số liệu của động cơ khảo cứu: Đờng kính xi lanh D = 130mm; hành trình piston S = 140mm; Số lợng xilanh i = 6 (bố trí 2 hàng chữ V); Công suất hiệu đính N e hđ = 54ml, tại tốc độ quay n e đc = 1300v/ph; Tỉ số nén = 16,5; Thông số khí sót p r = 1,1kG/cm 2 , T r = 810 o K; Hệ số lợi dụng nhiệt x = 0,8; Hiệu suất cơ giới = 0,62; Hệ số tăng áp = 1,4; Tỷ số giãn nở sớm = 1,53; Hệ số nạp v = 0,825; Hệ số d không khí = 1,71; Dung tích công tác của động cơ V H = 7450cm 3 . Các kết quả tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế biến đổi theo chiều cao ở chế độ tốc độ n e dc của động cơ: H, m 0 1000 2000 3000 4000 P i , kG/cm 2 8,1 7,7 7,3 6,9 6,7 P e , kG/cm 2 5,0 4,6 4,2 3,8 3,6 N e , ml 54 49 45 41 39 h i 0,445 0,429 0,397 0,377 0,366 h m 0,620 0,598 0,576 0,550 0,538 h e 0,275 0,256 0,228 0,208 0,196 g e , g/mlh 220 237 266 292 310 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 P e , N e đều giảm, còn các chỉ tiêu kinh tế i , e cũng giảm, suất tiêu hao nhiên liệu g e tăng nhiều. iv. Kết luận Theo các tính toán động cơ phơng tiện ở trên thấy rằng khi sử dụng các phơng tiện trên cao nguyên và miền núi, các thông số kỹ thuật và kinh tế của động cơ thay đổi có chiều hớng làm giảm tính năng hoạt động của động cơ nh 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 phơng 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 , 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 cờng thông gió buồng máy để nâng cao hiệu quả làm mát. Tài liệu tham khảo [1]. Nguyễn Thnh Lơng, Phạm Kỳ, Nguyễn Ninh. Sổ tay tính toán động cơ đốt trong. Trờng Đại học Giao thông vận tải, Hà nội 1977. [2]. Nguyễn Thnh Lơng, Trơng Quang Vinh, Nguyễn Viết Sỹ, Dơng Văn Lợi, Hồ Nguyên Vũ. Nghiên cứu ảnh hởng độ cao môi trờng đến thông số kỹ thuật và kinh tế của động cơ đốt trong. Trờng Đại học Giao thông, Hà nội 2000. [3]. Nguyễn Thnh Lơng. Động cơ đốt trong phơng tiện giao thông. Nhà Xuất bản Xây dựng, Hà nội 2002. [4]. H. List. Thermodynamik der Verbrennungskraftmaschinen. Verlag von Julius Springer, Wien 1979Ă . ảNH 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 lơng Bộ môn Động cơ đốt trong Trờng Đại học Giao thông Vận. không khí môi trờng 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. thấy độ cao các vùng cũng khác nhau, do vậy việc xem xét ảnh hởng 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