BÀI GIẢNG ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THUỶ - PHẦN 2 LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC - CHƯƠNG 4 pot

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 63

CHƯƠNG 4
CÁC THÔNG SỐ CHỈ THỊ VÀ CÓ ÍCH CỦA
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

4.1 Đồ thị công chỉ thị.
Đồ thị công chỉ thị được vẽ trong hệ tọa độ P-V. Đó là mối quan hệ giữa
áp suất và thể tích của xy lanh trong một chu trình công tác. Đồ thị công chỉ thị
có thể được xây dựng bằng tính toán hay đo trực tiếp trên động cơ. Nếu đồ thị
công chỉ thị được đo trực tiếp trên động cơ bằng thiết bị
đo đồ thị công thì được
gọi là đồ thị công chỉ thị thực tế.
Hình (4-1) là đồ thị công chỉ thị của động cơ diesel 4 kỳ. Đặc điểm của đồ
thị này là nó được giới hạn bởi hai điểm là điểm chết trên và điểm chết dưới của
piston. Đối với động cơ diesel 2 kỳ (Hình 4-2) có một phần hành trình bị tổn th
ất.

Hình 4.1 Đồ thị công chỉ thị của động cơ Diesel 4 kỳ.



Hình 4.2 Đồ thị công chỉ thị của động cơ Diesel 2 kỳ.

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 64

Sau đây chúng ta sẽ trình bày phương pháp xây dựng đồ thị công chỉ thị
bằng tính toán:
Để xây dựng đồ thị công chỉ thị bằng tính toán, trước hết ta xác định các
điểm đặc biệt của chu trình: a(P

a
,V
a
); b(P
b
,V
b
); c(P
c
,V
c
); z
1
(P
z1
,V
c
); z(P
z
,V
z
).
Nối điểm a, b, c, z
1
, z lại với nhau bằng các đoạn thẳng ta được:
Đường đẳng tích: cz
1
.
Đường đẳng áp: z
1

z.
Đường đẳng tích: ba.
Để xây dựng đường cong nén và đường cong giãn nở, ta tiến hành như sau:
Chọn một giá trị V
X1
nằm trong khoảng công tác của xy lanh.
Áp suất P
X1
tương ứng trên đường cong nén được tính như sau:

1
1
1
.
n
x
a
ax
V
V
PP
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=

Giá trị áp suất P
X2
nằm trên đường giãn nở bằng:

ab
n
x
b
bx
VV
V
V
PP =
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
= ;.
2
2

Bằng cách chọn giá trị V
x
và tiến hành tính toán tương tự ta sẽ xác định được
các điểm trên đường cong nén và đường cong giãn nở. Nối các điểm này với

nhau bằng một đường cong trơn ta sẽ được đường cong nén và đường cong giãn
nở của chu trình công tác.

Hình 4.3 Xây dựng đồ thị công chỉ thị của động cơ Diesel.

Để cho tiện, thường chọn tỷ lệ xích trên trục tung là mp (kG/cm
2
/mm).
Còn tỷ lệ xích trên trục hoành là m
v
(cm
3
/mm).
Việc xây dựng đồ thị công chỉ thị cho động cơ 2 kỳ và 4 kỳ là như nhau.
Nhưng với động cơ 2 kỳ thì thể tích V
a
được tính là:

(
)
ssca
VVV
ψ
−
+
= 1.


Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 65

S
ψ
: là hệ số tổn thất hành trình,
S
h
S
ψ
=

So với đồ thị công chỉ thị thực tế, đồ thị công chỉ thị tính toán có những
điểm khác biệt như sau:
Do trong tính toán ta chọn giá trị n
1
, n
2
là không đổi do đó đường cong
nén và đường cong giãn nở sẽ khác với đường cong nén và đường cong giãn nở
có n
1
, n
2
thay đổi.
Tại các điểm đặc biệt a, b, c, z
1
, z của đồ thị công chỉ thị thực tế là những
đường cong liên tục. Vì vậy sau khi xây dựng đồ thị theo phương pháp trên ta
phải lượn góc các điểm này bằng những đường cong. Như vậy giữa đồ thị công
trước và sau lượn góc sẽ có diện tích khác nhau được đánh giá bằng hệ số lượn
góc.
Hệ số lượn góc là

d
ϕ
được định nghĩa là:

c
d
F
F
1
=
ϕ

Trong đó: F
1
: Diện tích đồ thị công sau khi lượn góc.
F
c
: Diện tích đồ thị công khi chưa lượn góc.
4.2. Áp suất chỉ thị và có ích bình quân
Khi xem xét một chu trình công tác thực tế, chúng ta có thể đánh giá sự hoàn
thiện của chu trình về mặt lợi dụng nhiệt, liên quan đến mức độ hoàn thiện của các
qúa trình riêng biệt trong đó thông qua các thông số như áp suất chỉ thị trung bình,
công suất chỉ thị và hiệu suất chỉ thị.
4.2.1 Áp suất chỉ thị bình quân
Áp suất chỉ thị bình quân đượ
c xác định bằng công chỉ thị trên một đơn vị
thể tích công tác của xy lanh.
Trên đồ thị công chỉ thị, áp suất chỉ thị bình quân được xác định bằng bình
quân tung độ diện tích đồ thị công chỉ thị chia theo hành trình có ích của piston.
(Hình 4-4).

Hình 4-4 Đồ thị công chỉ thị và áp suất chỉ thị bình quân


Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 66

Nếu gọi công mà chất khí thực hiện được trong một chu trình là L
i
thì áp
suất chỉ thị bình quân được tính:

4
.10
i
i
S
L
p
V
=
(kG/cm
2
) (4-1)
Áp suất chỉ thị bình quân có thể được xác định bằng tính toán hay đo trực
tiếp trên động cơ làm việc. Trong tính toán, sau khi xây dựng được đồ thị công
chỉ thị và tiến hành lượn góc các điểm đặc biệt ta xác định được P
i
khi tính toán:

.

ip
F
p
m
l
= (4-2)
Trong đó: F: là diện tích đồ thị công chỉ thị tính toán sau khi đã lượn góc (mm
2
)
m
p
: là tỷ lệ xích trên trục tung (kG/cm
2
/mm)
l: là chiều dài đồ thị trên trục hoành (mm)
Để cho tiện sau khi xây dựng xong đồ thị công chỉ thị tính toán ta tiến hành
đo diện tích đồ thị và xác định được giá trị
'
i
p
gọi là áp suất chỉ thị bình quân của
chu trình sau khi lượn góc.
Áp suất chỉ thị bình quân của chu trình sau khi lượn góc được tính:
Đối với động cơ 4 kỳ:
'
.
idi
pp
ϕ
=

Trong đó
d
ϕ
là hệ số lượn góc (hay hệ số điền đầy đồ thức):
Động cơ 4 kỳ:
d
ϕ
= 0,95 ÷ 0,97
Đối với động cơ 2 kỳ:
'
.(1 )
idi S
pp
ϕ
ψ
=−

Ở đây: đối với động cơ 2 kỳ quét thẳng:
d
ϕ
= 0,94 ÷ 0,96
Trong động cơ diesel 2 kỳ quét vòng, do phần diện tích baa’ không được
tính vào diện tích của đồ thị công chỉ thị (Hình 4-5). Vì vậy phần diện tích này đủ
bù cho các phần diện tích bị mất đi do lượn góc tại các điểm đặc biệt. Do đó với
loại động cơ này ta chọn
d
ϕ
= 1.
Hình 4.5 Đồ thị công chỉ thị tính toán của động cơ Diesel 2 kỳ.

z
c
a’
a
P
V
z’
b
k
V
c
V
s

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 67

Trong thực tế, đồ thị công chỉ thị của động cơ thấp tốc có thể được xác định
bằng một thiết bị đo đồ thị công gọi là indicator. Khi đó ta sẽ có áp suất chỉ thị
trung bình thực tế.
Phương pháp tính toán bằng lý thuyết để xác định áp suất chỉ thị trung
bình được áp dụng như sau:
Gọi L
i
là công thực hiện của chất khí trong một chu trình công tác. Ở đây
cần lưu ý là các công trong hành trình bơm của động cơ 4 kỳ được tính vào
công tiêu hao cho cơ giới. Khi đó ta có:
L
i
= L

z1z
+ L
zb
- L
ac
(4-3)
Công của chất khí thực hiện trên đoạn z
1
z được tính:

(
)
zzzzzzzzz
VVPVPVPL
−
=
−=
1111


Công mà chất khí thực hiện trên đoạn zb là công của qúa trình đa biến và
được tính:

()
bbzzzb
VPVP
n
L
1
1

2
−
−
=

Công trên đoạn ac là công của qúa trình nén đa biến, do đó được tính:

()
aaccac
VPVP
n
L
1
1
1
−
−
=

Do đó:

21
()
11
Z
Zbb CCaa
iZZC
PV PV PV PV
LpVV
nn

−
−
=−+ −
−−
(4-4)
Áp suất chỉ thị trung bình của chu trình chưa lượn góc sẽ là:

4
.10
i
i
S
L
p
V
=
(kG/cm
2
)
Trong công thức này: L
i
được đo bằng kg.m
V
s
được đo bằng m
3
.
Thay các giá trị sau vào công thức (4-4):

cz

PP .
λ
=
;
22
.
n
c
n
z
b
P
P
P
δ
λ
δ
==
1
n
c
a
P
P
ε
=

ρ
=
c

z
V
V

ε
=
c
a
V
V

Ta có:

[
)
21
'
21
.111
( 1 .(1 ) .(1 )]
11111
c
i
nn
p
p
nn
λ
ρ
λρ

εδε
=−+−−−
−
−−−−
(kG/cm
2
) (4-5)
Áp suất chỉ thị trung bình (bình quân) của chu trình là một trong những
thông số quan trọng để kiểm tra qúa trình sinh công và phụ tải của động cơ.
Trong khi động cơ làm việc bình thường, việc xác định P
i
cho phép đánh giá
chất lượng làm việc cũng như sự đồng đều trong qúa trình công tác của các xy
lanh. Ngoài ra các xy lanh làm việc không bình thường, hay sau khi điều chỉnh,
thay thế bơm cao áp, sau sửa chữa và thay thế các chi tiết nhóm piston-xy lanh,
sau khi chuyển sang sử dụng loại nhiên liệu khác, hay tải động cơ thay đổi v.v…
thì cần phải xác định lại giá trị P
i
. Giá trị áp suất chỉ thị bình quân của các xy

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 68

lanh động cơ bình thường không được vượt qúa 2,5% giá trị áp suất trung bình
bình quân của toàn bộ động cơ được tính như sau:

n
PPP
P
inii
itb

+
+
+
=

21

Trong đó: P
i1
, P
i2
…P
in
là áp suất chỉ thị bình quân của xy lanh số 1, số 2,…,số n.
n là số xy lanh của động cơ.
Việc xác định áp suất chỉ thị bình quân của chu trình bằng việc đo đồ thị
công chỉ thị thực hiện đối với các động cơ thấp tốc. Đối với các động cơ trung tốc
và cao tốc do tốc độ vòng quay cao nên khó có thể đo được đồ thị công. Do vậy
đối với các lo
ại động cơ này, để đánh giá phụ tải của các xy lanh và sự làm việc
đồng đều của nó, người ta sử dụng một thông số khác, đó là: áp suất trung bình
theo thời gian, áp suất cháy cực đại P
z
và nhiệt độ của khí xả của các xy lanh.



Hình 4-6 Đồ thị công khai triển.

Áp suất trung bình theo thời gian P

i
được tính như sau:

p
t
t
i
m
L
F
P
.=

Trong công thức trên:
F
t
: là diện tích đồ thị công khai triển (mm
2
)
L
t:
là chiều dài đồ thị công khai triển (mm)
m
p
là tỷ lệ xích (kG/cm
2
/mm)
Giữa áp suất trung bình theo thời gian và áp suất chỉ thị bình quân P
i
có sự

khác nhau. Đối với động cơ diesel 2 kỳ thì P
t
> P
i
, còn đối với động cơ diesel 4
kỳ thì do hành trình bơm nên P
t
< P
i
.
4.2.2 Áp suất có ích bình quân
Áp suất chỉ thị bình quân là một thông số được đo (hoặc tính toán) ở trong
xy lanh động cơ nhưng nếu quy về vị trí tại đầu ra của trục khuỷu động cơ thì ta
phải tính đến phần tổn hao cho các tổn thất cơ giới.
Nếu gọi P
m
là áp suất quy ước nhằm để khắc phục các tổn thất cơ giới thì khi
đó áp suất có ích bình quân được tính:
P
e
= P
i
– P
m


Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 69

Trong đó P
e

là áp suất có ích bình quân.
Các tổn thất cơ giới của động cơ bao gồm:
- Các tổn thất cho lai dẫn: Lai dẫn trục cam, các bơm phụ, máy nén tăng
áp v.v…
- Các tổn thất cho ma sát.
- Các tổn thất cho hành trình bơm ở các động cơ 4 kỳ.
Sự khác biệt giữa P
e
và P
i
còn có thể được đánh giá thông qua một thông số
khác, đó là hiệu suất cơ giới
m
η
:

i
e
m
P
P
=
η

Vậy:
.
eim
pp
η
=

(4-6)
4.3 Công suất chỉ thị và có ích của động cơ:
4.3.1 Công suất chỉ thị: (N
i
[KW], [CV], [HP], [BHP])
Công suất chỉ thị là công suất được xác định trong xy lanh của động cơ.
Công suất là công sinh ra trong một đơn vị thời gian. Do đó, để xác định
công suất chỉ thị, ta cần phải bắt đầu từ công chỉ thị của động cơ.
Biết được áp suất chỉ thị trung bình P
i
ta có thể tính được công chỉ thị của
một chu trình

4
10
iiS
LpV= (Kg.m)
Trong đó: V
s
là thể tích công tác của xy lanh (m
3
)

S
D
V
s
.
4
.

2
π
=

D: Đường kính xy lanh (m)
S: Hành trình piston (m)
Khi đó công chỉ thị của một vòng quay là:

m
VP
L
si
vq
i
4
10
=

Trong đó: m là hệ số kỳ: Với động cơ 4 kỳ: m = 2
Với động cơ 2 kỳ: m = 1
Công của n vòng quay sẽ là:

m
nVP
L
si
n
i
4
10

=
, trong đó n là số vòng quay (vòng).
Với động cơ có số xy lanh là i, khi đó ta có công chỉ thị của động cơ với n vòng
quay sẽ là:

m
inVP
L
si
dc
i
4
10
=

Nếu n ở trên được tính trong một đơn vị thời gian (vòng/phút), ta có công
thức tính công suất của động cơ như sau:

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 70


4
2
10
.

4 60.75.
i
i
pni

D
NS
m
π
= (mã lực chỉ thị)
Trong đó: 60 là hệ số quy đổi thời gian từ (vòng/phút) sang (vòng/giây)
75 là hệ số chuyển đổi sang mã lực.
Vậy:
2

0,785.
0,45.
i
i
DSnip
N
m
=
(mã lực chỉ thị) (4-7)
Trong công thức trên
D: Đường kính xy lanh (m)
S: Hành trình piston (m)
n: Tốc độ quay của động cơ (vòng/phút)
i: Số xy lanh của động cơ
m: Hệ số kỳ:
+ Động cơ 4 kỳ: m = 2
+ Động cơ 2 kỳ: m = 1
p
i
: Áp suất chỉ thị bình quân (kG/cm

2
)
Với động cơ cụ thể các giá trị D, S, i là hằng số. Do đó ta có thể viết:
N
i
= K.p
i
.n
Trong đó:
2

0,785.
0,45.
DSi
K
m
=

Công suất có ích: N
e

Công suất có ích là công suất được xác định tại mặt bích đầu ra của trục khuỷu
của động cơ. Công suất có ích bằng công suất chỉ thị trừ đi các tổn thất cho cơ
giới và được tính như sau:
N
e
= N
i
– N
m

Trong đó: N
m
là công suất tiêu hao cho các tổn thất cơ giới.
Hoặc là:
.
eim
NN
η
=

Trong đó
m
η
là hiệu suất cơ giới.
Chú ý rằng:
.
eim
PP
η
=
Vậy:
m
PinSD
N
e
e
.45,0

.785,0

2
= (mã lực có ích ) (4-8)
Hay: N
e
= K.p
e
.n (mã lực có ích) (4-9)

4.3.3 Công suất tiêu hao cho các tổn thất cơ giới

eim
NNN −=
Công suất tiêu hao cho các tổn thất cơ giới bao gồm:
- Công suất tiêu hao cho ma sát
- Công suất tiêu hao để dẫn động các cơ cấu phụ
- Công suất tiêu hao trong các hành trình bơm trong các động cơ bốn kỳ.

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 71

Với một động cơ cụ thể, công suất tiêu hao cho các tổn thất cơ giới phụ
thuộc vào tốc độ quay của động cơ theo quan hệ sau:

β
nAN
m
.=

Trong đó: A, β là các hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào loại động cơ.
Giá trị của β thường năm trong khoảng sau:
- Động cơ cao tốc: β = 1,5 ÷ 2,0

- Động cơ thấp tốc: β = 1,2 ÷ 1,2
4.4 Các hiệu suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ
4.4.1 Hiệu suất nhiệt
- Hiệu suất nhiệt η
i
là hiệu suất chỉ tính đến nhiệt lượng cấp vào Q
cap
và
nhiệt lượng thải Q
thai
tất yếu cho nguồn lạnh mà không tính đến bất kỳ một tổn
thất nhiệt nào khác

cap
t
cap
thai
cap
thaicap
t
Q
Q
Q
Q
Q
QQ
=−=
−
= 1
η

(4-10)
4.4.2 Hiệu suất chỉ thị
- Hiệu suất chỉ thị η
i
tính đến cả tổn thất nhiệt cho nguồn lạnh (tổn thất
nhiệt cho khí xả) và các tổn thất khác như cháy không hoàn toàn, tổn thất cho
nước làm mát, môi trường: Q
mat
.

cap
i
cap
matthaicap
t
Q
Q
Q
QQQ
=
−
−
=
η
(4-11)
Trong đó Q
i
là phần nhiệt lượng biến thành công suất chỉ thị.

ii

NQ .3,632=
Trong đó: N
i
là công suất chỉ thị [mã lực]
632,3 là hệ số quy đổi từ mã lực thành kcal.

Hnlcap
QGQ .=
Trong đó : G
nl
là lượng nhiên liệu cung cấp. [kg]
Q
H
là nhiệt trị thấp nhất của nhiên liệu [kcal/kg]
Khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu có nhiệt trị thấp là Q
H
[kcal/kg], hiệu suất chỉ
thị được tính là:
H
i
Hnl
i
i
Q
N
QG
N .3,632
.
.3,632
==

η
(4-12)
4.4.3 Hiệu suất có ích
- Hiệu suất có ích η
e
tính đến tất cả tổn thất trong hiệu suất chỉ thị và tổn
thất cơ giới trong động cơ

cap
e
cap
cogioimatthaicap
e
Q
Q
Q
QQQQ
=
−
−
−
=
η
(4-13)
Trong đó Q
e
là phần nhiệt lượng biến thành công suất có ích

ee
NQ .3,632=

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 72

Khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu có nhiệt trị thấp là Q
H
[kcal/kg], hiệu suất có
ích được tính là :

H
e
Hnl
e
e
Q
N
QG
N .3,632
.
.3,632
==
η
(4-14)
Trong đó : N
e
là công suất có ích [mã lực]
632,3 là hệ số quy đổi giữa mã lực và kcal.
4.4.4 Hiệu suất cơ giới
Quan hệ giữa hiệu suất có ích và hiệu suất chỉ thị được xác định thông qua
một đại lượng được gọi là hiệu suất cơ giới η
m

mie
η
η
η
.=

Do đó :
i
m
i
e
i
e
m
N
N
N
N
−=== 1
η
η
η
(4-15)
hoặc :
i
m
i
e
m

P
P
P
P
−== 1
η

Trong đó P
m
là áp suất quy ước chi phí cho các tổn thất cơ giới.
4.4.5 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g
i

i
nl
i
N
G
g =
[kg/(mlct.h)] hoặc [g/(mlct.h)]
Trong đó: G
nl
[kg/h] là lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giờ để sinh ra
công suất chỉ thị N
i
[mã lực]
Mặt khác,
HiHnl
i
i

QgQG
N
.
3,632
.
.3,632
==
η

Do đó có thể tính g
i
thông qua η
i
như sau:

Hi
i
Q
g
.
3,632
η
=
(4-16)
4.4.6 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g
e


e
m

e
N
G
g =
[kg/(mlci.h)] hoặc [g/(mlci.h)]
Trong đó: G
m
[kg/h] là lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giờ để sinh ra
công suất có ích N
e
[mã lực]
Mặt khác, trong một giờ ta lại có:

HeHnl
e
e
QgQG
N
.
3,632
.
.3,632
==
η

Do đó có thể tính g
e
thông qua η
e
như sau:

He
e
Q
g
.
3,632
η
=
(4-17)

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 73

4.5 Quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị và áp suất chỉ thị bình quân
Để đánh giá tính kinh tế của động cơ cần phải căn cứ vào suất tiêu hao nhiên
liệu chỉ thị g
i
, giá trị g
i
biến đổi phụ thuộc vào nhiều thông số. Một trong những
thông số cơ bản đó là phụ tải của động cơ, được đánh giá thông qua áp suất chỉ
thị bình quân p
i
.
Việc xác lập mối quan hệ giữa hai thông số này cần dựa trên hai mối quan
hệ sau đây:

Hi
i
Qg .

3,632
=
η
(4-18)
Và:
cap
i
i
Q
Q
=
η
(4-19)
Xét trong trường hợp đốt 1 kg nhiên liệu ở hệ số dư lượng không khí α đã
cho, ta có:

ii
LAQ .=
Trong đó A là đương lượng nhiệt của công:
427
1
=A

Mà công chỉ thị của một chu trình:
4
10
sii
VPL =

Nhưng để đốt cháy hết 1 kg nhiên liệu thì phải thực hiện qua nhiều chu trình

công tác.
Gọi ΣV
s
là tổng thể tích công tác của xy lanh do piston tạo ra sau nhiều hành
trình để đốt cháy hết 1 kg nhiên liệu.
Khi đó:
∑
=
4
10
sii
VPL
Do đó:
427
10
.
4
∑
==
si
ii
VP
LAQ

Từ công thức:
∑
∑
==
s
o

s
o
n
V
V
V
V
η

ta có:
∑
∑
=
n
o
s
V
V
η

Do đó:
n
oisi
i
VPVP
Q
η
.427
10
427

10
44
∑
∑
==
Ta lại có :
HHnlcap
QQGQ
=
= . (vì G
nl
= 1kg)
Vậy :
HiHn
oi
H
i
i
QgQ
VP
Q
Q
.
3,632
427
10
4
===
∑
η

η

Suy ra :
∑∑
==
oi
n
oi
n
i
VPVP
g
.
.27
10
3,632 427
4
η
η
(4-20)
Chú ý rằng ΣV
s
là thể tích không khí cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu.
Viết phương trình trạng thái cho không khí với thông số tạo cửa nạp (P
0
, T
0
),
ta có :

ooo
TLVP .848 =

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 74

Suy ra :
o
o
o
P
TL
V
.848.
=
Chuyển thứ nguyên của P
0
từ (kG/cm
2
) sang (kG/m
2
), khi đó :

4
10.
.848.
o
o
o
P
TL

V =

Thay ΣV
s
= V
0
ở trên vào công thức (4-20) ta được :

oi
on
i
TLP
P
g
.848
10 27
4
η
=
Vậy:
oi
on
i
TLP
P
g
.848
10 4,318
4
η

= (4-21)
Đối với động cơ có tăng áp, ta chỉ cần thay các thông số trước cửa nạp là P
s
, T
s

Khi đó :
ioo
on
i
pTL
p
g

4,318
α
η
= (4-22)
- Đối với động cơ hai kỳ, khi sử dụng công thức trên, hệ số nạp trong đó
phải tính đến tổn thất hành trình.
- Mối quan hệ giữa g
i
và p
i
như trong các công thức trên là tỷ lệ nghịch,
nhưng trên thực tế khi muốn tăng p
i
thì phải tăng lượng nhiên liệu làm hệ số dư
lượng không khí α giảm, do đó g
i

chưa hẳn đã giảm.
Khi xem xét trên đặc tính phụ tải, khi tăng p
i
giai đoạn đầu thì g
i
giảm. Tiếp
theo do hệ số dư lượng không khí α giảm, tổn thất nhiệt giảm, chất lượng quá
trình cháy tốt dẫn tới g
i
đạt giá trị cực tiểu. Nếu tiếp tục tăng p
i
thì hiệu quả quá
trình cháy giảm do hệ số dư lượng không khí α giảm nhiều gây thiếu không khí.
Trong giai đoạn này suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g
i
tăng.
4.6 Cân bằng nhiệt động cơ diesel
4.6.1 Khái niệm chung
Khi động cơ diesel hoạt động, nhiên liệu cung cấp vào xy lanh động cơ và
được đốt cháy trong đó. Phần nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra không được
chuyển hoàn toàn thành công mà người ta phải tính toán, đánh giá chính xác
thành phần năng lượng bị tổn thất và những nguyên nhân nào đó.
Vấn đề nghiên cứu và đánh giá các thành phần tổn thất giúp cho chúng ta có
những biện pháp để hạn chế
hoặc để lợi dụng chính những tổn thất đó. Việc hạn
chế hoặc lợi dụng các tổn thất nhiệt trong diesel thường kèm thao các thiết bị
hoặc hệ thống thiết bị, do đó khi đánh giá chính xác tổn thất người ta mới có
những cơ sở để đặt những thiết bị hoặc hệ thống đó. Cân bằng nhiệt động cơ còn
giúp cho chúng ta kiểm tra l
ại các tính toán trong bài toán thuận nói trên.

4.6.2 Phương trình cân bằng nhiệt :
Phương trình cân bằng nhiệt được viết:
Q
0
= Q
e
+ Q
lm
+ Q
kx
+ Q
ck
+Q
cl
(4-23)
Trong đó:
Q
0
: Nhiệt lượng do nhiên liệu cháy hoàn toàn đưa vào động cơ.
Q
e
: Nhiệt lượng tương đương với công có ích do động cơ sản ra.

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 75

Q
lm
: Nhiệt lượng do nước làm mát mang ra
Q
kx

: Nhiệt lượng do khí xả mang ra
Q
ck
: Nhiệt lượng do cháy khơng hồn tồn nhiên liệu
Q
cl
: Tổng cộng các thành phần mất mát còn lại khơng tính tốn cụ thể được.
Viết phương trình dưới dạng phần trăm:

%100
=
+
+
++
clckktlme
qqqqq (4-24)
Các thành phần được tính tốn:
Q
o
= G
nl
.Q
H
p

Trong đó:
G
nl
là lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giờ của động cơ (kg/h)
Q

H
p
: Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (Kcal/kg) hay (Kj/kg)

(
)
(
)
2121

ddddnnnnlm
ttCGttCGQ
−
+
−
= (4-25)
Trong đó:
dndn
CCGG ,,, : Lưu lượng và nhiệt dung riêng của nước và dầu nhờn.
2112
,,,
ddnn
tttt : Nhiệt độ nước và dầu nhờn khi vào và ra khỏi động cơ.

kkkk
pkk
kxkx
pkxkx
tCGTCGQ −= (4-26)
Trong đó:

kxkx
pkx
TCG ,, : lưu lượng, nhiệt dung riêng và nhiệt độ khí cháy sau tổ hợp tua
bin khí máy nén hoặc ở ống xả với động cơ khơng tăng áp.
kkkk
pkk
tCG ,, : lưu lượng, nhiệt dung riêng và nhiệt độ của khơng khí sạch trước
máy nén tăng áp hoặc ống hút của động cơ khơng tăng áp.
Thơng thường:
q
e
: 29 ÷ 42%
q
lm
: 15 ÷ 35%
q
kx
: 25 ÷ 45%
q
ck
: 0 ÷ 5%
Q
cl
: 2 ÷ 5%


Câu hỏi ơn tập chương:
1. Nêu tên gọi, công thức tính toán các thông số sau và mối quan hệ giữa
chúng:
N

i
, N
e
, N
m
, g
i
, g
e
,, p
e,
p
i
2. Các thông số chỉ thò và có ích của động cơ, phương pháp xác đònh công
suất chỉ thò N
i
công suất có ích N
e
?
3. Trình bày mối tương quan giữa các thông số có ích và chỉ thò, mối tương
quan giữa hiệu suất và tải của động cơ.