Khai thác động cơ đốt trong tàu quân sự - Chương 2 pot

Chương 2
TẢI TRỌNG VÀ ỨNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONGt
2.1. Khái quát
Một trong những nhiệm vụ của nhân viên phục vụ ĐCĐT tàu quân sự là khai thác
các chế độ làm việc của chúng, loại trừ quá tải, hư hỏng các chi tiết và mài mòn
nhanh chóng. Trước tiên phân tích các điều kiện làm việc ở trên tàu và những
trường hợp có thể làm cho ĐCĐT quá tải, cần thiết phải hiểu các khái niệm quá tải
của động cơ.
2.1.1. Tải trọng của động cơ
1. Khái niệm
Tải của động cơ được xác định bằng giá trị của mô men cản tại mặt bích xuất
lực. ở chế độ làm việc ổn định của động cơ (n = const) mô men cản của máy tiêu thụ
công bằng mô men xoắn của động cơ (M
C
= M
e
), vì vậy mô men xoắn cũng như mô
men cản là chỉ số trực tiếp của tải động cơ. Ví dụ: P
e
- áp suất có ích trung bình và
- công có ích của khí trong xi lanh động cơ sau một chu trình. Thể hiện trong các
phương trình (2.1) và (2.2):
(2.1)
(2.2)
N
e
- Công suất có ích của động cơ, cv;
M
e
- Mô men xoắn có ích của động cơ.
Z - Số xi lanh;

V
h
- Thể tích công tác của xi lanh, dm
3
;
A, A
1
- Các hệ số không đổi.


2. Các chỉ tiêu của tải
Tải của động cơ được đặc trưng bằng những chỉ tiêu sau:
a, Mô men có ích và áp suất có ích trung bình (M
e
, P
e
):
Đúng nhất là đánh giá tải của động cơ theo các chỉ tiêu chỉ thị (M
i
, P
i
), bởi vì
công chỉ thị thể hiện trực tiếp được sự chuyển hoá nhiệt năng trong động cơ, nó dùng
để thắng các lực bên trong cũng như bên ngoài.
Các chỉ tiêu có ích (M
e
, P
e
) được sử dụng các như là các chỉ tiêu tải là vì, trong
các điều kiện khai thác động cơ trên tàu chúng dễ dàng đo đạc được.

Ta hãy xem xét các chỉ tiêu khác của tải động cơ.
b, Công suất có ích (N
e
):
Công suất có ích động cơ (N
e
): là chỉ tiêu trực tiếp của tải trong điều kiện n =
const, suy ra từ phương trình:
N
e

= (2.3)
c, Tiêu hao nhiên liệu cho chu trình và tiêu hao nhiên liệu giờ ( , )
Các chỉ tiêu gần đúng của tải là tiêu hao nhiên liệu cho chu trình và tiêu hao
nhiên liệu giờ.
N
e
= (2.4)
N
e
= (2.5)
Đặt vào phương trình mô men xoắn:
( 2.6)
Liên kết các thành phần không đổi bằng các hệ số A
3
và A
4
, ta nhận được:
M
e

= A
3
. .
e
(2.7)
(khi n
đc
= const) (2.8)
Trong trường hợp đánh giá tải động cơ theo tiêu hao nhiên liệu nên xét đến sự
thay đổi của hiệu suất có ích. Việc tải phụ thuộc vào tiêu hao nhiên liệu dùng để tìm
công suất của động cơ trong các điều kiện khai thác của tàu quân sự. Việc xác định
được tiến hành theo bảng thành lập theo công thức:
N
e
= f( , n
đc
)
d, Áp suất cháy cực đại (P
Z
):
Áp suất cháy cực đại (P
Z
) cũng là chỉ số gián tiếp và gần đúng của tải, bởi vì khi
tải của động cơ tăng thì lượng cấp nhiên liệu cho chu trình tăng và áp suất cháy cực
đại tăng.
Khi nói về áp suất cháy cực đại giống như chỉ số gián tiếp của tải, cần phải lưu
ý P
Z
còn phụ thuộc cả vào áp suất tăng áp, vào góc phun sớm nhiên liệu, các điều
kiện ngoại cảnh và các yếu tố khác. Khi khai thác động cơ, giá trị P

Z
dùng để phân
tích chất lượng trạng thái cân bằng đồng đều tải của các xylanh và của động cơ nói
chung.
e, Nhiệt độ khí xả của các xylanh và trong ống góp khí xả:
Nhiệt độ khí xả của các xylanh và trong ống góp khí xả cũng là chỉ tiêu gián
tiếp của tải động cơ, bởi vì nhiệt độ của tải sẽ thay đổi theo hướng thay đổi của tải.
Mặt khác cũng giống như áp suất cháy cực đại thì nhiệt độ của khí thải cũng phụ
thuộc vào góc phun sớm nhiên liệu, vào chế độ làm mát và vào một số yếu tố khác.
Giá trị nhiệt độ của khí thải dùng để đánh giá chất lượng tải của các xylanh và của
động cơ nói chung.
Trong thời gian động cơ làm việc kết quả cháy nhiên liệu theo quá trình công
tác và truyền mômen xoắn cho máy tiêu công, trong các chi tiết xuất hiện các ứng
suất nhiệt và cơ khí; các chỉ tiêu của ứng suất nhiệt và ứng suất cơ khí dùng để xác
định độ bền và tuổi thọ của các chi tiết.
2.1.2. ứng suất cơ khí
ứng suất cơ khí của động cơ được đặc trưng bởi giá trị và đặc tính thay đổi của
các ứng suất cơ khí, sự biến dạng và các áp suất riêng xuất hiện trong các chi tiết và ổ
đỡ khí động cơ mang tải.
Các ứng suất cơ khí, biến dạng và áp suất riêng được xác định bằng các giá trị
và tính chất thay đổi của các lực tác dụng trong các chi tiết của động cơ trong thời
gian động cơ làm việc. Khả năng làm việc của động cơ, các điều kiện bôi trơn và mài
mòn, khẳ năng xuất hiện các ứng suất mỏi và những hư hỏng trong các chi tiết, cơ
cấu dẫn động và trong các ổ đỡ đều phụ thuộc vào mức độ của cường độ cơ khí.
Mức độ công tác theo cường độ cơ khí của động cơ thường được đảm bảo bằng
hệ số dự trữ sức bền cao, mặt khác trong một số động cơ cường hoá có một số chi
tiết hiện nay cường độ cơ khí của chúng đạt gần đến giới hạn. Nếu dưới sự ảnh
hưởng của bất kỳ một yếu tố nào làm cho sự tác dụng của các lực hoặc thay đổi tính
chất thì có thể dẫn đến làm hư hỏng các chi tiết, hư hỏng động cơ. Điều đó có thể
chứng minh qua một số trường hợp hư hỏng của động cơ do gãy thanh truyền, trục

khuỷu, nứt các chi tiết cố định và trong các chi tiết khác.
2.1.3. ứng suất nhiệt
Nhiệt lượng do nhiên liệu cháy sản ra trong xi lanh động cơ chuyển một phần
thành công chỉ thị, phần còn lại thải cùng với khí thải ra ngoài môi trường và truyền
cho nước làm mát. Các sản vật cháy tiếp xúc với chi tiết của động cơ nung nóng
chúng đến nhiệt độ cao có thể làm phân giải và đốt cháy dầu bôi trơn trên các bề mặt
của pít tông, xéc măng và mặt gương của xi lanh. Kết quả sẽ phá huỷ sự bôi trơn của
các chi tiết kể trên, tăng nhanh độ mài mòn thậm chí làm kẹt pít tông. Kết quả của
việc nung nóng còn làm giảm độ bền cơ khí của các vật liệu chi tiết. Để giữ nhiệt độ
các chi tiết trong giới hạn tiêu chuẩn đảm bảo việc bôi trơn bền vững và để đảm bảo
độ bền cơ khí cần thiết của các chi tiết động cơ cần phải làm mát chúng.
Kết quả làm mát trong các chi tiết bị nung nóng do nhiên liệu cháy là có sự
giáng nhiệt độ và xuất hiện các ứng suất nhiệt.
Để đánh giá độ bền vững khai thác của các chi tiết diêzen nằm trong vùng trao
đổi nhiệt mạnh, và có nhiệt độ cao, dựa vào hai tiêu chuẩn: Nhiệt độ và gradiên nhiệt
giữa bề mặt nung nóng và bề mặt làm mát của các chi tiết. Các tiêu chuẩn này quy
ước trạng thái nhiệt của các chi tiết.
Trong tài liệu ĐCĐT, tiêu chuẩn cường độ toả nhiệt được sử dụng rộng rãi, đôi
khi còn gọi là tải trọng nhiệt lên các chi tiết của động cơ, giống như là dòng nhiệt đi
qua bề mặt của các chi tiết trong một đơn vị thời gian.
Kcal/m
2
h (2.8)
Q - Dòng nhiệt đi qua bề mặt chi tiết, Kcal/h;
F - Bề mặt chi tiết, m
2
.
Dòng nhiệt có thể cho phép đánh giá được nhiệt độ của bề mặt. Mặt khác bản
thân của dòng nhiệt không thể đánh giá được trạng thái nhiệt, các ứng suất nhiệt và
các yếu tố khác quy ước độ bền và khả năng làm việc của các chi tiết. Độ bền, khả

năng làm việc và tuổi thọ trong các điều kiện thay đổi chế độ nhiệt độ của diêzen chỉ
có thể được đặc trưng bằng một tập hợp các chỉ tiêu:
1. Nhiệt độ trong các vùng đặc trưng của các chi tiết T
i
hoặc các thông số không
thứ nguyên tạo bởi tỷ số của các nhiệt độ này với nhiệt độ giới hạn cho phép trong
vùng cho trước,
2. Các ứng xuất nhiệt 
Ti
do các chênh lệch nhiệt độ, là tổng đại số với các ứng
suất do tải trọng cơ khí, hoặc các thông số không thứ nguyên tạo bởi các thông số của
các ứng suất này với ứng suất giới hạn.
3. Giá trị của các khe hở trong các chi tiết liên kết của động cơ hoặc các thông
số không thứ nguyên tạo bởi tỉ số của các khe hở này với giới hạn cho phép.
2.2. Cường độ cơ khí và các chỉ tiêu của ứng suất cơ khí trong các chi tiết động
cơ
ứng suất cơ khí của động được đặc trưng bằng ứng suất biến dạng và áp suất
riêng xuất hiện trong các chi tiết khi động cơ mang tải. Do trực tiếp các ứng suất hoặc
các chi tiêu trực tiếp của cường độ cơ khí động cơ rất khó phân tích, vì vậy để đánh
giá chúng ở các tải khác nhau trong điều kiện khai thác có thể sử dụng các chỉ tiêu
gián tiếp, dựa vào đó có thể dự đoán về sự thay đổi đạt đến giới hạn nguy hiểm của
các ứng suất cơ khí. Để xác lập các chỉ tiêu gián tiếp ta xem các lực tác dụng lên các
chi tiết cơ bản của động cơ trong thời gian hoạt động.
2.2.1. Cường độ cơ khí của các chi tiết cố định
Các chi tiết cố định của động cơ trong thời gian làm việc chịu các lực tác dụng
của áp suất khí thể trong xi lanh. Lực cực đại tác dụng lên chi tiết cố định được xác
định bằng giá trị áp suất cháy cực đại (áp suất cực đại của chu trình) P
Z
, là chỉ tiêu
gián tiếp của cường độ cơ khí của chi tiết cố định. Ngoài lực P

Z
ra còn có tác dụng
của lực xiết ban đầu lên các chi tiết lắp ghép của chi tiết cố định, các liên kết neo, nắp
xi lanh và các gu jông lực. Hệ số dự trữ sức bền của các chi tiết này sẽ tỉ lệ nghịch với
P
Z
. Để không nguy hiểm cho các chi tiết lắp ráp chi tiết cố định, việc xiết chúng phải
thực hiện hết sức chính xác theo tài liệu hướng dẫn với sử dụng cần xiết có đồng hồ
đo lực đặc biệt, các kích thuỷ lực hoặc bằng cách kiểm tra độ giãn dài của các gu
jông.
Ngoài các tải trọng lắp ráp thông thường, trong các chi tiết có thể xuất hiện các
ứng lực phụ do sự sai sót cho phép trong khi lắp ráp. Đặc biệt nguy hiểm là bề mặt
đai ốc không vuông góc với tấm gu jông hoặc đến bề mặt tựa, làm xuất hiện thêm các
ứng suất ứng phụ.
Các ứng suất phụ trong các chi tiết cố định, trong liên kết neo và nắp xi lanh có
thể xuất hiện cả trong chấn động của các chi tiết này hoặc khi biến dạng của vỏ tàu.
2.2.2. Cường độ cơ khí của cơ cấu tay quay thanh truyền
Cơ cấu quay thanh truyền của động cơ chịu tác dụng của các tải trọng có chu
kỳ biến đổi, và do đó việc phá huỷ các chi tiết mang đặc tính mệt mỏi. Các trị ứng
suất mệt mỏi trong các chi tiết phu thuộc vào biên độ lực tác dụng lên các chi tiết
chuyển động. Để xác định chỉ tiêu gián tiếp của cường độ cơ khí cơ cấu tay quay
thanh truyền cần thiết phải xét các lực tác dụng lên chi tiết của nó và sự ảnh hưởng
của tải và chế độ làm việc của động cơ đến đặc tính thay đổi theo chu kỳ của các lực.
Lực động P tác dụng lên các chi tiết chuyển động là tổng các lực:
P = P
kc
+ P
j
+ P
0

+ P
ms
+ P
p
(2.12)
P
kc
- Áp suất khí cháy;
P
j
- Lực quán tính của các khối lượng chuyển động pít tông và thanh truyền;
P
0
- Lực áp suất khí quyển tác động lên pít tông;
P
ms
- Lực ma sát;
P
p
- Lực của khối lượng pít tông.
Các lực P
0
, P
ms
, P
p
có thể bỏ qua vì giá trị thực tế và sự phụ thuộc của chúng
vào chế độ làm việc của động cơ ít. Như vậy, với mức độ chính xác tương đối có thể
xác định P theo phương trình:
P = P

kc
+ P
j
(2.13)
Ngoài ra trên các chi tiết chuyển động còn có tác dụng của các lực quán tính ly
tâm của các khối lượng quay thanh truyền và trục khuỷu, cả các lực xuất hiện trong
các dao động xoắn của trục khuỷu. Mặt khác sự thay đổi của cường độ cơ khí các chi
tiết tay quay thanh truyền trong khi khai thác động cơ chủ yếu phụ thuộc vào lực áp
suất khí cháy và lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến. Ta xét đồ thị
thay đổi của các lực này trong một chu kỳ của động cơ diêzen hai kỳ và bốn kỳ.
Trên hình 2.1 biểu diễn các đồ thị thay đổi của các lực tác dụng trong một chu
kỳ lên pít tông của cơ cấu quay tay thanh truyên động cơ. Các đồ thị cho phép xác
định biên độ của lực động P. Từ các đồ thị ta có:
- Đối với động cơ bốn kỳ:
(2.14)
- Đối với động cơ hai kỳ:
(2.15)

Độ dự trữ bền trong má trục khuỷu (tay quay) theo các ứng suất pháp tuyến
được xác định bằng phương trình:
(2.16)

a
- biên độ các ứng suất pháp tuyến;

-1
- giới hạn mỏi các ứng suất pháp tuyến;
K

- hệ số tập trung của các ứng suất pháp tuyến;


- hệ số ảnh hưởng của các kích thước tuyệt đối.
Do biên độ của các ứng suất pháp tuyến tỷ lệ với biên độ của lực động, công
thức cho độ dự trữ bền có dạng:
- Đối với động cơ bốn kỳ:
P

P
j

P
mi
P

2


3




0

P
max

P

2




P
max

P
mi
0

P
j

P

P

a)
b)
Hình 2.1. Sự thay đổi các lực tác dụng lên pít tông
trong quá trình công tác của chu kỳ
(2.17)
- Đối với động cơ hai kỳ:
(2.18)
a - hệ số tính đến các số hạng không đổi;
Z - số xylanh của động cơ.
Lực tiếp tuyến tổng t

là hàm số chu kỳ của góc quay của trục. Chu kỳ thay đổi
của lực này đối với động cơ bốn kỳ bằng , động cơ hai kỳ bằng .
Tính chất thay đổi của lực tiếp tuyến tổng t

quy định biên độ của các ứng suất
tiếp tuyến.
Sự thay đổi lực t

về giá trị thể hiện sự không đồng đều của mômen xoắn, là
nguyên nhân gây ra dao động xoắn của trục khuỷu.
Trên hình 2.2 biểu diễn sự thay đổi của
lực tiếp tuyến trong một chu kỳ. Như trên
hình vẽ:
(2.19)
(2.20)

Từ tính toán và các kinh nghiệm cho
thấy rằng:
(2.21)

K
i
- hệ số phụ thuộc vào số xylanh và số kỳ của động cơ.
Như vậy, biên độ của các lực tiếp tuyến và suy ra ứng suất tiếp cũng tỷ lệ với áp
suất cháy cực đại P
Z
. Độ dự trữ bền cho các ứng suất tiếp tuyến:
(2.22)
t
min

t
max

t
tb

t



Hình 2.2. Sự thay đổi của
lực tiếp tuyến tổng

+

-

-

-1
- Giới hạn mỏi khi xoắn đối với chu kỳ đối xứng;

a
- Biên độ của các ứng suất tiếp;
K

- Hệ số tập trung ứng suất tiếp;


- Hệ số ảnh hưởng của các kích thước tuyệt đối.
Độ dự trữ bền theo ứng suất tiếp của trục khuỷu cũng sẽ tỷ lệ nghịch với áp suất
cháy cực đại P
Z
.
(2.23)
b - Hệ số tính đến các giá trị không đổi.
Có thể rút ra kết luận là giá trị áp suất cháy cực đại P
Z
là chỉ tiêu gián tiếp của
cường độ cơ khí của các chi tiết nhóm tay quay thanh truyền và cả động cơ nói
chung.
Không cho phép tăng P
Z
cao hơn giá trị quy định. Đối với đa số các chế độ làm
việc của động cơ điều này đảm bảo cho động cơ khỏi quá tải về ứng suất cơ khí.

Việc sử dụng thuận tiện áp suất cháy cực đại với tính chất là chỉ tiêu gián tiếp
của cường độ cơ khí là vì trong điều kiện tàu quân sự có thể xác định bằng đo đạc
một cách dễ dàng nhờ đồng hồ đo áp suất cực đại và máy đo công cơ khí.
Khi phân tích cường độ cơ khí không những chỉ xét giá trị tuyệt đối của áp suất
cháy cực đại mà còn xét đến tính chất động học của nó. Tính chất động học của P
z

được đặc trưng bằng tốc độ tăng áp suất (độ cứng làm việc của động cơ) P/ và
mức độ tăng áp suất. Các động cơ tàu quân sự được thiết kế sao cho bảo đảm được sự
làm việc mềm, do đó chúng được sử dụng nhiên liệu động cơ có chất lượng cao, đặc
biệt là lựa chọn góc phun sớm nhiên liệu 
s
tối ưu. Nếu do tác dụng của bất kỳ một
yếu tố nào, tốc độ tăng áp suất vượt quá các giá trị cho phép thì ảnh hưởng trước hết
đến độ bền của các ổ đỡ cơ cấu tay quay thanh truyền.
Nguyên nhân hư hỏng của động cơ có thể do việc tăng cường độ cơ khí do việc
tăng rất lớn lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và quay P
j
và P
R
,
giá trị của chúng được xác định bằng các phương trình:
P
J
= M
J
R
2
(cos + cos2) (2.24)
P

R
= M
R
R
2

(2.25)
Trong đó:
M
J
,

M
R
- Khối lượng của những chi tiết chuyển động thẳng và chuyển động
quay;
R - Bán kính quay;
 - Tốc độ góc quay của trục khuỷu;
 - Tỷ số bán kính tay quay với chiều dài thanh truyền;
 - Góc quay của trục khuỷu.
Rõ ràng từ các công thức (2.24), (2.25), giá trị lực quán tính các chi tiết của cơ
cấu tay quay thanh truyền của một động cơ cụ thể được xác định chỉ bằng giá trị tốc
độ góc của trục khuỷu.
Các lực quán tính của các khối lượng chuyển động thẳng của động cơ hai kỳ
làm giảm biên độ của lực động, còn ở động cơ bốn kỳ thì ngược lại. Nên ở các điều
kiện như nhau, động cơ bốn kỳ có tải trọng cơ khí lớn hơn.
Các ứng suất cơ do các lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến
và quay có thể vượt quá các giá trị cực đại cho phép, và thậm chí dẫn đến hư hỏng
hoặc gây sự cố cho động cơ, nếu ở số vòng quay vượt quá giới hạn cho phép. Trường
hợp này làm tăng tải đột ngột lên các ổ đỡ trục khuỷu và cuối cùng làm nóng chảy ổ

đỡ và kẹt trục khuỷu.
Trong trục khuỷu và trong một số chi tiết có thể xuất hiện các dao động xoắn
gây ra các ứng suất nguy hiểm. Để giảm bớt các dao động xoắn người ta sử dụng một
loạt các biện pháp, như: lựa chọn góc kẹp tay quay của trục khuỷu hợp lý nhất, đặt
các bộ giảm chấn hoặc giảm xung. Mặt khác các dao động xoắn có thể xuất hiện và
đạt đến các giá trị nguy hiểm, khi đó các ứng suất cơ khí vượt quá các giá trị cực đại
cho phép dẫn đến gãy chi tiết. Điều này xảy ra có thể do việc tăng độ không đồng đều
của mô men xoắn và khi có sự thay đổi các kết cấu riêng. Ví dụ: khi sai lệch sự điều
chỉnh lượng nhiên liệu đồng đều cấp cho chu trình theo các xy lanh hoặc khi ngừng
hoàn toàn quá trình công tác trong một số xy lanh, khi góc phun sớm nhiên liệu sai
lệch, khi tháo dỡ các cụm và các chi tiết riêng làm thay đổi giá trị mô men quán tính
các khối lượng quay hoặc tần số dao động riêng của các khối lượng này.
Những người khai thác, vận hành cần phải đặc biệt chú ý đến việc điều chỉnh
động cơ, đồng thời đến sự thay đổi các kết cấu như gờ bánh đà, khớp nối, chân vịt và
thay thế các liên kết mềm trung gian.
2.2.3. Các chỉ tiêu gián tiếp của cường độ cơ khí
- Áp suất cháy cực đại P
z
;
- Tốc độ tăng áp suất (độ cứng làm việc của động cơ): ;
- Tốc độ góc  hay số vòng quay của trục khuỷu n
đc
;
- Mức độ dao động xoắn và chấn động của trục.
Động cơ có thể hư hỏng do việc tăng lâu dài một trong những chỉ số trên hoặc
do kết quả xuất hiện vùng cộng hưởng của các dao động xoắn.
Khi phân tích sự thay đổi ứng suất cơ khí của động cơ do tác dụng của các yếu
tố khai thác bất kỳ, trước hết là theo dõi sự thay đổi của các chỉ tiêu gián tiếp kể trên.
2.2.4. Sự quá tải về mặt cơ khí của động cơ
Việc quá tải về phương diện ứng suất cơ khí làm giảm độ bền và tuổi thọ của

động cơ. Sự phức tạp của vấn đề này lừ ở chỗ, việc quá tải về phương diện cơ khí
trong rất nhiều trường hợp có thể không xuất hiện tức thời mà trải qua một khoảng
thời gian. Điều đó đòi hỏi nhân viên phục vụ động cơ phải hiểu biết bản chất vật lý
của các hiện tượng và thấy trước sự nguy hiểm của chúng hoặc các trường hợp quá tải
cơ khí khác. Việc quá tải có thể dẫn đến làm tăng nhanh chóng cường độ hư hỏng các
chi tiết và nhanh chóng phá huỷ động cơ, nếu như các ứng suất cơ khí trong một số
chi tiết vượt quá giới hạn bền hoặc áp suất riêng trong các ổ đỡ trở nên lớn hơn khả
năng chịu đựng của chúng.
Việc quá tải động cơ về mặt ứng suất cơ khí có thể từ một số trường hợp đặc
trưng sau:
- Khi có sự thay đổi tương đối góc phun sớm nhiên liệu về phía tăng đột ngột
áp suất cháy cực đại và làm tăng độ cứng làm việc của động cơ. ở các tải gần với toàn
tải, các ứng suất cơ khí có thể vượt quá các giới hạn cực đại cho phép.
- Khi có sự ảnh hưởng của các điều kiện bên ngoài có liên quan đến việc giảm
tương đối lớn nhiệt độ không khí ở cửa nạp của động cơ. Việc tăng áp suất cháy cực
đại và độ cứng làm việc trong trường hợp này cần phải được kiểm tra.
- Sự sai lệch điều chỉnh động cơ theo lượng nhiên liệu cấp cho chu trình, việc
sử dụng loại nhiên liệu không tiêu chuẩn, có số xê tan nhỏ, quá tải chung của động cơ,
giảm nhiệt độ của nước làm mát cũng làm tăng áp suất cháy cực đại, tăng độ cứng
làm việc của động cơ.
- Tăng số vòng quay giới hạn làm tăng các lực quán tính của các khối lượng
chuyển động tịnh tiến và quay, tăng các áp suất riêng trên các ổ đỡ của trục khuỷu và
gây sự nóng chảy chúng.
Qui tắc khai thác các ĐCĐT tàu thuỷ buộc các nhân viên phải định kỳ kiểm tra
tải của động cơ theo các chỉ tiêu gián tiếp của cường độ cơ khí, trong đó theo áp suất
cháy cực đại P
z
có thể đo được trên tàu bằng các thiết bị đồng hồ đo áp suất cực đại
hoặc máy đo công chỉ thị. Việc kiểm tra áp suất cháy cực đại đặc biệt quan trọng ở
các tải của động cơ gần với tải toàn bộ.

2.3. Trạng thái nhiệt và các chỉ tiêu gián tiếp của trạng thái nhiệt trong động cơ
Trạng thái nhiệt của các chi tiết nhóm xy lanh - pít tông được xác định bằng nhiệt độ ở bề mặt các chi tiết đó và sự chênh lệch nhiệt độ
(građien nhiệt độ) giữa mặt bị nung nóng và bề mặt làm mát. Việc giữ cho động cơ và các chi tiết nằm trong giới hạn nhiệt độ cho trước có ý nghĩa lớn
trong việc bảo đảm sự làm việc bền vững của động cơ.
2.3.1. Nhiệt độ các chi tiết của động cơ
1. Nhiệt độ cực đại trên bề mặt của pít tông
Nhiệt độ cực đại được qui định giống như một qui luật trên bề mặt trực tiếp tiếp
xúc với khí cháy tại tâm của đáy pít tông hoặc ở chu vi (hình 2.3), nhiệt độ này quyết
định độ bền cơ khí của vật liệu chế tạo pít tông.








Nhiệt độ giới hạn cho phép đối với các vật liệu khác nhau được sử dụng trong
chế tạo pít tông như sau:
- Hợp kim nhôm nhẹ: 225 - 350
0
C;

300

280
260

220

200

180

160

140

300

280

260

Hình 3.3. Sơ đồ phân bố nhiệt trên tiết diện pít
tông


- Gang: 400 - 450
0

C;
- Thép: 450 - 500
0
C.
Nếu trong thời gian động cơ làm việc, nhiệt độ của pít tông tăng đến giá trị cực
đại cho phép thì độ bền của vật liệu giảm nhanh, nên có thể dẫn đến xuất hiện các vết
nứt, biến dạng dư và cuối cùng pít tông bị hỏng.
2. Nhiệt độ cực đại của pít tông ở vùng bố trí các xéc măng khí trên cùng.
Do các xéc măng của pít tông, trong đó có các xéc măng trên cùng chỉ làm việc
bình thường nếu được bôi trơn, nhưng nhiệt độ của pít tông ở vùng xéc măng trên
cùng quyết định điều kiện bôi trơn xéc măng và tính phân giải của dầu trong các rãnh
xéc măng ở nhiệt độ đã cho. Nếu nhiệt độ của pít tông ở vùng bố trí các xéc măng cao
hơn giá trị giới hạn cực đại cho phép thì dầu bắt đầu phân giải mạnh thành các chất
keo làm các xéc măng mất tính tự do, như thường nói là “cháy” hoặc kẹt”. Quá trình
này còn tiếp tục tăng lên khi nào pít tông chưa bị kẹt. Kinh nghiệm chọn lọc và khai
thác các điêzen cho thấy rằng, nhiệt độ giới hạn cho phép ở vùng lắp các xéc măng
khí khi sử dụng các loại dầu tiêu chuẩn có các chất pha là 200
0
C. Đối với các động cơ
cường hoá cao tốc giới hạn này có thể nâng lên đến 220 - 240
0
C. Đối với các xéc
măng có tiết diện hình thang dài là 245
0
C.
Việc tăng giới hạn trên của nhiệt độ trên vùng lắp các xéc măng khí được quyết
định bằng tính bền vững của dầu chống lại sự phân giải ở điều kiện nhiệt độ và áp
suất cao. Biện pháp tích cực để tăng tính bền vững của dầu là sử dụng các chất phụ
gia đặc biệt.
3. Nhiệt độ cực đại trên bề mặt đáy pít tông

Nhiệt độ đã cho đặc trưng cho tính tích cực chống lại sự phân giải dầu và hình
thành lớp keo. Việc hình thành lớp keo làm xấu đi sự truyền nhiệt của pít tông trong
tất cả các điểm của nó. Việc tăng giới hạn cực đại của nhiệt độ sẽ phá huỷ tính bền
vững và tuổi thọ của động cơ. Nhiệt độ giới hạn của bề mặt đáy pít tông được bảo
đảm nhờ được làm mát bằng dầu, ở nhiệt độ đó tốc độ phân giải dầu và hình thành lớp
keo nằm trong các giới hạn cho phép, đó là nhiệt độ gần 200
0
C (nếu động cơ dùng các
loại dầu tiêu chuẩn).
4. Nhiệt độ bề mặt công tác của lót xy lanh ở phần trên vùng bố trí các xéc măng.
Nhiệt độ này được đặc trưng bằng:
- Thứ nhất, điều kiện làm việc của dầu bôi trơn lót xy lanh ở vùng đó;
- Thứ hai, những điều kiện bão hoà hơi nước chứa trong không khí nạp và tạo
ra trong khi cháy nhiên liệu.
Cường độ bão hoà của các hạt nước trên bề mặt công tác của lót xy lanh phụ
thuộc vào áp suất cục bộ của hơi nước trong không khí nạp vào xy lanh động cơ, hơi
nước tạo ra trong khi đốt cháy nhiên liệu (cứ 1kg nhiên liệu đốt cháy, trung bình tạo
ra gần 1, 7g hơi nước) và vào áp suất cục bộ bão hoà hơi tương ứng với nhiệt độ trên
bề mặt lót xy lanh. Trong thời gian của quá trình nén không khí nạp, cháy và giãn nở
của sản vật cháy, áp suất cục bộ của hơi nước tăng lên tỷ lệ với độ tăng áp suất trong
xy lanh và trở nên lớn hơn áp suất bão hoà. Trên bề mặt của lót xy lanh đọng hơi
nước. Số lượng hơi nước đọng lại càng nhiều thì hiệu của áp suất cục bộ của hơi nước
trong môi trường không khí và áp suất bão hoà trên bề mặt lót xy lanh càng lớn.
Hạt nước đọng trên bề mặt lót xy lanh hoà với dầu tạo ra trên bề mặt lót xy lanh
lớp axit và các thành phần hoá học khác, làm già hoá dầu và đẩy mạnh sự ăn mòn rỉ
sét.
Để giảm bớt sự tụ ẩm, nhiệt độ của bề mặt lót xy lanh cần phải tăng lên, còn để
bảo vệ vững chắc màng dầu bôi trơn ở vùng bố trí các xéc măng trên cùng cần phải
giảm xuống. Kết quả nghiên cứu cho thấy, sự mài mòn nhỏ nhất ở phần trên lót xy
lanh có được khi nhiệt độ bề mặt của nó bằng 160 - 170

0
C.
5. Nhiệt độ cực đại của xu páp
Nhiệt độ cực đại của xu páp qui định độ bền cơ khí của vật liệu chế tạo nó, các
điều kiện bôi trơn của các xu páp trong ống dẫn hướng và cả độ mòn rỉ bề mặt công
tác của đế và nấm xu páp.
Khả năng làm việc của động cơ được xác định không phải bằng một trong các
chỉ tiêu kể trên mà là bằng cả một tập hợp các chỉ tiêu. Nếu một trong các nhiệt độ
vượt quá giá trị cho phép cực đại thì khả năng làm việc của động cơ bị phá huỷ,
không kể đến việc nhiệt độ ở các vùng khác nhau còn lại đều thích hợp.
Các động cơ tàu quân sự cao tốc hiện đại được thiết kế sao cho, khi động cơ
làm việc ở các chế độ gần với toàn tải, các chỉ tiêu đặc trưng cho trạng thái nhiệt của
các chi tiết gần với các giá trị giới hạn. Độ dự trữ bền chung theo cường độ nhiệt
không lớn lắm và mỗi một sai lệch của chế độ công tác khỏi chế độ định mức (ví dụ
sự quá tải của động cơ) không tránh khỏi việc làm tăng nhiệt độ của các chi tiết, làm
giảm hoặc mất hoàn toàn độ dự trữ bền về cường độ nhiệt và cuối cùng đưa đến động
cơ hư hỏng trước thời hạn.
Một trong những nhiệm vụ của người khai thác vận hành là không cho phép
tăng nhiệt độ giới hạn cho phép của các chi tiết nhóm pít tông - xy lanh. Trong điều
kiện không có các dụng cụ kiểm tra nhiệt độ các chi tiết cần phải sử dụng các chỉ tiêu
gián tiếp của trạng thái nhiệt động cơ.
2.3.2. Nhiệt độ trong xy lanh động cơ, sự đánh giá gần đúng dòng nhiệt riêng trung
bình và nhiệt độ của các chi tiết
Trạng thái nhiệt của các chi tiết được đánh giá bằng nhiệt độ của các bề mặt và
độ chênh lệch nhiệt độ giữa các vách. Để kiểm tra sự làm việc động cơ, các phương
pháp hiện đại không tiến hành đo trực tiếp nhiệt độ. Trạng thái nhiệt của động cơ
được đánh giá bằng các chỉ tiêu gián tiếp.
Để rút ra các chỉ tiêu gián tiếp của trạng thái nhiệt cần phải xem xét quá trình
truyền nhiệt trong xy lanh động cơ, tìm ra sự phụ thuộc toán học để xác định nhiệt độ
trên bề mặt chi tiết và sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vách và cả việc xác định các

yếu tố phụ thuộc của các nhiệt độ này.
1. Các đặc tính của quá trình truyền nhiệt trong xy lanh ĐCĐT
Quá trình truyền nhiệt trong xy lanh động cơ có các đặc tính như sau:
- Đặc tính định kỳ của quá trình công tác dẫn tới việc toả nhiệt tập trung và tác
dụng nhiệt tập trung lên các chi tiết tạo thành buồng đốt;
- Nhiệt độ khí ở chế độ làm việc ổn định trong chu kỳ dao động từ giá trị cực
tiểu trong thời gian quá trình nạp đến cực đại trong thời gian quá trình cháy;
- Nhiệt độ các chi tiết bị nung nóng trong thời gian làm việc phân bố không
đồng đều;
- Trong quá trình truyền nhiệt, diện tích bề mặt mà dòng nhiệt đi qua không giữ
nguyên mà thay đổi có tính chu kỳ khi pít tông chuyển động lên điểm chết trên và
xuống điểm chết dưới;
- Trong xy lanh động cơ có ba hình thức truyền nhiệt cơ bản: Bức xạ nhiệt, dẫn
nhiệt và đối lưu;
- Khí trong xy lanh có sự thay đổi tỷ trọng và chuyển động xoáy.
Tất cả những đặc tính này được tính đến trong khi phân tích mối quan hệ phụ
thuộc, hơn nữa sự phụ thuộc này là rất lớn.
2. Các giả thiết khi phân tích quá trình truyền nhiệt trong xy lanh động cơ
Để đơn giản bớt các biểu thức tính toán ta có những giả thiết sau:
- Dòng nhiệt không ổn định được thay thế bằng dòng nhiệt ổn định ở điều kiện
là lượng nhiệt được truyền giữ nguyên không đổi đối với một chế độ làm việc cho
trước;
- Nhiệt độ khí, nhiệt độ các vách và nhiệt độ nước không thay đổi;
- Hình dáng phức tạp của vách xy lanh thay thế bằng vách phẳng (đối với
trường hợp tỷ số chiều dày của vách và đường kính xy lanh nhỏ);
- Diện tích bề mặt truyền nhiệt coi như không thay đổi.
Quá trình truyền nhiệt trong xy lanh tạm chia ra làm ba pha nối tiếp nhau:
- Truyền nhiệt từ khí nóng đến vách xy lanh;
- Truyền nhiệt qua vách;
- Truyền nhiệt từ vách đến nước làm mát.

Hình 2.4 biểu diễn sơ đồ truyền nhiệt trong xy lanh động cơ.
3. Sự truyền nhiệt từ khí đến vách
Truyền nhiệt từ khí đến vách được xác định trên cơ sở truyền nhiệt tiếp xúc
(đối lưu) theo định luật Niu -tơn.








Q
kh
= 
kh
(T
kh
- T
v1
)F. ; Kcal (2.26)
T
kh
- Nhiệt độ của khí;

T
V1

T
kh


kh


W

T
V2

T
W

Khí

Nước


Hình 3.4. Sơ đồ truyền nhiệt từ khí đến nước làm
mát qua vách xi lanh
T
v1
- Nhiệt độ của vách xy lanh phía buồng đốt;

kh
- Hệ số toả nhiệt đối lưu từ khí cháy đến vách xi lanh (hệ số truyền nhiệt);
F - Diện tích bề mặt truyền nhiệt;
 - Thời gian truyền nhiệt.
Truyền nhiệt bằng bức xạ rất khó tính toán, thực tế thường coi việc truyền nhiệt
bằng bức xạ chiếm 10 - 13% của tổng số dòng nhiệt. Trong tính toán có khi coi toàn

bộ sự truyền nhiệt bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu.
Hệ số truyền nhiệt từ khí đến vách 
k
là hàm số của nhiệt độ và áp suất: 
kh
=
f(T
kh
, P
kh
)
Sau thời gian của chu trình hệ số thay đổi trong phạm vị rộng. Hệ số truyền
nhiệt có thể tính cho mỗi thời diểm của chu trình công tác theo các công thức kinh
nghiệm nhận được trên cơ sở các thực nghiệm trên động cơ.
, Kcal/m
2
h.độ (2.27)
a,b - Các hệ số lựa chọn qua thực nghiệm;
P
kh
- Áp suất của khí trong xi lanh;
T
kh
- Nhiệt độ của khí trong xi lanh;

C
m
- Tốc độ trung bình của pít tông.
, Kcal/m
2

h.độ (2.28)
, Kcal/m
2
h.độ (2.29)
n1, n2 - Các hệ số xác định bằng thực nghiệm;

kh
- Khối lượng riêng của khí trong xi lanh.
4. Sự truyền nhiệt qua vách xi lanh
Nhiệt lượng môi chất truyền qua vách xi lanh được xác định bằng phương
trình:
; Kcal (2.30)
T- Chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt vách;
 - Chiều dày của vách xi lanh;
 - Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu vách, Kcal/m
2
h.độ.
Nếu vật liệu vách đồng nhất thì nhiệt độ trong vách ở chế độ ổn định thay đổi
theo qui luật tuyến tính.
5. Sự truyền nhiệt từ mặt ngoài của vách cho nước làm mát
Sự truyền nhiệt từ mặt ngoài của vách cho nước làm mát được xác đinh bằng
phương trình sau:
Q
W
= 
W
(T
2
- T
W

)F., Kcal (2.31)
T
W
- Nhiệt độ của nước,
0
K;
T
V2
- Nhiệt độ của vách xy lanh phía làm mát,
0
K;
F - Diện tích bề mặt truyền nhiệt, m
2
;
 - Thời gian, s;

W
- Hệ số toả nhiệt đối lưu giữa vách và nước làm mát; Kcal/m
2
h.độ.
, Kcal/m
2
h.độ (2.32)
W- Tốc độ của nước, m/s.
6. Xác định các chỉ số trạng thái nhiệt của các chi tiết
Đối với trạng thái nhiệt ổn định, giá trị của dòng nhiệt từ khí đến vách, qua
vách và từ vách đến nước mát sẽ giống nhau:
(2.33)
Khi đặt các giá trị của các dòng nhiệt nhận được từ các phương trình (2.26),
(2.30), (2.31) ta nhận được:

(2.34)
Ta tìm các giá trị chênh lệch nhiệt độ ở các giai đoạn khác nhau của quá trình
truyền nhiệt và mức chênh lệch nhiệt độ chung:
(2.35a)
(2.35b)
(2.35c)
(2.36)
Hoặc: q = K(T
kh
- T
W
), (2.37)
ở đây:
là hệ số truyền nhiệt chung từ khí đến nước làm mát.
Còn giá trị: là sức cản nhiệt của sự truyền nhiệt.
Ta xác định nhiệt độ ở bề mặt vách từ phía khí từ (2.35b) và (2.35a) ta có:
(3-38)
ở đây: q = K
1
(T
v1
- T
W
) (2.39)
(2.40)
Phương trình nhận được (2.39) ta cân bằng với (2.34) ta có:
(2.41)
Sau khi biến đổi ta nhận được phương trình nhiệt độ của vách từ phía khí:
(2.42)
Nhiệt độ trên bề mặt ở phía chất lỏng làm mát có thể suy ra từ phương trình

(2.35c):
(2.43)
Độ chênh lệch nhiệt độ có thể xác định từ phương trình (2.35b):
(2.44)
2.3.3. Nhiệt độ thay thế trung bình của khí trong xi lanh
Khi xem xét sự truyền nhiệt trong xy lanh động cơ đã có các giả thiết về sự
thay thế các dòng nhiệt không ổn định bằng dòng nhiệt ổn định ở điều kiện giữ
nguyên lượng nhiệt lượng trao đổi trong một chu trình trong dòng nhiệt ổn định và
không ổn định.
(2.45)
ở đây:
Q
CT
- Lượng nhiệt truyền qua một đơn vị bề mặt sau một chu trình;
T
k3
- Nhiệt độ thay thế trung bình của khí trong xi lanh;
T
1tb
- Nhiệt độ trung bình của vách phía trong tiếp xúc với khí;

ktb
- Giá trị trung bình của hệ số trao đổi nhiệt từ khí đến vách;

kh
- Giá trị tức thời của hệ số trao đổi nhiệt từ khí đến vách;
T
V1
- Giá trị tức thời của nhiệt độ vách phía trong xy lanh động cơ;
T

kh
- Giá trị tức thời của nhiệt độ khí trong xy lanh động cơ

0
- Thời gian của một chu kỳ.
Mở ngoặc công thức (2.45) ta nhận được:
; (2.46)
ta lấy: T
v1
= T
1tb
(2.47)
(2.48)
Chấp nhận giả thiết đầu tiên ta coi nhiệt độ của vách ở phía khí dao động trong
thời gian nhỏ gần ở giá trị trung bình của nó. Giả thiết thứ hai biểu hiện là hệ số trung
bình trao đổi nhiệt từ khí đến vách được xác định giống như giá trị tích phân trung
bình theo thời gian của chu trình. Ý nghĩa đại số của giả thiết này ghi trên hình 2.5.
Giản ước theo giá trị được chấp nhận trong đẳng thức (2.46) các thành phần
và ta nhận được:
(2.49)
Từ đó nhiệt độ thay thế trung bình của khí sẽ bằng:
(2.50)
ở đây: = (2.51)
Ta xét ý nghĩa đại số giá trị . Nó có thể xác định được nếu chia
diện tích dưới đường cong 
kh
T
kh
= f()cho thời gian một chu trình c 
0

.










Phương trình nhận được của T
k3
cho phép tính được giá trị này, nếu biết sự phụ
thuộc 
kh
= f()và Tv
h
= f(),và cho khả năng phân tích được sự thay đổi Tv
3
phụ
thuộc vào chế độ công tác và các điều kiện khai thác của động cơ.
Nhiệt độ thay thế trung bình là chỉ tiêu để xác định giá trị dòng nhiệt đi qua
vách ở phía khí và độ chênh lệch nhiệt độ. Từ đó, theo sự thay đổi của T
k3
có thể suy
xét về sự thay đổi của trạng thái nhiệt các chi tiết của động cơ. Theo kinh nghiệm,
nhiệt độ thay thế trung bình của khí luôn cao hơn nhiệt độ trung bình của khí trong
chu trình:
T

k3
= (1.3 - 1,6)T
tb
Khi những giả thiết được chấp nhận và những ký hiệu diễn giải đối với dòng
nhiệt ổn định, các phương trình của các chỉ tiêu trạng thái nhiệt các chi tiết có dạng:
(2.53)

k
T
k

20.10
5





10.10
5




2,3.10
5

0

T

ktb
= 729
180 360 540 720
Hình 3.6. Đồ thị để tìm (

k
T
k
)
tb


k

1000





500






0



ktb
=

225

180 360 540 720
Hình 3.5. Đồ thị để tìm

ktb


k
T
k

T
k

(
k
T
k
)
tb

(2.54)
(2.55)
Như vậy ta thấy nhiệt độ trên bề mặt vách được xác định bằng giá trị nhiệt độ
thay thế trung bình T
k3

. Nhiệt độ thay thế trung bình T
k3
xác định như giá trị của dòng
nhiệt riêng q, bởi vì:
q = K(T
k3
- T
W
) (2.56)
Một số kết quả nghiên cứu còn cho ta các phương trình tính toán sau:
(2.57)
(2.58)
ở đây: B - Hệ số không đổi, dựa vào các kích thước xy lanh, số kỳ động cơ và
phần chi tiết được nghiên cứu.
C
m
- Vận tốc tịnh tiến của pit tông;
- Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình;
;P
K
-Nhiệt độ và áp suất khí trước cửa nạp;
- Hệ số nạp của chu trình;
(2.59)
Quan hệ giữa dòng nhiệt và nhiệt độ trong một số điểm tiêu biểu của pít tông
cũng như lót xy lanh được thể hiện bằng phương trình có dạng:
t
i
= K
1
+ K

2
q (2.60)
Như vậy ta thấy có sự phụ thuộc tuyến tính giữa nhiệt độ và dòng nhiệt riêng,
việc tăng lên của dòng nhiệt là một nguyên nhân tăng nhiệt độ của các chi tiết nhóm
xy lanh pít tông. Các hệ số K
1
và K
2
giữ nguyên không đổi đối với điểm được nghiên
cứu của chi tiết và có thể được đánh giá nhờ những nghiên cứu sơ bộ.
Nói một cách rõ ràng hơn là tất cả những suy xét kể trên chỉ đúng trong trường
hợp sức cản nhiệt của các vách không thay đổi, và được dùng để đánh giá sự thay đổi
nhiệt độ các chi tiết do sự thay đổi tải, các điều kiện bên ngoài, sự phá huỷ cơ cấu
điều chỉnh và tương tự. Khi thay đổi tính dẫn nhiệt của các vách (do lớp sơn hoặc lớp
muội và cả do sự tạo cáu bẩn, xét rỉ ở không gian áo xy lanh), những công thức này
không được sử dụng. Trong trường hợp đó dòng nhiệt q có giảm nhưng nhiệt độ của
các chi tiết tăng lên.
2.3.4. ảnh hưởng của việc tăng cáu cặn, muội than và lớp sơn đến trạng thái
nhiệt của các chi tiết nhóm pít tông - xy lanh
Các quá trính lắng cáu cặn trên bề mặt lót xy lanh và nắp xy lanh, sự tạo mồ
hóng (sơn) trên bề mặt pít tông luôn đi đôi với sự thay đối trạng thái làm việc của
động cơ và trạng thái nhiệt của nó. Những hiện tượng này có đặc tính biểu hiện và
ảnh hưởng giống nhau, vì vậy cũng được xem xét đồng thời.
Trên hình 3.7 biểu diễn sơ đồ truyền nhiệt từ vách có lắng cáu cặn (hoặc muội
than). Qui luật truyền nhiệt trong xy lanh động cơ cho phép phân tích sự ảnh hưởng
của sự lắng cáu cặn, muội than đến cường độ nhiệt của động cơ.
Khi có lắng cáu cặn trên bề mặt của vách
(chi tiêt) sức cản nhiệt khi trao đổi nhiệt (1/K)
tăng lên, còn hệ số truyền nhiệt (K) giảm xuống.
(2.61)

(2.62)
ở đây: 
1
, 
1
- Chiều dày và hệ số dẫn
nhiệt của vách; 
2
, 
2
- Chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp cáu cặn.
Thậm chí khi chiều dày của lớp cáu cặn, muội than không đáng kể sức cản
nhiệt cũng tăng lên rất lớn. Hệ số dẫn nhiệt của muội than nhỏ hơn cả trăm lần và của
cáu cặn là hàng chục lần so với hệ số dẫn nhiệt của thép, gang hoặc nhôm. Hệ số dẫn
nhiệt của chúng có các giá trị sau:
Thép:  = 40 Kcal/m
2
.h.độ;
Muội than:  = 0,09 - 0,10 Kcal/m
2
.h.độ;
Cáu cặn:  = 0,20 - 0,60 Kcal/m
2
.h.độ.

T
V1

T
kh


kh

T
W

Khí


W

T
V2

Nước


1
Hình 3.7. Sơ đồ truyền nhiệt
từ khí đến nước làm mát qua
vách khi không có cáu cặn
và khi có cáu cặn

T’
V2


2
Các công thức nhận được sau khi xem xét sự truyền nhiệt trong xy lanh động

cơ, cho phép thực hiện sự phân tích chất lượng của sự thay đổi tính trao đổi nhiệt và
nhiệt độ trên bề mặt của vách (chi tiêt). Khi phân tích ta giả thiết rằng T
k3
và T
W
là giữ
nguyên không đổi.
Từ phương trình (2.37) thấy rõ là dòng nhiệt giảm do giảm hệ số trao đổi nhiệt
từ khí đến nước làm mát:
q = K(T
k3
- T
W
) (2.63)
Nhiệt độ vách ở phía khí tăng lên, như trong phương trình:
(2.64)
Khi T
k3
= const, 
ktb
= const và q giảm, thành phần thứ hai giảm xuống và T
1tb

tăng lên. Sự chênh lệch nhiệt độ trong vách giảm xuống như trong phương trình:
(3-65)
Độ chênh lệch nhiệt độ giảm xuống là do dòng nhiệt q giảm.
Tỷ số của sự chênh lệch nhiệt độ ở vách và ở lớp cáu cặn được xác định theo
công thức:
(3-66)
Tỷ số này luôn nhỏ hơn 1. Ta hoàn toàn có thể dẫn ra một vài ví dụ để khẳng

định điều này. Hình 3.7 là sơ đồ thải nhiệt, không có cáu cặn biểu diến bằng đường
liền nét, còn khi có cáu cặn bằng đường nét đứt.
ảnh hưởng đến trạng thái nhiệt
của pít tông không chỉ có cáu cặn ở phía
chất lỏng làm mát (có nghĩa là dầu) mà
còn có cáu cặn ở cả mặt bên của pít tông
và cả trong các rãnh xéc măng, bởi vì
dòng nhiệt từ pít tông thải qua mặt cạnh
của pít tông và qua xéc măng pít tông
đến nước làm mát. Sự ảnh hưởng này
cũng tương tự như đối với lót xy lanh.
Trên hình 3.8 biểu diễn sơ đồ trao đổi nhiệt từ pít tông đến nước làm mát qua
lót xy lanh không có cáu cặn (sơn) ở lớp mặt bên của pít tông.

T
1

T
kh


kh

Khí

Hình 3.8. Sơ đồ truyền nhiệt từ pít
tông đến nước làm mát qua lót xy
lanh khi không có muộ
i, keo
và khi có muội, keo

T
W


W

Nước

T’
2


T’
1