Nghiên cứu lực tác dụng lên cổ biên trong quá trình khai thác động cơ diesel 4 kỳ

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Phạm Việt Dũng, sinh ngày 16 tháng 05 năm 1987, là học viên
lớp cao học Khai thác bảo trì tàu thủy, khóa học 2012 – 2014, Trường Đại học
Hàng Hải Việt Nam, hiện đang công tác tại Khoa Máy tàu thủy – Trường Cao
đẳng nghề VMU – Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam.
Tôi xin cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu lực tác dụng lên cổ biên trong quá
trình khai thác động cơ diesel 4 kỳ” là công trình nghiên cứu khoa học của riêng
tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ, trích dẫn rõ ràng.
Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn phù hợp với nội
dung đề cương. Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng khoa học
và trước pháp luật.
Hải Phòng, ngày 22 tháng 10 năm 2015
Học viên

KS. PHẠM VIỆT DŨNG

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương, được sự động viên, giúp
đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy GS. TS. Lê Viết Lượng, luận văn thạc sĩ kỹ
thuật với đề tài “Nghiên cứu lực tác dụng lên cổ biên trong quá trình khai thác
động cơ diesel 4 kỳ” đã hoàn thành. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
thầy giáo hướng dẫn, các giảng viên chuyên ngành Khai thác, bảo trì tàu thủy,
Viện Đào tạo Sau Đại học, Trường Cao đẳng Hàng hải VN- Trường Đại học
Hàng Hải Việt Nam, cùng các bạn đồng nghiệp và gia đình đã giúp đỡ tác giả
trong suốt quá trình học tập cũng như quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn.
Hải Phòng, tháng 10 năm 2015
Tác giả luận văn

KS. PHẠM VIỆT DŨNG

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................ii
MỤC LỤC...........................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................v
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................vii
MỞ ĐẦU..............................................................................................................1
Chương 1. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ
DIESEL 4 KỲ.......................................................................................................3
1.1.Các chế độ làm việc của động cơ diesel tàu thuỷ...........................................3
1.1.1. Chế độ làm việc ổn định của động cơ........................................................3
1.1.2. Chế độ làm việc không ổn định của động cơ.............................................4
1.2. Đặc tính của động cơ diesel tàu thuỷ.............................................................8
1.2.1. Đặc tính tải.................................................................................................9
1.2.2. Đặc tính ngoài...........................................................................................11
1.2.3. Đặc tính chong chóng...............................................................................13
1.3. Sự phối hợp làm việc giữa đặc tính ngoài của động cơ và đặc tính chong
chóng ..................................................................................................................14
1.3.1. Khi điều kiện khai thác không thay đổi....................................................14
1.3.2. Khi điều kiện khai thác thay đổi...............................................................15
Chương 2. CƠ SỞ TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN CỔ BIÊN TRONG QUÁ
TRÌNH KHAI THÁC ĐỘNG CƠ DIESEL 4 KỲ..............................................16
2.1. Tổng hợp công thức tính chu trình công tác của động cơ diesel.................17
2.1.1. Thành phần hoá học của nhiên liệu..........................................................17
2.1.2. Nhiệt độ và áp suất môi trường xung quanh............................................17

2.1.3. Tốc độ trung bình của piston....................................................................17
2.1.4. Chọn tỷ số nén và thông số kết cấu..........................................................17
2.1.5. Chọn các thông số của trạng thái khí sót..................................................18
2.1.6. Các thông số khác.....................................................................................18
2.2. Độ dịch chuyển, vận tốc và gia tốc chuyển động của nhóm piston.............22
2.2.1. Độ dịch chuyển của nhóm piston.............................................................22
2.2.2. Vận tốc của nhóm piston..........................................................................24
iii


2.2.3. Gia tốc của nhóm piston...........................................................................25
2.3. Lực tác dụng lên cổ biên, cổ trục................................................................25
2.3.1. Lực khí thể Pkt...........................................................................................25
2.3.2. Lực quán tính............................................................................................27
2.3.3. Lực tác dụng lên cổ biên..........................................................................27
2.4. Các thông số phục vụ cho tính toán.............................................................29
2.4.1. Một số thông số cho trước........................................................................29
2.4.2. Khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến và chuyển động
quay tác dụng lên cổ biên (kg)...........................................................................29
Chương 3. TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN CỔ BIÊN TRONG QUÁ TRÌNH
KHAI THÁC ĐỘNG CƠ ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ 6NVD36-U............................32
3.1. Các thông số kết cấu và thông số kỹ thuật động cơ 6NVD36-U.................32
3.2. Một số thông số bổ sung và sơ đồ khối tính chu trình công tác của động cơ
diesel...................................................................................................................34
3.2.1. Một số thông số bổ sung...........................................................................43
3.2.2. Sơ đồ khối tính chu trình công tác động cơ diesel...................................35
3.3. Xây dựng sơ đồ khối và lập chương trình tính hệ lực tác dụng lên cơ cấu
biên khuỷu động cơ diesel..................................................................................36
3.4. Áp dụng tính chu trình công tác của động cơ 6NVD36-U..........................37
3.4.1. Các thông số công tác của chu trình ứng với điều kiện chuẩn.................38

3.4.2. Các thông số công tác của chu trình ứng với điều kiện môi trường.........39
3.4.3. Các thông số của chu trình khi giảm lượng nhiên liệu cấp cho chu trình.......41
3.4.4. Các thông số của chu trình ứng với khi thay đổi góc phun sớm........................42
3.4.5. Các thông số của chu trình ứng với khi khởi động..........................................46
3.4.6. Các thông số của chu trình ứng với khi chạy quá tải........................................47
3.5. Xác định lực tác dụng lên cổ biên thay dổi theo góc quay trục khuỷu........47
3.5.1. Một số thông số ban đầu của động cơ......................................................48
3.5.2. Trọng lượng các chi tiết và cụm chi tiết tham gia chuyển dộng tịnh tiến và
chuyển động quay...............................................................................................48
3.5.3. Xây dựng đồ thị chuyển vị, vận tốc, gia tốc của nhóm piston.................50
3.5.4. Xây dựng đồ thị các lực tác dụng lên cổ biên theo góc quay trục khuỷu..52
3.6. Phân tích kết quả thu được...........................................................................87
iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Hệ số K1, K2 với piston và biên vật liệu khác nhau...............................30
Bảng 2: Khối lượng tương đối mtt, mqk với các loại động cơ khác nhau..............31
Bảng 3.1: Một số thông số chủ yếu của động cơ 6NVD36-U.............................32
Bảng 3.2. Một số thông số công tác của chu trình ứng với điều kiện thiết kế....39
Bảng 3.3. Bảng so sánh sự thay đổi các thông số khi thay đổi điều kiện môi
trường làm việc T0=3150K, P0=1,01Mpa, Độ ẩm 78% so với điều kiện chuẩn...40
Bảng 3.4. Một số thông số công tác khi cấp 75% lượng nhiên liệu cho động cơ
với điều kiện môi trường chuẩn...........................................................................41
Bảng 3.5. So sánh một số thông số công tác của chu trình khi giảm góc phun
sớm 20TK so với ban đầu....................................................................................43
Bảng 3.6. So sánh một số thông số công tác của chu trình khi tăng góc phun sớm
20TK so với ban đầu............................................................................................45
Bảng 3.7. So sánh một số thông số công tác của chu trình khi khởi động so với
chế độ khai thác định mức...................................................................................46

Bảng 3.8. So sánh một số thông số công tác của chu trình khi động cơ chạy quá
tải so với chế độ khai thác định mức...................................................................47
Bảng 3.5.1. Bảng một số thông số chủ yếu phục vụ tính lực quán tính..............50
Bảng 3.5.2. Giá trị sx, vp, Jp theo góc quay trục khuỷu (α = 0 ÷ 3600).................51
Bảng 3.5.3: Bảng tra để tính Pb, T, Z theo góc quay trục khuỷu α.....................54
Bảng 3.5.4. Các giá trị Pkt , Pj , Pt theo góc quay trục khuỷu với trường hợp động
cơ làm việc ứng với điều kiện chuẩn nơi thiết kế................................................56
Bảng 3.5.5. Các giá trị của Pb , T, Z theo góc quay trục khuỷu α với trường hợp
động cơ làm việc ứng với điều kiện chuẩn nơi thiết kế.......................................58
Bảng 3.5.6. Các giá trị Pkt , Pj , Pt theo góc quay trục khuỷu với trường hợp động
cơ làm việc ở chế độ khai thác định mức............................................................60
Bảng 3.5.7. Các giá trị của Pb , T, Z với trường hợp động cơ làm việc ở chế độ
khai thác định mức..............................................................................................62
Bảng 3.5.9. Các giá trị của Pb , T, Z theo góc quay trục khuỷu α với trường hợp
động cơ làm việc ứng với lượng nhiên liệu cấp cho chu trình giảm...................66

v


Bảng 3.5.10: Các giá trị Pkt , Pj , Pt theo góc quay trục khuỷu với trường hợp
động cơ làm việc ứng với giảm góc phun sớm....................................................68
Bảng 3.5.11: Các giá trị của P b , T, Z theo góc quay trục khuỷu α với trường hợp
động cơ làm việc ứng với giảm góc phun sớm....................................................70
Bảng 3.5.12. Các giá trị Pkt , Pj , Pt theo góc quay trục khuỷu với trường hợp
động cơ làm việc ứng với tăng góc phun sớm.....................................................72
Bảng 3.5.13. Các giá trị của Pb , T, Z theo góc quay trục khuỷu α với trường hợp
động cơ làm việc ứng với tăng góc phun sớm.....................................................74
Bảng 3.5.14. Các giá trị Pkt , Pj , Pt theo góc quay trục khuỷu với trường hợp
động cơ làm việc khi công suất quá tải...............................................................76
Bảng 3.5.15. Các giá trị của Pb , T, Z theo góc quay trục khuỷu α với trường hợp

động cơ làm việc khi công suất quá tải...............................................................78
Bảng 3.5.16. Các giá trị Pkt , Pt theo góc quay trục khuỷu với trường hợp động
cơ làm việc ở chế độ khởi động...........................................................................80
Bảng 3.5.17. Các giá trị của Pb , T, Z theo góc quay trục khuỷu α với trường hợp
động cơ làm việc ở chế độ khởi động..................................................................82
Bảng 3.5.18. So sánh một số thông số công tác của chu trình khi khởi động so
với chế độ khai thác khác....................................................................................86

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 a, b. Sự phụ thuộc các thông số công tác vào công suất khi động cơ
làm việc theo đặc tính tải.....................................................................................10
Hình 1.2. Sự phụ thuộc các thông số công tác vào phụ tải..................................11
Hình 1.3. Các đường đặc tính tốc độ...................................................................12
Hình1.4. Đồ thị biểu diển sự phối hợp công tác giữa động cơ và chong chóng
khi điều kiện khai thác không thay đổi................................................................14
Hình 1.5 Đồ thị biểu diển sự phối hợp công tác giữa động cơ và chong chóng
khi điều kiện khai thác thay đổi...........................................................................15
Hình 2.1. Đồ thị thay đổi độ dịch chuyển piston theo góc quay trục khuỷu.......23
Hình 2.2. Sự thay đổi vận tốc piston theo góc quay trục khuỷu..........................24
Hình 2.3. Sự thay đổi gia tốc piston theo góc quay trục khuỷu...........................24
Hình 2.4a. Lực tác dụng lên cổ biên, cổ trục.......................................................26
Hình 2.4b. Kết cấu mặt cắt ngang động cơ diesel 4 kỳ Wartsila 20....................26
Hình 3.1. Kết cấu mặt cắt ngang động cơ diesel 4 kỳ 6NVD36U.......................33
Hình 3.2. Sơ đồ khối tính toán chu trình công tác động cơ diesel.......................35
Hình 3.3. Sơ đồ khối tính hệ lực tác dụng lên cơ cấu biên khuỷu.......................36
Hình 3.4.2. Đồ thị biểu diễn các thông số công tác của động cơ diesel thay đổi
theo góc quay trục khuỷu của động cơ diesel khi thay đổi điều kiện môi trường

làm việc: T0=3150K, P0=103000Pa, độ ẩm 80%,fs=260.....................................39
Hình 3.4.3. Đồ thị biểu diễn các thông số công tác của động cơ diesel thay đổi
theo góc quay trục khuỷu của động cơ diesel khi đặt tay ga ứng với 75% lượng
nhiên liệu cấp cho chu trình (36,75kg/h).............................................................42
Hình 3.4.4. Đồ thị biểu diễn các thông số công tác của động cơ diesel thay đổi
theo góc quay trục khuỷu của động cơ diesel khi giảm góc phun sớm 20TK......44
Hình 3.4.5. Đồ thị biểu diễn các thông số công tác của động cơ diesel thay đổi
theo góc quay trục khuỷu của động cơ diesel khi tăng góc phun sớm 20TK.......45
Hình 3.4.6. Đồ thị biểu diễn các thông số công tác của động cơ diesel thay đổi
theo góc quay trục khuỷu ứng với chế độ khởi động động cơ diesel (tương
đương cấp 130% nhiên liệu cho chu trình – khi đó van an toàn nhảy)...............46
Hình 3.4.7. Đồ thị biểu diễn các thông số công tác của động cơ diesel thay đổi
theo góc quay trục khuỷu ứng với chế độ quá tải động cơ diesel (tương đương
cấp 110% nhiên liệu cho chu trình).....................................................................47
vii


Hình 3.5.1. Đồ thị chuyển vị, vận tốc và gia tốc theo góc quay trục khuỷu  ...52
Hình 3.5.2. Đồ thị lực khí thể Pk, quán tính Pj và tổng hợp lực Pt.......................57
(Trường hợp động cơ làm việc ứng với điều kiện chuẩn nơi thiết kế)................57
Hình 3.5.3 Đồ thị lực Pb, T, Z theo góc quay trục khuỷu α với trường hợp động
cơ làm việc ứng với điều kiện chuẩn nơi thiết kế................................................59
Hình 3.5.4 Đồ thị lực Pkt , Pj , Pt theo góc quay trục khuỷu α với trường hợp động
cơ làm việc ở chế độ khai thác định mức............................................................61
Hình 3.5.5. Các giá trị của Pb , T, Z với trường hợp động cơ làm việc ở chế độ
khai thác định mức..............................................................................................63
Hình 3.5.6. Các giá trị của Pkt , Pj , Pt với trường hợp động cơ làm việc ứng với
lượng nhiên liệu cấp cho chu trình giảm.............................................................65
Hình 3.5.7. Các giá trị của Pb , T, Z với trường trường hợp động cơ làm việc ứng
với lượng nhiên liệu cấp cho chu trình giảm.......................................................67

Hình 3.5.8. Các giá trị của Pkt , Pj , Pt với trường hợp động cơ làm việc ứng với
giảm góc phun sớm..............................................................................................69
Hình 3.5.9. Các giá trị của Pb , T, Z với trường hợp động cơ làm việc ứng với
giảm góc phun sớm..............................................................................................71
Hình 3.5.10. Các giá trị của Pkt , Pj , Pt với trường hợp động cơ làm việc ứng với
tăng góc phun sớm...............................................................................................73
Hình 3.5.11. Các giá trị của P b , T, Z với trường hợp động cơ làm việc ứng với
tăng góc phun sớm...............................................................................................75
Hình 3.5.12. Các giá trị của Pkt , Pj , Pt với trường hợp động cơ làm việc khi công
suất quá tải...........................................................................................................77
Hình 3.5.13. Các giá trị của Pb , T, Z với trường hợp động cơ làm việc khi công
suất quá tải...........................................................................................................79
Hình 3.5.14. Các giá trị của Pkt , Pt với trường hợp động cơ làm việc ở chế độ
khởi động.............................................................................................................81
Hình 3.5.15. Các giá trị của Pb , T, Z với trường hợp động cơ làm việc ở chế độ
khởi động.............................................................................................................83
Hình 3.5.16: Các giá trị Pb trong 4 trường hợp khai thác ở chế độ định mức, chế
độ quá tải, chế độ khởi động, chế độ tăng góc phun sớm....................................84
Hình 3.5.17: Các giá trị Z trong 4 trường hợp khai thác ở chế độ định mức, chế
độ quá tải, chế độ khởi động, chế độ tăng góc phun sớm....................................85
viii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Trong quá trình khai thác động cơ diesel thì các chế độ làm việc luôn thay
đổi, đặc biệt là động cơ chính tàu thủy. Động cơ diesel được thiết kế và chế tạo
ứng với chế độ định mức là chế độ làm việc lâu dài và được nhà chế tạo đảm
bảo, nên khi khai thác khác với các chế độ khác với định mức thì chất lượng làm
việc của động cơ xấu đi, hệ lực tác dụng lên các chi tiết của động cơ thay đổi so

với điều kiện chuẩn. Mức độ thay đổi nhiều hay ít phụ thuộc vào chế độ làm
việc của động cơ. Để hiểu rõ điều đó nhằm khai thác động cơ hiệu quả và kéo
dài tuổi thọ động cơ nói chung và khuỷu trục nói riêng thì cần nghiên cứu bức
tranh tổng thể về các lực tác dụng lên cơ cấu biên khuỷu trong quá trình khai
thác động cơ. Cũng từ đó người khai thác xác định được nguyên nhân hư hỏng
các chi tiết chịu lực nặng nề, trong đó có cụm bạc – trục cổ biên là một trong các
cụm chi tiết hay hư hỏng nhất trong quá trình khai thác. Căn cứ vào đó có thể
xây dựng qui trình khai thác hợp lý, kéo dài tuổi thọ của chúng và nếu có bị hư
hỏng thì cũng xây dựng được qui trình sửa chữa phù hợp, giảm chi phí và thời
gian cho việc sửa chữa.
Do vậy, em chọn đề tài luận văn tốt nghiệp thạc sĩ: “Nghiên cứu lực tác
dụng lên cổ biên trong quá trình khai thác động cơ diesel 4 kỳ”.
2. Mục đích nghiên cứu
Xác định lực tác dụng lên cổ biên của động cơ diesel 4 kỳ trong quá trình
khai thác.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Động cơ diesel 4 kỳ.
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lực tác dụng lên cổ biên đối với động cơ
diesel 4 kỳ bố trí một hàng xi lanh thẳng đứng.
4. Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp áp dụng tính
toán cho trường hợp cụ thể.

1


5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Ý nghĩa khoa học của đề tài: Góp phần làm rõ hơn phương pháp tính lực
tác dụng lên cổ biên của động cơ diesel 4 kỳ bố trí một hàng xi lanh thẳng đứng.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Mô tả bức tranh tổng thể về hệ lực tác dụng
lên cơ cấu biên khuỷu nói chung và các lực tác dụng lên cổ biên nói riêng nhằm

khuyến nghị, định hướng người sử dụng động cơ diesel khai thác đạt hiệu quả
cao và kéo dài tuổi thọ động cơ nói chung, nói riêng đối với nhóm biên khuỷu.

2


Chương 1 . CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ
DIESEL 4 KỲ
Để có cơ sở nghiên cứu lực tác dụng lên cổ biên trong quá trình khai thác
động cơ diesel 4 kỳ nhằm nâng cao tuổi thọ của nó thì cần phân tích rõ các chế
độ làm việc và đặc tính động cơ. Từ đó, có thể tính toán hay phân tích, đánh giá
đối với các trường hợp khai thác đặc biệt, ứng với các trường hợp này thì các lực
tác dụng lên cổ biên lớn nhất hay khắc nghiệt nhất. Vì vậy trong chương này
trình bày chủ yếu về các chế độ làm việc và đặc tính động cơ.
1.1. Các chế độ làm việc của động cơ diesel tàu thuỷ
Động cơ diesel tàu thuỷ làm việc trong các điều kiện thay đổi tải có tính
chu kỳ do tác động của các yếu tố bên ngoài và bên trong. Đối với động cơ
chính cần phải lựa chọn chế độ làm việc sao cho đảm bảo chất lượng quá trình
công tác tối ưu, tính kinh tế cao và ứng suất cơ, nhiệt nằm trong giới hạn cho
phép. Mỗi chế độ làm việc của động cơ được đặc trưng bằng các thông số khai
thác kỹ thuật xác định.
Khi phân tích sự làm việc của động cơ, người ta phân ra các chế độ ổn
định và các chế độ không ổn định. Các yếu tố đặc trưng cho quá trình công tác
của động cơ ở chế độ ổn định không thay đổi theo thời gian. Đối với các chế độ
không ổn định, do mất cân bằng giữa mômen quay và mômen cản nên các thông
số của quá trình công tác thay đổi theo thời gian. Phụ thuộc vào loại tàu và điều
kiện khai thác, động cơ chính có thể làm việc ở chế độ ổn định hay không ổn
định.
1.1.1. Chế độ làm việc ổn định của động cơ
Chế độ làm việc ổn định của động cơ là chế độ làm việc mà hai thông số

mômen và vòng quay không thay đổi theo thời gian. Các chế độ này diễn ra khi
phụ tải ổn định, phương tiện vận tải thủy hoạt động trong điều kiện trên biên
sóng gió nhẹ, phương tiện vận tải bộ hoạt động trên đường bằng phẳng. Nói
chung khi làm việc ở chế độ ổn định công suất động cơ phát ra cấp cho thiết bị
tiêu thụ năng lượng thay đổi với mức độ nhỏ nên giả định như không thay đổi.
3


Chế độ ổn định tải của động cơ được quyết định bởi công suất và vòng
quay. Công suất động cơ được phân thành các dạng sau:
- Công suất định mức NeH: là công suất có ích do động cơ phát ra ứng với
vòng quay định mức nH được nhà sản xuất đảm bảo khi làm việc trong điều kiện
nhất định.
- Công suất cực đại Nemax: là công suất có ích do động cơ phát ra trong
thời gian ngắn không vượt quá 10% N eH với điều kiện môi trường và điều kiện
làm việc nhất định. Theo quy định, sau 6 giờ làm việc ở chế độ định mức động
cơ có thể làm việc ở chế độ công suất cực đại trong khoảng 1 giờ.
- Công suất sử dụng Nesd: là công suất có ích của động cơ phát ra không
giới hạn thời gian. Trong quá trình khai thác động cơ diesel tàu thuỷ thường
dùng công suất sử dụng, Nesd ≈ (0,8÷0,9) NeH.
- Công suất tiết kiệm Netk: là công suất có ích ứng với suất tiêu hao nhiên
liệu nhỏ nhất, động cơ phát ra không giới hạn thời gian. Để tiết kiệm nhiên liệu
nên khai thác động cơ ở chế độ này.
- Công suất cực tiểu Nemin: là công suất nhỏ nhất động cơ có thể làm việc
không hạn chế thời gian, công suất này đánh giá khả năng chạy chậm của tàu
thuỷ.
- Công suất ứng với vòng quay ổn định nhỏ nhất: là công suất do động cơ
phát ra ứng với vòng quay không lớn hơn 30% vòng quay định mức.
Đặc tính các chế độ làm việc của động cơ không phụ thuộc vào loại thiết
bị tiêu thụ và là tổng hợp các thông số của hệ thống không thay đổi theo thời

gian.
Các thông số công tác của chu trình ở các chế độ ổn định được dùng làm
tiêu chuẩn để đánh giá sự hoàn thiện của chu trình ở các chế độ không ổn định.
1.1.2. Chế độ làm việc không ổn định của động cơ
Chế độ làm việc không ổn định của động cơ là chế độ mà mômen và vòng
quay của động cơ luôn thay đổi theo thời gian. Hệ động cơ - phụ tải chuyển từ
chế độ ổn định này sang chế độ ổn định khác phải trải qua các chế độ không ổn
định trung gian, các chế độ không ổn định trung gian được gọi là chế độ chuyển
4


tiếp. Khi đó phụ tải thay đổi theo thời gian nên các thông số công tác của động
cơ cũng thay đổi theo thời gian. Các đặc tính của chế độ không ổn định của động
cơ phụ thuộc không chỉ vào động cơ mà còn phụ thuộc vào nguồn tiêu thụ năng
lượng.
Sự làm việc của động cơ ở chế độ không ổn định khác với ở chế độ ổn
định, do quán tính của các hệ thống tự động điều chỉnh, cấp nhiên liệu, trao đổi
khí và trạng thái nhiệt các chi tiết. So với các chế độ ổn định thì ở các chế độ
không ổn định hệ số dư lượng không khí thay đổi do thay đổi lượng không khí
và lượng nhiên liệu cấp vào cho động cơ, chất lượng phun nhiên liệu và hoà trộn
nhiên liệu xấu đi, ứng suất nhiệt và cơ lên các chi tiết động cơ thay đổi, hiệu suất
cơ giới cũng thay đổi theo. Sự thay đổi trên dẫn đến giảm thực sự tính kinh tế
nhiên liệu của động cơ, tăng ứng suất nhiệt lên các chi tiết nặng tải, tăng độ mài
mòn các chi tiết làm việc, phân phối lại tải giữa các xilanh. Sau đây trình bày
một số chế độ làm việc không ổn định của động cơ.
a) Khởi động động cơ
Trục khuỷu động cơ quay đến vòng quay khởi động nhờ ắc quy hoặc khí
nén. Đối với động cơ trung tốc và cao tốc nhiên liệu được phun vào xilanh đồng
thời với quay trục khuỷu khi khởi động (phương pháp khởi động hỗn hợp), nhờ
vậy giảm được thời gian khởi động động cơ.

Đối với các động cơ tàu thuỷ thấp tốc, quá trình phun nhiên liệu vào động
cơ được thực hiện bởi cơ cấu truyền động, cơ cấu này liên kết hệ thống khởi
động với hệ thống điều khiển cấp nhiên liệu, nhiên liệu được cấp vào xilanh sau
khi quay trục khuỷu bằng không khí nén. Không khí nén có nhiệt độ ban đầu
3000K giãn nở trong xilanh làm giảm đáng kể nhiệt độ động cơ. Khi khởi động
động cơ đang ở trạng thái nóng bằng không khí lạnh, do bị làm mát bề mặt đột
ngột, lớp vật liệu bề mặt các chi tiết có nhiệt độ cao như ống lót xilanh, nắp
xilanh, đỉnh piston chịu ứng suất kéo, vì thế làm tăng xác suất khă năng nứt tế vi
bề mặt. Khi khởi động động cơ từ trạng thái nguội, trao đổi nhiệt với vách làm
tăng thời gian cháy trì hoãn τi. Do vậy thời gian khởi động động cơ bằng không
khí nén phải đảm bảo giá trị nhỏ nhất. Theo quy định của Đăng kiểm, thời gian
5


khởi động động cơ phụ bằng không khí nén không được vượt quá 12 giây. Nếu
trong thời gian khởi động, lượng cấp nhiên liệu gần với định mức thì quá trình
cháy sẽ diễn ra với tốc độ tăng áp suất cao, còn áp suất cháy cực đại lớn hơn giá
trị định mức, do vậy làm tăng phụ tải lên ổ trục và tốc độ mài mòn nhóm piston
– xilanh (đặc biệt là ống lót xilanh).
Trong quá trình khởi động động cơ thì thông thường, do nhiều lý do khác
nhau mà sau một vòng quay động cơ chưa hoạt động được ngay, có thể nhiều
vòng quay khi đó lượng nhiên liệu cấp vào xi lanh lớn hơn nhiều lần ứng với
một chu trình, đặc biệt đối với động cơ có tình trạng kỹ thuật xuống cấp. Khi đó
sự hòa trộn hỗn hợp và cháy xấu, thời gian cháy trì hoãn tăng lên, nên khi quá
trình cháy xẩy ra làm tăng áp suất đột ngột, đó là một trong các nguyên nhân gây
tăng phụ tải cơ lên cụm chi tiết nhóm piston – biên, đặc biệt là đối với cặp bạc –
cổ biên. Vì lý do đó nên đối với động cơ có công suất vừa và lớn trên mỗi nắp xi
lanh bắt buộc phải lắp van an toàn. Áp suất mở van an toàn khoảng 1,5 lần áp
suất cháy cực đại. Không chỉ trong quá trình khởi động, mà cả trong trường hợp
động cơ làm việc quá tải, đặc biệt là đối với động cơ có tình trạng kỹ thuật

xuống cấp và gây nên quá tải cục bộ đối với một vài xi lanh. Khi đó mức va đập,
độ hao mòn, hư hỏng cục bộ tăng lên rất nhanh đối với các chi tiết chịu lực chủ
yếu của động cơ, trong đó có cắp bạc – cổ biên là một trong các khâu yếu nhất
của động cơ. Vì thế, trong quá trình tính toán, mô phỏng đối với động cơ cụ thể
ở chương 2, 3 sẽ nghiên cứu và làm rõ hơn trường hợp này.
b) Đóng tải
Tăng nhanh phụ tải từ 0 đến 100% là đặc tính làm việc của động cơ diesel
lai máy phát. Tăng mômen cản làm thay đổi các thông số quá trình công tác của
động cơ diesel. Khi tăng phụ tải, mômen quay lớn hơn mômen cản nên vòng
quay động cơ giảm xuống, do tác dộng của bộ điều tốc thanh răng bơm cao áp
dịch chuyển sang hướng làm tăng nhiên liệu cấp cho chu trình. Lượng không khí
cấp cho động cơ phụ thuộc vào vòng quay rôto tuabin – máy nén, tức là phụ
thuộc vào nhiệt độ khí xả. Trong thời điểm đầu tiên, tăng lượng nhiên liệu cấp
cho chu trình, lượng không khí cấp cho động cơ hầu như không thay đổi do quán
6


tính của rôto tuabin – máy nén nên vòng quay của nó chưa kịp tăng lên, bởi thế
hệ số dư lượng không khí giảm nhanh, còn áp suất và nhiệt độ khí xả tăng
nhanh. Khi rôto tuabin – máy nén bắt đầu tăng tốc, suất tiêu hao không khí cho
động cơ tăng, nên hệ số dư lượng không khí cũng được tăng lên. Quá trình
chuyển tiếp khi đóng tải kéo theo tăng khói và độc tố trong khí xả. Luật Đăng
kiểm quy định, khi cắt tải nhanh 100% và đóng tải 70% tải, thay đổi nhanh vòng
quay không vượt quá 10% so với định mức.
c) Tăng tốc tàu
Tăng tốc tàu liên quan tới tăng công suất do động cơ phát ra. Tốc độ
V

T
tương đối của tàu có thể viết theo công thức: VT  V .

TH

Trong đó: VTH là tốc độ tàu tương ứng với các chế độ làm việc định mức
của động cơ và điều kiện chạy tàu tính toán.
Tốc độ tương đối của tàu phụ thuộc vào công suất tiêu thụ cho chong
chóng vào vòng quay khi tốc độ tàu không thay đổi.
Càng giảm tải lên động cơ, càng tăng thời gian tăng tốc. Đặc tính thay đổi
quá trình công tác của động cơ khi tăng tốc tàu cơ bản giống như khi đóng tải.
d) Đảo chiều quay trục khuỷu động cơ chính khi chạy tàu
Đảo chiều quay trục khuỷu động cơ nhằm mục đích thay đổi hướng
chuyển động của tàu hay tăng tốc độ dừng tàu.
Dừng tàu khi chong chóng không làm việc và quay tự do do tác động sức
cản tự nhiên của tàu gọi là chạy tự do. Thời gian để tàu dừng khoảng một vài
chiều dài thân tàu. Để rút ngắn thời gian chạy tự do có thể áp dụng các biện
pháp hãm động cơ sau hãm bánh đà bằng phanh thuỷ lực hay khí nén, phanh
khớp nối hệ trục hay hãm trục chủ động của bộ giảm tốc, nén khí nén vào xilanh
động cơ ở đầu quá trình nén, giảm áp trong xilanh cuối quá trình nén bằng thiết
bị giảm áp.
Để tạo ra mômen hãm động cơ cần phải tạo ra công nén ở cuối quá trình
nén lớn hơn công giãn nở. Nếu ngắt nhiên liệu ở cuối quá trình nén, đồng thời xả
phần không khí nén trong xilanh qua thiết bị giảm áp thì trong hành trình giãn
7


nở tiếp theo, công giãn nở sẽ nhỏ hơn công nén. Đây là phương pháp hãm bằng
thiết bị giảm áp.
Trên các động cơ công suất trung bình và lớn áp dụng rộng rãi cách hãm
động cơ bằng không khí nén. Sau khi ngắt nhiên liệu và giảm vòng quay, trục
cam phối khí được chuyển sang vị trí đảo chiều. Sau đó các van khởi động chính
được mở, thông qua các van khởi động, khí nén được nạp vào xilanh. Tuy nhiên

pha phối khí không phải tương ứng hoàn toàn với chiều quay của trục khuỷu,
xupáp khởi động được mở sau khi đóng xupáp xả, khi piston đi lên ĐCT. Áp
suất khí trong xilanh tăng lên do khí nén nạp vào xilanh và thể tích xilanh nhỏ.
Khi áp suất khí trong xilanh bằng áp suất trong đường ống khởi động chính thì
khí từ xilanh rò lọt ngược đường ống khởi động chính. Trong xilanh áp suất tăng
chậm, còn tại vùng ĐCT áp suất bắt đầu giảm. Kết quả là công giãn nở khi
piston đi xuống ĐCD nhỏ hơn công nén, có nghĩa là động cơ đã tạo ra mômen
hãm.
1.2. Đặc tính của động cơ diesel tàu thuỷ
Trong quá trình khai thác động cơ, người ta dùng các đặc tính để đánh giá
các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ làm việc trong các điều kiện khác nhau.
Đặc tính của động cơ là hàm số biểu diễn sự thay đổi một trong các chỉ tiêu công
tác chủ yếu của động cơ so với chỉ tiêu công tác khác. Trong động cơ diesel tàu
thuỷ thường dùng các đặc tính sau:
- Đặc tính tốc độ: là hàm biểu diễn sự thay đổi các thông số công tác của
động cơ (công suất, mômen, suất tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất, hệ số dư lượng
không khí α…) theo vòng quay trục khuỷu. Ứng với một thanh răng cấp nhiên
liệu ta thu được một họ đường đặc tính tốc độ. Đặc tính tốc độ thu được bằng
cách thí nghiệm động cơ trên bệ thử. Đặc tính tốc độ được phân ra đặc tính
ngoài, đặc tính bộ phận, và đặc tính chong chóng. Khi thử nghiệm nếu đạt thanh
răng ở vị trí cấp nhiên liệu lớn nhất ta thu được đường đặc tính ngoài, nếu đạt
thanh răng ở các vị trí cấp nhiên liệu trung gian thấp hơn đặc tính ngoài ta thu
được đặc tính bộ phận, đặc tính chong chóng thu được khi trục khuỷu động cơ

8


nối trực tiếp (hoặc thông qua thiết bị truyền động) với chong chóng tàu thuỷ hay
các thiết bị tiêu thụ công suất tương tự như chong chóng tàu thuỷ.
- Đặc tính tải: là hàm số biểu diễn sự thay đổi các thông số công tác của

động cơ theo công suất có ích Ne hay áp suất có ích trung bình pe khi vòng quay
không đổi.
- Đặc tính điều chỉnh: là hàm số biểu diễn sự thay đổi các thông số công
tác của động cơ theo một trong các thông số điều chỉnh (góc phun sớm, góc phối
khí, nhiệt độ nước làm mát…) ảnh hưởng đến sự làm việc của động cơ.
- Đặc tính điều tốc: là hàm số biểu diến sự thay đổi vòng quay và các
thông số công tác khác của động cơ theo công suất có ích N e hay áp suất có ích
trung bình pe khi tác động lên thanh răng bơm cao áp.
- Đặc tính giới hạn: là hàm số biểu diễn sự thay đổi công suất theo vòng
quay khi các thông số hạn chế nằm ở giới hạn cho phép.
- Đặc tính tổng hợp: là sự phụ một hay một vài thông số, không thay đổi
vào hai thông số công tác chủ yếu của động cơ.
Sự phụ thuộc các thông số công tác ở chế độ không ổn định vào thời gian
khi chuyển động cơ từ chế độ ổn định này sang chế độ ổn định khác gọi là đặc
tính chuyển tiếp. Các đặc tính này hình thành khi khởi động, đóng tải, ngắt tải,
dừng động cơ v.v...
1.2.1. Đặc tính tải
Các đường đặc tính tải được sử dụng để nghiên cứu các thông số của động
cơ khi thay đổi phụ tải ứng với vòng quay không thay đổi. Khi vòng quay không
thay đổi, tăng công suất từ chế độ không tải đến chế độ định mức và cao hơn
bằng cách tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình, vì N e được tính theo phương
trình:
Ne 

Bh
.QH .i .m
3600

(1.1)

Trong đó: - ηi, ηm là hiệu suất chỉ thị và có ích
- Bh là lượng nhiên liệu cấp cho động cơ trong 1 giờ, kg/h.
Bh = i.gct.(60.n/z)
9


Tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình cùng với tăng công suất động cơ
sẽ làm tăng áp suất pmax và nhiệt độ khí xả, do đó công suất tuabin khí xả và
vòng quay rôto tuabin máy nén tăng lên. Vì thế áp suất, nhiệt độ không khí tăng
áp nạp vào xilanh, áp suất môi chất cuối quá trình nén, áp suất cháy cực đại cũng
tăng.

Hình 1.1 a, b. Sự phụ thuộc các thông số công tác vào công suất khi động cơ làm việc theo
đặc tính tải
gct - lượng nhiên liệu cấp cho chu trình; g e - suất tiêu hao nhiên liệu có ích; Tx - nhiệt độ khí
xả; pmax - áp suất cực đại của chu trình; i, m - hiệu suất chỉ thị và có ích;  - hệ số dư lượng
không khí; 1, 2, 3 - ứng với thời điểm động cơ xả khói đen, khi tỷ số ge/Ne nhỏ nhất và ge nhỏ
nhất.

Khi tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình quá lớn thì mặc dù gct tăng
lên nhưng động cơ vẫn giảm xuống, do lượng gct cấp quá lớn so với lượng không
khí cấp cho chu trình:
GB = Vs.ρs.ηn

(1.2)

Vì thế khi tăng công suất hệ số dư lượng không khí giảm xuống. Đối với
động cơ diesel không tăng áp khi tăng công suất, G B không tăng mà giảm xuống
một ít, do vậy hệ số lượng dư không khí giảm nhanh hơn so với động cơ diesel
tăng áp, do khi tăng công suất, đối với động cơ diesel tăng áp thì khối lượng

riêng không khí nạp ρs tăng lên. Khi tăng tải, hệ số lượng dư không khí tiếp tục
giảm làm quá trình cháy kéo dài trên đường giãn nở gần thời điểm mở xupáp
thải, đồng thời tăng hiện tượng cháy không hoàn toàn, tăng tổn thất nhiệt cho
vách và khí xả, nên hiệu suất chỉ thị giảm. Giảm hệ số dư lượng không khí α thì
10


đối với động cơ cụ thể, tỷ số ηi/α tăng lên đến một giới hạn nào đó, sau đó bắt
đầu giảm nhanh.
Ta có:

gct = GB/(α. L0) nên từ (1.1) và (1.2) có thể viết:

N e � i . n . m . s .n


(1.3)

Như vậy, khi tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình thì N e tăng lên đến
khi ηi/α đạt giá trị cực đại.
Khi n = const điều kiện nạp như nhau, tổn thất “bơm” và dẫn động cơ cấu
phụ hầu như không thay đổi khi thay đổi phụ tải. Khi giảm tải, tổn thất cơ giới
tăng lên nhưng không đáng kể do nhiệt độ các chi tiết giảm làm cho nhiệt độ dầu
bôi trơn giảm, nên có thể coi công suất tổn thất cơ giới Nm không phụ thuộc vào
phụ tải.
Vì thế khi tăng công suất Ne, hiệu suất
cơ giới ηm tăng lên từ chế độ không tải đến giá
trị lớn nhất ứng với công suất Ne lớn nhất có
thể phát ra. Hiệu suất cơ giới thay đổi theo
công thức:

m  1 

Nm
N m  N e�

hay

m  1 

pm
pm  pe

(1.4)
Đường cong suất tiêu hao nhiên liệu có
ích trong trường hợp này phụ thuộc vào đặc

Hình 1.2. Sự phụ thuộc các thông
số công tác vào phụ tải

tính thay đổi hiệu suất chỉ thị ηi và hiệu suất cơ giới:
m , g e 

3600
QH .i . m

1.2.2. Đặc tính ngoài
Đường đặc tính ngoài là sự phụ thuộc của công suất và các thông số chủ
yếu của chu trình công tác vài vòng quay khi động cơ làm việc với phanh thử
với hành trình có ích của bơm cao áp không thay đổi trong khoảng vòng quay
làm việc của đông cơ.

Trên cơ sở phân loại công suất các đường đặc tính ngoài có thể phân ra:
11


- Đặc tính ngoài giới hạn: biểu diễn các chế độ khai thác giới hạn của
động cơ. Đường đặc tính này biểu diễn công suất động cơ phát ra khi vị trí tay
ga bơm cao áp nằm ở vị trí lượng nhiên liệu thấp nhất ứng với các vòng quay
khác nhau. Động cơ làm việc theo đường đặc tính này làm tăng ứng suất nhiệt
các chi tiết nhóm piston – xilanh. Các chỉ số động học quá trình công tác cao.
-

Đặc tính ngoài khai thác lớn nhất: còn gọi là đường đặc tính hạn chế

theo bơm cao áp. Lượng nhiên liệu cấp được hạn chế bởi chốt tỳ trên cơ cấu
điều khiển cấp nhiên liệu. Đường đặc tính này cho phép động cơ làm việc với
thời gian ngắn (1 - 2 giờ), có thể quá tải 10% công suất ứng với vòng quay
không lớn hơn 3% vòng quay định mức, tức là Nemax = 1,1.NeH khi nmax= 1,03.nH
-

Đặc tính ngoài định mức: thu được khi vị trí thanh răng bơm cao áp

không thay đổi, đường cong này đi qua điểm ứng với chế độ làm việc định mức.
Các thông số khai thác của động cơ theo đường đặc tính này được nhà máy chế
tạo đảm bảo, có thể khai thác động cơ không hạn chế thời gian.
-

Hình 1.3. Các đường đặc tính tốc độ

Đặc tính khai thác: là đường

đặc tính tốc độ mà hành trình có ích của bơm cao áp được giữ ở vị trí sao cho
đường cong đặc tính đi qua điểm ứng với công suất Nekt = 0,85÷0,95NeH và
vòng quay khai thác.
-

Đặc tính bộ phận: là đường đặc tính giống như đường đặc tính ngoài

nhưng với lượng nhiên liệu cấp cho chu trình nhỏ hơn đặc tính ngoài.
Sự thay đổi các thông số quá trình công tác khi động cơ làm việc theo
đường đặc tính ngoài phụ thuộc chủ yếu vào hệ thống phối khí, kết cấu bơm cao
áp và vòi phun.
1.2.3. Đặc tính chong chóng
Ở chế độ ổn định công suất động cơ làm việc theo đường đặc tính chong
chóng bằng công suất tiêu thụ cho chong chóng. Đối với chong chóng bước cố
định, công suất phhụ thuộc vào vòng quay có dạng đường cong parabol. Các
đường đặc tính chong chóng phụ thuộc vào tốc độ và sức cản môi trường chuyển
động của tàu, sức cản thay đổi phụ thuộc vào điều kiện chạy tàu. Công suất của
động cơ khi làm việc với chong chóng, tính theo công thức, kW:
12


Ne 

6, 28.k2 . n .Dv5 .nv3 .10 3
dt

(1.5)

Trong đó: - k2 là hệ số mômen
- ρn là khối lượng riêng của nước, Kg/m3

- Dv là đường kính chong chóng, m
- nv là vòng quay chong chóng, v/ph
- ηdt là hiệu suất đường trục, ηdt ≈ 0,98
Đối với động cơ cụ thể các giá trị ρn, Dv, ηdt là các hằng số thì từ (1.5) có
thể viết thành:
Ne = Ac.nm

(1.6)

Trong đó: - Ac là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào kết cấu đặc biệt của chong
chóng và điều kiện làm việc của nó.
- m là số mũ phụ thuộc vào lượng chiếm nước của vỏ tàu,
m = 2,7÷3,2
Khi động cơ làm việc theo đặc tính chong chóng, áp suất có ích trung bình
và mômen quay thay đổi tỷ lệ thuận với bình phương vòng quay:
Pe = c1.n2; Me = c2.n2 (c1, c2 là hệ số tỷ lệ)
Đặc tính chong chóng của động cơ chính khi tàu chuyển động trong vùng
nước sâu có tính đến tải nếu như nó đi qua chế độ làm việc định mức gọi là đặc
tính định mức. Ứng với vòng quay định mức, công suất tiêu thụ cho chong
chóng nhỏ hơn công suất định mức thì được gọi là đặc tính nhẹ tải, đường đặc
tính cao hơn định mức gọi là đặc tính nặng tải. Trong quá trình khai thác tàu, đặc
tính chong chóng thay đổi phụ thuộc vào điều kiện hoạt động, tình trạng vỏ tàu
và chong chóng.
Khi thử nghiệm động cơ trên bệ thử, đặc tính chong chóng định mức có
thể xác định theo công thức:
3

�n �
N e  N eH . � �
�nH �

(1.7)

Theo đường đặc tính chong chóng, công suất giảm nhanh khi giảm vòng
quay. Do vậy khi động cơ làm việc theo đường đặc tính bộ phận có một phần
13


công suất không tiêu thụ hết vì đường đặc tính hạn chế nằm trên đường đặc tính
chong chóng. Phần công suất dự trữ có thể sử dụng để dẫn động máy phát đồng
trục. Xem xét đồng thời các phương trình (1.1), (1.7) thấy rõ lượng nhiên liệu
cấp cho chu trình gct ≈ n2/(ηi.ηm), có nghĩa gct có tăng lên cùng với tăng vòng
quay.
1.3. Sự phối hợp làm việc giữa đặc tính ngoài của động cơ và đặc tính chong
chóng

Hình1.4. Đồ thị biểu diển sự phối hợp công tác giữa động cơ và chong chóng khi điều kiện khai
thác không thay đổi.
C0: Đặc tính chong chóng ứng với điều kiện khai thác yên sóng gió;
Nn= const: Đặc tính ngoài ứng với tay ga định mức;
N, K, I, H : Các điểm khai thác tương ứng với các vị trí tay ga khác nhau.

1.3.1. Khi điều kiện khai thác không thay đổi
Đồ thị hình 1.4 biểu sự phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt định
bước khi điều kiện công tác không thay đổi. Giả sử tàu công tác trong vùng biển
yên sóng gió tương ứng với đường đặc tính chân vịt không thay đổi C 0. Động cơ
đang làm việc với đường đặc tính ngoài (M n=const) ứng với lượng cấp nhiên
liệu định mức (dwn=const)
Điểm phối hợp công tác sẽ là giao điểm N của đường đặc tính chong
chóng (C0) và đường đặc tính ngoài (MH, hH). Tại đây mômen do động cơ sinh ra

cân bằng với mômen cản trên đế chân vịt, lực đẩy cân bằng với lực cản, và tại N
công suất động cơ là công suất định mức NH và vòng quay định mức nn. Tuy
nhiên trong thực tế khai thác không phải lúc nào cũng đạt được công suất tại
điểm N. Chẳng hạn: khi động cơ đã cũ, khi một vài xi lanh bị sự cố, tua bin tăng
14


áp bị hỏng hay khi tàu khai thác trong luồng lạch hẹp, cạn thì ta phải thay đổi tay
ga nhiên liệu để tìm một điểm khai thác hợp lí mà vẫn an toàn cho động cơ.
Ngoài ra do phải dự trữ một phần công suất để khắc phục khi phụ tải tăng
đột ngột do sóng gió hoặc nhằm tăng cao tuổi thọ của động cơ nên ta thường sử
dụng công suất phát ra của động cơ nhỏ hơn công suất định mức. Do đó điểm
phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt thường là điểm K và ta có:
Nk = (0,80÷0,90)NH
1.3.2. Khi điều kiện khai thác thay đổi
Giả sử sức cản con tàu thay đổi do sóng gió hay tải trọng hàng hoá…

Hình 1.5 Đồ thị biểu diển sự phối hợp công tác giữa động cơ và chong chóng khi điều kiện khai
thác thay đổi.

Thay đổi tương ứng với các đặc tính chân vịt Cu ,C1 ,C0, C2,Cf. Động cơ
đang làm việc ở đặc tính ngoài ở chế độ định mức thì điểm phối hợp công tác
tương ứng sẽ là Ku, K1, K0, K2, Kf.
Nhận xét:
- Các đường đặc tính động cơ chính là cơ sở để xác định đặc tính kéo của
tàu, tốc độ của nó cũng như đặc tính thủy lực của chong chóng. Các đường đặc
tính còn được sử dụng khi nghiên cứu sự thay đổi các thông số công tác của
động cơ trong quá trình khai thác và trong dự đoán kỹ thuật sự mài mòn các chi
tiết, cũng như sự lắng đọng cáu cạn hệ thống phối khí.
- Giá trị các thông số Ne, Me, ge phụ thuộc vào một trong các thông số

của chu trình công tác n, i, m, , r , n. Các thông số công tác của chu trình
phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau: kết cấu, tình trạng kỹ thuật của động cơ,
điều kiện khai thác và điều kiện môi trường. Các đường đặc tính của động cơ là
cơ sơ để phân tính quá trình công tác động cơ diesel tàu thủy khi khai thác.
15


- Trong quá trình khai thác động cơ, chế độ làm việc luôn thay đổi, đồng
thời tình trạng kỹ thuật của động cơ giảm xuống theo thời gian khai thác.
- Trong các chế độ làm việc của động cơ diesel, đặc biệt đối với động cơ
chính tàu thủy thì chế độ khởi động đối với tình trạng kỹ thuật động cơ xuống
cấp và chế độ làm việc quá tải, trong đó chế độ làm việc quá tải cục bộ đối với
một vài xi lanh ảnh hưởng rõ rệt tới chất lượng làm việc của động cơ. Khi đó
phụ tải tác dụng lên các chi tiết chủ yếu của động cơ tăng lên rõ rệt, tốc độ tăng
áp suất trung bình, mức độ va đập giữa các chi tiết chuyển động tương đối với
nhau tăng đột biến, trong đó có cặp bạc – cổ biên động cơ.
Các nhận xét nêu trên là luận cứ để trình bày sâu hơn hệ lực tác dụng lên
cổ biên trong quá trình khai thác động cơ diesel 4 kỳ một hàng thẳng đứng trong
chương 2 và chương 3.

Chương 2. CƠ SỞ TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN CỔ BIÊN TRONG QUÁ
TRÌNH KHAI THÁC ĐỘNG CƠ DIESEL 4 KỲ
Để tính hệ lực tác dụng lên cơ cấu biên khuỷu nói chung và cổ biên nói
riêng trong quá trình khai thác động cơ cần phải xác định tổng hợp lực lực khí
thể và lực quán của các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến, lực quán tính
của khối lượng tham gia chuyển động quay. Muốn vậy cần tính toán chu trình
công tác của động cơ ứng với các chế độ này để xác định lực khí thể đối với
từng trường hợp. Muốn xác định tổng hợp lực lực quán của các chi tiết tham gia
chuyển động tịnh tiến, lực quán tính của khối lượng tham gia chuyển động quay
cần xác định khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động và gia tốc chuyển

16


động của nhóm piston – biên. Vì thế cần xác định tốc độ dịch chuyển, vận tốc và
gia tốc của chúng.
2.1. Tổng hợp công thức tính chu trình công tác của động cơ diesel
2.1.1. Thành phần hoá học của nhiên liệu
Nhiên liệu sử dụng là dầu diesel thành phần % lấy theo số liệu kinh
nghiệm:
C = 87%, H = 12%, O = 0,6%, S = 0,1%, W = 0,3%

(2.1.1)

2.1.2. Nhiệt độ và áp suất môi trường xung quanh
Chọn nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trong buồng máy:
Với điều kiện thiết kế T0 = 293 oK và P0 = 0,103 MPa.
Với điều kiện môi trường làm việc ở chế độ định mức To = 3150K và
P0 = 0,101MPa .
2.1.3. Tốc độ trung bình của piston
Tốc độ trung bình của piston xác định theo công thức:
Cm 

S .n
30

(2.1.2)
2.1.4. Chọn tỷ số nén và thông số kết cấu
- Đây là động cơ trung tốc tỷ số nén  nằm trong khoảng  = 15 ÷ 20,
r

-Thông số kết cấu :   l
b
+ r: Bán kính quay trục khuỷu, m;
+ lb: Chiều dài biên, m;
2.1.5. Chọn các thông số của trạng thái khí sót
- Chọn nhiệt độ khí sót: Tr = 7000K.
- Chọn áp suất khí sót: Pr = 1,03( kG/cm2).
2.1.6. Các thông số khác
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu:
QH = 100[339C + 1256H – 109(O-S)] – rw(9H + W)
17

(2.1.3)