chg2 otokhgtruyenthong

Chtrong 2

DQNG ca DOT TR ONG v A
6 TO TRUYEN THONG
Loai nguai da nghi d8n vi~c bi8n nhi~t nang thanh ca nang tir nit s6m
nhung mai d8n nhfrng th?p nien dftu cua th8 ki thir 19' vi~c ap dt,mg d()ng ca
nhi~t vao th\fc ti~n mai dugc th\fc hi~n. Gftn 2 th8 ki qua, d()ng ca d6t trong
dUQ'C xem la ngufin d(}ng 11,l'C chu y8u CUa 0 to, chua CO giai phap naO CO kha
nang thay th8.
6 to truy6n th6ng la o to sir dµng duy nhftt d()ng ca d6t trong lam
ngu6n d()ng 11,l'c.
Chuang nay se d6 c~p tom t~t v€ d()ng ca d6t trong va lich sir phat
tri8n cua 0 to truy€n th6ng.
2.1. Tom tit nguyen Ii dqng cO' dBt trong
2.1.1. Ljch sil' phtit triin ilrng cu i16t trong
Nhfrng d()ng ca dbt trong dau tien khong co ki nen, h6n hgp khong
khi/nhien li~u dugc th6i vao d()ng ca dftu ki n~p. Khac bi~t chu y8u giua d()ng
ca hi~n d~i va d()ng ca nguyen thuy la them ki nen h6n hgp trong xi lanh .
• 1206: Al-Jazari gim thi~u ca du chuy8n d6i chuy8n d()ng quay sang
chuy8n d()ng tinh ti8n.
• 1509: Leonardo da Vinci mo ta d()ng ca khong co ki nen .
• 1673: Christian Huygens
Lenoir ca~ t:n8inc
th1,l'c hi~n d()ng ca khong co ki
~ Rc,1d1tis Iron w,--rk~
nen.
• Th8 ki tht'.r 17: Nha phat
minh ngum Anh Samuel
Morland SU dµng thu6c sung d8
ch~y barn nuac, ph6i thai cua
d()ng ca dbt trong .

• l 780's:
Alessandro
Volta ch8 t~o sung di~n dfi
chai, trong do mQt tia lira di~n
Hinh 2.1: D()ng ca Lenoir ch<;iy bling gas
d6t chay h6n hgp hydrogen
kh6ng khi.
• 1794: Robert Street ch8 t~o d()ng ca kh6ng ki nen ma nguyen li ho~t
d()ng cua no thbng ttj gftn m()t th8 ki.
• 1806: Ki su ngum Th\ly SI Fran9ois Isaac de Rivaz ch6 t;;io m9t d(>ng
ca dbt trong ch(;ly bftng h6n hgp hydrogen va oxygen.

-

47


• 1823: Samuel Brown dugc cap
bitng sang ch~ v~ d<)ng ca d6t trong ctAu
tien dling trong cong nghi¢p. D6 la d<)ng
CCY khong ki nen ma Hardenberg g9i la
"chu trinh Leonardo" .

Otto <;5
Lcrnscn

• 1824: Nha v~t li ngum Phap
Sadi Carnot thi~t l~p Ii thuy~t nhi¢t d<)ng
hQC CUa d<)ng CCY nhi~t li tu6ng. Li thuy~t
nay cho thAy cfui b6 sung ki nen ct~ tang

muc chenh 1¢ch giua nhi¢t d<) cao va
nhi¢t ct<) thAp cua moi chAt cong tac .
• 1826: Samuel Morey ngucri My
dugc dp bitng sang ch~ v~ d<)ng ca "ga
hay hai" khong ki nen.

Hinh 2.2: D(mg ca Otto
• 1838: William Barnet ngum Anh dugc dp bitng sang ch~ v~ d<)ng
ca ctAu tien co ki nen trong xi lanh .
• 1854: Hai ngucri Y Eugenio Barsanti va Felice Matteucci dugc dp
b~ng phat minh v~ d<)ng ca d6t trong lam vi~c hi~u qua dAu tien nhung
khong dua ra san xuAt.
• 1856: Pietro Benini thµc hi¢n m<)t m~u d<)ng ca Barsanti-Matteucci
5HP. Sau d6 thµc hi~n ti~p nhiing d<)ng ca khac c6 cong suAt 16n han v&i 1
hay 2 xi lanh dugc sir d\mg thay cho d<)ng ca hcri nu&c.
• 1860: Jean Joseph Etienne Lenoir (1822-1900) ngucri Bi ch~ t~o
d<)ng ca d6t trong ch~y b~ng gas tuang tµ nhu d<)ng ca hai nu&c n~ ngang
tac d<)ng kep c6 xy lanh, piston, thanh truy~n, banh da va gas thay th~ cho
hai nu&c. Day la d<)ng ca d6t trong d~u tien dugc san xuAt v&i s6 lugng 16n.
• 1862: Nha phat minh ngum Due Nikolaus Otto thi~t k~ d<)ng ca
khong ki nen v&i piston tµ do tac ct<)ng gian ti~p va hi~u suAt cao han cua no
chi~m llnh phk 16n thi trubng d<)ng ca tinh t~i ca nho ch~y b~ng khi th~p .
• 1870: T~i Vienna, Siegfried Marcus l~p d<)ng ca ch~y xang ctAu tien
len xe.
• 1876: Nikolaus Otto, cimg v&i Gottlieb Daimler va Wilhelm
Maybach, da phat tri~n d<)ng CCY 4 ki theo chu trinh Otto. Tuy nhien, toa an
Due khong cong nh~n phat minh cua ong bao trum m9i d<)ng CCY nen trong xi
lanh ngay ca d6i VcYi d<)ng CCY 4 ki, Va sau phan quy~t do, d<)ng CCY nen trong
xi lanh trcr thanh ph6 bi~n .
• 1879: Karl Benz, dugc dp bimg phat minh v~ chi~c d<)ng ca d6t

trong cua ong, d<)ng CCY 2 ki ch~y b~ng gas, dµa tren y tu6ng cua Nikolaus
48


Otto v~ d<}ng CO' 4 ki. Sau d6 Benz da thi~t k~ d(m~ CO' 4 ki, rieng cua on~ va
dugc lap d~t tren 0 to va 0 to nay da trc'Y thanh chiec 0 to dau tien ch~y bang
d{mg ca d6t trong .
• 1882: James Atkinson phat minh d{mg ca lam vi~c theo chu trinh
Atkinson. D{mg CO' Atkinson co m9t ki sinh cong d6i vm m&i vong quay vm
th€ tich n~p va gian nc'Y khac nhau, nhcr v~y, hi~u suAt di;mg cacao han hi~u
suAt chu trinh Otto .
• 1891: Herbert Akroyd Stuart phat tri€n d{mg CO' ch~y bfutg ddu va
giao quy~n ch€ t~o cho cong ti Anh Hornsby. Do la d{mg ca ddu tien khc'Yi
d(mg ngu(>i nen va danh lua. Nam 1892, hQ l~p d~t nhU'ng chi€c d(>ng ca ddu
tien c'Y tr~ barn. Trong cimg nam do, ki~u d(>ng ca thu nghi~m t\f chay do
nen da dirge ti~n harm nghien Clru.
• 1892: Rudolf Diesel phat tri€n d<;mg ca nhi~t lam vi~c theo chu trinh
Carnot su d\lllg b(>t than lam nhien li~u .
• 1893, ngay 23 thang 2: Rudolf Diesel dugc cAp bfutg phat minh cho
chi~c d(>ng CO' Diesel cua minh .
• 1896: Karl Benz phat minh d(>ng ca ki€u "boxer", d6 la d9ng ca dai
x(rng nfun ngang, trong do cac piston d€n di€m ch~t tren cilng lUc, vi v~y
tinh can bfutg dugc dam bao .
• 1900: Rudolf Diesel gim thi~u d(>ng ca Diesel su d\lllg dAu d~u
ph\lllg (biodiesel) .
• 1900: Wilhelm Maybach thiet k~ m9t d()ng ca o to c'Y Hang Daimler
Motoren Gesellschaft d~t ten la Daimler-Mercedes theo ten co con gai CUa ong. ,
Nam 1902, 0 to v6i d<}ng CO' nay dugc dua vao siul xuAt hiulg lo~t OOi DMG.
2.1.2. Phlln lopi 49ng cO' ttat trong

0

day, chling ta chi nghien cw d()ng ca dat trong ki€u piston. Co
nhi~u each phan lo~i d()ng ca khac nhau nhung nhin chung, chling ta co th€
phan Io~i theo sa db dum day:
D()ng ca danh lua
cuang buc
D<}ng ca
2 ki

D(>ng ca
4 ki
D()ng ca t\l chay
donen

ffinh 2. 3: Sa a6 ph49


v€ d~c di€m cua qua trinh chay, chung ta c6 th€ phan lo~i thrum hai
nh6m d<'.)ng CO' dfit trong, d6 la d(mg CO' danh lua CUOng buc Va d{)ng CO' tµ
chay do nen.
DC)ng ca danh lua cuang hue sir d\lilg hfln hgp d6ng nhAt hoa tr<)n
tru&c. Qua trinh chay duqc khm d<)ng nhcr tia lua di~n. Mang lua duqc dich
chuySn lan dk tir di€m danh lua dSn diSm xa nhAt cua bu6ng chay. DC)ng ca
xang, d{)ng CO' gas lam Vi~c theo nguyen li nay.
DC)ng ca tµ chay do nen su dl,lllg qua trinh chay khuSch tan v&i heln
hgp khong d6ng nh~t. Qua trinh chay diSn ra song song v&i qua trinh chuck
bi hfln hgp. Qua trinh chay duqc khai d<)ng khong phai bfulg tia lua di~n ma
do hi~n tuqng tµ chay cua m<)t b<) ph~ hfln hgp d~t duqc dieu ki~n li hoa t6i

uu trong moi truang khong khi a nhi~t d9 cao cu6i qua trinh nen. DC)ng CO'
Diesel lam vi~c theo nguyen li nay.
DC)ng co ph6i hgp hai nguyen li t6 chuc qua trinh chay tren day gQi la
d<'.)ng CO' dual fuel. DQng CO' nay n~p heJn hgp dfing nh~t dUQ'C chu~n bi truac
(nhu d{)ng CO' danh lua CUOng hue) Va qua trinh danh lua duqc thµc hi~n
bfulg each phun m<)t luqng nho nhien li~u m6i (nhu truang hgp d<)ng ca tµ
chay do nen).
D€ tang hi~u suAt va giam muc d<) phat 0 nhi~m, d<)ng CO' danh lua
cuang hue ngay nay c6 th€ lam vi~c v&i heln hgp chuftn bi tru&c nhung
khong d6ng nhk D6 la d<)ng ca t~o hfln hgp phan tAng l&n (stratified).
Ca hai lo~i d()ng CO' nay deu c6 th€ lam vi~c theo nguyen li 4 ki hay 2
ki. Chu trinh cua d<)ng CO' 4 ki g6m hai vong quay tnic khuyu va m<)t lcin
sinh cong. Chu trinh cua d<)ng CO' hai ki g6m 1 vong quay tnic khuyu va m<)t
lfut sinh cong.

sa

2.1.3. Mpt iljnh nghia
- Ca du tnic khuyu-thanh truyen-piston-xi lanh: g6m c6 tnic khuyu
v6i tay quay c6 d9 dai R, thanh truy~n n6i ch&t khuyu v6i chfit piston c6 d9
dai l va xi lanh c6 duang kinh D. Ca du nay lam nhi~m V\l bi~n chuySn
d<)ng tjnh ti~n cua piston thrum chuy€n d<)ng quay cua tnic khuyu.
- DiSm ch~t tren (DCT) va diSm ch~t du&i (DCD) la vi tri piston di xa
nh~t va ve gcin nhAt so vm duang tam tnic khuyu tuang trng vcri th€ tich moi
ch~t cong tac trong xi lanh be nhAt Va l&n nhk
- Hanh trinh piston S la khoang each tir DCT dSn DCD: S = 2R.
-Th€ tich xi lanh vh = 7t.S'.D2/4, d6i v6i d(>ng CO' 4 ki: S'=S, d6i v&i
d(>ng CO' 2 ki quet thai qua cac cua: S' la chieu cao c6 ich cua xi lanh tinh tu
DCT d~n mep tren cua thai.
50

I ··I '' ;, ,,,,,&, 111 I

lh

~

,

, I

I

i

,

11 .~1 1 a.1i1ha

1.,

•. ,.lio 0111,111


- Th~ tich bu6ng chay Ve la th~ tich cua khong gian con l(li tren dinh
piston khi piston d~n DCT.
-

, . d~
T1. so:. nen

cua ong ca:

.

E

=

Ve+ Vh

vc

E>CT-------

a::

N

II

(/)

E>CD-- -----

Hinh 2. 4: Cdc iltnh nghia ca ban cua il(mg ca i!6t trong

2.1.4. Nguyen Ii lam VifC cua apng CO' 4 ki
- Ki n(lp: Piston di tir DCT xu&ng OCD, xupap n(lp ma, xupap thai
dong, khi n@ m6i (hBn hgp khong khi va nhien li~u d&i v6i d('mg ca danh lua
cuang hue hay khong khi dBi vm d9ng ca a,r chay do nen) dugc hut vao trong

xi lanh nha d('> chan khong. Ap sudt trong xi lanh cu6i qua trinh n(lp Pa hai
nh6 han ap sudt khi trm Po do tra h,rc tren duang n(lp. Nhi~t d('> cuf>i qua trinh
n(lp Ta l6n han nhi~t d('> khi trm To do truy~n nhi~t tir cac chi ti~t cila d()ng ca
cho khi n(lp m6i va lugng khi sot con 1(1.i trong buf>ng chay CUa chu trinh truac
a nhi~t de} Tr > T0 . Lugng moi chdt trong xi lanh cubi qua trinh n(lp la
Ma = Mh + Mr, trong do Mh la lugng khi n(lp m6i va Mr la lugng khi sot.
- Ki nen: Cac xupap n(lp va thai d~u dong, piston di tir DCD len DCT,
moi chdt cong tac dugc nen l(li, do do nhi~t de} va ap sua.t cua no tang len.
51


Cubi qua trinh nen, ap su~t trong xi lanh di;it gia tr1 Pc va nhi~t d(> di;it gia ttj
TC· Cac gia ttj nay phl,1 thu(>c vao ti sb nen E. Dbi v6i d(>ng CCY tl,1' chay do
nen, E dugc ch9n sao cho nhi~t d(> Tc 16n han nhi~t d9 tl,1' chay cua nhien li~u
sir dvng.
- Ki chay va gian na: Ca xupap ni;ip va xupap thai d~u dong.

Nen

Ni;ip

Chay-gian na

Thai

Hinh 2.5: Nguyen If lam vi?c cua d(jng ca 4 ki

52

I'

I

•

~

I ' ·I"

I


Dbi vai d<)ng ca drum lira cu5ng hire, vao cubi qua trinh nen, nSn danh
lira b~t tia lira di~n lam h6n hqp bbc chay quanh C\l'C nSn danh lira va man
lira tiSp t\lc Ian dful ra khu V\l'C xa nhfit clia budng chay.
Ddi vm d<)ng ca t\l' chay do nen, vao khoang cubi qua trinh nen, voi
phun cung cfip m<)t lugng nhien li~u a ap s~t cao du6i d~g nhiing hl;lt
nhien li~u nho. Cac hl;lt nhien li~u nay b&c hai nhanh va hoa tr()n vm khong
khi va t\l' bbc chay.
H6n hqp nhien li~u-khong khi chay lam cho nhi~t d() moi chAt cong
tac tang nhanh dful d~n S\f gia tang ml;lllh cua ap sufit dfiy piston tir DCT
xudng DCD cung cfip cong a dAu ra tf\lc khuyu. Day la ki sinh cong duy
nhAt cua d(mg ca 4 ki.
- Ki thai: Piston di tir DCD len DCT, xupap thai ma, xupap nl;lp dong,
h6n hqp san phfun chay duqc dfiy ra ngoai. Cubi qua trinh thai trong xi lanh
con luu ~~i m()t lugng khi sot Mr chiSm th~ tich bubng chay V c a nhi~t d<) Tr
va ap suat Pr·
Nhu v~y, trong m<)t chu trinh cong tac cua d<)ng ca 4 ki, piston thµc
hi~n 4 hanh trinh va tf\lC khuyu q~ay 2 von~. Trong 4 ki len xubng cua
piston, d<)ng ca chi sinh cong m<)t Ian duy nhat trong ki chay-gian na, 3 ki

con ll;li d<)ng ca tieu th\l cong do banh da cung cAp.
Dd thi cong Ii tu0ng cua d<)ng ca 4 ki danh lira cu5ng hire p = f(v)
duqc gim thi~u tren hinh 2.6. Tren db thj nay, chung ta gia sir cac qua trinh
d~u di~n ra va kSt thuc tl;li DCT va DCD, qua trinh chay di~n ra tire thCri, qua
trinh n:,lp va nen khong c6 tra lµc.
D

p

E

A
DCT
Ve
i

Hinh 2. 6:

N~p

~

B
Dcoi F
Vm

v

D6 thi cong p- V Ii tuimg cua i19ng ca 4 ki ilanh lita cuang buc
53

2.1.5. Nguyen Ii lam vifc ciia d{ing cu 2 ki
Hinh 2.7 gi6i thi~u sa d6 d{mg ca 2 ki quet thai qua cac cira, n~p khi
qua cac-te. Vi~c dong ma cac cira quet, thai do piston dam nh~. ThS tich xi
lanh Vh cua d{mg ca vi v~y chi tuang frng v6i phfut c6 ich cua xi lanh, tire la
tir luc cua thai dong d6n DCT.
Nen danh h'.Ya

N~p xi lanh

Canh tan nhiet

Piston

-

Ctia quet

Thanh truyen

Hop tn,1c khuyu
Tn,1c khuyu

fflnh 2. 7: Sa a6 nf!uven Ii aonf! ca 2 ki

p

Chay

Thai

p

auet!Thai

E

p

Nen/N~p

fflnh 2. 8: Nguyen Ii lam vi?c cua dong ca 2 ki
54

!1..i•,J1l,,.ll•Ol.l,l11ILL)

1. I

I


Nguyen li lam vi~c cua dt;mg CO' 2 ki quet thai qua cac cira dugc trinh
bay tren hinh 2.8.
- Ki chay-gian na-thai-quet: Cu6i qua trinh nen, n€n danh lira b~t tia
lira di~n, hdn hgp b6c chay, nhi~t d9 va ap su§t cua moi ch§t cong tac tang
cao, d§.y piston tir DCT xu6ng DCD cung dp cong a dAu ra tf\lC khuyu. Khi
mep tren cua piston di qua cira thai, san ph§.m chay c6 ap suftt cao thai t\I do
ra ngoai. Khi mep pistion di qua cira quet, khi n~p mm dugc nen sfui trong
h9p cac-te dugc d§.y vao trong xi lanh. Do k€t du cua dinh piston c6 d~g

d~c bi~t, khi n~p m6i ti€p wc day khi chay ra ngoai. Day Ia giai do~ quetthai, giai do~ c6 th€ gay 19t khi n~p m6i va anh huang d€n tinh kinh t€ cua
d<}ng CO'.
- Ki nen-n~p: Piston di tir DCD d~n DCT, cira quet, cira thai lAn luqt
bi dong, h6n hqp trong xi lanh bi nen l~i, dbng thm cira n~p ma, lugng khi
mm dugc n~p vao cac-te dS chufin bi cho chu ki mm.
Nhu v~y (y d{mg CO' hai ki, trong m9t chu trinh cong tac, piston thl)'C
hi~n hai hanh trinh va tf\lc khuyu quay m()t vong. Trong hai ki d6, d(>ng ca
sinh cong 1 lAn va m9t lAn tieu th\l cong do banh da cung cdp.

B

p

A

Thai

D Quet-.
Thai

~~-4=-..iE

!DC

b.

fflnh 2. 9:

v

D6 thj c6ng H tuang cua aQng ca 2 ki quet thai qua cac cua

Dd th\ cong p-V li tuthai qua cac cira dtrQ'C gim thi~u tren hinh 2.9.

55


2.2. Chu trlnh cong tac ciia d(}ng CO' dBt trong
2.2.J. Chu trinh Carnot
Chu trinh Carnot duqc Nicolas Leonard Sadi Carnot thiSt l~p nam
1824 va duqc Benoit Paul Emile Clapeyron phat triSn trong nhiing nam
1830, 1840.

a

M6i h~ thfing nhi~t d{mg h9c t6n t<;ti m{>t tr?ng thai d~c bi~t. M9t chu
trinh nhi~t d¢ng hQc di~n ra khi h~ thfing biSn dbi qua hang lo<;tt cac tr<;tng
thai khac nhau va cu&i cling tra v~ tr?ng thai ban dclu. Trong qua trinh di~n
biSn do, h~ th&ng co thS cung d.p cong cho moi truang chung quanh no, do
la truang hqp d{>ng ca nhi~t.
D9ng ca nhi~t ho<;tt d9ng bkg each truySn nang luqng tir ngu6n n6ng
sang ngu6n Ie;inh va trong qua trinh do, no biSn ct6i m9t b9 p~n nang Iuqng
sang cong ca hQc. Chu trinh c6 thS thu~ nghich. H~ th&ng ciing c6 th~ ho<;tt
d{>ng do tac d¢ng cua m9t Ive hen ngoai va trong truang hqp d6, n6 truy~n
nang luqng tu ngu6n l<;tnh sang ngubn n6ng. Chu trinh nhu v~y gQi la chu
trinh cua barn nhi~t.
Chu trlnh Carnot la m9t chu trinh nhi~t d9ng hQc d~c· bi~t vi n6 la chu
trinh hi~u qua nhclt dS biSn d6i m9t luqng nhi~t cho truac thanh cong hay
nguqc l<;ti, tu m9t luqng cong cho tru6c dS lcly nhi~t tir ngubn l<;tnh.

Chu trinh Carnot l'.mg d\mg tren ctemg ca nhi~t bao g6m cac qua
trinh sau:

1. Gian nO- ding nhi~t thu~n nghjch cua moi chftt cong tac 0- nhi~t
di) ngufin nong TH (cftp nhi~t ding nhi~t). Trong giai do<;tn nay (tir A dSn
B), ap suclt khi gas gian na tac d{>ng len piston va d9ng ca cung dp cong
cho ben ngoai.
2. Gian nO- ding entropy (thu~n nghjch do~n nhi~t) ciia ga. Trong
giai do<;tn nay (tu B dSn C), chung ta gia SU piston va xi lanh hoan toan do?n
nhi~t. Khi gas tiSp t\lc gian na va cung dp cong cho hen ngoai. Do gian na,
nhi~t d9 khi gas giam dftn d~n nhi~t di;> ngu6n l<;tnh Tc.
3. Nen ding nhi~t thu~n nghjch ga 0- nhi~t di) nguAn l~nh Tc (thai
nhi~t ding nhi~t) (tu C dSn D). Trong giai do<;tn nay khi ga nh~n cong tir
hen ngoai va truy~n nhi~t cho ngu6n l~nh.
4. Nen d~ng entropy ciia khi ga (tir D d~n A). M9t Ifui nua, chung ta
gia djnh piston va xi lanh do?n nhi~t hoan toan. Trong giai do?n nay, khi ga
nh~ cong tu hen ngoai, bi nen l<;ti va nhi~t d9 cua no tang len ctsn nhi~t d9
ngu6n n6ng TH. T<;ti diSm nay, khi ga tr& l<;ti tr?ng thai ban dclu cua bu6c 1.
56

I

I

I


T.,

A

T

T,.

r-------.B
T

'~

0

C'

Tl"+----+------+---

s

a.

b.
Hinh 2. 10: a. Chu trinh Carnot gifia nhi~t a(J ngu6n nong TH va
nhi~t a(J ngu6n l<;mh Tc
b. Cong va nhi~t trong chu trinh Carnot

Cong nh~n duqc tu chu trinh la:
L1W = 1PdV = (T8 -Tc)(S 8 -SA)

(2.1)

Luqng nhi~t t6ng ct)ng truy~n tu nguBn n6ng d~n h~ th6ng la:
L1QH = TH (Ss - SA)

(2.2)

va luqng nhi~t t6ng ct)ng truy~n tu h~ th6ng cho ngu6n l~nh la:
L1Qc = Tc(Ss -SA)

(2.3)

Hi~u smit cua chu trinh 11:

11 = L1 W = 1 - Tc
.:1QH

(2.4)

TH

trong d6: L1W: cong doh~ th6ng sinh ra,
L1QH: nhi~t cung cAp cho h~ th6ng,
Tc:

nhi~t dt) tuy~t d6i cua nguBn l~h,

TH:

nhi~t dQ tuy~t d6i cua ngubn n6ng.

Li thuy~t Carnot duqc phat bi~u nhu sau: Khong c6 dt)ng ca nao

ho~t dt)ng giua hai ngubn nhi~t c6 hi~u suAt cao han dt)ng ca Carnot ho~t
d<)ng giua hai ngu6n nhi~t nay.
Bi~u thuc 2.4 cho thAy, h~ thAp nhi~t d9 cua ngubn l~nh d(>ng ca cho
hi~u smit cao han la tang nhi~t dt) ngubn n6ng. Trong th\l'c t€, di~u nay kh6
th\l'C hi~h Vi ngufJn l~nh thu(mg la moi tru(mg chung quanh.

57


Chu trinh Carnot la chu trinh li tu6ng. Tuy nhien trong thµc tS, chilng
ta ciing c6 th€ ap d\mg bi€u thuc hi~u suftt Carnot bfuig each sir d\lilg nhict
d<) trung binh cua ngu8n n6ng va ngu8n l~:
1
(TH) = - JTdS
~SQ·m

;s

(Tc)=

(2.5)

fTdS
Oout

d€ thay cho TH va Tc trong bi€u th(rc 2.4.
Cac lo~i d<)ng ca trong thµc tS khong thµc hi~n dugc hoan toan chu
trinh Carnot li tu6ng ma thµc hicn theo cac chu trinh gfut v6i chu trinh
Carnot.

2.2.2. Chu trinh Ii tU"iing cua d9ng CO' aat trong
2. 2. 2.1. Chu trinh Ii tuimg cua iJ(jng C(J aanh lira cuiJng buc

c

p

Po ·······E········7,_'_................................................................................................

~
Ve

Va

V

Hinh 2.11: Chu trinh cfjng tac Ii tuang cua a(jng ca aanh lira cuiJng buc

Hinh 2.11 gi6i thicu chu trinh cong tac Ii tu6ng cua d<)ng ca-druih lira
cu5ng hue. Qua trinh n~p va thai xem nhu trilng nhau va ap suftt trong xi
lanh Mng ap suftt khi tr~. Qua1trinh nen AB va gian na CD dugc gia dtnJ: la
do~ nhi~t. Qua trinh cap nhict BC va thai nhict DA la cac qua trinh dang
tich. Cong cua chu trinh dugc bi~u di8n bfuig di~n tich m~t phitng ABCD.
58

I

I I

I 'I

I ~

I ' 1.,

~


Tr~g thai nhi~t d()ng h9c cua moi chAt cong tac duqc xac dinh bm ap
suAt p, nhi~t d9 T va th~ tich V.
(2.6)
T~ di~mA:
PA = Po; TA= To; VA = V c + V h
T~i di~m B:

PS -- p o.,.. Y ,· TS -- To.,.. y-I ·, V B -- V c

(2.7)

T~i di~m C:
Gia sir h~ th6ng duqc cung dp m<)t luqng nhi~t Q1
di~u ki~n dang tich. Dinh l~t nhi~t d<}ng h9c 1 duqc vi~t nhu sau:
~U=~Q+~W

a

(2.8)

Trong cong thuc nay cac d~i luqng mang dftu duang khi h~ th6ng
nh~ va mang

Do qua trinh bi~n d6i d~ng tich ~ W = 0, ta co:
cv(Tc -Ts)= Q 1

(2.10)

Dodo:

T~i di~m D:

(2.9)

Tc
Pc =Ps Ts

(2.11)

Vc=Vc

(2.12)

Po =pcE

-y

To =TcEl-y
Vo=Vc+Vh
Cong cua qua trinh nen AB:

(2.13)

(2.14)

(2.15)
nR
WAB =-(Ts-TA)
y-1

(2.16)

(WAB > 0 vi h~ th6ng ~ cong)
Tuang t\l, cong CUa qua trinh gian na CD:

nR
y-1

Wco =-(To-Tc)

(2.17)

(Wco < 0 vi h~ th6ng cung dp cong cho ben ngoai)
Cong cua chu trinh:

59


(2.18)

W=WAs+ Wco

Hi~u suiit nhi~t cua chu trinh:

ri=IWI
QI

(2.19)

2. 2. 2. 2. Chu trinh Ii tuimg cua il9ng ca flf chay do nen
p

Q1

Po

(.
A

F

Va

Ve

v

Hinh 2.12: Chu trinh cong tac Ii tuimg cua d9ng ca Diesel
T~i di~m A:

T~i di~m B:

(2.20)
c- y-I

· V - V
PS -- p o"'c- Y '• TS -T
o"'
' Bc

(2.21)

T~i di~m C:
Gia sir M th6ng dm;rc cung d.p m()t luqng nhi~t Qv &
di~u ki~n dfuig tich va Qp di~u ki~n d~ng ap. Dinh lu~t nhi~t d<)ng hQc 1
dugc vi~t nhu sau:

a

Taco:

~Use

=Qv

(2.22)

~Hco

=Qp

(2.23)

Tc= Ts+ Qv

(2.24)

Cv

60

...... i


T~i di~m D:

Tc
Pc =Ps Ts

(2.25)

Vc=Vc

(2.26)

Qp
To =Tc+Cp

(2.27)

Po =pc
To
Vo=VcTc
T~i di~m E:

r
( r

PE =po

(V,+Vh
Vo

TE= To Vc;oVh

,

VE =Ve+ vh

(2.28)

(2.29)

(2.20)
(2.31)

Cong cua qua trinh nen AB:
Vs

WAB =- fpdV

(2.32)

VA

WAB = nR (Ts-TA)
y-1

(2.33)

Cong cua qua trinh gian no ditng ap CD:
Wco = - p(Vo- Ve)

(2.34)

Wco = nR(Tc -To)
Cong cua qua trinh gian no do~ nhi~t DE:

(2.35)

WoE = nR (TE -To)
y-1

(2.36)

W = WAB+ Wen + WoE

(2.37)

Cong cua chu trinh:
Hi~u suAt nhi~t cua chu trinh:

11=

1w1

Qv+Qp

(2.38)

61


2. 2. 2. 3. Chu trinh th1,lC cua d(jng ca a6t trong

Do cac xupap khong ma va dong tuc thai, do do d€ d<;> nang xupap du
lan nh~m tang lugng n~p va lugng thai, chung ta phai ma s&m va dong
mu()n cac xupap.
M~t khac, d€ lqi d\lllg quan tinh cua dong khi d€ tang h~ s6 n~p va
giam h~ s6 khi sot, cac xupap n~p thai cAn duqc dong mu(m sau khi piston
da qua khoi di€m ch~t tren.

p

Po

v
Hinh 2.13: Chu trinh th1,1c cua d(ing ca danh lua cuang hue

Khi b~t dAu danh hra (d6i v6i d<)ng ca danh l\ra cu6ng buc) hay phun
nhien li~u (d6i v6i d()ng ca t\l' chay do nen), h6n hqp nhien li~u-khong khi
cfui co thai gian d€ chu§.n bi cac di~u ki~n Ii hoa cfui thi~t truac khi Mc
chay. Vi v~y, d€ d~t duqc hi~u qua cong tac Ian, chung ta phai danh lfra s&m
hay phun s&m truac khi piston d~n di€m ch~t tren.
Do co t6n thAt ap suAt tren duang n~p va duang thai nen ap suAt cu6i
qua trinh n~p thAp han ap suAt khi trm va ap suAt cu6i qua trinh thai cao han

ap suAt khi trm.
Chinh vi nhfrng Ii do do, chu trinh cong tac th\fc t~ cua d(mg ca khac
Vai chu trinh Ii tuang Vtra nghien Clru.
62

l

I J,

~

·I

I

I

I

i

~ • I ' ~'

'

~


2.3. D{)ng hqc va d{)ng lt}'C hqc CO' ciu tryc khuyu-thanh truy~n
2.3.1. D{jng h{Jc ciia ell cdu tr{lc khuyu-thanh truyin

---- ---------- -------------·-------------- -----1·-'
x
----------- - ----------- ------ --·

ffinh, 2.14: Quan hf hinh h9c ca cdu khuyu tn;tc-thanh truyin

LAy gdc hanh trinh piston la vi tri di~m ch~t tren ctia chdt piston, gQi x
la khoang dich chuy~n ctia piston, ta c6:
x = (L+R)-(Rcosa+LcosJ3)
(2.39)
Vi LsinJ3 = Rsina nen
~-----

cosp~ 1-(~)' sin 2 a
Vi (

sau:

~ )' sin 2 a «

I ni!n bic\u thUc (2.40) c6

cos J3 = 1- _! 'J..2 sin 2 a
2

(2.40)

the\

vic\t g.ln dting nhu
(2.41)

63


A.=R.

trong d6

L

Thay th~ (2.41) vao (2.39) ta c6:

x = (L + R) - R cos a -

L(

1- ~ A. sin a)
2

2

(2.42)

A
,
•
dx da = ro-,
dx trong do, ro l'a toe

A
d o goc
Van toe
cua
piston
v = -dx = ·
dt da dt
da
·
cua tn.ic khuyu (rad/s), ta c6:
A

A

v = ro(Rsina + LA.2 sinacosa)

(2.43)

Bieu tht'.rc (2.43) c6 the vi~t gQn l<;ii thanh:
v = Rro(sin a+ A. sin 2a)
2
•
•
dv dv da
dv d d,
,
. A ,
G1a toe cua piston J = - = - - = ro-, o o ta co:
da
dt da dt

(2.44)

j = Rro 2 (cosa + A.cos2a)

16

(2.45)

T p co)

12

8

4

0-+---+---+---+---+---+--+---+-

0

~

00

00

1W

1~

ffinh 2.15: Biin thien g6c fl theo g6c a

64

J,1, 1.

1~

,


0 ,1
0,08

I

x(m)

0,06
0,04
0,02

0

a(o)

~'---+----+-~+----I----+----+-"---+--=-+

90

0

2

180

270

360

v(m/s)

1,5

0,5
0

-0:~

90

J

-1,5

-2

60

j(m/s~)

40

20

0
180
-20

-40

fflnh 2.16: Biin thien x, v va j theo g6c quay tr1:1c khufu a

65


lflnh 2.17: Phan tich hrc khi tM tac d7,mg !en
ca cdu tr1,1,c khuyu-thanh truyJn
Cac db thi du&i day biSu diSn khoang duemg dich chuySn cua piston
x(m), tf>c d('> CUa piston v(m/s) va gia tf>c cua pistonj(m/s2 ) Ung vcri d('>ng CCY
gia dinh c6 chi~u dai thanh truy~n L = 0,2 m, tay quay tn,ic khu)'u R = 0,05
m va t6c dQ d{)ng CCY 3 000 vong/phut.

2.3.2. D9ng IJ!'C h9c cua cu ciiu trl}C khuyu-thanh truyJn
2.3.2.1. Phan tich hrc khi thi
Ap suftt p cua khi tac dl,lng ten piston c6 thS xem nhu h,rc t6ng hqp P
d~t t~i ch6t piston. Lµc P duqc phan tich thanh hai thanh phftn: Pr d9c theo
thanh truy~n va PN vuong g6c v&i trl)C xi lanh. Lµc PN t~o momen l~t d6i
v&i d('>ng ca. Lµc Pr tac d('>ng ten ch6t khuyu. T~i day, ta c6 thS phan tich Pr

thanh lµc T vuong g6c v&i tay quay va lµc N hu&ng theo tay quay. Lµc T
chinh la lµc t~o momen quay trl)c khuyu va sinh cong.

66

,

I

I

I

",l,1

,al,lk, •.

I•

J.. •I<

I

ill


Taco:

PT =-p-;T =PT sin( a+~) do do

(2.46)

cos~

T = P sin( a + ~)

Dodo:

(2.47)

cos~

1,2
c::l.
<:I)

0

~ 0,8
c::l.

+

t:S
..__,
-~ 0,4

a (o)

o~~-t-~~+--~-+-~----t~~-+-~-+-~~+--~-1

90

-0,4

-0,8

-1,2

Hinh 2. I 8: Biin thien sin(a+ f3)/cos f3 theo a
2.3.2.2. Phan tich hrc quim tinh
Lµc quan tinh g6m hai phfrn: lµc quan tinh chuy~n dQng quay va lµc
quan tinh chuy~n d<)ng tinh ti~n. Khi m<)t v~t co khdi luQ'Ilg M, chuy~n d<)ng
v6i gia tdc j, lµc quan tlnh tac d\}ng vao V~t la:
Pj = m.j

(2.48)

D~ tinh dugc lµc quan tinh tac d<)ng len d9ng ca, chilng ta qui dftn
kh6i luQ'Ilg cac chi ti~t chuy~rt d(mg v~ dftu to va dftu nho thanh truy~n. Kh6i
luQ'Ilg dftu to thanh truyen M 2 g6m khi>i luQ'Ilg ch6t khuyu, kh6i luQ'Ilg thanh
truyen qui dftn v~ dftu to va kh6i luQ'Ilg ma khuyu qui dftn v~ dftu to. Khdi
IUQ'Ilg dftu nho thanh truy~n M1 g6m khiii luQ'Ilg piston va chbt piston, kh6i
luQ'Ilg sec-mang, khi>i luQ'Ilgthanh truyen qui dftn ve dftu nh6.

M2 gay ra lµc quan tinh chuy~n d<)ng quay; M1 gay ra lµc quan tinh
chuy~n d<)ng tinh ti~n.
N~u d(mg ca quay deu v6i tbc d(> co thi lµc quan tinh chuy~n d¢ng
quay la:

67


2

PR =M 2Rro (2.49)
Day la lµc quan tinh li
tam. Lµc nay duqc can bitng
bdng each l~p d6i tr9ng tren
makhuyu.
Lµc quan tinh chuy~n
d(mg tinh ti~n do kh6i luqng
MI chuy~n d{mg vm gia tbc
j = Rro 2 (cosa + A.cos2a) gay
ra. Chfulg ta c6 th~ chia lµc
quan tinh chuy~n d{mg tinh
ti~n thanh hai thanh phAn:

- Lµc quan tinh dp 1:
P.i 1 = M 1Rro 2 cos a

(2.50)

- Lµc quan tinh dp 2:
P.i 2 = M 1Rro 2A.cos2a

(2.51)
lfinh 2.19: Phan tich 11,.rc quan tinh tac
a(Jng !en ca cdu tr1,1c khuyu-thanh truy~n

Xet dAu h,rc quan tinh cap I

Xet d!u h,rc quan tinh

dp 2

lfinh 2. 20: Qui tdc xet ddu htc quim tinh cdp 1 va cdp 2

D6i v6i lµc quan tinh dp I, ta c6 th~ chia vong tron quay cl.ta ch6t
khu)'u thrum hai nua, nua tren va nua du&i. Khi ch6t khu}'u a vi tri nua tren,
cosa c6 gia tr} duang, do do Pj 1>0. Khi chi>t khuyu a vi tri nua du&i, cosa
c6 gia ttj fun , do d6 Pj 1<0.
68


30

20

10

-10

-20

-30

ffinh 2.21: Biin thien cac thanhphdn l1:1c quari tinh tjnh tiirltheo goc quay
tr1,Jc khuyu (dQng ca co L = 0,2 m, R = 0,05 m: n = 3000 vong/phut,

.

M1

=

0,5 kg)

Tuang ti,r nhu v~y, Qbi vm li,rc quan tinh cap 2, ta co th€ chia vong
tron quay chAt ~uyu thrum 4 phfut (hinh 2.20). Khi ch6t khuyu nb trong
hai pMn tu vong tron g1:1ch d~, li,rc quan tinh cip 2 G6 gia tri du~g. Khi
ch6t khuyu nb trong hai phfut tu vong tron con I1:1i, li,rc quan tinh cap 2 co
gia tri fun.
Cac li,rc quan tinh nay lam cho d()ng CCJ mat.can bkg trong qua trinh
lam vi~c. Vi~c can bkg li,rc quan tinh chuy~n d()ng tjnh ti€n dugc thi,rc hi~n
bkg d6i tr<;mg, chkg h~ CCJ c!u Lanchester d~ can bkg h,rc quan tinh d6i
vm d<)n~ ca 1 xi lan,h .. 1;)6i vm d(:mg ca nhi~u ~i lanh, ngum ta b6 tri vj tri
tuang doi cua cac xi {anh va chQn thu ti,r lam vi~c thich hgp. sao cho cac li,rc
quan tinh nay tri~t tieu'ldn nhau.
1

·..

'

'·

"

-·

•'..

2.3.2.3. Can bang l1:1c quaritinh-chuydn d(mg tinh tiin
- Goe l~h tf\lc khuyu: la gocl~chgitlahaLkhuyu lam vi~c Ii~ ti€p.

Goe l~ch tf\lc khuyu dugc xac dinh theo bi€u thuc:
!.:

.L...

.uk -

i.180°
n

(2.52)

trong do i la s6 ki, n la s6 xi lanh cila d()ng ca.·

69


- Thu w lam vi~c: Cac xi lanh d{mg ca dugc qui u&c theo s6 thu tµ tir
l den n tir d~u d<)ng ca. Thu tµ lam vi~c la thu tl! n6 cua cac xi lanh.
Sau day la m('>t vi d\l v~ thu tµ lam vi~c va can b~ng lµc quan tinh cua
d('>ng CCY.
Cho m('>t d<)ng CCY 4 ki, 4 xi lanh, thu tµ lam
b~g llJC quan tfnh CUa d(>ng CCY nay.

vi~c

la 1,3,4,2. Xet can

G6c l~ch tn.ic khuyu cua d<)ng ca:

Thu tµ lam vi~c

Bang 2.1: Thu 11! lilm

8k = 4.1800 1800
4
cua d<)ng ca cho a bang 2.1.
vi~c

cua il9ng ca 4 xi lanh

Xi lanh

Qua trinh cong tac
N~p

Thai
N~p

2
3

N~p

4

Thai

N~p

l

t

t

t

Hinh 2.22: Thanh phdn flfc quan tinh Pji va P12 cita il9ng ca 4 xi lanh

70

I ,,

~

I

I"

, I

I

j


K~t qua xet dAu h,rc quan tinh cho tren hinh 2.22, ta co:
l:Pj1 =0

l:Pj 2 = 4M 1Rro 2 A.cos2a.
l:Mj1 =0
l:Mµ =0
Nhu v~y, trong truemg hqp d(>ng ca 4 ki, 4 xi lanh lam vi~c theo thu t\l
1-3-4-2, chi co 11,lc quan tinh cip 2 la khong dugc can biuig.
2.4. Tinh nang cua c19ng CO'
1.4.1. Hifu sutit 4png ca
Hi~u suAt d{mg ca xang sir dl)Jlg tren 6 to khoang 37% khi chuy~n dbi
hoa nang cua nhien li~u thanh Cth~ h~ truac day, hi~u suAt con thAp hem nhi~u do tf>n thAt nang lugng 16n
(hinh 2.23 ). Hinh 2.24 gim thi~u can Mng nhi~t ciia d{mg ca danh lira cufmg
hue ngay nay. D(>ng ca diesel c6 hi~u suAt cao hem d(>ng ca xang khoang
30-35%.
N~u chfulg ta xet chu trinh Ii thuy~t Carnot vm nhi~t d{> chay ciia xang
la 2300 K va nhi~t d925K thi hi~u smit nhi~ cua d(>ng ca la 59%. Hi~u suAt cao nhAt d~t duqc
hi~n nay la 52% a dC<Y drum lira CUOng buc ch~y bing cfin vm ti sf> nen 12:} CO th~ d~t duqc
hi~u suAt 52,5%.
50

40

~30

-~
:I

•

:::J

~

::r

20

10

Q+-~~-;-~~---+~~~+-~~-+-~~---+~~~

1900

1920

1940

1960

198G

2020

Nim

Hinh 2.23: Biin thien hi~u sudt cw d~ng ca xiing theo thin gian

71