Bài giảng các chi tiêu về tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ đốt trong

Khái quát về động cơ đốt trongƯu nhược điểm và lĩnh vực sử dụng ĐCĐTPhân loại ĐCĐTĐại cương về nguyên lý hoạt động của ĐCĐTKhái quát về động cơ đốt trongƯu nhược điểm và lĩnh vực sử dụng ĐCĐTPhân loại ĐCĐTĐại cương về nguyên lý hoạt động của ĐCĐT

Chương IV

CÁC CHỈ TIÊU VỀ TÍNH NĂNG

KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Các chỉ tiêu chính

+ Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

* Các chỉ tiêu năng lượng đặc trưng cho tính kỹ thuật của động cơ, bao gồm:

- Tốc độ quay của động cơ

- Áp suất chỉ thị và áp suất có ích trung bình

- Công suất

- Mô men quay

* Các chỉ tiêu so sánh dùng để so sánh các động cơ khác nhau về kết cấu, sử

dụng, hiệu quả sử dụng năng lượng và cường độ làm việc của động cơ, gồm:

- Tốc độ quay của động cơ

- Vận tốc trung bình của piston

- Áp suất chỉ thị và áp suất có ích trung bình

- Hiệu suất

- Suất tiêu hao nhiên liệu

- Ứng suất nhiệt, cơ

* Các chỉ tiêu sử dụng có liên quan đến độ tin cậy, độ ồn, mức độ tự động hoá,

tuổi thọ của động cơ

- Tốc độ quay của động cơ (n)

số vòng quay của trục khuỷu trong một đơn vị thời gian (v/ph, v/s)

Tốc độ quay định mức (n n ): là tốc độ quay do nhà chế tạo định ra, ứng với công

suất định mức trong điều kiện chịu tải bằng mômen định mức

Tốc độ quay sử dụng (n d ):

e – mức độ sử dụng công suất động cơ

.Tốc độ quay cực đại (n max ): là tốc độ quay lớn nhất cho phép động cơ làm việc

trong khoảng 1giờ Thông thường nmax = 1,1.nn, (=110% nn)

Tốc độ quay cực tiểu (n min ): là tốc độ quay nhỏ nhất mà ở đó động cơ còn có

thể làm việc ổn định

Tốc độ quay khởi động (n kđ ) là tốc độ quay nhỏ nhất mà ở đó có thể khởi động

được động cơ

- Vận tốc trung bình của piston (Cm)

Cm là một trong các chỉ tiêu đánh giá

cường độ làm việc và tuổi thọ của động cơ

- Mô men quay của động cơ

Me - Mô men quay của động cơ, (kN.m)

Ne - Công suất có ích của động cơ, (kW)

n - Tốc độ quay của động cơ, (vg/ph)

+ Công suất chỉ thị

- Áp suất chỉ thị:

pi Áp suất chỉ thị trung bình (N/m2)

F Diện tích của đồ thị công hay đồ thị chỉ thị, được

giới hạn giữa đường cong nén và cháy giãn nở, (mm2)

L Chiều dài của đồ thị công (mm)

m Tỷ lệ xích áp suất của đồ thị công (N/m2/mm)

- Công suất chỉ thị:

pi Áp suất chỉ thị trung bình (N/m2)

Vh Thể tích làm việc của một xylanh (m3)

n Số vòng quay của động cơ (vg/ph)

τ Số kỳ của động cơ

Công suất chỉ thị của động cơ nhiều xi lanh

i số xi lanh

(Nm/s)

(kW)

Thông số chỉ thị

+ Hiệu suất chỉ thị

Li – Công chỉ thị (J);

Gnl – Lượng nhiên liệu tiêu hao (m3,kg);

QH – Nhiệt trị của nhiên liệu (J/m3, J/kg)

Động cơ xăng ηi = 0,2 - 0,35 Động cơ diesel ηi = 0,38 - 0,50

+ Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

G nl Lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ (kg/h);

N i – Công suất chỉ thị (kW)

Động cơ xăng: gi = 140 - 180; g/kW.h;

hay: gi = 190 - 250; g/ml.h;

Động cơ diesel: gi = 96 - 125; g/kW.h;

hay: gi = 130 - 160; g/ml.h;

+ Cụng suất cú ớch

Cụng suất hao tổn

p m - Áp suất tổn thất cơ học trung bỡnh, là một phần của ỏp suất chỉ thị trung bỡnh được tiờu hao cho tổn thất cơ học (N/m2)

Áp suất cú ớch trung bỡnh

Hiệu suất cơ học

Thụng số cú ớch

áp suất tổn thất cơ khí p m thông th ờng đ ợc xác định −ờng đ−ợc xác định −ờng đ−ợc xác định bằng thực nghiệm và phụ thuộc bậc nhất vào tốc độ trung bình của piston c m

a, b là cỏc hằng số thực nghiệm

+ Hiệu suất có ích

Le – Công có ích (J)

Gnl – Lượng nhiên liệu tiêu hao (m3, kg)

QH – Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (J/ m3,J/kg)

Động cơ xăng ηe = 0,18 - 0,30 ; Động cơ xăng ηe = 0,27 - 0,42 ;

+ Suất tiêu hao nhiên liệu có ích

Gnl: Lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ (kg/h)

Ne – Công suất hữu ích (kW)

Động cơ xăng: ge = 150 - 240; g/kW.h;

hay: ge = 210 - 280; g/ml.h;

Động cơ diesel: ge = 110 -150; g/kW.h;

hay: ge = 160 - 210; g/ml.h;

+ Chỉ tiêu cường độ làm việc của động

cơ

- Công suất lít Nl là công suất ứng với một

đơn vị thể tích công tác của động cơ

- Công suất piston NF là công suất ứng

với một đơn vị diện tích đỉnh piston

Ne - Công suất có ích của động cơ, kW

Vh - Thể tích công tác của một xylanh, lít

Fp - Diện tích đỉnh piston, dm2

pe - Áp suất có ích trung bình

n - Tốc độ quay của động cơ, vg/ph

Cm- Vận tốc trung bình của piston

i - Số xylanh

z - Số kỳ của động cơ

C1, C2 - Hệ số

+ Chỉ tiêu về phụ tải nhiệt

Phụ tải nhiệt có liên quan đến lượng nhiệt toả ra trong không gian xylanh, nhiệt độ, ứng suất nhiệt và sự biến dạng vì nhiệt trong các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với môi chất công tác có nhiệt độ cao

- Nhiệt lượng toả ra trong một chu trình công tác

gct : lượng nhiên liệu cung cấp (kg/ct)

QH : nhiệt trị thấp (kJ/kg)

x = f(φ)- hệ số toả nhiệt Tốc độ tỏa nhiệt trong buồng cháy

ט- Chỉ số Poisson

ΔT - Độ chênh lệch nhiệt độ trong vách

- Nhiệt độ các chi tiết của động cơ

Nhiệt độ đỉnh piston lớn nhất cho phép:

tmax < 350 C đối với piston làm bằng hợp kim nhôm

tmax < 450 C đối với piston làm bằng gang

Nhiệt độ đầu vòi phun phải thấp hơn 180 C để ngăn ngừa hiện tượng kẹt kim phun Nhiệt độ trên mặt gương xylanh không quá cao để có thể phát huy điều kiện bôi trơn nhưng cũng không được thấp hơn điểm sương của khí thải (hình thành axit)

+ Các tổn thất cơ khí

Công suất tiêu tốn để khắc phục ma sát giữa các chi tiết vận động của động cơ (ma sát giữa piston- xylanh, cổ trục- bạc lót ) và tổn thất cho các cơ cấu phụ (bơm nước, bơm dầu, quạt gió, máy phát)

- Chuyển động cho quạt gió: 13,15%

- Chuyển động cho bơm nước: 2,37%

- Cơ cấu truyền lực tới quạt: 2,26%

- Chuyển động cho bơm dầu nhờn: 2,47%

- Chuyển động cho máy phát điện (kể cả cơ cấu truyền lực): 2,23%

- Chuyển động cho bơm nhiên liệu: 1,13%

- Chuyển động cho cơ cấu phân phối khí: 2,37%

- Ma sát ở cơ cấu biên tay quay: 74,12%, trong đó:

Tổn thất ma sát qua piston-xylanh: 24,1%

Tổn thất ma sát qua xécmăng- xylanh: 25,6%

Tổn thất qua cổ trục- ổ trục: 5,6%

Tổn thất qua cổ biên- ổ trục: 9,4%

- Trọng lượng thể tích của động cơ (g lit )

glit là chỉ số hoàn hảo của sự cấu tạo, quy trình

chế tạo động cơ và ứng dụng vật liệu

Động cơ xăng của ô tô con: (45-90) kg/lít

Động cơ xăng ô tô vận tải: (50-100) kg/lít

Động cơ diesel ô tô: (65-150) kg/lít

Động cơ diesel máy kéo: (100-230) kg/lít

- Trọng lượng riêng của động cơ

Động cơ xăng ô tô (1,5-5,0) kg/ ml Động cơ diesel ô tô (3,5-10,0) kg/ml Động cơ diesel máy kéo (8-25,0) kg/ ml

+ Xác định các kích thước cơ bản của động cơ

Các thông số cần xác định: Vh, S, D

Giá trị pe được xác định trên cơ sở các tài liệu thí nghiệm động

cơ mẫu hoặc bằng phương pháp tính toán nhiệt, các giá trị số

kỳ τ; số xylanh i và số vòng quay n được lựa chọn theo các điều kiện thực tế

- Chọn số kỳ làm việc của động cơ

Động cơ xăng hai kỳ công suất nhỏ sử dụng hạn chế trên mô tô xe máy, không

sử dụng trên động cơ ô tô con và ô tô vận tải Động cơ diesel 2 kỳ có bơm thổi

đặc biệt (máy nén) có thể sử dụng trên những động cơ có công suất lớn Động cơ

xăng và động cơ diesel 4 kỳ được sử dụng phổ biến trên ô tô, máy kéo

- Chọn số xilanh

Dựa trên các căn cứ: với cùng một công suất của động cơ khi tăng số xylanh, đường kính của chúng sẽ giảm Cho phép động cơ tăng tỷ số nén, tăng tính tiết kiệm, độ cân bằng và ổn định của động cơ tăng lên, trọng lượng của các chi tiết chuyển động giảm,

có thể đạt số vòng quay cao và do đó công suất thể tích lớn hơn, trọng lượng

riêng giảm xuống Nhưng khi tăng số xylanh thì việc sửa chữa động cơ sẽ phức tạp hơn và giá thành chế tạo và sửa chữa cao hơn

- Tỷ số S/D

Tỷ số S/D nằm trong giới hạn từ 0,8 - 1,35 Các động cơ có số vòng quay và tải trọng sử dụng lớn thì động cơ có tỷ số S/D gần giới hạn dưới

Cõn bằng nhiệt

• Tính những tổn thất nhiệt, trên cơ sở đó tìm các biện pháp giảm các tổn thất

để dùng nhiệt vào việc có ích

• Kết quả cân bằng nhiệt làm cơ sở tính và thiết kế các hệ thống phụ trợ nh hệ ường được xác định

thống làm mát, hệ thống bôi trơn và hệ thống tăng áp dùng tuốc bin khí thải

Cân bằng nhiệt đ ợc xác định bằng thực nghiệm, đo trực tiếp trên băng thử công ường được xác định suất động cơ Tại mỗi chế độ làm việc ổn định và tính trong một đơn vị thời gian, cân bằng nhiệt có dạng:

-Qo: nhiệt lượng của nhiờn liệu Qo = QHGnl

-Qe: Nhiệt lượng tương ỳng với cụng suất cú ớch Qe = Ne

-Qlm: Nhiệt lượng truyền cho mụi chất làm mỏt Qlm = GnCn(tnr – tnv)

Với Gn là l u l ợng n ớc làm mát (kg/s); Cn là nhiệt dung riêng của n ớc, ường được xác định ường được xác định ường được xác định ường được xác định

có thể lấy Cn = 4,186 J/kgoC; tnr là nhiệt độ n ớc ra khỏi động cơ và tnv là ường được xác định nhiệt độ n ớc vào động cơường được xác định

-Qth: nhiệt lượng do khớ thải mang đi

-Qd: nhiệt lượng do dầu bụi trơn mang đi

Với Gd là l u l ợng dầu làm mát; Cd là nhiệt dung riêng của dầu; tdr là nhiệt ường được xác định ường được xác định

độ dầu ra khỏi động cơ và tdv là nhiệt độ dầu vào động cơ

- Qch: nhiệt lượng của phần nhiên liệu chưa cháy

Khi α>1 thì Qch được tính vào Qcl

α<1 thì

-Qcl: nhiệt lượng còn lại gồm nhiệt trao đổi bằng đối lưu, bức xạ với môi trường

và nhiệt lượng tương ứng với động năng của khí thải

Cân bằng nhiệt thể hiện dưới dạng không thứ nguyên