giao trinh dong co dot trong phan 1

Lý thuyết động đốt Chơng tổng quan động đốt 1.1 định nghĩa phân loại động đốt Động loại máy có chức bién đổi dạng luợng thành Tuỳ thuộc vào dạng luợng đầu vào điện năng, nhiệt năng, thuỷ năng,v.v nguời ta phân loại động thành động điện, động nhiệt, động thuỷ lực,v.v Động đốt loại động nhiệt, tức loại máy có chức bién đổi nhiệt thành Các loại động nhiệt phổ biến không đuợc cung cấp nhiệt từ bên cách trực tiếp mà đuợc cung cấp nhiên liệu, sau nhiên liệu đuợc đốt cháy để tạo nhiệt Căn vào vị trí đốt nhiên liệu, nguời ta chia loại động nhiệt thành hai nhóm : động đốt động đốt động đốt trong, nhiên liệu đuợc đốt cháy trực tiếp không gian công tác động diễn trình chuyển hoá nhiệt thành động đốt ngoài, nhiên liệu đuợc đốt cháy lò đốt riêng biệt để cấp nhiệt cho môi chất công tác (MCCT), sau MCCT đuợc dẫn vào không gian công tác động để thực trình chuyển hoá nhiệt thành Theo cách phân loại nhu loại động có tên thuờng gọi nhu : động xăng, động diesel, động piston quay, động piston tự do, động phản lực, turbine khí đuợc xếp vào nhóm động đốt ; động nuớc kiểu piston, turbine nuớc, động Stirling thuộc nhóm động đốt Tuy nhiên, tài liệu chuyên ngành, thuật ngữ "Động đốt trong" (Internal Combustion Engine) thuờng đuợc dùng để riêng loại động ®èt cỉ ®iĨn cã c¬ cÊu trun lùc kiĨu piston-thanh truyền-trục khuỷu, piston chuyển động tịnh tiến qua lại xylanh động Các loại động đốt khác thuờng đuợc gọi tên riêng , ví dụ : động piston quay (Rotary Engine), động piston tự (Free - Piston Engine), động phản lực (Jet Engine), turbine khí ( Gas Turbine) Trong giáo trình này, thuật ngữ động đốt (viết tắt : ĐCĐT) đuợc hiểu theo quy uớc nói ĐCĐT đuợc phân loại theo tiêu chí khác (Bảng 1-1) Căn vào nguyên lý hoạt động, chia ĐCĐT thành loại : động phát hoả tia lửa , động diesel , động kỳ động kỳ Động phát hoả tia lửa (Spark Ignition Engine) loại ĐCĐT hoạt động theo nguyên lý : nhiên liệu đuợc phát hoả tia lửa đuợc sinh từ nguồn nhiệt bên không gian công tác xylanh Chúng ta gặp kiểu động phát hoả tia lửa với tên gọi khác nhau, nhu : động Otto , động carburetor, động phun xăng, động đốt cháy cuỡng bức, động hình thành hỗn hợp cháy từ bên , động xăng, động gas, v.v Nhiên liệu dùng cho động phát hoả tia lửa thuờng loại lỏng dễ bay hơi, nhu : xăng, alcohol, benzol , khí hoá lỏng ,v.v khí đốt Trong số nhiên liệu kể trên, xăng loại đuợc sử dụng phổ biến từ thời kỳ đầu lịch sử phát triển loại động đến Vì vậy, thuật ngữ "động xăng" thuờng đuợc dùng để gọi chung kiểu động chạy nhiên liệu lỏng đuợc phát hoả tia lửa, động ga - động chạy nhiên liệu khí đuợc phát hoả tia lửa Động diesel (Diesel Engine) loại ĐCĐT hoạt động theo nguyên lý : nhiên liệu tự phát hoả đuợc phun vào buồng đốt chứa không khí bị nén đến áp suất nhiệt độ đủ cao Nguyên lý hoạt động nhu ông Rudolf Diesel - kỹ su nguời Đức - đề xuất vào năm 1882 nhiều nuớc, động diesel đuợc gọi động phát hoả cách nén (Compression Ignition Engine) Động kỳ - loại ĐCĐT có chu trình công tác đuợc hoàn thành sau hành trình piston Động kỳ - loại ĐCĐT có chu trình công tác đuợc hoàn thành sau hành trình piston Bảng 1.1 Phân loại tổng quát động đốt Tiêu chí phân loại Phân loại - Động chạy nhiên liệu lỏng dễ bay nhu : xăng, alcohol, benzol, v.v Động chạy nhiên liệu lỏng khó bay hơi, nhu : gas oil, mazout, v.v Động chạy khí đốt - Động phát hoả tia lửa Động diesel Động semidiesel Loại nhiên liệu - Phuơng pháp phát hoả nhiên liệu Cách thức thực chu trình công tác - Động kỳ Động kỳ Phuơng pháp nạp khí vào không gian công tác - Động không tăng áp Động tăng áp - Động hàng xylanh ; động hình ; hình chữ V, W, H, Động có xylanh thẳng đứng, ngang, nghiêng Theo tính - Động thấp tốc, trung tốc cao tốc Động công suất nhỏ, trung bình lớn Theo công dụng - Động xe giới đuờng Động thuỷ Động máy bay Động tĩnh Đặc điểm kết cấu 1.2 số thuật ngữ khái niệm thông dụng 1) Tên gọi số phận 14 H.1-1 Sơ đồ cấu tạo động diesel kỳ 1234567891011121314- Lọc không khí ống nạp Xupap nạp Xupap xả ống xả Bình giảm Nắp xylanh Xylanh Piston Xecmang Thanh truyền Trục khuỷu Cacte Vòi phun nhiên liƯu 10 11 13 12 2) §iĨm chÕt, Điểm chết trên, Điểm chết duới Điểm chết - vị trí cấu truyền lực, dù tác dụng lên đỉnh piston lực lớn không làm cho trục khuỷu quay Điểm chết (ĐCT) - vị trí cấu truyền lực, piston cách xa trục khuỷu Điểm chết duới (ĐCD) - vị trí cấu truyền lực, piston gần trục khuỷu 3) Hành trình piston ( S ) - khoảng cách ĐCT ĐCD 4) Không gian công tác xylanh - khoảng không gian bên xylanh đuợc giới hạn : đỉnh piston, nắp xylanh thành xylanh Thể tích không gian công tác xylanh (V) thay ®ỉi piston chun ®éng 5) Bng đốt (VC) - phần không gian công tác xylanh piston ĐCT 6) Dung tích công tác xylanh (VS ) - thể tích phần không gian công tác xylanh đuợc giới hạn hai mặt phẳng vuông góc với đuờng tâm xylanh qua §CT , §CD : π ⋅ D2 VS = ⋅S (1.1) ®ã : D - ®ng kÝnh cđa xylanh S - hành trình piston V V V S §CT §CD §CT §CD a) b) c) H 1-2 ĐCT, ĐCD thể tích không gian công tác xylanh 7) Tû sè nÐn (ε ) - Tû sè thể tích lớn không gian công tác xylanh (Va) thể tích buồng đốt (Vc) ε= Va VS + VC = VC VC (1.2) 8) Môi chất công tác (MCCT) - Chất có vai trò trung gian trình biến đổi nhiệt thành giai đoạn khác chu trình công tác, MCCT có thành phần, trạng thái khác đuợc gọi tên khác nhu khí mới, sản phẩm cháy, khí thải, khí sót , hỗn hợp cháy, hỗn hợp khí công tác Khí - (còn gọi Khí nạp) - khí đuợc nạp vào không gian công tác xylanh qua cửa nạp động diesel, khí không khí ; động xăng, khí hỗn hợp không khíxăng Sản phẩm cháy - chất đuợc tạo thành trình đốt cháy nhiên liệu không gian công tác xylanh, ví dụ : CO2 , H2O , CO , SO2 , NOx , v.v Khí thải - hỗn hợp chất đuợc thải khỏi không gian công tác xylanh sau dãn nở để sinh Khí thải động đốt gồm có : sản phẩm cháy, nitơ (N2) oxy (O2) du Khí sót - phần sản phẩm cháy sót lại không gian công tác xylanh sau cấu xả đóng hoàn toàn Hỗn hợp cháy (HHC) - hỗn hợp nhiên liệu không khí Hỗn hợp khí công tác - hỗn hợp nhiên liệu - không khí - khí sót 9) Quá trình công tác - trình thay đổi trạng thái thành phần MCCT xylanh diễn giai đoạn chu trình công tác 10) Chu trình công tác (CTCT) - tổng cộng tất trình công tác diễn khoảng thời gian tuơng ứng với lần sinh công xylanh 11) Đồ thị công - đồ thị biểu diễn thay đổi áp suất MCCT xylanh theo thể tích không gian công tác theo gãc quay cđa trơc khủu p z c cf r a 00 1800 §CT §CD 3600 §CT b r 5400 7200 §CD ϕ §CT p z H 1-3 §å thị công động kỳ c cf r Vs ĐCT b a V ĐCD 1.3 phận ĐCĐT Tuy có hình dáng bên ngoài, kích thuớc số luợng chi tiết khác nhau, nhung tất ĐCĐT có phận hệ thống sau : 1) 2) 3) 4) 5) 6) Bé khung HƯ thèng trun lực Hệ thống nạp - xả Hệ thống nhiên liệu Hệ thống bôi trơn Hệ thống làm mát 7) Hệ thống khởi động Ngoài ra, số động có thêm hệ thống điện, hệ thống tăng áp, hệ thống cảnh báo-bảo vệ ,v.v 1.3.1 khung động Bộ khung bao gồm phận cố định có chức che chắn nơi lắp đặt phận khác động Các phận khung §C§T bao gåm : n¾p xylanh , khèi xylanh , cacte nắp đậy, đệm kín, bulông, v.v H 1-4 Bộ khung ĐCĐT 1- Nắp xylanh 2- Khối xylanh 3- Cacte 4- Cacte duới 1.3.1.1 Nắp xylanh Nắp xylanh chi tiết đậy kín không gian công tác động từ phía nơi lắp đặt số phận khác động nhu : xupap, đòn gánh xupap, vòi phun buji, ống góp khí nạp, ống góp khí thải, van khởi động, v.v Nắp xylanh thuờng đuợc chế tạo từ gang hợp kim nhôm phuơng pháp đúc Nắp xylanh gang bị biến dạng so với nắp xylanh hợp kim nhôm, nhung nặng dẫn nhiệt Động nhiều xylanh có nắp xylanh chung cho tất xylanh nhiều nắp xylanh riêng cho số xylanh Nắp xylanh riêng có uu điểm dễ chế tạo, tháo lắp, sửa chữa bị biến dạng Nhuợc điểm nắp xylanh riêng khó bố trí bulông để liên kết nắp xylanh với khối xylanh, khó bố trí ống nạp ống xả so với nắp xylanh chung a) b) H 1-5 Nắp xylanh a) Nắp xylanh chung b) Nắp xylanh riêng 1.3.1.2 khối xylanh Các xylanh động nhiều xylanh thuờng đuợc đúc liền thành khối gọi khối xylanh Mặt mặt duới khối xylanh đuợc mài phẳng để lắp vào nắp xylanh cacte Vách xylanh đuợc doa nhẵn, thuờng gọi mặt guơng xylanh Vật liệu để đúc khối xylanh thuờng gang hợp kim nhôm Một số loại động công suất lớn có khối xylanh đuợc hàn từ thép Xylanh động đuợc làm mát không khí có cánh tản nhiệt để tăng khả thoát nhiệt Động đuợc làm mát nuớc có khoang khối xylanh để chứa nuớc làm mát 1.3.1.3 lót xylanh a) b) H 1-6 Lót xylanh a) Lót xylanh động kỳ b) Xylanh động đuợc làm mát không khí Lót xylanh phận có chức dẫn huớng piston với mặt duới nắp xylanh đỉnh piston tạo nên không gian công tác xylanh Trong trình động hoạt động, mặt guơng xylanh bị mài mòn piston xecmang Tiết diện tròn mặt guơng xylanh bị mòn thành tiết diện hình bầu dục làm cho độ kín không gian công tác bị giảm sút sau thời gian làm việc, Biện pháp khắc phục doa lại cho tròn Nếu lót xylanh đuợc đúc liền với khối xylanh ( H 1-7a) phải thay khối sau vài lần doa đuờng kính xylanh lớn thành xylanh mỏng Vì vậy, lót xylanh thuờng đuợc chế tạo riêng lắp vào khèi xylanh (H 1-7b, c) Cã thĨ ph©n biƯt loại lót xylanh : lót xylanh khô lót xylanh uít a) b)b) m c) d D h d) H 1-7 Thân động lót xylanh a) Lót xylanh đúc liền với khối xylanh b) Lót xylanh khô c) Lãt xylanh t d) §Ưm cao su kÝn nc • Lãt xylanh kh« (H 1-7b) - kh«ng tiÕp xóc trực tiếp với nuớc làm mát Phuơng án sử dụng lót xylanh khô có uu điểm khối xylanh cứng vững hơn, nhung yêu cầu độ xác cao gia công bề mặt lắp ráp lót khèi xylanh • Lãt xylanh t (H 1-7c) - tiÕp xúc trực tiếp với nuớc làm mát Phần duới lót xylanh có vòng cao su ngăn không cho nc lät xng cacte (H 1-7d) 10 so s¸nh c¸c chu trình lý thuyết ĐCĐT Chu trình cấp nhiệt đẳng tích chu trình lý thuyết động xăng , chu trình cấp nhiệt đẳng áp chu trình lý thuyết động diesel dùng không khí nén để phun nhiên liệu vào buồng đốt Sau phát minh làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị phun nhiên liệu thuỷ lực, loại động diesel với cách phun nhiên liệu không khí nén bị loại dần Động diesel hoạt động sở chu trình cấp nhiệt hỗn hợp Dới so sánh chu trình cấp nhiệt đẳng tích cấp nhiệt hỗn hợp phơng diện hiệu kinh tế, tức so s¸nh hiƯu st lý thut cđa chóng Víi tû sè nén () lợng nhiệt chu trình (Q1) nh lợng nhiệt thải (Q2) chu trình cấp nhiệt đẳng tích nhỏ so với chu trình cấp nhiệt hỗn hợp lợng tơng đơng với phần gạch chÐo (bc - bv - m - n - bC) H 2-9a Điều có nghĩa phần nhiệt lợng đợc biến đổi thành chu trình cấp nhiệt đẳng tích lớn hay hiệu suất nhiệt cao Trong thực tế, động xăng hoạt động với tỷ số nén thấp (X = ữ 12), động diesel phải hoạt động với tỷ số nén cao nhiều (D = 14 ữ 20) Vì vậy, hoạt động sở chu trình nhiệt động có hiệu kinh tế thấp hơn, nhng động diesel lại có hiệu suất nhiệt cao động xăng a) b) zv p p zc zc zv y y bv c bv bc bc cc cv a a h m n h S H 2-9 So s¸nh chu trình cấp nhiệt đẳng tích chu trình cấp nhiệt hỗn hợp đồ thị T - S a) Cùng tỷ số nén () lợng nhiệt chu trình (Q1) b) Cùng áp suất cực đại (pz) lợng nhiệt chu trình (Q1) - Lý thuyết ĐCĐT - 60 m n S Trên quan điểm thực tế, phải so sánh chu trình điều kiện áp suất cực đại (pz) lợng nhiệt chu trình (Q1) nh H 2-9b thĨ hiƯn c¸ch so s¸nh vËy Chóng ta thấy chu trình cấp nhiệt đẳng tích (a - cv - zv - bv - a) cã tû số nén nhỏ lợng nhiệt nhả (tơng ®ư¬ng diƯn tÝch bv - a - h - n - bv) lớn so với chu trình cấp nhiệt hỗn hợp (a - cc - y - zc - bc - a) Như vËy, nÕu cã ¸p suÊt cùc đại lợng nhiệt chu trình nh chu trình cấp nhiệt hỗn hợp có hiệu suất nhiệt cao chu trình cấp nhiệt đẳng tích - Lý thuyết ĐCĐT - 61 2.2 tính kỹ thuật động đốt Tính kỹ thuật động thuật ngữ đợc dùng để biểu đạt mức độ hiệu thực chức động Có thể định lợng tính kỹ thuật ĐCĐT nhóm thông số sau : tốc độ, tải hiệu suất 2.2.1 tốc độ động 1) Tốc độ quay ( n ) - số vòng quay trục khuỷu đơn vị thời gian Đơn vị thờng dùng tốc độ quay vòng/phút , viết tắt [vg/ph ] [rpm] Tốc độ quay ĐCĐT thờng thay đổi trình động hoạt động, tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc yêu cầu ngời vận hành động Cần phân biệt số khái niệm liên quan đến tốc độ quay sau : Tốc độ quay danh nghÜa ( nn ) - tèc ®é quay nhà chế tạo định sở để xác định công suất danh nghĩa, để tính toán kích thớc động cơ, để lựa chọn chế độ làm việc hợp lý, v.v Tốc ®é quay cùc ®¹i ( nmax ) - tèc ®é quay lớn mà nhà chế tạo cho phép sử dụng khoảng thời gian xác định mà động không bị tải Tốc độ quay cực tiĨu ( nmin ) - tèc ®é quay nhá nhÊt, động hoạt động ổn định Tốc độ quay ứng với công suất cực đại (nN) Tốc độ quay ứng với momen quay cực đại (nM) Tốc độ quay ứng với suất tiêu thụ nhiên liệu nhỏ (ng) Tốc độ quay khëi ®éng ( nk ) - tèc ®é quay nhỏ nhất, khởi động đợc động Tốc độ quay sử dụng ( ns ) - tốc độ quay đợc ngời thiết kế tổ hợp động - máy công tác khuyến cáo sử dụng để vừa phát huy hết tính động vừa đảm bảo độ tin cậy tuổi bền cần thiết Bảng 2-1 Tốc độ quay động ôtô thờng gặp Tốc độ quay [rpm] Động xăng Động c¬ diesel nn 3000 - 6000 2000 - 4000 n.min 300 - 600 350 - 700 n.max (1.05 - 1.10) nn (1.05 - 1.07) nn nM ( 0.4 - 0.6 ) nn ( 0.5 - 0.7 ) nn n2 ( 1.7 - 2.0 ) nn ( 1.4 - 1.6 ) nn - Lý thuyÕt §C§T - 62 Ne Me ge nM nmin nmaxT n nmax ng nn nN H 2-10 Các điểm đặc trng đặc tính tốc độ §C§T 2) VËn tèc trung b×nh cđa piston ( Cm ) Cm = S ⋅n 30 (2.21) ®ã Cm - vËn tèc trung b×nh cđa piston, [m/s] S - hành trình piston, [m] n - tốc độ quay động cơ, [rpm] Tốc độ thông số tính đánh giá số chu trình công tác đợc thực đơn vị thời gian đặc trng cho "tính cao tốc" động cơ, bao hàm hàng loạt tính chất vận hành, nh : cờng độ làm việc, cờng độ hao mòn bề mặt ma sát, phụ tải phụ tải nhiệt, v.v Căn vào tốc độ, ĐCĐT đợc phân loại thành : động thấp tốc, trung tốc cao tốc Cả tốc độ quay (n) vận tốc trung bình piston (Cm) đợc dùng làm tiêu chí để đánh giá tính cao tốc Tuy nhiên, Cm đợc coi số đánh giá tính cao tốc động cách xác hơn, có liên quan cách trực tiếp đến tính chất vận hành nói Cần lu ý rằng, việc định giới hạn tốc độ để xếp động cụ thể vào loại thấp, trung cao tốc mang tính chất tơng đối, ví dụ : động thuỷ có tốc độ quay 2000 rpm thuộc loại cao tốc, nhng động ôtô với tốc độ quay thuộc loại trung thấp tốc Đối với động thuỷ, tham khảo cách phân loại nh sau : - Động thấp tốc : nn 240 rpm - Động c¬ trung tèc : 240 < nn ≤ 1200 rpm - Động cao tốc : nn > 1200 rpm - Lý thuyết ĐCĐT - 63 Tốc độ danh nghĩa ĐCĐT cao hay thấp tuỳ thuộc trớc hết vào mục đích sử dụng Những yếu tố khác có ¶nh hưëng ®Õn viƯc lùa chän tèc ®é danh nghÜa : hiệu suất, tuổi bền, độ tin cậy, công nghệ chế tạo, v.v Hầu hết động tàu thuỷ trọng tải lớn loại thấp tốc Ngợc lại, xuồng gắn máy, tàu thuyền nhỏ đợc trang bị chủ yếu động cao tốc Động trung tốc thờng đợc sử dụng làm nguồn động lực cho tàu kéo, phà, tàu cá xa bờ, máy phát điện, máy nén lạnh, v.v Phần lớn động ôtô thuộc loại cao tốc xu hớng chung công nghiệp ôtô tăng tốc độ động Trong tốc độ quay danh nghĩa (nn) ĐCĐT nhà chế tạo định tốc độ quay cực tiểu (nmin) lại không tuỳ thuộc vào mong muốn chủ quan ngời thiết kế, chế tạo khai thác kỹ thuật động tốc độ quay thấp, chất lợng trình hình thành hỗn hợp cháy , áp suất nhiệt độ MCCT xylanh không đủ cao lợng khí lọt qua khe hở piston - xylanh - xecmang lợng nhiệt truyền qua vách xylanh lớn Kết nhiên liệu không bốc cháy đợc cháy không ổn định Tóm lại, tốc độ quay cực tiểu ĐCĐT đợc định điều kiện đảm bảo cho trình cháy diễn cách ổn định tốc độ quay thấp Điều phụ thuộc vào chất lợng thiết kế, chế tạo, lắp ráp động tình trạng kỹ thuật Ngoài ra, động tăng áp tổ hợp turbine khí thải - máy nén khí, trị số tốc độ quay cực tiểu bị giới hạn "hiện tợng bơm" xuất tốc độ quay động giảm xuống thấp so với tốc độ quay thiết kế Động xe giới đờng có nmin nhỏ có tuổi bền cao tiêu hao nhiên liệu thời gian hoạt động chế độ tốc độ quay cực tiểu loại động chiếm tỷ lệ đáng kể tổng thời gian vận hành động Động thuỷ có nmin nhỏ đảm bảo tính an toàn tin cậy cao vận hành tàu thuỷ điều kiện không thuận lợi, nh : khu vực cảng, đoạn sông chật hẹp, v.v 2.2.2 Tải động Tải đại lợng đặc trng cho số mà động phát chu trình công tác đơn vị thời gian Các đại lợng đợc dùng để đánh giá tải ĐCĐT bao gồm : áp suất trung bình, công suất, momen quay 1) ¸p st trung b×nh cđa chu tr×nh ¸p st trung bình chu trình đại lợng đợc xác định tỷ số công sinh chu trình (gọi tắt công chu trình) dung tích công tác xylanh W ptb = ct (2.22a) VS - Lý thuyết ĐCĐT - 64 Tuỳ thuộc vào việc công chu trình đợc xác định nh nào, phân biệt : W pt = áp suÊt lý thuyÕt trung b×nh : t Vs Wi Vs áp suất thị trung bình : pi = áp suất có ích trung bình : pe = (2.22b) (2.22c) We Vs Wct - công chu trình, [J] Wt - công lý thuyết chu trình, [J] Wi - công thị chu trình, [J] We - công có ích chu trình, [J] We = Wi - Wm thÊt c¬ häc, [J] (2.22d) Wm - công tổn C ông thị (Wi) - công MCCT sinh chu trình thực tế, cha xét đến phần tổn thất học Có thể xác định công thÞ sau : Wi = Q1 - ∆Qi = Q1 - (Qm + Qx + Qkh + Qcl ) (2.23) : Q1 - lợng nhiệt chu trình (lợng nhiệt sinh đốt cháy hoàn toàn lợng nhiên liệu đa vào buồng đốt CTCT), Qi - tổng nhiệt bị tổn thất chu trình nhiệt động thực tế, Qm - tổn thất làm mát (phần nhiệt truyền từ MCCT qua vách xylanh cho môi chất làm mát), Qx - tổn thất theo khí thải (phần nhiệt theo khí thải khỏi không gian công tác khác biệt nhiệt độ, nhiệt dung riêng lu lợng khí thải so víi khÝ míi), Qcl - phÇn nhiƯt tỉn thÊt không tính xác đợc vào dạng tổn thất kĨ trªn, vÝ dơ : tỉn thÊt lät khÝ qua khe hở piston xylanh, lọt khí xupap không kín, tổn thất xạ nhiệt từ chi tiết nóng động cơ, v.v C ông tổn thất học (Wm) - công tiêu hao cho hoạt động mang tính chất học thực C TCT C ác dạng tổn thất lợng sau thờng đợc tính vào công tổn thất học : Tổn thất ma sát chi tiết động chuyển động tơng ®èi víi - Lý thut §C§T - 65 - Phần lợng tiêu hao cho việc dẫn động thiết bị cấu thân động cơ, nh : bơm nhiên liệu, bơm dầu bôi trơn, bơm nớc làm mát, cấu phân phối khí, - " Tổn thất bơm" (phần tiêu hao cho trình thay đổi khí) C ông có ích (We ) - công thu đợc đầu trục khuỷu Đó phần thực tế sử dụng đợc để dẫn động hộ tiêu thụ công suất We = Q1 - Qe = Wi - Wm (2.24) Qe tổng tất cảc dạng tổn thất lợng thực chu trình công tác thực tế Bảng 2-2 Tổn thất học động ôtô Trị số tơng đối [%] Loại tổn thất học Động xăng Động diesel 44 22 50 24 20 14 6 100 100 Tæn thÊt ma sát - Ma sát piston-cylindre-segment - Ma sát ổ đỡ biên Tổn thất bơm Tổn thất cho dẫn động thiết bị cấu động - Dẫn động cấu phân phối khí - Dẫn động loại bơm Tổng cộng 2) Công suất động C ông suất tốc độ thực công Trị số công suất động cho ta biết động "mạnh" hay "yếu" C ông suất ĐCĐT thờng đợc đo đơn vị kilowatt (kW) hc m· lùc ( HP , hp - Horse power ; cv C hevaux ; PS - Pferdestarke) kW = kJ/s HP = 75 kG.m/s PS = metric HP = 0,735 kW hp = 1,014 PS - Lý thuyÕt §C§T - 66 Cần phân biệt khái niệm công suất sau ĐCĐT : Công suất thị ( Ni ) - tốc độ thực công thị động Nói cách khác, công suất thị công suất động , bao gồm phần tổn thất học C ông st cã Ých ( Ne ) - C«ng st cđa động đợc đo đầu trục khuỷu Từ định nghĩa công suất, áp suất trung bình chu trình tốc độ quay ta có công thức xác định công suất thị công suất có ích dới : Ni = p i ⋅ VS ⋅ n ⋅ i z (2.25) Ne = p e ⋅ VS ⋅ n ⋅ i z (2.26) : i - số xylanh động z - hƯ sè kú ; z = ®èi với động kỳ ; z = động kỳ C ông suất danh nghÜa ( Nen ) - C«ng st cã Ých lín mà động phát cách liên tục mà không bị tải điều kiện quy ớc Các điều kiện đợc quy ớc xác định công suất danh nghĩa ĐCĐT bao gồm : - Điều kiện khí tiêu chuẩn - Tốc độ quay danh nghĩa, - Loại nhiên liệu chất bôi trơn xác định, - Trang thiết bị phụ trợ cho động đo công suất , v.v Bảng 2-3 giới thiệu quy định số nớc điều kiện khí tiêu chuẩn xác định công suất ĐCĐT Vấn đề trang bị cho động đo công suất đợc quy định không hoàn toàn giống Ví dụ : Tiêu chuẩn Đức (DIN), Ba lan (PN) nhiều nớc châu Âu khác quy định : đo công suất, động phải đợc trang bị đầy đủ phận phụ , nh lọc không khí , bình tiêu âm, quạt gió, giống nh làm việc thực tế Trong đó, tiêu chuẩn Liên xô (DNQR) Mỹ (SAE) cho phép đo công suất động với phận phụ kể trang thiết bị tiêu chuẩn phòng thí nghiệm Chính điều kiện thí nghiệm không hoàn toàn giống nên công suất danh nghĩa động khác Ví dụ : công suất động - Lý thuyết ĐCĐT - 67 đợc đo theo SAE (Society of Automotive Engineers) lớn khoảng 10 - 25 % so với công suất đo theo DIN ; đo theo tiêu chuẩn CUNA (Commisione tecnica di Unificazione nell Automobile) Italy lớn - 10 % Bảng 2-3 Điều kiện khí tiêu chuẩn Điều kiện khí tiêu chuẩn p0 t0 [mm Hg] [0C] [%] TCVN 1684-75 (ViÖt nam) 760 20 70 PN-78/S-02005 (Ba lan) 750 25 DIN 70 020 (§øc) 760 20 - 750 25 - Tiªu chn - Nưíc ECE (Economic Europe) Commision for C ông suất quy đổi (Neq) - Công suất động đợc hiệu chỉnh theo điều kiện tiêu chuẩn Chúng ta biết rằng, công suất số tiêu khác động cơ, nh : momen quay, suất tiêu hao nhiên liệu, lợng tiêu hao nhiên liệu giờ,v.v chịu ảnh hởng đáng kể điều kiện môi trờng xung quanh, đặc biệt áp suất nhiệt độ Để so sánh đợc kết thí nghiệm đợc tiến hành điều kiện môi trờng khác nhau, cần phải quy đổi kết đo thực tế theo điều kiện tiêu chuẩn TCVN 1685-75 quy định cách quy đổi công suất động diesel không tăng ¸p sau : N eq = N e ⋅ : Neq Ne B Pn 746 273 + t ⋅ B − Pn 293 (2.27) c«ng suÊt quy đổi, [kW] công suất đo đợc thí nghiệm, [kW] ¸p st khÝ qun thÝ nghiƯm, [mm Hg] phân áp suất nớc không khí ẩm điều kiện nhiệt độ độ ẩm tơng đối không khí phòng thí nghiệm, [mm Hg] t - nhiệt độ không khí phòng thí nghiệm đợc đo khoảng cách 1,5 m từ miệng hút không khí động cơ, [ 0C] - Lý thuyết §C§T - 68 Tiªu chn PN-78/S-02005 cđa Ba lan khun nghị cách quy đổi kết thí nghiệm nh sau : N eq = K ⋅ N e (2.28a) M eq = K ⋅ M e (2.28b) g eq = K ⋅ g e (2.28c) Geq = K ⋅ Ge (2.28d)  100   Đối với động diesel không tăng áp : K =   B  100  T  Đối với động xăng : K = B  298  , 65  T  ⋅   298  0, (2.28e) 0, (2.28g) công thức : Neq , Meq , geq , Geq - c«ng suÊt, momen quay, suất tiêu hao nhiên liệu lợng tiêu hao nhiên liƯu giê quy ®ỉi, Ne , Me , ge , Ge - công suất, momen quay, suất tiêu hao nhiên liệu lợng tiêu hao nhiên liệu đo đợc thÝ nghiƯm, K0 - hƯ sè quy ®ỉi, B - ¸p st khÝ qun thÝ nghiƯm, [kPa] T - nhiệt độ không khí phòng thí nghiệm đo đợc khu vực gần lọc không khí động cơ, [ 0K] C ông suất cực đại ( Ne.max ) - C«ng st cã Ých lín nhÊt mà động phát thời gian định mà không bị tải TCVN 1684-75 quy định công suất cực đại động phải đạt 110 % Nen khoảng thời gian Tổng số thời gian làm việc chế độ công suất cực đại không 10 % tổng thời gian làm việc động Khoảng thời gian lặp lại chế độ công suất cực đại không đợc nhỏ Công suất sử dụng ( Nes ) - C«ng st cã Ých ngưêi thiÕt kÕ tỉ hợp động hộ tiêu thụ công suất khuyến cáo sử dụng để vừa phát huy hết tính động vừa đảm bảo tuổi bền, độ tin cậy cần thiết - Lý thuyết ĐCĐT - 69 2.2.3 Hiệu suất Trong tổng số nhiệt đa vào động cơ, có phần đợc "chế biến" thành có ích, phần lại bị tổn thất công đoạn khác trình chế biến Hiệu suất đại lợng đánh giá hiệu biến đổi nhiệt thành động Để đánh giá mức độ tổn thất công đoạn trình biến đổi lợng, ngời ta đa khái niệm hiệu suất sau : hiệu suất lý thuyết, hiệu suất thị, hiệu suất häc, hiÖu suÊt cã Ých 1) HiÖu suÊt lý thuyÕt (t ) 2) Hiệu suất thị (i) - hiệu suất nhiệt chu trình nhiệt động thực tế ηi = Wi ∆Qi Q + Q X + Qkh + Qcl =1− =1− m Q1 Q1 Q1 (2.29a) C¶ hiệu suất lý thuyết (t) hiệu suất thị (i) hiệu suất nhiệt - đại lợng đánh giá mức độ hoàn thiện động phơng diện nhiệt động Chúng khác chỗ, hiệu suất thị ngời ta tính đến tất dạng tổn thất nhiệt tồn thực chu trình nhiệt động động thực ; hiệu suất lý thuyết bao hàm dạng tổn thất nhiệt theo quy định định luật nhiệt động II - nhiệt phải truyền cho nguồn lạnh để thực chu trình nhiệt động lực Biến đổi công thức (2.30a) ta cã : ηi = Wi Wi Wt = ⋅ = η t ⋅ η t −i Q1 Q1 Wt (2.29b) Đại lợng t-i = Wi / Wt đợc gọi hệ số diện tích đồ thị công, đặc trng cho mức độ khác diện tích đồ thị công thị đồ thị công lý thuyết 3) Hiệu suất học (m) - đại lợng đánh giá mức độ tổn thất học động cơ, tức đánh giá mức độ hoàn thiện động phơng diện học Nó đợc xác định công thức : m = We W = m Wi Wi (2.30) Hiệu suất học chịu ảnh hởng nhiều yếu tố cấu tạo vận hành khác nhau, ví dụ : - Vật liệu chế tạo, - C hất lợng thiết kế, chế tạo lắp ráp, - C hất bôi trơn chế độ bôi trơn, - Tỷ số nén, tốc độ, tải, v.v - Lý thuyÕt §C§T - 70 ηm ηm ηm pe n H 2-11 Đặc điểm thay đổi ηm theo n , pe vµ ε 4) HiƯu st có ích (e) - đại lợng đánh giá tất dạng tổn thất lợng trình biến đổi nhiệt thành có ích ®éng c¬ ηe = We = η i ⋅ η m = η t ⋅ η t −i ⋅ η m Q1 (2.31) 5) St tiªu hao nhiªn liƯu (ge) - Hiệu biến đổi nhiệt thành ĐCĐT đồng nghĩa với khái niệm " tính tiÕt kiƯm nhiªn liƯu" cđa nã Trong thùc tÕ khai thác , ngòi ta dùng hiệu suất mà thờng dùng đại lợng thể lợng nhiên liệu động tiêu thụ để đánh giá tính tiết kiệm nhiên liệu Lợng nhiên liệu động tiêu thụ đơn vị thời gian đợc gọi lợng tiêu thụ nhiên (Ge) Lợng nhiên liệu động tiêu thụ để sinh đơn vị công suất có ích đơn vị thời gian đợc gọi lợng tiêu thụ nhiên liệu riêng có ích (gọi tắt suất tiêu hao nhiên liệu - ge) G e eg = Ne (2.32) ®ã : ge - st tiªu hao nhiªn liƯu cã Ých , Ge - lợng tiêu thụ nhiên liệu giờ, Ne công suất có ích động Đơn vị thờng dùng Ge [kg/h] [lít /h] ; đơn vị thờng dùng ge [ g/kW h ] [ g/HP h ] - Lý thuyÕt §C§T - 71 2.2.4 Cưêng độ làm việc động Cờng độ làm việc ĐCĐT đánh giá nhiều thông số khác Dới giới thiệu tiêu tổng hợp đánh giá cờng độ làm việc động Ne n ⋅ pe = CV ⋅ VS ⋅ i z Ne C ⋅p = CP ⋅ m e • C«ng suÊt piston - N P = Ap ⋅ i z C ông suất lít - N V = (2.33) (2.34) : CV , CP - hệ số phụ thuộc vào thứ nguyên đại lợng có công thức, AP - diện tích đỉnh piston Đơn vị thờng dùng NV [ kW/dm3 ] [ HP/dm3 ] ; NP [ kW/dm2 ] hc [ HP/dm2 ] NP < 15 kW/dm2 15 ≤ NP < 45 kW/dm2 - Lý thuyÕt ĐCĐT - Động cờng hoá thấp - Động cờng hoá trung bình NP 45 kW/dm2 - Động cờng hoá cao - 72 Type of engine Engine Compression speed ratio n [rpm] SI engine for motorcycles and 4500 ữ mopeds : 8000 2- stroke 5000 ữ • 4-stroke 9000 Gasoline engines for passenger 4500 ÷ cars 7500 Naturally 5000 ữ aspirated 7000 Supercharged 2500 ÷ Trucks 5000 Diesel engine for passenger cars 3500 ÷ • Naturally 5000 aspirated 3500 ÷ • Supercharged 4500 Diesel engine for trucks 2000 ữ Naturally 4000 aspirated 2000 ÷ • Supercharged 3200 with 1800 ÷ • Supercharged 2600 (1) with CAC Special designs • Rotary engine • Stirling engine Gas turbine 6000 ữ 8000 2000 ữ 4500 8000 ÷ 70 000 Mean pressure [bar] Power per unit displacement [kW/dm3] Weigh to power ratio [kg/kW] Fuel consumption [g/kW.h] Torque increase [%] 7÷9 ÷ 11 4÷6 ÷ 10 30 ÷ 50 30 ÷ 70 ÷ 2,5 4÷1 600 ÷ 400 350 ÷ 270 ÷ 10 ÷ 25 ÷ 12 7÷9 7÷9 ÷ 11 11 ÷ 15 ÷ 10 35 ÷ 65 50 ÷ 100 20 ÷ 30 3÷1 3÷1 6÷3 350 ÷ 250 380 ÷ 280 380 ÷ 270 15 ÷ 25 10 ÷ 30 15 ÷ 25 20 ÷ 24 20 ÷ 24 6÷8 ÷ 12 20 ÷ 30 30 ÷ 40 5÷3 4÷2 320 ÷ 240 290 ÷ 240 10 ÷ 15 15 ÷ 25 16 ÷ 18 15 ÷ 17 14 ÷ 16 ÷ 10 10 ÷ 13 13 ÷ 18 10 ÷ 15 15 ÷ 20 20 ÷ 25 9÷4 8÷3 5÷3 240 ÷ 210 230 ÷ 205 225 ÷ 195 10 ÷ 15 15 ÷ 30 30 ÷ 60 7÷9 4÷6 4÷6 ÷ 11 - 35 ÷ 45 - 1,5 ÷ 10 ÷ 3÷1 380 ÷ 300 300 ÷ 240 1000 ÷ 300 ÷ 15 20 ÷ 40 50 ÷ 100 (1) CAC : Charge-Air Cooling - Lý thuyÕt §C§T - ... Động máy bay Động tĩnh Đặc điểm kết cấu 1. 2 số thuật ngữ khái niệm thông dụng 1) Tên gọi số phận 14 H .1- 1 Sơ đồ cấu tạo động diesel kỳ 12 345678 910 111 213 14- Lọc không khí ống nạp Xupap nạp Xupap... vị trí thích hợp xylanh H 1- 19 Bôi trơn cách vung toÐ 19 a) b) 10 11 H 1- 20 Hệ thống bôi trơn tuần hoàn cacte uớt (a) cacte khô (b) 1- Cacte dầu ; 2- Lọc thô ; 3, 11 - Bơm dầu bôi trơn ; 4- Lọc... trun (H 1- 14) H 1- 13 Các chi tiết nhóm truyền 1- Đầu nhỏ , 2- Thân , 3- Đầu to , 4- Nắp , 5- Bạc cổ biên 6- Bulông truyền , 7- B¹c chèt piston H 1- 14 Thanh trun víi ®Çu to kiĨu lƯch 15 1. 3.2.5