a) Các khái niệm
+ Hiệu suất lý thuyết (t )
Hiệu suất nhiệt t là tỷ số giữa phần nhiệt lượng được biến thành công lý thuyết (Lt) chia cho tổng nhiệt lượng đưa vào động cơ (Q1).
1 t t L Q (2- 18)
Đây là hiệu suất nhiệt của chu trình lý thuyết hay chu trình lý tưởng của ĐCĐT là chu trình nhiệt động được xây dựng trên cơ sở của hàng loạt giả định, đơn giản hoá các quá trình nhiệt động diễn ra trong không gian công tác của xi lanh động cơ. Mức độ đơn giản hoá được lựa chọn tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu.
Ví dụ: có thể giả định MCCT là khí lý tưởng với nhiệt dung riêng là hằng số hoặc là không khí với nhiệt dung riêng phụ thuộc vào thành phần của sản phẩm cháy, quá
trình cháy thực tế có thể được thay bằng quá trình cấp nhiệt từ một nguồn nóng bên ngoài động cơ hoặc thay bằng quá trình cháy được thực hiện trong những điều kiện lý tưởng hoá.
+ Hiệu suất chỉ thị (i)
Hiệu suất chỉ thị i là tỷ số giữa phần nhiệt lượng được biến thành công chỉ thị (Li) chia cho tổng số nhiệt lượng đưa vào động cơ (Q1).
1 1 . . i i t i t d L L L Q Lt Q (2- 19) Hệ số điền đầy của đồ thị công đánh giá mức độ hoàn thiện của chu trình thực so với chu trình lý tưởng. Ngoài phần nhiệt tổn thất truyền cho nguồn lạnh giống như ở chu trình lý tưởng, khi thực hiện chu trình công tác ở động cơ thực tế sẽ xuất hiện hàng loạt các tổn thất năng lượng khác như:
- Nhiên liệu cháy không hoàn toàn. - Truyền nhiệt vào vách xi lanh.
- Lọt khí do không gian công tác của xi lanh không kín.
- Tổn thất khí động học do ma sát giữa các phần tử chất khí và giữa khí với vách xi lanh.
+ Hiệu suất cơ học (m)
Là đại lượng đánh giá mức độ tổn thất cơ học trong động cơ, tức là đánh giá mức độ hoàn thiện của động cơ về phương diện cơ học. Hiệu suất cơ học m là tỷ số giữa công có ích (Le) chia cho công chỉ thị (Li):
Hiệu suất cơ học là là chỉ tiêu đánh giá mức độ tổn thất cơ học trong động cơ, nó phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ quay và ít phụ thuộc vào phụ tải của động cơ.
Ở chế độ chạy không tải, toàn bộ công chỉ thị được sử dụng để cân bằng các loại tổn thất cơ học trong động cơ, khi đó (Le = 0) và (m = 0). Hiệu suất cơ học tăng dần cùng với việc tăng tải và đạt khoảng (m = 0,8 0,85) ở chế độ định mức đối với động cơ diesel 4 kỳ cao tốc. [5]
e e m i i L N L N Ne Ni.m (2- 20) Hiệu suất cơ học chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố cấu tạo và vận hành khác nhau, ví dụ:
- Chất lượng thiết kế, chế tạo và lắp ráp; - Chất bôi trơn và chế độ bôi trơn; - Tỷ số nén, tốc độ, tải...
+ Hiệu suất có ích (e)
Là đại lượng đánh giá tất cả các dạng tổn thất năng lượng trong quá trình biến đổi nhiệt năng thành cơ năng có ích ở động cơ.
Hiệu suất có ích e là tỷ số giữa phần nhiệt lượng được biến thành công có ích (Le hoặc We) chia cho tổng số nhiệt lượng đưa vào động cơ (Q1).
1 e e L Q (2- 21) Hoặc: 1 1 . . . . e e i e t i t d m i L L L Q L Q (2- 22)
Hiệu suất có ích (còn gọi là hiệu suất chung) là một chỉ tiêu quan trọng, nó đánh giá động cơ về phương diện hiệu quả sử dụng năng lượng. Nhìn vào biểu thức (2-20) dễ dàng nhận ra rằng có ba cách để tăng hiệu suất có ích của động cơ đó là:
- Tăng hiệu suất nhiệt (t) bằng cách tăng tỷ số nén và tổ chức tốt quá trình cháy. - Tổ chức thực hiện chu trình công tác sao cho nó tiến gần đến chu trình lý tưởng (tăng d).
- Chọn vật liệu thích hợp, sử dụng kết cấu hợp lý nhằm giảm tổn thất cơ học trong động cơ (tăng m).
Hiệu suất có ích thay đổi theo tốc độ quay, phụ tải và tình trạng kỹ thuật của động cơ. Khi động cơ làm việc ở chế độ không tải m = 0 vì công suất sinh ra lúc này chỉ đủ để vượt sức cản ma sát.
Khi động cơ bốn kỳ làm việc ở chế độ toàn tải có các giá trị sau:
Bảng 2. 1. Bảng giá trị hiệu suất cơ học và hiệu suất có ích trên động cơ
Loại động cơ m e
Động cơ diesel 0,7 ÷ 0,8 0,30 ÷ 0,38
Động cơ diesel 4 kỳ cao tốc, chọn ηm = 0,8 [5]