1.2. Tính năng kỹ thuật của động cơ đốt trong
1.2.2 Tải của động cơ
Tải là đại lượng đặc trưng cho số cơ năng mà động cơ phát ra trong một chu trình cơng tác hoặc trong một đơn vị thời gian. Các đại lượng được dùng để đánh giá tải của ĐCĐT bao gồm: áp suất trung bình, cơng suất, momen quay.
1) Áp suất trung bình của chu trình
Áp suất trung bình của chu trình (ptb) là đại lượng được xác định bằng tỷ số giữa cơng sinh ra trong một chu trình (gọi tắt là cơng chu trình) và dung tích cơng tác của xilanh .
(1.2-2a)
Tuỳ thuộc vào việc cơng chu trình được xác định như thế nào, có thể phân biệt:
Áp suất lý thuyết trung bình: (1.2-2b) Áp suất chỉ thị trung bình: (1.2-2c)
Áp suất có ích trung bình: (1.2-2d)
[J]; Wi - cơng chỉ thị của chu trình, [J]; We - cơng có ích của chu trình, [J].
Cơng chỉ thị (Wi) - là cơng do MCCT sinh ra trong một chu trình thực tế, trong đó bao gồm cả phần tổn thất cơ học. Có thể xác định cơng chỉ thị như sau : Wi = Q1 - ΔQi = Q1 - (Qm + Qx + Qkh + Qcl ) (1.2-3)
Trong đó : Q1 - lượng nhiệt chu trình (lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt trong một CTCT); ΔQi - tổng nhiệt năng bị tổn thất trong một chu trình nhiệt động thực tế; Qm - tổn thất do làm mát (phần nhiệt năng truyền từ MCCT qua vách xylanh cho môi chất làm mát); Qx - tổn thất theo khí thải (phần nhiệt theo khí thải ra khỏi khơng gian cơng tác do sự khác biệt về nhiệt độ, nhiệt dung riêng và lưu lượng của khí thải so với khí mới); Qcl - phần nhiệt tổn thất khơng tính chính xác được vào các dạng tổn thất kể trên, ví dụ: tổn thất do lọt khí qua khe hở giữa piston và xilanh, lọt khí do xupap khơng kín, tổn thất do bức xạ nhiệt từ các chi tiết nóng của động cơ, v.v.
Cơng tổn thất cơ học (Wm) - là cơng tiêu hao cho các "hoạt động mang tính chất cơ học" khi thực hiện một CTCT. Các dạng tổn thất năng lượng sau đây thường được tính vào cơng tổn thất cơ học:
- Tổn thất do ma sát giữa các chi tiết của động cơ chuyển động tương đối với nhau.
- Phần năng lượng tiêu hao cho việc dẫn động các thiết bị và cơ cấu của bản thân động cơ như: bơm nhiên liệu, bơm dầu bôi trơn, bơm nước làm mát, cơ cấu phân phối khí, ...
- " Tổn thất bơm" (phần cơ năng tiêu hao cho q trình thay đổi khí). Cơng có ích (We) - là cơng thu được ở đầu ra của trục khuỷu. Đó là phần cơ năng thực tế có thể sử dụng được để dẫn động hộ tiêu thụ công suất.
We = Q1 - ΔQe = Wi - Wm (1.2-4)
Trong đó ΔQe là tổng của tất cả các dạng tổn thất năng lượng khi thực hiện một chu trình cơng tác thực tế.
Bảng 1. 2 Tổn thất cơ học ở động cơ ôtô
Loại tổn thất cơ học Trị số tương đối
[%] Động cơ xăng Động cơ diesel ● Tổn thất do ma sát - Ma sát giữa piston-xylanh-xecmang 44 50 - Ma sát trong các ổ đỡ chính và biên 22 24 ● Tổn thất bơm 20 14 ● Tổn thất cho dẫn động
thiết bị và cơ cấu của động cơ
- Dẫn động cơ cấu phân phối khí 8 6
- Dẫn động các loại bơm 6 6
Tổng cộng 100 100
2) Công suất của động cơ
Công suất là tốc độ thực hiện công. Trị số công suất của động cơ cho ta biết động cơ đó "mạnh" hay "yếu". Cơng suất của ĐCĐT thường được đo bằng đơn vị kilowatt (kW) hoặc mã lực ( HP , hp - Horse power ; cv - Chevaux ; PS - Pferdestarke).
1 kW = 1 kJ/s 1 HP = 75 kG.m/s
1 hp = 1,014 PS.
Cần phân biệt các khái niệm công suất sau đây của ĐCĐT :
Công suất chỉ thị (Ni) - là tốc độ thực hiện công chỉ thị của động cơ. Nói
cách khác, cơng suất chỉ thị là cơng suất của động cơ, trong đó bao gồm cả phần tổn thất cơ học.
Cơng suất có ích (Ne) - Cơng suất của động cơ được đo ở đầu ra của trục
Từ định nghĩa của cơng suất, áp suất trung bình của chu trình và tốc độ quay ta có các cơng thức xác định cơng suất chỉ thị và cơng suất có ích dưới đây :
Trong đó: i - số xilanh của động cơ; z - hệ số kỳ; z = 1 đối với động cơ 2 kỳ; z = 2 đối với động cơ 4 kỳ.
Công suất danh nghĩa (Nen) - Cơng suất có ích lớn nhất mà động cơ có thể
phát ra một cách liên tục mà không bị quá tải trong những điều kiện quy ước. Các điều kiện cơ bản được quy ước khi xác định công suất danh nghĩa của ĐCĐT bao gồm:
- Điều kiện khí quyển tiêu chuẩn. - Tốc độ quay danh nghĩa.
- Loại nhiên liệu và chất bôi trơn xác định,
- Trang thiết bị phụ trợ cho động cơ khi đo công suất, v.v.
Bảng 1-3 giới thiệu quy định của một số nước về điều kiện khí quyển tiêu chuẩn khi xác định công suất của ĐCĐT.
Vấn đề trang bị cho động cơ khi đo công suất cũng được quy định khơng hồn tồn giống nhau. Ví dụ: Tiêu chuẩn của Đức (DIN), của Ba lan (PN) và nhiều nước châu Âu khác quy định: khi đo công suất, động cơ phải được trang bị đầy đủ các bộ phận phụ, như lọc khơng khí, bình tiêu âm, quạt gió, ... giống như khi nó làm việc trong thực tế. Trong khi đó, tiêu chuẩn của Liên xơ (ГОСТ) và
của Mỹ (SAE) cho phép đo công suất của động cơ với các bộ phận phụ kể trên là trang thiết bị tiêu chuẩn của phịng thí nghiệm. Chính vì điều kiện thí nghiệm khơng hồn tồn giống nhau nên cơng suất danh nghĩa của cùng một động cơ cũng khác nhau. Ví dụ: cơng suất động cơ được đo theo SAE (Society of Automotive Engineers) lớn hơn khoảng 10¸ 25 % so với cơng suất đo theo DIN; nếu đo theo tiêu chuẩn CUNA (Commisione tecnica di Unificazione nell Automobile) của Italy thì lớn hơn 5¸ 10 %.
Bảng 1. 3 Điều kiện khí quyển tiêu chuẩn
Tiêu chuẩn - Nước
Điều kiện khí quyển tiêu chuẩn p0 [mm Hg] t0 [0 C ] ϕ0 [ % ] TCVN 1684-75 (Việt Nam) 760 2 0 70 PN-78/S-02005 (Ba lan) 750 2 5 DIN 70 020 (Đức) 760 2 0 -
ECE (Economic Commision for Europe) 750 2
5
-
Công suất quy đổi (Neq) - Công suất của động cơ đã được hiệu chỉnh theo các
điều kiện tiêu chuẩn.
Chúng ta đã biết rằng, công suất và một số chỉ tiêu khác của động cơ, như: momen quay, suất tiêu hao nhiên liệu, lượng tiêu hao nhiên liệu giờ,v.v. chịu ảnh hưởng đáng kể của điều kiện môi trường xung quanh, đặc biệt là áp suất và nhiệt độ. Để có thể so sánh được kết quả thí nghiệm được tiến hành trong những điều kiện môi trường khác nhau, cần phải quy đổi kết quả đo thực tế theo các điều kiện tiêu chuẩn.
TCVN 1685-75 quy định cách quy đổi công suất của động cơ diesel không
tăng áp như sau:
746 273 . . 293 eq e n t N N B P (1.2-7)
Trong đó: Neq - công suất quy đổi, [kW]; Ne - công suất đo được khi thí nghiệm, [kW]; B - áp suất khí quyển trong khi thí nghiệm, [mm Hg]; Pn - phân áp suất của hơi nước trong khơng khí ẩm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm tương đối của khơng khí tại phịng thí nghiệm, [mm Hg]; t - nhiệt độ của khơng khí trong phịng thí nghiệm được đo ở khoảng cách 1,5 m từ miệng hút khơng khí của động cơ, [ 0C].
Tiêu chuẩn PN-78/S-02005 của Ba lan khuyến nghị cách quy đổi các kết quả thí nghiệm như sau:
(1.2-8a) (1.2-8b) (1.2-8c) (1.2-8d)
Đối với động cơ xăng diesel không tăng áp:
0,65 0,5 0 100 . 298 T K B (1.2-8e)
Đối với động cơ xăng:
0,5 0 100 . 298 T K B (1.2-8g)
Trong các công thức trên: Neq , Meq , geq , Geq - công suất, momen quay, suất tiêu hao nhiên liệu và lượng tiêu hao nhiên liệu giờ quy đổi; Ne , Me , ge , Ge - công suất, momen quay, suất tiêu hao nhiên liệu và lượng tiêu hao nhiên liệu giờ đo được trong thí nghiệm; K0 - hệ số quy đổi; B - áp suất khí quyển trong khi thí nghiệm, [kPa]; T - nhiệt độ khơng khí trong phịng thí nghiệm đo được tại khu vực gần lọc khơng khí của động cơ, [0K].
● Cơng suất cực đại (Ne.max) - Cơng suất có ích lớn nhất mà động cơ có
thể phát ra trong một thời gian nhất định mà không bị quá tải.
TCVN 1684-75 quy định công suất cực đại của động cơ phải đạt 110 % Nen trong khoảng thời gian 1 giờ. Tổng số thời gian làm việc ở chế độ công suất cực đại
không quá 10 % tổng thời gian làm việc của động cơ. Khoảng thời gian lặp lại chế độ công suất cực đại không được nhỏ hơn 6 giờ.
● Cơng suất sử dụng (Nes) - Cơng suất có ích do người thiết kế tổ hợp
động cơ - hộ tiêu thụ công suất khuyến cáo sử dụng để vừa phát huy hết tính năng của động cơ vừa đảm bảo tuổi bền, độ tin cậy cần thiết.