Tốc độ quay [rpm] Động cơ xăng Động cơ diesel
nn 3000 - 6000 2000 - 4000
nmin 300 - 600 350 - 700
nmax (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
2) Vận tốc trung bình của piston ( Cm )
𝐶𝑚 = 𝑆.𝑛
30 (1.2.1) Trong đó : Cm - vận tốc trung bình của piston, [m/s]; S - hành trình của piston, [m]; n - tốc độ quay của động cơ, [rpm].
Tốc độ của ĐCĐT là thơng số tính năng đánh giá số chu trình cơng tác được thực hiện trong một đơn vị thời gian và đặc trưng cho "tính cao tốc" của động cơ, trong đó bao hàm hàng loạt tính chất vận hành, như : cường độ làm việc, cường độ hao mòn các bề mặt ma sát, phụ tải cơ và phụ tải nhiệt, v.v. Căn cứ vào tốc độ, ĐCĐT được phân loại thành : động cơ thấp tốc, trung tốc và cao tốc. Cả tốc độ quay (n) và vận tốc trung bình của piston (Cm) đều có thể được dùng làm tiêu chí để đánh
Trang 15
giá tính cao tốc. Tuy nhiên, Cm được coi là chỉ số đánh giá tính cao tốc của động cơ một cách chính xác hơn, vì nó có liên quan một cách trực tiếp hơn đến các tính chất vận hành nói trên. Cần lưu ý rằng, việc định ra giới hạn tốc độ để xếp một động cơ cụ thể vào loại thấp, trung hoặc cao tốc chỉ mang tính chất tương đối, ví dụ : một động cơ thuỷ có tốc độ quay là 2000 rpm thuộc loại cao tốc, nhưng một động cơ ôtô cùng với tốc độ quay đó thì thuộc loại trung hoặc thấp tốc.
Đối với động cơ thuỷ, có thể tham khảo cách phân loại như sau : - Động cơ thấp tốc : nn ≤ 240 rpm
- Động cơ trung tốc : 240 < nn ≤ 1200 rpm - Động cơ cao tốc : nn > 1200 rpm
Tốc độ danh nghĩa của ĐCĐT cao hay thấp là tuỳ thuộc trước hết vào mục đích sử dụng. Những yếu tố khác có ảnh hưởng đến việc lựa chọn tốc độ danh nghĩa là : hiệu suất, tuổi bền, độ tin cậy, công nghệ chế tạo, v.v. Hầu hết động cơ chính của tàu thuỷ trọng tải lớn là loại thấp tốc. Ngược lại, xuồng gắn máy, tàu thuyền nhỏ được trang bị chủ yếu bằng động cơ cao tốc. Động cơ trung tốc thường được 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 cơ ôtô thuộc loại cao tốc và xu hướng chung trong công nghiệp ôtô là tăng tốc độ của động cơ.
Trong khi tốc độ quay danh nghĩa (nn) của ĐCĐT do nhà chế tạo định ra thì tốc độ quay cực tiểu (nmin) lại không chỉ tuỳ thuộc vào mong muốn chủ quan của người thiết kế, chế tạo hoặc khai thác kỹ thuật động cơ. Ở tốc độ quay quá thấp, chất lượng quá trình hình thành hỗn hợp cháy sẽ rất kém, áp suất và nhiệt độ của MCCT trong xylanh sẽ khơng đủ cao do lượng khí lọt qua khe hở giữa piston - xylanh - xecmang và lượng nhiệt truyền qua vách xylanh lớn. Kết quả là nhiên liệu sẽ không bốc cháy được hoặc cháy khơng ổn định. Tóm lại, tốc độ quay cực tiểu của ĐCĐT được quyết định bởi điều kiện đảm bảo cho quá trình cháy diễn ra một cách ổn định ở tốc độ quay thấp. Điều đó phụ thuộc vào chất lượng thiết kế, chế tạo, lắp ráp động cơ và tình trạng kỹ thuật của nó. Ngồi ra, đối với động cơ tăng áp bằng tổ hợp tuabin khí thải - máy nén khí, trị số tốc độ quay cực tiểu cịn bị giới hạn bởi "hiện tượng bơm" xuất hiện khi tốc độ quay của động cơ giảm xuống quá thấp so với tốc độ quay thiết kế. Động
Trang 16
cơ xe cơ giới đường bộ có nmin nhỏ sẽ có tuổi bền cao hơn và tiêu hao ít nhiên liệu hơn vì thời gian hoạt động ở chế độ tốc độ quay cực tiểu của loại động cơ này chiếm tỷ lệ đáng kể trong tổng thời gian vận hành động cơ. Động cơ thuỷ có nmin nhỏ sẽ đảm bảo tính an tồn và tin cậy cao hơn khi vận hành tàu thuỷ trong điều kiện không thuận lợi, như: trong khu vực cảng, trên các đoạn sông chật hẹp, v.v.
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: 𝑃𝑡 = 𝑊𝑡
𝑉𝑠 (1.2-2b)
Áp suất chỉ thị trung bình: 𝑃𝑖 =𝑊𝑖
𝑉𝑠 (1.2-2c) Áp suất có ích trung bình: 𝑃𝑒 =𝑊𝑒
𝑉𝑠 (1.2-2d)
Trong đó : Wct - cơng của chu trình, [J]; Wt - cơng lý thuyết của chu trình, [J]; Wi - cơng chỉ thị của chu trình, [J]; We - cơng có ích của chu trình, [J].
Cơng chỉ thị (Wi) - là công 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
Trang 17
theo khí thải (phần nhiệt theo khí thải ra khỏi khơng gian công 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.
Công tổn thất cơ học (Wm) - là công 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 quá 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.
Trang 18