30
n S
Cm = ⋅ (2.2-1)
trong đú : Cm - vận tốc trung bỡnh của piston, [m/s]; S - hành trỡnh của piston, [m]; n - tốc độ quay của động cơ, [rpm].
Tốc độ của ĐCĐT là thụng số tớnh năng đỏnh giỏ số chu trỡnh cụng tỏc được thực hiện trong một đơn vị thời gian và đặc trưng cho "tớnh cao tốc" của động cơ, trong đú bao hàm hàng loạt tớnh chất vận hành, như : cường độ làm việc, cường độ hao mũn cỏc bề mặt ma sỏt, phụ tải cơ và phụ tải nhiệt, v.v. Căn cứ vào tốc độ, ĐCĐT được phõn loại thành : động cơ thấp tốc, trung tốc và cao tốc. Cả tốc độ quay (n) và vận tốc trung bỡnh của piston (Cm) đều cú thể được dựng làm tiờu chớ để đỏnh giỏ tớnh cao tốc. Tuy nhiờn, Cm được coi là chỉ số đỏnh giỏ tớnh cao tốc của động cơ một cỏch chớnh xỏc hơn, vỡ nú cú liờn quan một cỏch trực tiếp hơn đến cỏc tớnh chất vận hành núi trờn. 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 tớnh chất tương đối, vớ dụ : một động cơ thuỷ cú tốc độ quay là 2000 rpm thuộc loại cao tốc, nhưng một động cơ ụtụ cũng với tốc độ quay đú thỡ thuộc loại trung hoặc thấp tốc.
Đối với động cơ thuỷ, cú thể tham khảo cỏch phõn 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 đớch sử dụng. Những yếu tố khỏc cú ảnh hưởng đến việc lựa chọn tốc độ danh nghĩa là : hiệu suất, tuổi bền, độ tin cậy, cụng nghệ chế tạo, v.v. Hầu hết động cơ chớnh của tàu thuỷ trọng tải lớn là loại thấp tốc. Ngược lại, xuồng gắn mỏy, 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 kộo, phà, tàu cỏ xa bờ, mỏy phỏt điện, mỏy nộn lạnh, v.v. Phần lớn động cơ ụtụ thuộc loại cao tốc và xu hướng chung trong cụng nghiệp ụtụ là tăng tốc độ của động cơ.
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 62
Trong khi tốc độ quay danh nghĩa (nn) của ĐCĐT do nhà chế tạo định ra thỡ tốc độ quay cực tiểu (nmin) lại khụng chỉ tuỳ thuộc vào mong muốn chủ quan của người thiết kế, chế tạo hoặc khai thỏc kỹ thuật động cơ. Ở tốc độ quay quỏ thấp, chất lượng quỏ trỡnh hỡnh thành hỗn hợp chỏy sẽ rất kộm , ỏp suất và nhiệt độ của MCCT trong xylanh sẽ khụng đủ cao do lượng khớ lọt qua khe hở giữa piston - xylanh - xecmang và lượng nhiệt truyền qua vỏch xylanh lớn. Kết quả là nhiờn liệu sẽ khụng bốc chỏy được hoặc chỏy khụng ổn định. Túm lại, tốc độ quay cực tiểu của ĐCĐT được quyết định bởi điều kiện đảm bảo cho quỏ trỡnh chỏy diễn ra một cỏch ổn định ở tốc độ quay thấp. Điều đú phụ thuộc vào chất lượng thiết kế, chế tạo, lắp rỏp động cơ và tỡnh trạng kỹ thuật của nú. Ngoài ra, đối với động cơ tăng ỏp bằng tổ hợp turbine khớ thải - mỏy nộn khớ, trị số tốc độ quay cực tiểu cũn bị giới hạn bởi "hiện tượng bơm" xuất hiện khi tốc độ quay của động cơ giảm xuống quỏ thấp so với tốc độ quay thiết kế. Động cơ xe cơ giới đường bộ cú nmin nhỏ sẽ cú tuổi bền cao hơn và tiờu hao ớt nhiờn liệu hơn vỡ thời gian hoạt động ở chế độ tốc độ quay cực tiểu của loại động cơ này chiếm tỷ lệ đỏng kể trong tổng thời gian vận hành động cơ. Động cơ thuỷ cú nmin nhỏ sẽ đảm bảo tớnh an toàn và tin cậy cao hơn khi vận hành tàu thuỷ trong điều kiện khụng thuận lợi, như : trong khu vực cảng, trờn cỏc đoạn sụng chật hẹp, v.v.
2.2.2. TẢI CỦA ĐỘNG CƠ
Tải là đại lượng đặc trưng cho số cơ năng mà động cơ phỏt ra trong một chu trỡnh
cụng tỏc hoặc trong một đơn vị thời gian. Cỏc đại lượng được dựng để đỏnh giỏ tải của ĐCĐT bao gồm : ỏp suất trung bỡnh, cụng suất, momen quay.
1) Áp suất trung bỡnh của chu trỡnh
Áp suất trung bỡnh của chu trỡnh (ptb) là đại lượng được xỏc định bằng tỷ số giữa
cụng sinh ra trong một chu trỡnh (gọi tắt là cụng chu trỡnh) và dung tớch cụng tỏc của
xylanh . S ct tb V W p = (2.2-2a)
Tuỳ thuộc vào việc cụng chu trỡnh được xỏc định như thế nào, cú thể phõn biệt : • Áp suất lý thuyết trung bỡnh :
s t t V W p = (2.2-2b) • Áp suất chỉ thị trung bỡnh : s i i V W p = (2.2-2c) • Áp suất cú ớch trung bỡnh : s e e V W p = (2.2-2d) trong đú : Wct - cụng của chu trỡnh, [J]; Wt - cụng lý thuyết của chu trỡnh, [J]; Wi - cụng chỉ thị của chu trỡnh, [J]; We - cụng cú ớch của chu trỡnh, [J] .
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 63
• Cụng chỉ thị (Wi) - là cụng do MCCT sinh ra trong một chu trỡnh thực tế,
trong đú bao gồm cả phần tổn thất cơ học. Cú thể xỏc định cụng chỉ thị như sau :
Wi = Q1 - ∆Qi = Q1 - (Qm + Qx + Qkh + Qcl ) (2.2-3)
trong đú : Q1 - lượng nhiệt chu trỡnh (lượng nhiệt sinh ra khi đốt chỏy hoàn toàn lượng nhiờn liệu đưa vào buồng đốt trong một CTCT); ∆Qi - tổng nhiệt năng bị tổn thất
trong một chu trỡnh nhiệt động thực tế; Qm - tổn thất do làm mỏt (phần nhiệt năng truyền từ MCCT qua vỏch xylanh cho mụi chất làm mỏt); Qx - tổn thất theo khớ thải (phần nhiệt theo khớ thải ra khỏi khụng gian cụng tỏc do sự khỏc biệt về nhiệt độ, nhiệt dung riờng và lưu lượng của khớ thải so với khớ mới); Qcl - phần nhiệt tổn thất khụng tớnh chớnh xỏc được vào cỏc dạng tổn thất kể trờn, vớ dụ : tổn thất do lọt khớ qua khe hở giữa piston và xylanh, lọt khớ do xupap khụng kớn, tổn thất do bức xạ nhiệt từ cỏc chi tiết núng của động cơ, v.v.
• Cụng tổn thất cơ học (Wm) - là cụng tiờu hao cho cỏc "hoạt động mang tớnh
chất cơ học" khi thực hiện một CTCT. Cỏc dạng tổn thất năng lượng sau đõy thường được tớnh vào cụng tổn thất cơ học :
- Tổn thất do ma sỏt giữa cỏc chi tiết của động cơ chuyển động tương đối với nhau .
- Phần năng lượng tiờu hao cho việc dẫn động cỏc thiết bị và cơ cấu của bản thõn động cơ, như : bơm nhiờn liệu, bơm dầu bụi trơn, bơm nước làm mỏt, cơ cấu phõn phối khớ, ...
- " Tổn thất bơm" (phần cơ năng tiờu hao cho quỏ trỡnh thay đổi khớ).
• Cụng cú ớch (We) - là cụng thu được ở đầu ra của trục khuỷu. Đú là phần cơ năng thực tế cú thể sử dụng được để dẫn động hộ tiờu thụ cụng suất.
We = Q1 - ∆Qe = Wi - Wm (2.2-4)
trong đú ∆Qe là tổng của tất cảc cỏc dạng tổn thất năng lượng khi thực hiện một chu trỡnh cụng tỏc thực tế.
Bảng 2-2. Tổn thất cơ học ở động cơ ụtụ
Trị số tương đối [%] Loại tổn thất cơ học
Động cơ xăng Động cơ diesel
• Tổn thất do ma sỏt
- Ma sỏt giữa piston-xylanh-xecmang - Ma sỏt trong cỏc ổ đỡ chớnh và biờn
• Tổn thất bơm
• Tổn thất cho dẫn động thiết bị và cơ cấu của động cơ
- Dẫn động cơ cấu phõn phối khớ - Dẫn động cỏc loại bơm 44 22 20 8 6 50 24 14 6 6 Tổng cộng 100 100
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 64