LUẬN VĂN Phân tích cơ sở lý thuyết xác định hiệu suất, suất tiêu hao nhiên liệu động cơ điêzen
LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay trên thế giới khoa học và công nghệ phát triển rất mạnh
mẽ. Định hướng phát triển của nước ta đến năm 2020 cơ bản trở thành
nước công nghiệp. Với yêu cầu cấp bách hiện nay là phải phát triển
nhanh chóng các trang thiết bị máy móc hiện đại để phục vụ cho phát
triển kinh tế. Bên cạnh việc phát triển thiết bị máy móc đảm bảo được
chất lượng và năng suất để phát triển sản xuất, thì cần phải có trang thiết
bị máy móc để bảo vệ môi trường, để đảm bảo cho đất nước phát triển ổn
định.
Với mục đích nâng cao chất ưlợng và tính kinh tế của động cơ
điêzen. Bộ môn Động lực, khoa Cơ khí, trường đại học Nha Trang giao
cho tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Phân tích cơ sở lý thuyết xác định
hiệu suất, suất tiêu hao nhiên liệu động cơ điêzen”.
Nội dung của luận văn gồm bốn phần:
1. Giới thiệu các thông số tính năng động cơ điêzen.
2. Phân tích cơ sở lý thuyết xác định hiệu suất, suất tiêu hao nhiên
liệu động cơ điêzen.
3. Thực nghiệm xác định suất tiêu hao nhiên liệu động cơ điêzen
tại phòng thí nghiệm động cơ bộ môn động lực, khoa cơ khí.
4. Thảo luận.
Do trình độ bản thân còn nhiều hạn chế, thời gian và điều kiện làm
đề tài có hạn. Cho nên, đề tài không chánh khỏi những sai sót. Do đó, em
rất mong được sự góp ý của quý thầy cô cùng toàn thể các bạn sinh viên
quan tâm đến đề tài này.

CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU CÁC THÔNG SỐ TÍNH NĂNG
Các thông số tính năng của động cơ dùng để biểu đạt khả năng làm
việc và hiệu quả làm việc của động cơ điezen. Có thể dùng các thông số
sau đây gọi chung là các thông số tính năng của động cơ điezen, đó là:
tốc độ, tải, và hiệu suất.
1.1. Tốc độ động cơ:
1.1.1. Tốc độ quay (n):
Là số vòng quay của trục khuỷu trong một đơn vị thời gian. Đơn vị
thường dùng của tốc độ quay là vòng/ phút, viết tắt là (vg/ph) hoặc (rpm)
Tốc độ quay của động cơ thường thay đổi trong quá rtình hoạt
động, tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc hoặc yêu cầu của người vận hành
động cơ. Cần phân biệt một số khái niệm liên quan đến tốc độ quay sau
đây:
a. Tốc độ quay danh nghĩa nn:
Tốc độ quay do nhà chế tạo định ra và là cơ sở để xác định công
suất danh nghĩa, để tính toán các kích thước cơ bản của động cơ để lựa
chọn chế độ làm việc hợp lý, v.v.
b. Tốc độ quay cực đại nmax:
Tốc độ quay lớn nhất mà nhà chế tạo cho phép sử dụng trong một
khoảng thời gian xác định mà động cơ không bị quá tải.
c. Tốc độ quay cực tiểu nmin:
Tốc độ quay nhỏ nhất, tại đó động cơ vẫn có thể hoạt động ổn định.
d. Tốc độ quay ứng với công suất cực đại nN:
e. Tốc độ quay ứng với mômen quay cực đại nM:
f. Tốc độ quay ứng với suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất ng:
g. Tốc độ quay khởi động nk:
Tốc độ quay nhỏ nhất tại đó có thể khởi động được động cơ.
h. Tốc độ quay sử dụng ns:
Tốc độ quay được người thiết kế tổ hợp động cơ máy công tác
khuyến cáo sử dụng để vừa phát huy hết tính năng của động cơ, vừa đảm
bảo độ tin cậy và tuổi bền cần thiết.
Bảng 1-1.Tốc độ quay của động cơ điêzen thường gặp:
Tốc độ quay (vg/ph) Động cơ điêzen
nn 2000 – 4000
nmin 350 – 700
nmax (1.05 – 1.07)nn
nM (0.5 – 0.7)nn
n (1.4 – 1.6)nn

min M g n N max R n n n n n n n n
Hình 1-1.Các đặc điểm đặc trưng đặc tính tốc độ của động cơ điezen.
1.1.2. Vận tốc trung bình của piston Cm:
Cm=
30
S.n ; (m/s) (1.1)
trong đó:
Cm - vận tốc trung bình của piston (m/s);
S - hành trình piston (m);
n - tốc độ quay động cơ (vg/ph).
Tốc độ quay của động cơ là thông số 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, động cơ điezen được phân 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 giá tính cao tốc.
Tuy nhiên, Cm được coi là chỉ số đánh giá tính cao tốc của động cơ
điezen 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 điezen cụ thể vào loại thấp, trung hoặc cao tốc
chỉ mang tính tương đối, ví dụ: một động cơ thuỷ có tốc độ quay là 2000
(vg/ph) thuộc loại cao tốc, nhưng một động cơ điezen ôtô cũng với tốc độ
quay đó thì thuộc loại trung tốc hoặc thấp tốc.
Đối với động cơ thuỷ có thể phân loại như sau:
- Động cơ thấp tốc: nn  140 (vg/ph)
- Động cơ trung tốc: 240 (vg/ph) < nn  1200 (vg/ph)
- Động cơ cao tốc: nn  1200 (vg/ph)
Tốc độ danh nghĩa của động cơ đốt trong cao hay thấp trước hết
phụ thuộc 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 của động cơ.
Trong khi tốc độ danh nghĩa nn của động cơ điêzen 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 người khai thác kỹ thuật
động cơ. Ở tốc độ quay quá thấp, chất ưlợng quá trình hình thành hỗn
hợp cháy sẽ rất kém, áp suất và nhiệt độ môi chất công tác trong xilanh sẽ
không đủ cao do nhiệt độ, lượng khí sót qua khe hở giữa piston-xilanhsegment
và lượng nhiệt truyền qua vách xilanh lớn. Kết quả là nhiên liệu
không bốc cháy được hoặc cháy không ổn định. Tóm lại, tốc độ quay cực
tiểu của động cơ 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 giáp động cơ điezen tốc độ quay thấp và
tình trạng kỹ thuật của nó. Ngoài ra, động cơ tăng áp bằng tuabin khí thải
- máy nén khí, trị số tốc độ quay cực tiểu còn 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 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
quay cực tiểu của loại động cơ này chiếm tỉ lệ quay đáng kể trong tổng
thời gian vận hành động cơ. Động cơ thuỷ có nmin nhỏ sẽ đảm bảo tính an
toàn 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. Tải của động cơ:
Tải là đại lượng đặc trưng cho số cơ năng mà động cơ phát ra trong
một chu trình công tác hoặc trong một đơn vị thời gian các đại lượng
được dùng để đánh giá tải của động cơ điêzen bao gồm: áp suất trung
bình, công suất, momen quay.
1.2.1. Áp suất trung bình của pittong:
Áp suất trung bình của chu trình là đại lượng được xác định bằng tỉ
số giữa công sinh ra trong một chu trình gọi tắt là công chu trình và dung
tích công tác của xilanh, có:
ptb = V
L
h
ct ; (N/m2) (1.2)
trong đó:
Lct - công chu trình (J);
Vh - dung tích công tác của xilanh (m3).
Tuỳ thuộc vào công chu trình được xác định như thế nào có thể xác
định, có thể phân biệt:
- Áp suất lý thuyết trung bình:
pt = V
L
h
t ; (N/m2) (1.3)
- Áp suất chỉ thị trung bình:
pi = V
L
h
i ; (N/m2) (1.4)
- Áp suất có ích trung bình:
pe = V
L
h
e ; N/m2) (1.5)
trong đó:
Lt - công lý thuyết của chu trình (J);
Li - công chỉ thị của chu trình (J);
Le - công có ích của chu trình (J);
Vh - dung tích công tác của xilanh (m3 ).
Le = Li - Lm ; (J) (1.6)
Lm - công tổn thất của chu trình (J).
a. Công lý thuyết Lt:
Là công của chu trình lý thuyết, khi xây dựng chu trình lý thuyết,
người ta đã chọn đơn giản hoá các quá trình nhiệt động thực tế, trong đó
có việc bỏ qua mọi dạng tổn thất năng lượng có thể tồn tại trong một chu
trình thực tế, như: tổn thất do nhiên liệu cháy không hoàn toàn, tổn thất
do nhiệt truyền từ môi chất công tác qua vách xilanh, tổn thất do ma
sát,v.v…nhằm mục đích thiết lập được các đặc tính và mức độ ảnh hưởng
của các thông số và của các quá trình nhiệt động chủ yếu đến các chỉ tiêu
của chu trình bằng con đường lý thuyết qua đó có thể định ra được
phương hướng nâng cao công suất và hiệu suất của động cơ thực tế. Như
vậy, với chu trình lý thuyết chỉ tồn tại một dạng tổn thất năng lượng duy
nhất, đó là lượng nhiệt phải truyền cho nguồn lạnh theo quy định của
định luật nhiệt động II và công lý thuyết chính là hiệu của số nhiệt năng
cấp cho môi chất công tác Q1 và nhiệt năng truyền từ môi chất công tác
cho nguồn Q2.
Lt = Q1 - Q2 ; (J) (1.7)
b. Công chỉ thị Li:
Là công do môi chất công tác sinh ra trong một chu trình thực tế,
trong đó chưa xét đến phần tổn thất cơ học. Có thể xác định công chỉ thị
như sau:
Li = Q1 – ΔQi = Q1 – (Qm + Qx + Qkh + Qcl) ; (J) (1.8)
trong đó:
Q1 - lượng nhiệt cấp cho chu trình (lượng nhiệt sinh ra khi đốt
cháy hoàn toàn nhiên liệu đưa vào buồng cháy trong một chu trình công
tác);
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 môi chất
công tác qua vách xilanh cho môi chất làm);
Qx - tổn thất theo khí thải (phần nhiệt theo khí thải ra khỏi không
gian công tác do sự khác biệt về nhiệt độ, nhiệt dung riêng và lưu lượng
khí thải so với khí mới);
Qcl - phần nhiệt tổn thất không 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 xupáp không kín, tổn thất do bức xạ nhiệt từ các chi tiết
nóng của động cơ.
c. Công tổn thất cơ học Lm:
Là công tiêu hao cho các hoạt động mang tính chất cơ học khi thực
hiện một chu trình công tác. Các dạng tổn thất năng ưl ợng sau đây
thường được tính vào công tổn thất cơ học:
- Tổn thất do ma sát giữa các chi tiết của 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,v.v…
- "Tổn thất bơm" phần cơ năng tiêu hao cho quá trình thay đổi khí.
d. Công có ích Le:
Là công thu được ở đầu ra của trục khuỷu đó là phần cơ năng thực
tế có thể dẫn động được hộ tiêu thụ công suất.
Le = Q1 - ΔQe = Li - Lm ; (J) (1.9)
trong đó:
ΔQe - là tổng của tất cả các dạng tổn thất năng lượng khi thực
hiện một chu trình công tác thực tế.
Ý nghĩa vật lý của "áp suất chỉ thị trung bình":
Tên gọi “áp suất chỉ thị trung bình” không những bao hàm ý nghĩa
về thứ nguyên và cả ý nghĩa vật lý của khái niệm. Tuy nhiên công thức
(1.4) chỉ là cách định nghĩa theo kiểu toán học, nó chưa thể hiện rõ bản
chất của khái niệm áp suất trung bình của chu trình. Có thể giải thích ý
nghĩa vật lý của khái niệm áp suất chỉ thị trung bình trên cơ sở đồ thị
công chỉ thị của động cơ như sau:
P
c' a'
b
a
c
c'
z
P
vs v
Hình 1-2. Sơ đồ giải thích ý nghĩa và phương pháp xác định áp suất chỉ
thị trung bình.
Đường cong a- c1-c thể hiện đặc điểm thay đổi áp suất thay đổi, áp
suất có thể thay đổi bằng áp kế của môi chất công tác trong hành trình
nén; đường cong c- z - b thể hiện đặc điểm thay đổi của áp suất chỉ thị
trong hành trình xả. Diện tích Aac = {a - c1 - c - c' - a' - a} tương đương
với công tiêu hao để đón môi chất công tác trong hành trình nén. Diện
tích Azb = {c-z-b-a'-c'-c} tương ứng với công do môi chất công tác sinh ra
trong hành trình giãn nở. Diện tích giới hạn bởi đồ thị cnôg chỉ thị
Ai=Azb-Aac tương ứng với công chỉ thị của chu trình. Nếu ta thay diện tích
Ai bằng diện tích hình chữ nhật có đáy bằng chiều dài đoạn c’a’ và chiều
cao bằng pi chính là áp suất chỉ thị trung bình của chu trình. Như vậy, nếu
tác động lên piston trên một hành trình thì sinh ra một công bằng công chỉ
thị của chu trình.
Bảng 1-2. Tổn thất cơ học của động cơ điêzen.
Loại tổn thất cơ học Trị số tương đối, (%)
Tổn thất do ma sát:
- Ma sát gữa piston - xilanh - segment
- Ma sát trong các ổ đỡ chính và biên
- Tổn thất do bơm
Tổn thất cho dẫn động thiết bị và cơ cấu
động cơ:
- Dẫn động cơ cấu phân phối khí
- Dẫn động các loại bơm
Tổng cộng 100
1.2.2. Công suất 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. Công suất của động cơ điêzen
thường được đo bằng đơn vị kilowatt (kW) hoặc mã lực (HP).
1HP = 0,735 kW
Cần phân biệt khái niệm công suất sau đây của động cơ điêzen.
a. Công suất chỉ thị Ni:
Là tốc độ thực hiện công chỉ thị của động cơ. Nói cách khác, công
suất chỉ thị là công suất của động cơ, trong đó bao gồm các phần tổn thất
cơ học.
b. Công suất có ích Ne:
Công suất của động cơ được đo ở đầu ra của trục khuỷu.
Từ định nghĩa của áp suất, công suất trung bình của chu trình và
tốc độ quay, ta có: các công thức xác định công suất chỉ thị và công suất
có ích dưới đây:
trong đó:
pi - áp suất chỉ thị trung bình (N/m2);
Vh- thể tích công tác của xilanh (m3);
i - số xilanh của động cơ;
n - số vòng quay của trục khuỷu (vg/ ph);
Ni - công suất chỉ thị ( kW);
Ne - công suất có ích (kW);
pe - áp suất có ích (N/m2) ;
τ - số kỳ của chu kỳ.
c. Công suất danh nghĩa Nen:
Công 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 động cơ điêzen 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…
Vấn đề trang bị cho động cơ điêzen khi đo công suất cũng được
quy định không hoàn toàn 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 không khí,
30
p .V .i .n
N i h
i 
bình tiêu âm, quạt gió,v.v… giống như khi nó làm việc trong thực tế.
Trong khi đó, tiêu chuẩn của Liên Xô (ΓOCT), 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 phòng thí nghiệm. Chính vì điều kiện thí nghiệm không hoàn
toàn giống nhau nên công suất danh nghĩa của cùng một loại động cơ
cũng khác nhau. Ví dụ: công suất động cơ được đo theo SEA lớn hơn
khoảng 10 – 25 % so với công suất đo theo (DIN) nếu đo theo tiêu chuẩn
(CUNA) của Italia thì lớn hơn 5 – 10 %.
d. 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 diesel, như momen quay, suất tiêu hao nhiên liệu, lượng tiêu hao nhiên
liệu giờ, v.v... chịu ảnh hưởng đáng kể của môi trường xung quanh, đặc
biệt là áp suất và nhiệt độ. Để có thế so sánh kết quả thí nghiệm được tiến
hành trong những 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:
293
746 273 . . t
N N B P
n
eq e

  ; (kW) (1.12)
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 (mmHg);
Pn - phần áp suất của hơi nước trong không khí ẩm trong điều
kiện nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí tại phòng thí nghiệm
(mmHg);
t - nhiệt độ của không khí trong phòng thí nghiệm được đo ở
khoảng cách 1,5 m từ miệng hút không khí của động cơ (oC).
Tiêu chuẩn PN – 78/S – 02005 của Ba Lan khuyến nghị cách quy
đổi các kết quả thí nghiệm như sau:
Neq = Ko.Ne
Meq = Ko.Me
Geq = Ko.ge
Geq = Ko.Ge
Đối với động cơ điêzen không tăng áp:
Ko = (
B
100 )0,65.(
298
T )0,5 (1.13)
trong đó:
Neq - công suất quy đổi (kW);
Meq - mô men quay (N.m);
geq - suất tiêu hao nhên liệu giờ quy đổi (g/kW.h);
Geq - lượng tiêu hao nhiên liệu giờ quy đổi (kg/h);
Ne - công suất đo trong phòng thí nghiệm (kW);
Me - momen quay đo trong phòng thí nghiệm (N.m);
geq - suất tiêu hao nhiên liệu giờ đo trong phòng thí nghiệm
(g/kW.h);
Ge - lượng tiêu hao nhiên liệu giờ đo được trong phòng thí
nghiệm (kg/h);
Ko - hệ số quy đổi;
B - áp suất khí quyển trong phòng thí nghiệm (kPa);
T - nhiệt độ không khí trong phòng thí nghiệm.
e. Công suất cực đại Nemax:
Công suất có ích lớn nhất mà động cơ có thể phát ra trong một thời
gian nhất định mà không bị qúa tải.
TCVN 1684 – 75 quy định công suất cực đại của động cơ phải đạt
110% Nen trong khoảng thời gian một 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.
f. Công suất sử dụng Nes:
Công suất có ích do người thiết kế tổ hợp động cơ, hộ tiêu thụ
khuyến cáo sử dụng để vừa phát huy hết tính năng của động cơ vừa đảm
bảo tuổi bền, độ tin cậy cần thiết.
1.2.3. Mômen:
Mômen Me ở đầu ra trục khuỷu động cơ được xác định trên băng
thử giữa mômen Me và công suất có ích Ne có mối quan hệ sau:
Me = 
N e = n
Ne
2
.60
 9,55 n
N e ; (N.m) (1.14)
trong đó:
Me - mômen quay (N.m);
Ne - công suất có ích (kW);
n - vòng quay của động cơ (vg/ph).
1.3. Hiệu suất:
Trong tổng số nhiệt năng đưa vào động cơ, chỉ có một phần được
chế biến thành cơ năng có ích, phần còn lại bị tổn thất ở những công đoạn
khác nhau trong quá trình chế biến. Hiệu suất là đại lượng được sử dụng
để đánh giá hiệu quả biến đổi nhiệt năng thành cơ năng của động cơ. Để
đánh giá mức độ tổn thất trong từng công đoạn của quá trình biến đổi
năng lượng, người ta đưa ra các khái niệm hiệu suất sau đây: hiệu suất lý
thuyết, hiệu suất chỉ thị, hiệu suất cơ học, hiệu suất có ích.
1.3.1. Hiệu suất lý thuyết ηt:
Là hiệu suất của chu trình lý thuyết. Chu trình lý thuyết hay chu
trình lý tưởng của động cơ điêzen là chu trình nhiệt động được xây dựng
trên cơ sở hàng loạt quá trình đơn giản hoá các quá trình nhiệt động diễn
ra trong không gian công tác của động cơ điêzen. Mức độ đơn giản hoá
được lựa chọn tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu. Ví dụ: có thể giả định
môi chất công tác là khí lý tưởng với nhiệt dung riêng 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 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.
Nếu giả định như sau:
- Môi chất công tác là không khí.
- Quá trình nén và dãn nở là những quá trình đoạn nhiệt.
- Quá trình cháy ở động cơ điêzen - một quá trình cháy diễn ra
trong điều kiện đẳng tích và phần còn lại diễn ra trong điều kiện đẳng áp.
- Qúa trình xả diễn ra trong điều kiện đẳng tích.
- Bỏ qua mọi dạng tổn thất do ma sát, lọt khí, bức xạ,v.v…
Thì hiệu suất lý thuyết của động cơ điêzen xác định bằng công thức sau:
t
= Q
Lt
1
= Q
Q Q
1
2 1

= 1- Q
Q
1
2 (1.15)
trong đó:
Lt - công do môi chất tạo ra trong một chu trình (J/chu trình);
Q1- nhiệt do nguồn nóng cấp cho môi chất trong một chu trình
(J/chu trình);
Q2 - nhiệt do môi chất nhả ra cho nguồn lạnh trong một chu trình
( J/chu trình).
1.3.2. Hiệu suất chỉ thị ηi:
Là hiệu suất nhiệt của chu trình nhiệt động thực tế.
i
= Q
Li
1
= 1- Q
Qi
1

= Q
Q Q Q Qm x kh cl
1
  
(1.16)
Cả hiệu suất chỉ thị  i và hiệu suất lý thuyết  t đều là hiệu suất
nhiệt - đại lượng đánh giá mức độ hoàn thiện động cơ về phương diện
nhiệt động. Chúng khác nhau ở chỗ, trong hiệu suất chỉ thị người ta đã
tính đến tất cả các dạng tổn thất nhiệt năng có thể tồn tại khi thực hiện
một chu trình nhiệt động ở động cơ thực, còn hiệu suất lý thuyết chỉ bao
hàm một dạng tổn thất nhiệt năng àl nhiệt năng phải truyền cho nguồn
lạnh để có thể thực hiện một chu trình nhiệt động lực. Biến đổi công thức
(1.16) sẽ được:
=   t ti
. (1.17)
Đại lượng  t-1 = L
L
t
i được gọi là hệ số diện tích đồ thị công, nó đặc
trưng cho mức độ khác nhau giữa đồ thị công chỉ thị và đồ thị công lý
thuyết.
1.3.3. Hiệu suất cơ học ηm:
Là đại lượng đánh giá mức độ tổn thất cơ học trong động cơ, tức là
đánh giá mức độ hoàn thiện động cơ về mặt cơ học. Nó được xác định
bằng công thức.
  1  (1.18)
Hiệu suất cơ học chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố cấu tạo và
vận hành khác nhau. Ví dụ:
- Vật liệu chế tạo.
- Chất lượng thiết kế, chế tạo và lắp ráp.
- Chất bôi trơn và chế độ bôi trơn.
- Tỷ số nén, tốc độ, tải,v.v…
1.3.4. Hiệu suất có ích ηe:
Hiệu suất có ích là tỷ số giữa nhiệt lượng chuyển thành công có ích
chia cho nhiệt lượng cấp cho động cơ, do nhiên liệu đốt cháy bên trong
xilanh tạo ra. Hai loại nhiệt lượng trên cần được xác định trong cùng một
khoảng thời gian. Ví dụ: một giây. Nhiệt lượng chuyển thành công có
ích, chính là công suất có ích Ne. Còn nhiệt lượng cấp cho động cơ do
nhiên liệu đốt cháy êbn trong xilanh ạto ra àl: Gnl, Qtk, ta có :
trong đó:
Ne - công suất có ích (kW);
Gnl - lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giây (kg/s);
Qtk - nhiệt trị thấp của một kg nhiên liệu (J/kg).
1.4. Suất tiêu thụ nhiên liệu ge:
Hiệu quả biến đổi nhiệt năng thành cơ năng của động cơ điêzen
cũng đồng nghĩa với khái niệm "tính tiết kiệm nhiên liệu" của nó. Trong
thực tế khai thác, người ta ít dùng hiệu suất mà thường dùng đại lượng
thể hiện lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ để đánh giá tính tiết kiệm
nhiên liệu. Lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ trong một đơn vị thời
gian được gọi là lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ Ge. Lượng nhiên liệu do
động cơ tiêu thụ để sinh ra một đơn vị công suất có ích trong một đơn vị
thời gian được gọi là lượng tiêu thụ nhiên liệu riêng có ích (gọi tắt là suất
tiêu thụ nhiên liệu).
ge = N
G
e
nl ; (kg/W.s) (1.20)
trong đó:
ge - suất tiêu thụ nhiên liệu (kg/W.s);
Gnl - lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giây (kg/s);
Ne - công suất có ích (kW).
1.5. Cường độ làm việc của động cơ điêzen:
Cường độ làm việc của động cơ điêzen có thể đánh giá bằng nhiều
thông số khác nhau. Dùng đại lượng công suất lít để đánh giá cường độ
làm việc của động cơ.
Công suất lít NL là tỷ số giữa công suất quy định của động cơ và
tổng thể tích công tác i.Vh đo bằng lít của động cơ:
NL = iV
N
h
e
. ; (
l
W k ) (1.21)
Thay Ne =
30
p .V .i.n e h vào (1.21) ta sẽ được:
NL =
30.
p .n e ; (
l
W k ) (1.22)
Trong bốn chỉ tiêu động lực của động cơ: Ne, Me, NL, pe thì Ne và
Me thể hiện công suất và momen quay của động cơ điêzen, còn Ne ,pe
phản ánh công suất và momen quy về một lít thể tích công tác của xilanh.
Do đó, Pe phản ánh mức độ cường hoá về tải lượng (lượng nhiên liệu cấp
cho chu trình), còn NL phản ánh mức độ cường hoá cả về tải và về tốc độ
quay (n) của động cơ.
CHƯƠNG 2 :
PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT
VÀ SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ ĐIÊZEN
A. Hiệu suất của động cơ điêzen.
2.1. Hiệu suất lý thuyết.
2.1.1. Định nghĩa:
Là tỷ số giữa lượng nhiệt được chuyển thành công và lượng nhiệt
cấp cho môi chất trong chu trình.
 t = QLt
1
= Q
Q Q
1
1 1

= 1- Q
Q
1
2 (2.1)
trong đó:
Lt - công do môi chất tạo ra trong một chu trình (J/chu trình);
Q1- nhiệt do nguồn nóng cấp cho môi chất trong một chu trình
(J/chu trình);
Q2 - nhiệt do môi chất nhả cho nguồn lạnh trong một chu trình
(J/chu trình).
Chu trình lý tưởng tổng quát của động cơ điêzen
Chu trình lý thuyết tổng quát của động cơ điêzen được thể hiện
trên đồ thị (p - V):
.
P
Q V 2P
2V Q'
Q
1V
1P Q
o
f
d
y z
c
Hình 2-1. Đồ thị p - V
- Nén đoạn nhiệt oc.
- Cấp nhiệt đẳng tích cy.
- Cấp nhiệt đẳng áp yz.
- Giãn nở đoạn nhiệt zb.
- Nhả nhiệt đẳng tích df.
- Nhả nhiệt đẳng áp fo.
Tỷ số giữa áp suất và thể tích trên hai điểm đặc trưng của đồ thị
được thể hiện qua các giá trị sau:
- Tỷ số nén:
ε = V
V
c
a = V
V V
c
c h  (2.2)
trong đó:
ε - tỷ số nén;
Va - thể tích xilanh (m3);
Vc - thể tích buồng đốt (m3);
Vh - thể tích công tác của xilanh (m3).
- Tỷ số tăng áp khi cháy
p
p
c
  z (2.3)
trong đó:
pz - áp suất cực đại khi cháy (N/m2);
pc - áp suất cuối quá trình nén (N/m2) .
- Tỷ số giãn nở khi cháy:
 = V
V
c
z (2.4)
trong đó:
Vz - thể tích cuối quá trình cấp nhiệt (m3);
Vc - thể tích đầu quá trình cấp nhiệt, cuối quá trình nén (m3).
- Tỷ số giãn nở sau khi cháy:
V
V
z
  d (2.5)
trong đó:
Vd - thể tích cuối quá trình giãn nở (m3);
Vz - thể tích cuối quá trình cấp nhiệt (m3).
- Tỷ số giảm áp khi nhả nhiệt:
σ = p
p
f
d (2.6)