Đại học GTVT TP.HCM/ Khoa Máy Tàu Thủy/ Hoàng Văn Sĩ - 2014 61
CHƯƠNG 4
CÁC THÔNG SỐ CHỈ THN VÀ CÓ ÍCH CỦA
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
4.1 Đồ thị công chỉ thị.
Đồ thị công chỉ thị được vẽ trong hệ tọa độ P-V. Đó là mối quan hệ giữa áp
suất và thể tích của xilanh trong một chu trình công tác. Đồ thị công chỉ thị có thể
được xây dựng bằng tính toán hay đo trực tiếp trên động cơ. Nếu đồ thị công chỉ thị
được đo trực tiếp trên động cơ bằng thiết bị đo dồ thị công thì được gọi là đồ thị
công chỉ thị thực tế.
Hình (4-1) là đồ thị công chỉ thị của động cơ diesel 4 kỳ. Đặc điểm của đồ thị
này là nó được giới hạn bởi hai điểm: Điểm chết trên và điểm chết dưới của piston.
Đối với động cơ diesel 2 kỳ (Hình 4-2) thì có một phần hành trình bị tổn thất.
Hình 4.1 Đồ thị công chỉ thị của động cơ Diesel 4 kỳ.
Hình 4.2 Đồ thị công chỉ thị của động cơ Diesel 2 kỳ.
Đại học GTVT TP.HCM/ Khoa Máy Tàu Thủy/ Hoàng Văn Sĩ - 2014 62
Sau đây chúng ta sẽ trình bày phương pháp xây dựng đồ thị công chỉ thị bằng
tính toán:
Để xây dựng đồ thị công chỉ thị bằng tính toán, trước hết ta xác định các điểm
đặc biệt của chu trình: a(Pa,Va); b(Pb,Vb); c(Pc,Vc); z1(Pz1,Vc); z(Pz,Vz).
Nối điểm a, b, c, z1, z lại với nhau bằng các đoạn thẳng ta được:
Đường đẳng tích: cz1.
Đường đẳng áp: z1z.
Đường đẳng tích: ba.
Để xây dựng đường cong nén và đường cong giãn nở, ta tiến hành như sau:
Chọn một giá trị VX1 nằm trong khoảng công tác của xilanh.
Áp suất PX1 tương ứng trên đường cong nén được tính như sau:
1
1
1.
n
x
a
ax V
V
PP ⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
Giá trị áp suất PX2 nằm trên đường giãn nở bằng:
ab
n
x
b
bx VV
V
V
PP =
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=;.
2
2
Bằng cách chọn giá trị Vx và tiến hành tính toán tương tự ta sẽ xác định được
các điểm trên đường cong nén và đường cong giãn nở. Nối các điểm này với
nhau bằng một đường cong trơn ta sẽ được đường cong nén và đường cong giãn nở
của chu trình công tác.
Hình 4.3 Xây dựng đồ thị công chỉ thị của động cơ Diesel.
Để cho tiện, thường chọn tỷ lệ xích trên trục tung là mp (kG/cm2/mm).
Còn tỷ lệ xích trên trục hoành là mv (cm3/mm).
Đại học GTVT TP.HCM/ Khoa Máy Tàu Thủy/ Hoàng Văn Sĩ - 2014 63
Việc xây dựng đồ thị công chỉ thị cho động cơ 2 kỳ và 4 kỳ là như nhau. Nhưng
với động cơ 2 kỳ thì thể tích Va được tính là:
(
)
ssca VVV
ψ
−
+
=
1.
S
ψ
: là hệ số tổn thất hành trình, S
h
S
ψ
=
So với đồ thị công chỉ thị thực tế, đồ thị công chỉ thị tính toán có những điểm
khác biệt như sau:
Do trong tính toán ta chọn giá trị n1, n2 là không đổi do đó đường cong nén
và đường cong giãn nở sẽ khác với đường cong nén và đường cong giãn nở có n1, n2
thay đổi.
Tại các điểm đặc biệt a, b, c, z1, z của đồ thị công chỉ thị thực tế là những
đường cong liên tục. Vì vậy sau khi xây dựng đồ thị theo phương pháp trên ta phải
lượn góc các điểm này bằng những đường cong. Như vậy giữa đồ thị công trước và
sau lượn góc sẽ có diện tích khác nhau được đánh giá bằng hệ số lượn góc.
Hệ số lượn góc là d
ϕ
được định nghĩa là:
c
dF
F1
=
ϕ
Trong đó: F1: Diện tích đồ thị công sau khi lượn góc.
F
c: Diện tích đồ thị công khi chưa lượn góc.
4.2. Áp suất chỉ thị và có ích bình quân
Khi xem xét một chu trình công tác thực tế, chúng ta có thể đánh giá sự hoàn
thiện của chu trình về mặt lợi dụng nhiệt, có liên quan đến mức độ hoàn thiện của các
qúa trình riêng biệt trong đó thông qua các thông số: áp suất chỉ thị trung bình, công
suất chỉ thị và hiệu suất chỉ thị.
4.2.1 Áp suất chỉ thị bình quân
Áp suất chỉ thị bình quân được xác định bằng công chỉ thị trên một đơn vị thể
tích công tác của xilanh.
Trên đồ thị công chỉ thị, áp suất chỉ thị bình quân được xác định bằng bình
quân tung độ diện tích đồ thị công chỉ thị chia theo hành trình có ích của piston.
(Hình 4-4).
Hình 4-4 Đồ thị công chỉ thị và áp suất chỉ thị bình quân
Đại học GTVT TP.HCM/ Khoa Máy Tàu Thủy/ Hoàng Văn Sĩ - 2014 64
Nếu gọi công mà chất khí thực hiện được trong một chu trình là Li thì áp suất
chỉ thị bình quân được tính:
4
.10
i
i
S
L
pV
= (kG/cm2) (4-1)
Áp suất chỉ thị bình quân có thể được xác định bằng tính toán hay đo trực
tiếp trên động cơ làm việc. Trong tính toán, sau khi xây dựng được đồ thị công chỉ
thị và tiến hành lượn góc các điểm đặc biệt ta xác định được Pi khi tính toán:
.
ip
F
p
m
l
= (4-2)
Trong đó: F: là diện tích đồ thị công chỉ thị tính toán sau khi đã lượn góc (mm2)
mp: là tỷ lệ xích trên trục tung (kG/cm2/mm)
l: là chiều dài đồ thị trên trục hoành (mm)
Để cho tiện sau khi xây dựng xong đồ thị công chỉ thị tính toán ta tiến hành đo
diện tích đồ thị và xác định được giá trị '
i
gọi là áp suất chỉ thị bình quân của chu trình
sau khi lượn góc.
Áp suất chỉ thị bình quân của chu trình sau khi lượn góc được tính:
Đối với động cơ 4 kỳ: '
.
idi
pp
ϕ
=
Trong đó d
ϕ
là hệ số lượn góc (hay hệ số điền đầy đồ thức):
Động cơ 4 kỳ: d
ϕ
= 0,95 ÷ 0,97
Đối với động cơ 2 kỳ: '
.(1 )
idi S
pp
ϕ
ψ
=−
Ở đây: đối với động cơ 2 kỳ quét thẳng: d
ϕ
= 0,94 ÷ 0,96
Trong động cơ diesel 2 kỳ quét vòng, do phần diện tích baa’ không được tính
vào diện tích của đồ thị công chỉ thị (Hình 4-5). Vì vậy phần diện tích này đủ bù cho
các phần diện tích bị mất đi do lượn góc tại các điểm đặc biệt. Do đó với loại động
cơ này ta chọn d
ϕ
= 1.
Hình 4.5 Đồ thị công chỉ thị tính toán của động cơ Diesel 2 kỳ.
z
c
a’
a
P
V
z’
b
k
Vc Vs
Đại học GTVT TP.HCM/ Khoa Máy Tàu Thủy/ Hoàng Văn Sĩ - 2014 65
Trong thực tế, đồ thị công chỉ thị của động cơ thấp tốc có thể được xác định
bằng một thiết bị đo đồ thị công gọi là indicator. Khi đó ta sẽ có áp suất chỉ thị trung
bình thực tế.
Phương pháp tính toán bằng lý thuyết để xác định áp suất chỉ thị trung bình
được áp dụng như sau:
Gọi Li là công thực hiện của chất khí trong một chu trình công tác. Ở đây cần
lưu ý là các công trong hành trình bơm của động cơ 4 kỳ được tính vào công tiêu
hao cho cơ giới. Khi đó ta có:
Li = Lz1z + Lzb - Lac (4-3)
Công của chất khí thực hiện trên đoạn z1z được tính:
(
)
zzzzzzzzz VVPVPVPL
−
=−= 1111 ...
Công mà chất khí thực hiện trên đoạn zb là công của qúa trình đa biến và được
tính:
()
bbzzzb VPVP
n
L...
1
1
2
−
−
=
Công trên đoạn ac là công của qúa trình nén đa biến, do đó được tính:
()
aaccac VPVP
n
L...
1
1
1
−
−
=
Do đó:
21
() 11
Z
Zbb CCaa
iZZC
PV PV PV PV
LpVV nn
−−
=−+ −
−−
(4-4)
Áp suất chỉ thị trung bình của chu trình chưa lượn góc sẽ là:
4
.10
i
i
S
L
pV
= (kG/cm2)
Trong công thức này: Li được đo bằng kg.m
Vs được đo bằng m3.
Thay các giá trị sau vào công thức (4-4):
cz PP .
λ
=; 22
.
n
c
n
z
b
P
P
P
δ
λ
δ
== 1
n
c
a
P
P
ε
=
ρ
=
c
z
V
V
ε
=
c
a
V
V
Ta có:
[
)
21
'
21
.111
( 1 .(1 ) .(1 )]
11111
c
inn
p
pnn
λ
ρ
λρ
εδε
=−+−−−
−−−−−
(kG/cm2) (4-5)
Áp suất chỉ thị trung bình (bình quân) của chu trình là một trong những thông
số quan trọng để kiểm tra qúa trình sinh công và phụ tải của động cơ. Trong khi
động cơ làm việc bình thường, việc xác định Pi cho phép đánh giá chất lượng làm
việc cũng như sự đồng đều trong qúa trình công tác của các xilanh. Ngoài ra các
xilanh làm việc không bình thường, hay sau khi điều chỉnh, thay thế bơm cao áp,
sau sửa chữa và thay thế các chi tiết nhóm piston-xilanh, sau khi chuyển sang sử